وقتی زمان در آمریکا از حرکت ایستاد!/ ماجرای انحراف چند میکروثانیه‌ای ساعت‌های اتمی

در پی طوفان بادی شدیدی در شهر بولدرِ ایالت کلرادو، زمان رسمی ایالات متحده آمریکا اندکی از حالت عادی خارج شد؛ البته نه آن‌قدر که زندگی روزمره مردم را مختل کند. بااین‌حال، همین انحراف بسیار کوچک کافی بود تا مسئولان زمان‌سنجی آمریکا توضیح دهند چه اتفاقی افتاده و چرا «زمان خراب نشده است».

زمان رسمی آمریکا توسط مؤسسه ملی استانداردها و فناوری یا همان NIST تنظیم می‌شود. این نهاد از سال ۲۰۰۷ مسئول تعیین زمان رسمی کشور است و برای این کار به مجموعه‌ای از ساعت‌های اتمی فوق‌دقیق متکی است.

در حال حاضر، زمان آمریکا بر اساس میانگین ۱۶ ساعت اتمی در آزمایشگاه NIST در بولدر تنظیم می‌شود. این ساعت‌ها به سزیم-۱۳۳ متکی هستند؛ اتمی که نوسان‌هایش چنان منظم است که تعریف «یک ثانیه» در علم دقیقاً بر پایه آن بنا شده: بیش از ۹ میلیارد نوسان مشخص از تابش این اتم، برابر با یک ثانیه است. طوفان شدیدی در بولدر کلرادو باعث شد زمان رسمی آمریکا طی حدود یک هفته چند میکروثانیه دچار انحراف شود.

البته این میانگین‌گیری ساده نیست. NIST از معیاری به نام «میانگین وزنی» استفاده می‌کند. به زبان ساده، همه ساعت‌ها سهم برابر ندارند؛ بلکه آن‌هایی که پایدارتر و دقیق‌تر هستند، نقش پررنگ‌تری در تعیین زمان نهایی بازی می‌کنند. این روش باعث می‌شود زمان رسمی کشور تا حد امکان دقیق و قابل اعتماد باشد.

همان طور که آی‌اف‌ال‌ساینس می‌نویسد، ماجرا از جایی شروع شد که طوفانی بسیار مخرب باعث قطع برق در آزمایشگاه بولدر شد. چنین اتفاقی معمولاً فاجعه‌بار نیست؛ زیرا این مجموعه به ژنراتورهای پشتیبان مجهز است. در لحظات اولیه قطع برق نیز مشکلی ایجاد نشد؛ اما بررسی‌های بعدی نشان داد یکی از ژنراتورهای حیاتی که نقش مهمی در توزیع سیگنال زمان دارد، از کار افتاده است. همین اختلال باعث شد زمان رسمی آمریکا طی حدود یک هفته، چیزی در حدود ۴ تا ۵ میکروثانیه دچار انحراف شود؛ یعنی چند میلیونیم ثانیه.

این مقدار انحراف در نگاه اول شاید ترسناک به نظر برسد، اما در عمل بسیار ناچیز است. برای درک بهتر، بد نیست بدانیم پلک‌زدن انسان حدود ۳۵۰هزار میکروثانیه طول می‌کشد و حتی بشکن زدن هم حدود ۱۵۰هزار میکروثانیه زمان می‌برد. در مقایسه با این‌ها، انحراف چند میکروثانیه‌ای تقریباً هیچ است.

مسئولان موسسه ملی فناوری و استانداردهای ایالات متحده توضیح دادند که بخشی از سیستم‌های پشتیبان هنوز فعال‌اند. در ساختمان دیگری از مجموعه، ساعت‌های اتمی دیگری قرار دارند که برق آن‌ها از ژنراتور متفاوتی تأمین می‌شود. اگر این ساعت‌ها بدون مشکل به کار خود ادامه دهند، NIST می‌تواند پس از بازگشت کامل پایداری، زمان اصلی را دوباره با دقت بالا تنظیم کند، آن هم بدون نیاز به ساعت‌ها یا منابع خارجی.

سخنگوی NIST با صراحت اعلام کرد: «زمان خراب نشده است.» او تأکید کرد که شهروندان عادی هیچ تغییری احساس نخواهند کرد. در واقع، حتی بسیاری از سامانه‌های دیجیتال هم متوجه چنین انحراف کوچکی نمی‌شوند.

بااین‌حال، دقت زمانی در برخی حوزه‌ها مثل مخابرات، هوافضا، زیرساخت‌های حساس و سامانه‌های موقعیت‌یابی، اهمیت حیاتی دارد. در این حوزه‌ها، حتی اختلاف‌های بسیار کوچک هم می‌تواند مهم باشد. موسسه ملی فناوری و استانداردهای ایالات متحده توضیح داد که مقیاس زمانی این مؤسسه معمولاً در حد نانوثانیه (یعنی هزار برابر دقیق‌تر از میکروثانیه) عمل می‌کند. اما چنین دقتی از طریق اینترنت عمومی قابل انتقال نیست. در اینترنت، به دلیل تأخیر و نوسان در ارسال داده‌ها، خطاهایی در حد یک میلی‌ثانیه کاملاً طبیعی است.

به همین دلیل، NIST برای کاربران حرفه‌ای و حساس، روش‌های دیگری برای انتقال زمان بسیار دقیق دارد؛ مثل لینک‌های مستقیم فیبر نوری یا استفاده از ماهواره‌های GPS. در جریان این اتفاق، برخی لینک‌های فیبر نوری تحت تأثیر قرار گرفتند و به کاربران مربوطه اطلاع داده شد. اما سامانه رایج‌تری که زمان را از طریق مقایسه هم‌زمان سیگنال‌های GPS منتقل می‌کند، به‌طور خودکار به ساعت‌های پشتیبان NIST در مکانی دیگر متصل شد و بدون وقفه به کار ادامه داد. همین طراحی هوشمندانه باعث شد بسیاری از کاربران اصلاً متوجه مشکلی نشوند.

قطع برق و از کار افتادن یکی از ژنراتورهای حیاتی باعث این انحراف بسیار جزئی شد. موسسه ملی فناوری و استانداردهای ایالات متحده پیش از وقوع طوفان، کاربران حساس و «سطح بالا» را از احتمال قطعی برق مطلع کرده بود تا در صورت نیاز، از شبکه‌های جایگزین استفاده کنند. به همین دلیل، حتی در صنایعی که دقت زمانی بسیار مهم است، اختلال جدی گزارش نشد.

در آخرین به‌روزرسانی، مسئولان موسسه ملی فناوری و استانداردهای ایالات متحده اعلام کردند که بررسی‌ها و تعمیرات همچنان ادامه دارد، اما سرویس زمان اینترنتی بولدر اکنون زمان دقیقی ارائه می‌دهد. از آنجا که دقت زمانی اینترنت به‌طور معمول در حد یک میلی‌ثانیه است، این انحراف چند میکروثانیه‌ای در عمل هیچ تأثیری بر کاربران نداشته است.