REPUBLIKA.CO.ID, JAKARTA— Ada 24 jam dalam sehari, 60 menit dalam satu jam, dan 60 detik dalam satu menit. Jadi pastinya satu detik hanya satu (25/60/60), atau 1/86400, dalam sehari, bukan?
Ternyata, menentukan waktu tidaklah sesederhana itu. Kita terbiasa menganggap satu detik sebagai pertambahan waktu yang tetap, namun satuan kecil ini telah berubah beberapa kali selama berabad-abad.
Peter Whibberley, ilmuwan senior di National Physical Laboratory di Inggris Raya (UK), mengatakan kepada Live Science, yang kedua awalnya didasarkan pada lamanya hari.
“Orang-orang mengamati matahari yang melintas di atas kepala dan mulai mengukur pergerakannya menggunakan jam matahari. Alat seperti itu memberikan waktu berdasarkan langsung pada posisi matahari di langit, yang disebut waktu matahari semu,” ujar Whibberley, dilansir Live Science, Rabu (22/11/2023).
Namun jam matahari mempunyai beberapa kelemahan. Selain masalah nyata yaitu tidak dapat membaca jam matahari saat matahari tidak terlihat, mengandalkan rotasi harian bumi (juga dikenal sebagai waktu astronomi) ternyata tidak akurat.
Whibberley mengungkapkan rotasinya tidak konstan. “Bumi mengalami percepatan dan perlambatan seiring berjalannya waktu. Terdapat variasi musiman, variasi besar yang tidak dapat diprediksi dari satu dekade ke dekade lainnya karena perubahan pada inti cair, dan perlambatan jangka panjang yang disebabkan oleh pasang surut yang bergerak maju dan mundur,” kata dia.
Jadi bagaimana kita bisa mengukur waktu dengan tepat jika menggunakan lamanya satu hari tidak bisa diandalkan? Pada abad ke-16, orang-orang beralih ke solusi teknologi untuk masalah ini, dan jam mekanis pertama yang dapat dikenali mulai bermunculan.
Sumit Sarkar, fisikawan di Universitas Amsterdam, mengatakan kepada Live Science, inti dari pembuatan jam pada dasarnya berpindah dari menjaga waktu dengan mengikuti posisi matahari, menjadi membuat osilator dan menentukan jumlah osilasi tetap yang setara dengan satu detik.
Contoh mekanis paling awal adalah jam pendulum, yang dirancang untuk berdetak pada frekuensi tertentu, setara dengan satu detik astronomi, yang dirata-ratakan sepanjang tahun. Selama beberapa ratus tahun berikutnya, para ilmuwan berupaya membangun osilator yang lebih baik dan presisi serta mengembangkan berbagai sistem penunjuk waktu lainnya, termasuk pegas dan roda gigi.
Sekitar tahun 1940, jam kristal kuarsa telah menjadi standar emas baru. Sarkar menyebutkan jika Anda memberikan tegangan pada sepotong kuarsa yang dibentuk dengan hati-hati, ia akan mulai bergetar dan Anda dapat menyetel frekuensi osilasi tersebut dengan sangat tepat. ''Meskipun presisi ini baik untuk penggunaan umum, namun tidak cukup baik untuk aplikasi yang sangat teknis, seperti internet, sistem GPS, atau mempelajari penelitian fundamental,” ujar Sarkar.
Masalah muncul karena setiap bagian kuarsa bersifat unik dan beresonansi sedikit berbeda bergantung pada kondisi fisik seperti suhu dan tekanan. Agar benar-benar akurat, jam perlu disetel berdasarkan referensi yang independen dan tidak berubah. Di sinilah jam atom berperan.
Whibberley menjelaskan atom memiliki resonansi alami yang tetap. Mereka hanya ada dalam keadaan energi tertentu dan hanya dapat berubah dari satu keadaan ke keadaan lain dengan menyerap atau memancarkan sejumlah energi tertentu.
“Energi tersebut sesuai dengan frekuensi yang tepat, sehingga Anda dapat menggunakan frekuensi yang tepat, sehingga Anda dapat menggunakan frekuensi tersebut sebagai referensi untuk menjaga waktu,” kata dia.
Jam atom praktis pertama, yang diluncurkan pada tahun 1955, mengukur jumlah transisi energi yang disebabkan oleh gelombang mikro pada atom cesium selama satu detik astronomi. Pada tahun 1967, komunitas ilmiah global sepakat untuk mendefinisikan ulang detik menurut angka ini, dan Sistem Satuan dan Pengukuran Internasional kini mendefinisikan satu detik sebagai durasi 9.192.631.770 osilasi energi dalam atom cesium.
Sejak itu, detik astronomi terus bervariasi, sedangkan detik atom tetap tepat pada 9.192.631.770 osilasi. Variasi waktu astronomi ini sebenarnya berarti bahwa, setiap beberapa tahun, para ilmuwan harus menambahkan satu detik kabisat agar rotasi bumi yang melambat dapat mengimbangi waktu atom. Kabisat kedua ini akan dihapuskan pada tahun 2035, namun para ilmuwan dan lembaga pemerintah belum menemukan cara untuk menangani perbedaan kecil ini, kata Whibberley.
Namun para ilmuwan tidak puas hanya dengan definisi ini, yang akurat hingga 10^-15 detik atau sepersejuta detik. Di seluruh dunia, tim peneliti sedang mengerjakan jam atom optik yang lebih presisi, yang menggunakan transisi atom yang diinduksi cahaya tampak berenergi lebih tinggi dalam unsur-unsur seperti strontium dan ytterbium untuk meningkatkan akurasi ini lebih dari 100 kali lipat.
Faktanya, para ilmuwan sedang mendiskusikan apakah sudah waktunya untuk mendefinisikan kembali detik berdasarkan osilasi jam optik, menggunakan sumber cahaya UV dan cahaya tampak sebagai pengganti gelombang mikro.
Meskipun beberapa pertanyaan penting masih perlu dijawab sebelum hal ini terjadi, jelas bahwa definisi tepat satu detik dapat berubah.
