Eén seconde op 10 miljard jaar

Tijdswaarneming en techniek hebben alles met elkaar te maken. De oude Egyptenaren hebben 3500 voor Christus het aflezen van het schaduwstreepje van de zonnewijzer al onder de knie. In het Oude Testament staat beschreven dat de zonnewijzer van koning Achaz 10 graden achterwaarts keerde. De Romeinen gebruiken waterklokken als natte voorlopers van onze zandloper. Duizend jaar geleden blijkt ook het opbranden van een kaars een goed hulpmiddel om de verstreken tijd te bepalen. Erg handig voor de gebedstijden van de monniken, die hiervoor 's nachts de zonnewijzer niet kunnen gebruiken.

Het waarnemen tot op de seconde komt pas in 1658 in het gezichtsveld door de uitvinding van de pendulumklok door Christiaan Huygens. Deze heeft nog maar een haalbare nauwkeurigheid van tien minuten op een dag. George Graham verbetert later het pendulumprincipe van de slingerende klepel. In 1721 toont hij trots een klok die niet meer dan een seconde per jaar afwijkt. Deze tijdspecialist maakt veertig jaar later een chronometer voor navigatiedoeleinden. Zelfs op een stampend schip is dit dooshorloge zo stabiel dat de afwijking niet groter is dan één seconde per week.

Atoomtijdperk
In de twintigste eeuw, bekend vanwege de opkomst van de elektronica, zorgt de elektronische kwartsklok voor een doorbraak. De piëzo-elektrische trillingen in een kwartskristal blijken zo stabiel dat in 1929 een chronometer met een nauwkeurigheid van één seconde op bijna tien jaar kan worden geproduceerd. De hele horloge-industrie raakte erdoor van slag. De ontwikkelingen gaan versneld door. In 1949, enkele jaren na de ontwikkeling van de atoombom, wordt de veel vrediger atoomklok uitgevonden.

Aanvankelijk is deze gebaseerd op een lijn in het absorptiespectrum van het ammoniakmolecuul. Later worden nog veel betere resultaten behaald met de cesium-133-atoomklok: die loopt in 6 miljoen jaar niet meer dan één seconde uit de pas.

Wetenschappers van het toonaangevende (beter: tijdaangevende) National Physical Laboratory in Londen werken aan een nog veel stabieler principe, de ionenval, waarvan de verwachte afwijking maximaal één seconde op 10 miljard jaar bedraagt. Met dit soort bijna absurd stabiele tijdmeters kan geen enkele astronomische methode meer wedijveren.

De oorspronkelijke definitie vanuit de zonnetijd waarbij de seconde het 1/86400e deel van een etmaal is, blijkt weinig betrouwbaar omdat de draaiing van de aarde niet helemaal regelmatig is. Stabieler is de tijdsrekening vanuit de sterrenhemel, de astronomische efemeridentijd, maar uiteindelijk wordt in 1967 op een internationale conferentie voor maten en gewichten besloten de seconde te definiëren als „de duur van 9.192.631.770 perioden van de straling die overeenkomt met de overgang tussen twee hyperfijnniveaus van de grondtoestand van het atoom cesium-133”. Net als bij de moderne definitie van de meter, wordt de seconde niet langer vastgesteld aan de hand van enorm grote, astronomische eenheden –de draaiing van de aarde– maar verlegd naar de submicroscopische basisbouwstenen van de materie.