Đã bao giờ bạn cảm thấy hình như mình không có đủ thời gian để làm công việc trong ngày? Hóa ra, cảm nhận đó có vẻ đúng. Trái đất đang quay nhanh hơn so với nó trong nửa thế kỷ qua, dẫn đến ngày của chúng ta ngày càng ngắn hơn một chút so với trước đây. Và trong khi đây chỉ là một sự khác biệt vô cùng nhỏ, nó đã trở thành một vấn đề lớn đối với các nhà vật lý, lập trình máy tính và thậm chí cả những người môi giới chứng khoán.
Tại sao Trái đất tự quay
Hệ mặt trời của chúng ta hình thành cách đây khoảng 4,5 tỷ năm, khi đám mây bụi và khí dày đặc quanh ngôi sao tự suy sụp thành các hành tinh và bắt đầu tự quay. Peter Whibberley, một nhà khoa học nghiên cứu cấp cao tại Phòng thí nghiệm Vật lý Quốc gia của Vương quốc Anh giải thích rằng, có những vết tích của chuyển động tự quay ban đầu này trong những vòng quay hiện tại của hành tinh chúng ta. Điều này là nhờ vào momen động lượng - một “xu hướng của vật thể đang quay, tiếp tục quay cho đến khi có thứ gì đó chủ động cố gắng ngăn chặn nó”.
Nhờ momen động lượng, hành tinh của chúng ta đã tự quay hàng tỷ năm và khiến chúng ta trải nghiệm ngày và đêm. Nhưng không phải lúc nào nó cũng quay với tốc độ như nhau.
Hàng trăm triệu năm trước, Trái đất đã thực hiện khoảng 420 vòng tự quay trong thời gian nó quay quanh Mặt trời; chúng ta có thể thấy bằng chứng về việc mỗi năm có bao nhiêu ngày bằng cách kiểm tra các đường sinh trưởng trên san hô hóa thạch. Mặc dù ngày đã dần kéo dài ra theo thời gian (một phần do Mặt trăng tác động lực hút lên các đại dương của Trái đất), trong thời gian nhân loại xuất hiện, Trái đất đã giữ ổn định khoảng 24 giờ cho một vòng tự quay hoàn toàn của nó - tức là nó sẽ tự quay khoảng 365 vòng trong mỗi chuyến đi quanh Mặt trời.
Tuy nhiên, khi các nhà khoa học đã cải thiện khả năng quan sát chuyển động quay của Trái đất và theo dõi thời gian, họ nhận ra rằng chúng ta gặp phải những biến động nhỏ về thời gian khi Trái đất thực hiện một vòng tự quay hoàn toàn.
Một cách mới để theo dõi thời gian
Vào những năm 1950, các nhà khoa học đã phát triển đồng hồ nguyên tử đo thời gian dựa trên cách các điện tử trong nguyên tử xêzi phát ra từ trạng thái kích thích. Vì chu kỳ của đồng hồ nguyên tử được tạo ra bởi hành vi nguyên tử không đổi này, chúng không bị ảnh hưởng bởi những thay đổi bên ngoài theo cách mà đồng hồ truyền thống có thể bị gây ra như nhiệt độ.
Tuy nhiên, qua nhiều năm, các nhà khoa học đã phát hiện ra một vấn đề: Các đồng hồ nguyên tử ổn định đã hơi dịch chuyển so với thời gian so với phần còn lại của thế giới.
Judah Levine, một nhà vật lý tại bộ phận về thời gian và tần số của Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Hoa Kỳ cho biết: “Khi thời gian trôi qua, có sự phân kỳ dần dần giữa thời gian của đồng hồ nguyên tử và thời gian được đo bằng thiên văn học, tức là theo vị trí của Trái đất hoặc Mặt trăng và các vì sao”. Về cơ bản, một năm được đồng hồ nguyên tử ghi lại nhanh hơn một chút so với năm đó được tính từ chuyển động của Trái đất. Levine nói: “Để giữ cho sự khác biệt đó không quá lớn, vào năm 1972, người ta đã đưa ra quyết định định kỳ thêm giây nhuận vào đồng hồ nguyên tử”.
Giây nhuận hoạt động giống như những ngày nhuận mà chúng ta thêm vào cuối tháng 2 cứ sau 4 năm để bù đắp cho thực tế rằng Trái đất thực sự mất khoảng 365,25 ngày để quay quanh Mặt trời. Nhưng không giống như năm nhuận, đến đều đặn bốn năm một lần, giây nhuận không thể đoán trước được.
Thay đổi bất ngờ
Kể từ khi giây nhuận đầu tiên được thêm vào năm 1972, các nhà khoa học đã thêm giây nhuận sau mỗi vài năm. Chúng được thêm vào một cách bất thường bởi vì chuyển động quay của Trái đất là thất thường, với các khoảng thời gian tăng tốc và chậm lại gián đoạn trong quá trình giảm tốc từ từ kéo dài hàng triệu năm của hành tinh.
Levine nói: “Tốc độ quay của Trái đất là một hoạt động phức tạp. Nó liên quan đến sự trao đổi momen động lượng giữa Trái đất và khí quyển cũng như tác động của đại dương và tác động của Mặt trăng. Bạn không thể dự đoán những gì sẽ xảy ra rất xa trong tương lai”.
Nhưng trong khoảng một thập kỷ trở lại đây, sự quay chậm lại của Trái đất đã không xảy ra. Kể từ năm 2016, chưa có một giây nhuận nào được thêm vào và hành tinh của chúng ta hiện đang quay nhanh hơn so với nửa thế kỷ trước. Các nhà khoa học vẫn không biết tại sao.
Levine nói: “Sự thiếu hụt nhu cầu giây nhuận là điều không được dự đoán trước. Trên thực tế, giả định là Trái đất sẽ tiếp tục quay chậm lại và những giây nhuận sẽ tiếp tục là cần thiết. Và do đó, hiệu ứng này, kết quả này, rất đáng ngạc nhiên”.
Rắc rối với giây nhuận
Tùy thuộc vào tốc độ quay của Trái đất và xu hướng đó tiếp tục trong bao lâu, các nhà khoa học có thể phải hành động. Whibberley nói: “Hiện tại có mối lo ngại rằng nếu tốc độ quay của Trái đất tăng hơn nữa, chúng ta có thể cần phải có cái gọi là giây nhuận âm. Nói cách khác, thay vì chèn thêm một giây để Trái đất bắt kịp, chúng ta phải lấy ra một giây từ thang thời gian nguyên tử để đưa nó trở lại trạng thái đồng bộ với Trái đất”.
Nhưng một giây nhuận âm sẽ đặt ra cho các nhà khoa học một loạt thách thức hoàn toàn mới. Whibberley cho biết thêm: “Chưa bao giờ có một giây nhuận âm nào trước đây và mối quan tâm là phần mềm sẽ phải xử lý thứ chưa từng được thử nghiệm trong hoạt động trước đây”.
Cho dù là một giây nhuận thông thường hay một giây nhuận âm, trên thực tế, những thay đổi nhỏ này có thể là một vấn đề đau đầu đối với các ngành công nghiệp từ viễn thông đến hệ thống định vị. Đó là bởi vì giây nhuận ảnh hưởng đến thời gian theo cách mà máy tính không được chuẩn bị để xử lý.
Levine nói: “Nền tảng chính của Internet là thời gian diễn ra liên tục”. Khi không có nguồn thông tin ổn định, liên tục, mọi thứ sẽ sụp đổ. Việc lặp lại một giây hoặc bỏ qua nó sẽ tác động lên toàn bộ hệ thống và có thể gây ra khoảng trống trong những gì được cho là dòng dữ liệu ổn định. Giây nhuận cũng đặt ra một thách thức đối với ngành tài chính, nơi mỗi giao dịch phải có dấu thời gian duy nhất của riêng nó.
Một số công ty đã tìm kiếm các giải pháp của riêng họ đối với giây nhuận, giống như Google. Thay vì dừng đồng hồ để cho Trái đất bắt kịp thời gian nguyên tử, Google làm cho mỗi giây dài hơn một chút vào ngày có giây nhuận.
Levine nói: “Đó là một cách làm, nhưng điều đó không phù hợp với tiêu chuẩn quốc tế về cách xác định thời gian”.
Tuy nhiên, nhìn chung chúng ta đang nói về những khoảng thời gian rất nhỏ - chỉ một giây cứ sau vài năm. Bạn đã sống qua rất nhiều giây nhuận và có lẽ thậm chí không nhận thức được chúng. Và nếu chúng ta coi thời gian như một công cụ để đo lường những thứ chúng ta nhìn thấy trong thế giới xung quanh, như sự chuyển đổi từ ngày này sang ngày khác, thì sẽ có một cách được đưa ra để tuân theo thời gian do chuyển động của Trái đất thiết lập chứ không phải là các electron trong đồng hồ nguyên tử - cho dù chúng có thể chính xác đến đâu.
Văn Thiện
