Tempo. Concetto fisico che viene utilizzato per stabilire la contemporaneità o l'ordine di una serie di eventi; è una delle grandezze fondamentali, e sotto questo aspetto è analogo alla lunghezza e alla massa. La misurazione del tempo è fondata oggi su tre metodi astronomici diversi; i primi due, basati sulla rotazione giornaliera della Terra attorno al suo asse, fanno riferimento al moto apparente del Sole (tempo solare) o a quello delle stelle (tempo siderale); il terzo metodo è invece basato sul moto orbitale della Terra attorno al Sole (tempo delle effemeridi).

Tempo solare

Il moto apparente del Sole nella sfera celeste è stato a lungo considerato un criterio sul quale fondare la misura del tempo. In ogni luogo e in qualunque giorno, l'ora del mezzogiorno è definita dalla culminazione del Sole al meridiano celeste locale, il cerchio massimo passante per lo zenit del luogo di osservazione e per i poli (nord e sud) della sfera celeste. L'intervallo di tempo tra due successivi passaggi del Sole attraverso il medesimo meridiano celeste è il giorno solare, per tradizione suddiviso in 24 ore. Poiché il moto di rotazione della Terra non è uniforme, la durata del giorno solare varia durante l'anno; di conseguenza per la determinazione dell'ora civile si introdusse come riferimento il giorno solare medio, misurato sulla base di un Sole immaginario che viaggi con velocità costante durante tutto l'anno.

Ora civile

L'ora civile, che è basata sull'ora solare, fu introdotta nel 1883, in seguito a un accordo internazionale, al fine di evitare le complicazioni che sarebbero sorte nella stesura degli orari ferroviari se ciascuna comunità avesse usato l'ora locale. La superficie terrestre fu divisa in 24 fusi orari, a partire dal meridiano di longitudine zero passante per il Royal Greenwich Observatory, nell'Inghilterra meridionale. All'interno di ciascun fuso, individuato in relazione alla sua posizione a est o ovest di Greenwich, tutti gli orologi segnano la stessa ora convenzionale. In linea di principio i fusi orari sono fasce che si estendono per 15° di longitudine; di fatto, tuttavia, al fine di facilitare le attività commerciali, i limiti di queste fasce sono tracciati in modo da adattarsi alle frontiere internazionali e ai confini naturali fra le varie regioni all'interno di un medesimo stato. Sulle navi, gli orologi sono spesso regolati sull'ora locale di Greenwich, che viene detta ora media di Greenwich (GMT, Greenwich Mean Time). Gli astronomi usano essenzialmente lo stesso sistema, cui danno la denominazione di tempo universale (UT, Universal Time).

Tempo sidereo

Il tempo sidereo è misurato assumendo come riferimento la posizione delle stelle fisse. L'anno sidereo, definito come l'intervallo di tempo che intercorre tra due successive congiunzioni del Sole con una stessa stella, è di 365 giorni, 6 ore, 9 minuti e 9,5 secondi; la sua durata è quindi diversa da quella dell'anno solare che vale 365 giorni, 5 ore, 48 minuti e 45,5 secondi.

Tempo delle effemeridi

Il giorno solare e il giorno siderale medi non sono sufficientemente precisi a causa delle irregolarità del moto di rotazione della Terra intorno al suo asse: la velocità di rotazione varia di uno o due secondi all'anno, e il periodo di rotazione diminuisce di circa un secondo al secolo (rallentamento secolare). Nel 1940, per superare questo inconveniente, fu introdotto il tempo delle effemeridi, basato sull'annuale moto di rivoluzione della Terra attorno al Sole; come il tempo sidereo, esso assume come punto di riferimento l'equinozio di primavera. È usato soprattutto dagli astronomi quando è richiesto il più alto grado di precisione nel calcolo della posizione dei pianeti e delle stelle.

L'unità di tempo nell'uso scientifico

Fino al 1955 l'unità di tempo in uso nella scienza, il secondo, era definito, con riferimento al moto di rotazione della Terra, come 1/86.400 del giorno solare medio.

L'evoluzione della scienza, tuttavia, richiese una definizione più precisa e rigorosa cosicché nel 1967 il secondo fu ridefinito come la durata di 9.192.631.770 oscillazioni della radiazione emessa dall'atomo di cesio-133 nella transizione fra due livelli iperfini del suo stato fondamentale.

Dilatazione del tempo