به گزارش ایسنا، پیش از آن که به موضوع تغییر ثانیه کبیسه بپردازیم، باید بدانیم که رایانهها زمان را مانند انسانها «احساس» نمیکنند. آنها برای ثبت و پردازش زمان به سامانههای دقیقی متکی هستند. در هسته این فرایند، ترکیبی از سختافزار و نرمافزار قرار دارد که ثانیهها را شمارش میکند، آنها را به شکل قابل فهم برای انسان تبدیل میکند و پیچیدگیهایی مانند مناطق زمانی و تغییر ساعت تابستانی را مدیریت میکند.
سختافزار پشت زمان: ساعت بلادرنگ (RTC)
هر رایانه دارای یک ساعت بلادرنگ (Real-Time Clock یا RTC) است؛ تراشهای کوچک که با باتری کار میکند و حتی زمانی که دستگاه خاموش است، به کار خود ادامه میدهد.
این ساعت با استفاده از یک نوسانساز کریستالی کوارتز، گذر زمان را اندازهگیری میکند و ثانیهها را میشمارد. به این ترتیب، زمانی که رایانه روشن میشود، سیستم تقریبا میداند ساعت و تاریخ چیست.
میتوان ساعت بلادرنگ را مانند ساعت مچی داخلی رایانه در نظر گرفت که در پسزمینه و بدون دخالت کاربر، زمان را دنبال میکند.
ساعت سیستم و «دوره یونیکس»
وقتی کامپیوتر راهاندازی میشود، سیستمعامل اطلاعات ساعت بلادرنگ را میخواند و بر اساس آن ساعت سیستم (System Clock) را تنظیم میکند.
ساعت سیستم زمان را معمولا به صورت یک مقدار عددی دنبال میکند؛ برای مثال تعداد ثانیههایی که از یک نقطه زمانی مشخص گذشته است.
یکی از رایجترین نقاط مرجع، اول ژانویه ۱۹۷۰ ساعت ۰۰:۰۰:۰۰ به وقت هماهنگ جهانی (UTC) است که به آن دوره یونیکس (Unix Epoch) گفته میشود.
برای نمونه، یک مُهر زمانی یونیکس (Unix Timestamp) یک لحظه مشخص را در زمان نشان میدهد.
استفاده از این روش عددی به رایانه اجازه میدهد فاصله میان دو زمان را به سادگی محاسبه کند یا انجام یک کار را برای زمان مشخصی برنامهریزی کند.
زمان قابل فهم برای انسان؛ قالب تاریخ و مناطق زمانی
رایانهها زمان را به صورت عدد ذخیره میکنند، اما انسانها به قالبهایی مانند «۲۴ شهریور ۱۴۰۵، ساعت ۱۷:۵۵ عصر» نیاز دارند.
کتابخانههای نرمافزاری، مُهرهای زمانی را به قالبهای قابل خوانش برای انسان تبدیل میکنند. یکی از استانداردهای مورد استفاده ISO ۸۶۰۱ است.
نرمافزار همچنین باید مناطق زمانی را مدیریت کند. برای این کار از پایگاههای دادهای مانند پایگاه داده مناطق زمانی IANA استفاده میشود که قوانین مربوط به مناطق مختلف جهان و تغییرات ساعت تابستانی را در خود جای داده است.
بنابراین، رایانه میتواند یک لحظه یکسان را برای مناطق مختلف جهان به ساعت محلی تبدیل کند.
چگونه زمان دقیق باقی میماند؟؛ پروتکل زمان شبکه (NTP)
ساعت داخلی رایانهها به مرور زمان ممکن است کمی جلو یا عقب بیفتد. به همین دلیل، بسیاری از سیستمها برای حفظ دقت، ساعت خود را با سرورهای زمان از طریق پروتکل زمان شبکه (NTP) هماهنگ میکنند.
این سرورها زمان دقیق را از منابع جهانی، از جمله ساعتهای اتمی، دریافت میکنند و دستگاهها با استفاده از آنها ساعت داخلی خود را تصحیح میکنند.
بدون چنین سامانههایی، ساعت رایانه میتواند به مرور زمان چندین ثانیه از زمان واقعی فاصله بگیرد و در نتیجه، زمان ثبت شده برای رویدادها و دادهها نادرست شود.
چالشهای زمانسنجی در رایانهها
با وجود دقت بالای سامانههای رایانهای، مدیریت زمان همچنان با چالشهایی روبهرو است.
ثانیههای کبیسه
برای هماهنگ نگه داشتن زمان رسمی جهان با تغییرات چرخش زمین، گاهی یک ثانیه به زمان هماهنگ جهانی اضافه میشود. این موضوع میتواند برای سامانههایی که به هماهنگی بسیار دقیق زمانی وابستهاند، مشکل ایجاد کند.
مناطق زمانی و تغییر ساعت تابستانی
قوانین مربوط به ساعت در کشورهای مختلف متفاوت است و حتی ممکن است در طول زمان تغییر کند. بنابراین نرمافزارها باید دائما این اطلاعات را بهروزرسانی کنند.
مشکل سال ۲۰۳۸
در برخی سیستمهای ۳۲ بیتی، مقدار زمانی یونیکس در سال ۲۰۳۸ از محدوده قابل ذخیره خارج میشود و ممکن است باعث بروز خطا شود؛ هرچند سیستمهای ۶۴ بیتی با این مشکل به شکل گستردهای مواجه نیستند.
بعضی رایانههای قدیمی زمان را با یک شمارنده محدود ذخیره میکنند. این شمارنده از سال ۱۹۷۰ شروع به شمردن ثانیهها کرده و در سال ۲۰۳۸ به سقف عددی خودش میرسد و وقتی دیگر نتواند عدد بزرگتری را ذخیره کند، ممکن است سیستم تاریخ و ساعت را اشتباه نشان دهد یا بعضی برنامهها دچار خطا شوند.
چرا این موضوع اهمیت دارد؟
درک نحوه مدیریت زمان برای برنامهنویسان، متخصصان فناوری اطلاعات و حتی کاربران عادی اهمیت دارد.
از زمانبندی اجرای برنامهها و ثبت رویدادها گرفته تا ساخت اپلیکیشنها و هماهنگسازی سامانههای مختلف، زمان یکی از اجزای اساسی تقریبا تمام زیرساختهای دیجیتال است.
در واقع، آنچه که برای انسان بسیار ساده به نظر میرسد، اینکه «امروز چه روزی است و الان ساعت چند است؟» در پشت صحنه به مجموعهای از سختافزارها، الگوریتمها، استانداردها و سامانههای جهانی وابسته است.
زمان اتمی چگونه به رایانه میرسد؟
برای درک دقیقتر این فرایند، باید مسیر زمان را از ساعتهای اتمی دنبال کرد.
موسسه ملی استاندارد و فناوری آمریکا (NIST) برای تعیین زمان دقیق، از چندین ساعت اتمی استفاده میکند. این ساعتها با هم مقایسه میشوند تا یک زمان دقیق و قابل اعتماد به دست آید. ساعتهای اتمی با دقت بسیار بالا کار میکنند و هر پنج میلیون نوسان آنها معادل یک ثانیه در نظر گرفته میشود. موسسه ملی استاندارد و فناوری آمریکا همچنین از ساعتهای سزیمی بسیار دقیق موسوم به ساعتهای فوارهای سزیمی استفاده میکند. این ساعتها مانند یک مرجع بسیار دقیق عمل میکنند و برای تنظیم ساعتهای دیگر به کار میروند.
موسسه ملی استاندارد و فناوری آمریکا دادههای مربوط به ساعتهای خود را به دفتر بینالمللی اوزان و مقیاسها (BIPM) در فرانسه ارسال میکند. حدود ۹۰ آزمایشگاه ساعت در سراسر جهان نیز دادههای خود را در اختیار دفتر بینالمللی اوزان و مقیاسها قرار میدهند.
دفتر بینالمللی اوزان و مقیاسها با محاسبه یک میانگین وزنی از این دادهها، مقیاس زمانی موسوم به زمان هماهنگ جهانی (UTC) را ایجاد میکند.
سپس دفتر بینالمللی اوزان و مقیاسها به هر آزمایشگاه اعلام میکند ساعتهای آن تا چه اندازه با زمان هماهنگ جهانی اختلاف دارند. موسسه ملی استاندارد و فناوری آمریکا نیز مقیاس زمانی خود، موسوم به UTC(NIST) را بر اساس این اطلاعات تنظیم میکند.
UTC(NIST) از طریق ایستگاههای رادیویی در کلرادو و هاوایی منتشر میشود و از طریق اینترنت نیز در اختیار کاربران قرار میگیرد.
سرویس اینترنتی زمان موسسه ملی استاندارد و فناوری آمریکا بیش از یک میلیون درخواست در ثانیه دریافت میکند؛ رقمی که حتی از تعداد درخواستهای گوگل نیز بیشتر گزارش شده است.
در نهایت، رایانه شما زمان را از یک مرکز اینترنتی دریافت میکند و ساعت داخلی خود را بر اساس آن تنظیم میکند.
اما زمان در دنیای دیجیتال فقط مجموعهای از اعداد و مُهرهای زمانی نیست؛ پشت این اعداد، یک استاندارد جهانی قرار دارد که باید میان ساعتهای اتمی، چرخش زمین و سامانههای رایانهای هماهنگی ایجاد کند. رایانهها میتوانند زمان را به صورت عددی و بر اساس زمان هماهنگ جهانی ثبت و پردازش کنند، اما خود زمان هماهنگ جهانی نیز باید با واقعیت فیزیکی چرخش زمین همگام بماند؛ چرخشی که برخلاف ساعتهای اتمی، کاملا منظم نیست و دائما تغییرات بسیار کوچکی دارد. همین اختلاف ظاهرا ناچیز، یکی از پیچیدهترین چالشهای زمانسنجی مدرن را ایجاد کرده است و آن چیزی نیست به جز ثانیه کبیسه.
هر بار که برای هماهنگ نگه داشتن زمان اتمی و زمان زمین یک ثانیه به ساعتهای رسمی جهان اضافه میشود، سامانههای دیجیتالی نیز باید این تغییر را مدیریت کنند؛ مسئلهای که با گسترش زیرساختهای وابسته به زمان دقیق، از اینترنت و مخابرات گرفته تا شبکههای برق و بازارهای مالی، اهمیت بیشتری پیدا کرده است. اکنون اما این سازوکار قدیمی در آستانه یک تغییر تاریخی قرار دارد.
زمان مرگ ثانیه کبیسه از راه میرسد؟
ترس از احتمال وقوع یک «ثانیه کبیسه منفی» برنامهها برای حذف این سازوکار را سرعت بخشیده است و ممکن است ثانیه کبیسه از ماه اکتبر کنار گذاشته شود.
این تنظیم دورهای ساعتهای جهان که از سال ۱۹۷۲ هر چند سال یک بار انجام شده است، پیش از این قرار بود تا سال ۲۰۳۵ متوقف شود. اما اکنون مقامهای مسئول در حال بررسی پایان زودهنگام آن هستند تا از احتمال واقعی نیاز به یک ثانیه کبیسه منفی جلوگیری کنند؛ یعنی حالتی که در آن ساعتها به جای اضافه کردن یک ثانیه، مجبور شوند یک ثانیه را کم کنند.
چنین اتفاقی تاکنون رخ نداده است و پژوهشگران میگویند وقوع آن میتواند خطرات بیسابقهای ایجاد کند.
برای جلوگیری از مشکلات آینده، مسئولان زمانسنجی جهان برای نخستین بار پیشنهاد کردهاند که ثانیه کبیسه با «ساعت کبیسه» جایگزین شود؛ به این معنا که مقیاسهای زمانی تنها زمانی دوباره با یکدیگر هماهنگ شوند که اختلاف آنها به ۳۶۰۰ ثانیه، یعنی یک ساعت برسد.
کشورهای عضو کنفرانس عمومی اوزان و مقیاسها (CGPM) قرار است در بیستوهشتمین نشست این کنفرانس که ۱۳ تا ۱۵ اکتبر در نزدیکی پاریس برگزار میشود، درباره این قطعنامه رایگیری کنند.
از دهه ۱۹۷۰ تاکنون، ۲۷ بار یک ثانیه اضافی به زمان هماهنگ جهانی (UTC) اضافه شده است.
این کار برای آن انجام میشود که زمان هماهنگ جهانی که بر اساس ساعتهای اتمی نگهداری میشود، با زمان حاصل از چرخش طبیعی و متغیر زمین هماهنگ باقی بماند؛ چرخشی که هزاران سال معیار سنجش زمان برای انسان بوده است.
اما اضافه کردن یک ثانیه کبیسه میتواند برای سامانههای رایانهای که برای عملکرد صحیح به هماهنگی زمانی وابستهاند، مشکلساز شود.
این سامانهها شامل زیرساختهای حیاتی مانند شبکههای برق، مخابرات، سامانههای مالی و اینترنت هستند. یکی از مشکلات سیستم فعلی این است که سازمانهای مختلف روشهای متفاوتی برای مدیریت ثانیه کبیسه دارند.
برای مثال، شرکت فناوری گوگل ترجیح میدهد ثانیه اضافی را به تدریج در طول روز پخش کند؛ در حالی که برخی شرکتهای دیگر یک ثانیه کامل را به یک دقیقه مشخص اضافه میکنند.
برخی بازارهای مالی نیز زمان معاملات خود را تغییر میدهند تا بازارها در دقیقهای که دارای ۶۱ ثانیه است، فعال نباشند.
مدیرکل مرکز تحقیقات اندازهشناسی کانادا در هلیفکس، میگوید: در نهایت با یک ناپیوستگی در سامانهای مواجه میشویم که قرار است پیوسته باشد.
نتیجه منفی
مشکل بعدی ممکن است حتی جدیتر باشد.
ثانیههای کبیسه به دلیل تغییر سرعت چرخش زمین مورد نیاز هستند. در مقیاس میلیونها سال، سرعت چرخش زمین به دلیل اصطکاک ناشی از کشش ماه کاهش مییابد. اما در بازههای زمانی کوتاهتر، سرعت چرخش زمین نوسان دارد.
از حدود سال ۲۰۱۵، سرعت چرخش زمین افزایش یافته است؛ تغییری که دانشمندان آن را به تغییر جریانهای موجود در هسته مایع زمین نسبت دادهاند.
در نتیجه، دانشمندانی که چرخش زمین را مطالعه میکنند، میگویند احتمال نیاز به یک ثانیه کبیسه منفی تا سال ۲۰۳۵ حدود ۳۰ درصد است.
در چنین شرایطی، زمان هماهنگ جهانی باید به جای اضافه کردن یک ثانیه، یک ثانیه را کم کند تا زمان رسمی جهان دوباره با چرخش زمین هماهنگ شود.
این اتفاق تاکنون هرگز رخ نداده و به گفته پژوهشگران، میتواند خطرات بیسابقهای به همراه داشته باشد.
دفتر بینالمللی اوزان و مقیاسها هشدار داده است که یک ثانیه کبیسه منفی میتواند زیرساختهای حیاتی را مختل کند و مقابله با پیامدهای آن هزینه زیادی داشته باشد.
نگرانی اصلی این است که مشخص نیست چه تجهیزاتی ممکن است در چنین شرایطی دچار نقص شوند.
هماهنگ کردن سامانههای زمانی تنها زمانی که اختلاف آنها به یک ساعت برسد، مزایای متعددی دارد. چنین اختلافی ممکن است تا صدها یا حتی هزاران سال رخ ندهد.
همچنین اختلاف یک ساعت میان «روز خورشیدی» و روز محاسبه شده بر اساس زمان اتمی ممکن است آنقدرها که تصور میشود، مشکلساز نباشد؛ چرا که در کشورهایی که از ساعت تابستانی استفاده میکنند، تغییر یک ساعته از قبل نیز وجود دارد.
از این منظر، «ساعت کبیسه» از نظر اجرایی ممکن است برای سیستمها قابلمدیریتتر از «ثانیه کبیسه» باشد.
از نظر نحوه اجرا، تغییر یکساعته چیزی است که مردم با آن آشنایی بیشتری دارند.
البته «ساعت کبیسه» همچنان میتواند مشکلات فنی خاص خود را ایجاد کند. با این حال، سیستمهای مالی و سایر زیرساختها هزاران سال دیگر احتمالا کاملا متفاوت از امروز خواهند بود.
ممکن است در آن زمان، همان ملاحظاتی که امروز وجود دارد، دیگر مطرح نباشد.
ارتقای سامانهها
کشورها چهار سال پیش رای دادند که ثانیه کبیسه پیش از سال ۲۰۳۵ کنار گذاشته شود، اما افزایش احتمال وقوع یک ثانیه کبیسه منفی اکنون پیشنهاد حذف زودتر آن را مطرح کرده است.
از نظر فنی، قطعنامه کنفرانس عمومی اوزان و مقیاسها پیشنهاد میکند اعمال تنظیمهای مبتنی بر ثانیه کبیسه از ۲۰ مه سال ۲۰۲۷، همزمان با روز جهانی اندازهشناسی متوقف شود.
با این حال، به دلیل نحوه برنامهریزی ثانیههای کبیسه، تا آن تاریخ فرصت دیگری برای اضافه کردن یک ثانیه کبیسه وجود ندارد؛ بنابراین این تغییر عملا میتواند از همین حالا اجرایی تلقی شود.
روسیه ممکن است با این تغییر موافق نباشد؛ زیرا سامانه ناوبری ماهوارهای جهانی این کشور، یعنی GLONASS، به شکل متفاوتی با زمان برخورد میکند.
سامانههایی مانند جیپیاس زمان اختصاصی خود را دارند و ثانیههای کبیسه را نادیده میگیرند، اما GLONASS هر بار که یک ثانیه کبیسه اعمال میشود، آن را در سیستم خود لحاظ میکند. به همین دلیل، حذف ثانیه کبیسه نیازمند بهروزرسانی سامانههای GLONASS است تا بتوان فاصله میان زمان اتمی و زمان ناشی از چرخش زمین را مدیریت کرد.
به گفته الیزابت دانلی، متخصص اندازهشناسی و رئیس پیشین بخش زمان و فرکانس موسسه ملی استاندارد و فناوری آمریکا در بولدر کلرادو، روسیه در حال ارتقای سامانههای رایانهای GLONASS است تا بتواند فاصله گرفتن زمان اتمی از زمان خورشیدی را مدیریت کند.
برای تصویب این قطعنامه، برخلاف برخی تصمیمهای قبلی، تنها اکثریت آرا لازم است و نیازی به توافق همه اعضا نیست. در نهایت، تصمیم نهایی را کنفرانس عمومی اوزان و مقیاسها خواهد گرفت.
برخی اخترشناسان پیشتر با حذف ثانیه کبیسه مخالفت کرده بودند.
دلیل این مخالفت آن بود که حفظ ارتباط زمان هماهنگ جهانی با حرکت سیارات و ستارگان به اخترشناسان اجازه میدهد از آن به عنوان تقریبی از زمان خورشیدی استفاده کنند؛ موضوعی که برای نشانهگیری بسیار دقیق تلسکوپها به سمت اجرام آسمانی اهمیت دارد.
با این حال، دانلی میگوید این بار مخالفت جدی از سوی اخترشناسان نشنیده است.
او میگوید: آنها روشهایی برای انجام تنظیمات دارند و در حال حاضر نیز از این روشها استفاده میکنند.
در نهایت، آن چه که روی صفحه رایانه یا تلفن همراه تنها یک تاریخ و ساعت ساده به نظر میرسد، حاصل شبکهای پیچیده از ساعتهای اتمی، استانداردهای جهانی، سرورهای زمان و سامانههای نرمافزاری است. اما تغییرات دائمی در سرعت چرخش زمین، این نظم دقیق را با چالش روبهرو کرده است. اکنون با احتمال حذف «ثانیه کبیسه» و مطرح شدن ایده «ساعت کبیسه»، جهان در آستانه تغییر شیوهای قرار دارد که سالها برای هماهنگ نگه داشتن زمان اتمی و زمان زمین به کار گرفته شده است؛ تغییری که میتواند آینده زمانسنجی در زیرساختهای دیجیتال جهان را نیز تحت تاثیر قرار دهد.
منابع:
صفحه فرقان بایتکین
مجله نیچر
موسسه ملی استاندارد و فناوری آمریکا
انتهای پیام
