Leap Second คืออะไร?
Leap second คือการปรับเวลาเพียง 1 วินาทีที่ถูกเพิ่มเข้าไปในเวลาสากลเชิงพิกัด (UTC) ซึ่งเป็นมาตรฐานเวลาทั่วโลกที่โทรศัพท์ เซิร์ฟเวอร์ และดาวเทียมของคุณใช้ในการซิงค์เวลา เมื่อมีการเพิ่ม leap second เข้าไป นาทีสุดท้ายของวันจะมี 61 วินาทีแทนที่จะเป็น 60 — นาฬิกาจะเดินผ่าน 23:59:60 ก่อนที่จะเปลี่ยนเป็น 00:00:00
Leap second ฟังดูเหมือนเรื่องเล็กน้อย แต่จริงๆ แล้วไม่ใช่เลย วินาทีพิเศษนี้เคยทำให้เว็บไซต์ใหญ่ล่ม เที่ยวบินต้องหยุดให้บริการ และจุดชนวนให้เกิดการถกเถียงกันมานานหลายทศวรรษในหมู่นักฟิสิกส์ นักดาราศาสตร์ และวิศวกรซอฟต์แวร์ ในปี 2022 หน่วยงานด้านการบอกเวลาของโลกได้ลงคะแนนเสียงให้ยกเลิก leap second ในที่สุด ต่อไปนี้คือสิ่งที่ leap second จริงๆ คืออะไร เหตุใดจึงมีอยู่ และเหตุใดจึงกำลังจะถูกยกเลิก
เหตุใด Leap Second จึงมีอยู่
ปัญหามาจากวิธีการวัดเวลาสองวิธีที่แตกต่างกันซึ่งไม่สอดคล้องกันอย่างสมบูรณ์
เวลาอะตอมนั้นคงที่อย่างสมบูรณ์แบบ ตั้งแต่ปี 1967 เป็นต้นมา วินาทีถูกกำหนดโดยการสั่นของอะตอมซีเซียม-133 — จำนวน 9,192,631,770 ครั้งต่อวินาที เครือข่ายนาฬิกาอะตอมทั่วโลกจะรักษาเวลาอะตอมระหว่างประเทศ (TAI) และมันมีความสม่ำเสมออย่างน่าทึ่ง: มันไม่เคยเร็วขึ้นหรือช้าลง
การหมุนของโลกนั้นไม่คงที่ ความยาวของวัน ตามการหมุนจริงของโลกนั้นไม่สม่ำเสมอเล็กน้อย แรงเสียดทานจากกระแสน้ำ การเคลื่อนที่ของแกนโลกที่เป็นของเหลว และการเปลี่ยนแปลงของมวล เช่น การละลายของแผ่นน้ำแข็ง ล้วนส่งผลกระทบต่ออัตราการหมุน ในระยะยาว โดยทั่วไปแล้วโลกจะ หมุนช้าลง ดังนั้นวันทางดาราศาสตร์จึงยาวนานกว่า 86,400 วินาทีอะตอมเล็กน้อย เวลาที่อิงตามการหมุนนี้เรียกว่า UT1
หากปล่อยไว้ตามลำพัง UTC (ซึ่งสร้างจากวินาทีอะตอมที่คงที่) และ UT1 (ซึ่งเชื่อมโยงกับดวงอาทิตย์จริงบนท้องฟ้า) จะค่อยๆ เคลื่อนห่างกัน เพื่อให้ทั้งสองเวลาสอดคล้องกัน กฎง่ายๆ คือ: UTC จะต้องไม่แตกต่างจาก UT1 เกิน 0.9 วินาที เมื่อใดก็ตามที่ช่องว่างใกล้ถึงขีดจำกัดนั้น leap second จะถูกแทรกเข้าไปใน UTC เพื่อให้เวลาอะตอม "รอ" ให้โลกที่หมุนช้ากว่าตามทัน
ดังนั้น leap second จึงเป็นการแก้ไขด้วยตนเองโดยพื้นฐานที่ทำให้นาฬิกาอะตอมที่แม่นยำของเราสอดคล้องกับโลกที่หมุนโคลงเคลงที่เราอาศัยอยู่จริงๆ
ประวัติโดยย่อของ Leap Second
Leap second ถูกนำมาใช้ในปี 1972 เมื่อ UTC ถูกกำหนดใหม่ให้อิงตามเวลาอะตอมในขณะที่ยังคงเชื่อมโยงกับการหมุนของโลก
ตั้งแต่นั้นมา มีการเพิ่ม leap second จำนวน 27 ครั้ง จนถึงปี 2016 ทุกครั้งที่เพิ่มเข้ามาล้วนเป็น บวก — คือการเพิ่มวินาที ไม่เคยลบออก — เนื่องจากการหมุนของโลกโดยทั่วไปจะช้ากว่าเวลาอะตอมในช่วงเวลาดังกล่าว leap second ล่าสุดถูกแทรกเมื่อวันที่ 31 ธันวาคม 2016 เวลา 23:59:60 UTC
หลังจากนั้น มีช่องว่างที่น่าสังเกตเกือบเจ็ดปี เนื่องจากการหมุนของโลกเร็วขึ้นเล็กน้อยในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา — มากพอที่นักวิทยาศาสตร์เริ่มพูดคุยอย่างจริงจังเกี่ยวกับความเป็นไปได้ของ leap second เชิงลบ (การลบวินาทีแทนที่จะเพิ่ม) ซึ่งเป็นสิ่งที่ยังไม่เคยเกิดขึ้น และวิศวกรหลายคนหวาดกลัวมากกว่า leap second ทั่วไปเสียอีก
ใครเป็นผู้ตัดสินใจว่าเมื่อใดจะเกิด Leap Second?
Leap second ไม่ได้ถูกกำหนดไว้ในปฏิทินที่แน่นอน พวกมันถูกประกาศโดย International Earth Rotation and Reference Systems Service (IERS) ซึ่งมีสำนักงานใหญ่อยู่ใกล้กรุงปารีส คอยตรวจสอบการหมุนของโลกอย่างต่อเนื่อง
เมื่อช่องว่าง UT1–UTC ใกล้ถึง 0.9 วินาที IERS จะออกประกาศ — โดยปกติจะ ล่วงหน้าประมาณหกเดือน — ว่า leap second จะถูกแทรกเข้าไป ตามธรรมเนียมแล้ว การแทรกจะเกิดขึ้นในช่วงสิ้นสุดของวันที่ 30 มิถุนายน หรือ 31 ธันวาคม (UTC)
ระยะเวลาแจ้งล่วงหน้าหกเดือนนั้นคือแก่นของปัญหาทางวิศวกรรม: ตารางเวลานั้น ไม่สม่ำเสมอและคาดเดาไม่ได้ คุณไม่สามารถเขียนสูตรที่บอกคุณได้ว่า leap second ครั้งต่อไปจะเกิดขึ้นเมื่อใด เหมือนกับที่คุณทำได้สำหรับปีอธิกสุรทิน คุณต้องรอให้ IERS ประกาศ จากนั้นจึงตรวจสอบให้แน่ใจว่านาฬิกาทุกเรือนในระบบของคุณรู้
เหตุใดวิศวกรถึงเกลียด Leap Second
สำหรับคนส่วนใหญ่ วินาทีพิเศษนั้นไม่สังเกตเห็นได้ สำหรับคอมพิวเตอร์ที่คาดหวังว่าทุกนาทีจะมี 60 วินาทีพอดี นาทีที่มี 61 วินาทีนั้นเป็นกับระเบิด
เหตุการณ์ที่มีชื่อเสียงที่สุดเกิดขึ้นเมื่อวันที่ 30 มิถุนายน 2012 เมื่อมีการแทรก leap second เชิงบวก ทันทีที่มันมาถึง ระบบต่างๆ มากมายก็ล่ม Reddit ใช้งานไม่ได้ พร้อมกับเว็บไซต์ขนาดใหญ่อื่นๆ บั๊กนั้นสืบย้อนไปถึงวิธีที่เคอร์เนล Linux จัดการกับการเดินนาฬิกาย้อนกลับในชั่วขณะนั้น — มันกระตุ้นให้เกิดสภาวะที่ควบคุมไม่ได้ซึ่งทำให้ CPU ของเซิร์ฟเวอร์ทำงานเต็มพิกัด ระบบจองสายการบินที่สร้างบนซอฟต์แวร์ที่ได้รับผลกระทบก็รายงานปัญหาการหยุดชะงัก ทำให้การเช็คอินล่าช้า ปัญหาที่คล้ายกันนี้เคยเกิดขึ้นใน leap second ก่อนหน้านี้เช่นกัน
ปัญหาหลักเป็นปัญหาเชิงโครงสร้าง:
- เหตุการณ์เกิดขึ้นได้ยาก ดังนั้นเส้นทางโค้ดสำหรับจัดการ leap second แทบจะไม่เคยถูกใช้งานและแทบไม่เคยถูกทดสอบภายใต้สภาวะจริง
- เวลาดูเหมือนจะหยุดนิ่งหรือเกิดซ้ำ และซอฟต์แวร์จำนวนมากสันนิษฐานอย่างเงียบๆ ว่าเวลาเดินไปข้างหน้าเท่านั้น อย่างซ้ำซากจำเจ
- ตารางเวลาคาดเดาไม่ได้ ดังนั้นระบบจึงต้องดึงข้อมูลและเชื่อถือประกาศจากภายนอก แทนที่จะคำนวณการปรับเปลี่ยนด้วยตนเอง
เนื่องจากการหยุดทำงานในยุคสมัยใหม่อาจส่งผลกระทบเป็นลูกโซ่ไปยังตลาดการเงิน เครือข่ายโทรคมนาคม และแพลตฟอร์มคลาวด์ วินาทีเดียวที่จัดการผิดพลาดอาจมีค่าใช้จ่ายสูงอย่างแท้จริง
วิธีแก้ปัญหาชั่วคราว "Leap Smear" ของ Google
แทนที่จะใช้ leap second ในการกระโดดอย่างกะทันหันเพียงครั้งเดียว Google ได้ริเริ่มแนวทางที่เรียกว่า leap smear แทนที่จะแทรกหนึ่งวินาทีเต็มในเวลาเที่ยงคืน เซิร์ฟเวอร์ของ Google จะกระจายการแก้ไขไปทั่วช่วงเวลาที่ยาวนาน — โดยทั่วไปคือประมาณ ~24 ชั่วโมงรอบเหตุการณ์ — โดยทำให้แต่ละวินาทียาวขึ้น (หรือสั้นลง) เล็กน้อยจนแทบไม่รู้สึก
ในระหว่างการ smear ไม่มีนาฬิกาใดแสดง 23:59:60 และไม่มีนาฬิกาใดเดินถอยหลัง เวลาแค่เดิน "ช้า" เล็กน้อยเป็นเวลาหนึ่งวันจนกว่าวินาทีพิเศษจะถูกดูดซับอย่างเงียบๆ ซอฟต์แวร์จะเห็นนาฬิกาที่ราบรื่นและซ้ำซากจำเจ และไม่เคยเจอกรณีขอบที่อันตราย Amazon, Meta และบริษัทอื่นๆ ก็ใช้กลยุทธ์การ smear ที่คล้ายกัน และมันได้กลายเป็นเทคนิคการเอาชีวิตรอดโดยพฤตินัยสำหรับระบบขนาดใหญ่
ข้อเสีย: นาฬิกาที่ถูก smear นั้นจงใจไม่ตรงกับ UTC อย่างเป็นทางการเป็นเวลาหลายชั่วโมง — ซึ่งใช้ได้ดีกับบริการส่วนใหญ่ แต่เป็นปัญหาปวดหัวเมื่อคุณต้องการกระทบยอดกับระบบที่ไม่ถูก smear มันเป็นวิธีแก้ปัญหาชั่วคราวสำหรับปัญหาที่อุตสาหกรรมรู้สึกมากขึ้นเรื่อยๆ ว่าไม่ควรมีอยู่ตั้งแต่แรก
หากคุณทำงานกับเวลา epoch โปรดทราบว่า การประทับเวลา Unix ไม่นับ leap second เลย — เวลา Unix แค่แสร้งทำเป็นว่าทุกวันมี 86,400 วินาทีพอดี ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของสาเหตุที่การปรับเปลี่ยนในโลกแห่งความเป็นจริงทำให้เกิดแรงเสียดทานมากมาย
การตัดสินใจปี 2035: การยกเลิก Leap Second
การถกเถียงมาถึงจุดแตกหักที่ การประชุมใหญ่เรื่องน้ำหนักและการวัด (CGPM) ปี 2022 — องค์กรระหว่างประเทศที่ควบคุมระบบเมตริกและคำจำกัดความของวินาที
ผู้แทนได้ผ่านมติครั้งประวัติศาสตร์: การเพิ่ม leap second จะถูกหยุดภายในปี 2035 จากจุดนั้นเป็นต้นไป UTC จะถูกปล่อยให้เคลื่อนห่างจาก UT1 เกินกว่าขีดจำกัด 0.9 วินาทีในปัจจุบัน โดยจะมีการเจรจาความคลาดเคลื่อนที่ยอมรับได้ในภายหลัง — ซึ่งมีแนวโน้มว่าจะปล่อยให้ช่องว่างเพิ่มขึ้นเป็นเวลาหลายทศวรรษ อาจถึงหนึ่งนาทีหรือมากกว่านั้น ก่อนที่จะพิจารณาการแก้ไขใดๆ
ในทางปฏิบัติ นั่นหมายความว่า UTC จะกลายเป็นมาตราส่วนเวลาที่ราบรื่นและต่อเนื่อง โดยไม่มีนาทีที่มี 61 วินาทีที่น่าประหลาดใจอีกต่อไป นักดาราศาสตร์ที่ต้องการเวลาตามการหมุนของโลกจริงๆ ยังคงใช้ UT1 ได้โดยตรง ทุกคนที่ใช้คอมพิวเตอร์จะได้นาฬิกาที่พวกเขาสามารถไว้วางใจให้ทำงานได้ในที่สุด การเปลี่ยนแปลงนี้แลกกับความไม่ลงรอยกันเล็กน้อยที่ค่อยๆ สะสมกับดวงอาทิตย์ เพื่อขจัดแหล่งที่มาของความเสี่ยงทางเทคนิคระดับโลกที่เกิดขึ้นซ้ำแล้วซ้ำเล่า
คำถามที่พบบ่อย
เคยมี leap second ที่ถูกลบออกแทนที่จะเพิ่มหรือไม่?
ไม่เคย leap second ทั้ง 27 ครั้งที่แทรกมาตั้งแต่ปี 1972 ล้วนเป็น บวก — คือการเพิ่มวินาที leap second เชิงลบ (การข้ามจาก 23:59:58 ไป 00:00:00) ไม่เคยเกิดขึ้น แม้ว่าการหมุนของโลกที่เร็วขึ้นเมื่อเร็วๆ นี้จะทำให้มันเป็นไปได้จริงในช่วงสั้นๆ ก่อนที่การตัดสินใจในปี 2035 จะทำให้ประเด็นทั้งหมดหมดไป
Leap second ส่งผลต่อเขตเวลาหรือไม่?
ไม่โดยตรง เขตเวลาคือค่าชดเชยคงที่จาก UTC ซึ่งจัดการผ่านฐานข้อมูลเช่น ฐานข้อมูลเขตเวลา IANA leap second จะปรับ UTC เอง ดังนั้นทุกเขตเวลาจะเปลี่ยนไปในชั่วขณะเดียวกันพร้อมกัน — ค่าชดเชยระหว่างเขตเวลาจะไม่เปลี่ยนแปลง
นาฬิกาคอมพิวเตอร์ของฉันจะเปลี่ยนในปี 2035 หรือไม่?
ไม่มีการเปลี่ยนแปลงที่ผู้ใช้จะสังเกตเห็นได้ หลังจากปี 2035 นาฬิกาก็แค่หยุดรับ leap second เป็นครั้งคราว UTC จะค่อยๆ เคลื่อนห่างจากเวลาทางดาราศาสตร์เป็นเวลาหลายปี แต่การเคลื่อนที่นั้นน้อยเกินไปที่จะสังเกตเห็นได้ในชีวิตประจำวัน
ความแตกต่างระหว่าง UTC, TAI และ UT1 คืออะไร?
TAI คือเวลาอะตอมบริสุทธิ์ คงที่อย่างสมบูรณ์แบบ UT1 คือเวลาที่อิงตามการหมุนจริงของโลก UTC คือมาตรฐานในชีวิตประจำวัน: มันทำงานบนวินาทีอะตอมเหมือน TAI แต่ถูกทำให้สอดคล้องกับ UT1 โดยใช้ leap second ณ ปี 2016 UTC ช้ากว่า TAI อยู่ 37 วินาทีพอดี
ทำไมไม่ปล่อยให้นาฬิกาและดวงอาทิตย์เคลื่อนห่างกันล่ะ?
นั่นคือสิ่งที่การตัดสินใจในปี 2035 ทำโดยพื้นฐานแล้ว ความไม่ลงรอยกันเพิ่มขึ้นช้ามาก — ในอัตราประมาณหนึ่งนาทีต่อศตวรรษ — ซึ่งจะต้องใช้เวลาหลายชั่วอายุคนจึงจะมีความสำคัญ และเมื่อถึงเวลานั้น ก็สามารถวางแผนการแก้ไขเพียงครั้งเดียวอย่างรอบคอบ แทนที่จะแก้ไขทุกๆ สองสามปี
อยากรู้ไหมว่าเครื่องจักรนับเวลาจริงๆ ภายใต้ทั้งหมดนี้อย่างไร? Leap second จะหายไปโดยสิ้นเชิงในเวลา epoch — ลองใช้ ตัวแปลงการประทับเวลา Unix ของเราเพื่อดูว่าคอมพิวเตอร์ติดตามวินาทีที่ผ่านไปได้อย่างไร