Метрическое время: история и единицы измерения

Введение

Измерение временных интервалов с использованием метрической системы

Метрическое время – это измерение временных интервалов с использованием метрической системы. Современная система СИ определяет секунду как основную единицу времени и образует кратные и дольные единицы с использованием метрических приставок, таких как килосекунды и миллисекунды. Другие единицы времени – минута, час и день – допускаются к использованию с СИ, но не входят в её состав. Метрическое время измеряет длительность временных интервалов, а десятичное время – способ записи текущего времени суток.

История

Вторая система получила свое название от шестидесятеричной системы, которая возникла у шумеров и вавилонян. Эта система делит базовую единицу на шестьдесят минут, каждую минуту на шестьдесят секунд, а каждую секунду на шестьдесят терций. Слово "минута" происходит от латинского *pars minuta prima*, что означает "первая малая часть", а "секунда" – от *pars minuta secunda* или "вторая малая часть". Угловые измерения также используют шестидесятеричные единицы; там это градус, который подразделяется на минуты и секунды, в то время как во времени – час. В 1790 году французский дипломат Шарль Морис де Талейран-Перигор предложил, чтобы основной единицей длины для метрической системы была длина маятника с периодом в одну секунду, измеренная на уровне моря на 45-й параллели (50 градусов в новых угловых мерах), тем самым основывая метрическую систему на значении секунды. Для разработки системы в рамках Французской академии наук была создана Комиссия по мерам и весам. Комиссия отклонила определение метра через секунду в следующем году, поскольку секунда времени представляла собой произвольный период, равный 1/86 400 дня, а не десятичную долю естественной единицы. Вместо этого метр должен был определяться как десятичная доля длины парижского меридиана между экватором и Северным полюсом. Комиссия первоначально предложила десятичные единицы времени, которые позднее были введены в качестве части нового республиканского календаря. В январе 1791 года Жан Шарль де Борда поручил Луи Берту изготовить десятичный хронометр, отображающий эти единицы. 28 марта 1794 года президент комиссии Жозеф Луи Лагранж предложил использовать день (французский *jour*) в качестве базовой единицы времени, с делениями *déci jour* и *centi jour*, и предложил представлять 4 *déci jours* и 5 *centi jours* как "4,5", "4/5" или просто "45". Окончательная система, введенная в 1795 году, включала единицы длины, площади, сыпучих тел, жидких емкостей, веса или массы и валюты, но не времени. Десятичное время суток было введено во Франции два года ранее, но обязательное использование было приостановлено одновременно с введением метрической системы и не соответствовало метрической модели базовой единицы и приставных единиц. Также были предложены основные единицы, эквивалентные десятичным делениям дня, такие как 1/10, 1/100, 1/1000 или 1/100 000 дня, или другие деления дня, такие как 1/20 или 1/40 дня, с различными названиями. Эти альтернативные единицы не получили заметного признания. В Китае, во времена династии Сун, день делился на более мелкие единицы, называемые *kè*. Один *kè* обычно определялся как 1/100 дня до 1628 года, хотя до этого времени были короткие периоды, когда дни имели 96, 108 или 120 *kè*. Один *kè* составляет примерно 14,4 минуты, или 14 минут 24 секунды. В XIX веке Жозеф-Шарль-Франсуа де Рей Пейльхаде поддержал предложение Лагранжа использовать *centijours*, сокращенно *cé*, и разделить на 10 *decicés*, 100 *centicés*, 1000 *millicés* и 10 000 *dimicés*. Джеймс Клерк Максвелл и Элиху Томсон (через Британскую ассоциацию содействия развитию науки, или BAAS) в 1874 году ввели систему единиц "сантиметр-грамм-секунда" для получения электрических и магнитных метрических единиц, следуя рекомендации Карла Фридриха Гаусса в 1832 году. В 1897 году французское Бюро долготы создало Комиссию по десятичной системе времени, с математиком Анри Пуанкаре в качестве секретаря. Комиссия предложила сделать стандартный час базовой единицей метрического времени, но предложение не было принято и в конечном итоге было оставлено. Когда современная система СИ была определена на 10-й Генеральной конференции по мерам и весам (CGPM) в 1954 году, секунда эфемерид (1/86 400 среднего солнечного дня) стала одной из базовых единиц системы. Поскольку вращение Земли медленно замедляется с нерегулярной скоростью и, следовательно, не подходило в качестве опорной точки для точных измерений, секунда СИ была позже переопределена более точно как продолжительность 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующих переходу между двумя гиперфиновыми уровнями основного состояния атома цезия-133. Международные стандартные атомные часы используют измерения цезия-133 в качестве основного эталона.

The second derives its name from the sexagesimal system, which originated with the Sumerians and Babylonians. This system divides a base unit into sixty minutes, each minute into sixty seconds, and each second into sixty tierces. The word "minute" comes from the Latin pars minuta prima, meaning "first small part", and "second" from pars minuta secunda or "second small part". Angular measure also uses sexagesimal units; there, it is the degree that is subdivided into minutes and seconds, while in time, it is the hour. In 1790, French diplomat Charles Maurice de Talleyrand Périgord proposed that the fundamental unit of length for the metric system should be the length of a pendulum with a one second period, measured at sea level on the 45th parallel (50 grades in the new angular measures), thus basing the metric system on the value of the second. A Commission of Weights and Measures was formed within the French Academy of Sciences to develop the system. The commission rejected the seconds pendulum definition of the metre the following year because the second of time was an arbitrary period equal to 1/86,400 day, rather than a decimal fraction of a natural unit. Instead, the metre would be defined as a decimal fraction of the length of the Paris Meridian between the equator and the North Pole. The commission initially proposed the decimal time units later enacted as part of the new Republican calendar. In January, 1791, Jean Charles de Borda commissioned Louis Berthoud to manufacture a decimal chronometer displaying these units. On March 28, 1794, the commission's president, Joseph Louis Lagrange, proposed using the day (French jour) as the base unit of time, with divisions déci jour and centi jour, and suggested representing 4 déci jours and 5 centi jours as "4,5", "4/5", or just "45". The final system, as introduced in 1795, included units for length, area, dry volume, liquid capacity, weight or mass, and currency, but not time. Decimal time of day had been introduced in France two years earlier, but mandatory use was suspended at the same time the metric system was inaugurated, and did not follow the metric pattern of a base unit and prefixed units. Base units equivalent to decimal divisions of the day, such as 1/10, 1/100, 1/1,000, or 1/100,000 day, or other divisions of the day, such as 1/20 or 1/40 day, have also been proposed, with various names. Such alternative units did not gain any notable acceptance. In China, during the Song Dynasty, a day was divided into smaller units, called kè One kè was usually defined as 1/100 of a day until 1628, though there were short periods before then where days had 96, 108 or 120 kè. A kè is about 14.4 minutes, or 14 minutes 24 seconds. In the 19th century, Joseph Charles François de Rey Pailhade endorsed Lagrange’s proposal of using centijours, but abbreviated cé, and divided into 10 decicés, 100 centicés, 1,000 millicés, and 10,000 dimicés. James Clerk Maxwell and Elihu Thomson (through the British Association for the Advancement of Science, or BAAS) introduced the Centimetre gram second system of units in 1874 to derive electric and magnetic metric units, following the recommendation of Carl Friedrich Gauss in 1832. In 1897, the Commission de décimalisation du temps was created by the French Bureau of Longitude, with the mathematician Henri Poincaré as secretary. The commission proposed making the standard hour the base unit of metric time, but the proposal did not gain acceptance and was eventually abandoned. When the modern SI system was defined at the 10th General Conference on Weights and Measures (CGPM) in 1954, the ephemeris second (1/86400 of a mean solar day) was made one of the system's base units. Because the Earth's rotation is slowly decelerating at an irregular rate and was thus unsuitable as a reference point for precise measurements, the SI second was later redefined more precisely as the duration of 9,192,631,770 periods of the radiation corresponding to the transition between the two hyperfine levels of the ground state of the caesium 133 atom. The international standard atomic clocks use caesium 133 measurements as their main benchmark.

В вычислительной технике

В вычислительной технике, по крайней мере, внутри систем, метрическое время получило широкое распространение из-за удобства вычислений. Unix time представляет дату и время как количество секунд, прошедших с 1 января 1970 года, а Microsoft NTFS FILETIME – как кратные 100 наносекундам, прошедшим с 1 января 1601 года. VAX/VMS использует количество 100 наносекунд, прошедших с 17 ноября 1858 года, а RISC OS – количество центисекунд, прошедших с 1 января 1900 года. Microsoft Excel использует количество дней (с десятичной дробью, представленное числом с плавающей точкой) с 1 января 1900 года. Все эти системы отображают время для пользователя в традиционных единицах измерения. Ни одна из этих систем не является строго линейной, поскольку каждая из них имеет разрывы, связанные с корректирующими секундами.

Префиксы

Метрические префиксы для долей секунды обычно используются в науке и технике. Особенно распространены миллисекунды и микросекунды. Префиксы для кратных секунды используются редко:

Кратное Название единицы Секунды В обычных единицах
10¹ декасекунда 10 0,17 минуты
10² гектосекунда 100 1,67 минуты (или 1 минута 40 секунд)
10³ килосекунда 1000 16,7 минуты (или 16 минут 40 секунд)
10⁶ мегасекунда 1 000 000 11,6 дня (или 11 дней, 13 часов, 46 минут и 40 секунд)
10⁹ гигасекунда 1 000 000 000 31,7 года (или 31 год, 252 дня, 1 час, 46 минут и 40 секунд, предполагая, что в этом интервале 7 високосных лет)