Jau no senatnes cilvēka ikdienas dzīves ritmu īsākā laikposmā noteica dienas un nakts maiņa, bet ilgākā – gadalaiku maiņa. Tādēļ sākotnēji laika vienības tika saistītas ar Zemes diennakts kustību, tai rotējot ap savu asi un Sauli. Tik īsa laika vienība kā sekunde varēja rasties tikai tad, kad laiku sāka mērīt ar vairāk vai mazāk precīziem mehāniskajiem pulksteņiem, tātad – apmēram 14. gs. Īpaši nepieciešamība pēc tik mazas laika vienības kā sekunde saasinājās pēc tam, kad ar izcilu prātu un enciklopēdiskām zināšanām apveltītais nīderlandiešu pētnieks Kristiāns Heigenss (Christiaan Huygens) 1656. gadā radīja pirmo svārsta pulksteni, ar kuru laiku varēja mērīt daudz precīzāk nekā ar iepriekš izmantotajiem pulksteņiem. Svārsta pulksteņus, kuros izmantots K. Heigensa radītais mehānisms, sadzīvē lieto vēl šodien.

Gan precīzu pulksteņu lietošana, gan arī sekundes kā mērvienības rašanās lielā mērā saistāma ar astronomisku novērojumu izvirzītajām prasībām pēc precīzas laika mērīšanas. Sākotnēji viena sekunde tika definēta kā 1/86400 daļa no vidējā diennakts (Zemes viena apgrieziena ap savu asi) garuma. Taču, precīzi nosakot Zemes rotācijas ātrumu, nācās konstatēt, ka tas nav pastāvīgs un līdz ar to sekundes ilgums ir mainīgs, tāpēc bija nepieciešams mainīt sekundes definīciju. 1956. gadā Starptautiskā svaru un mēru komiteja mainīja sekundes definīciju. Tika noteikts, ka viena sekunde ir 1/31 556 925,9747 daļa no gada. Tomēr, saprotot, ka arī gada garums jeb laiks, kādā Zeme apriņķo ap Sauli, var mainīties, sekundes definīcijai tika izvēlēts 1900. gads. Šī definīcija, lai arī ļoti precīza, tomēr rada grūtības sekundes standarta veidošanai. Ir neiespējami atgriezties laikā pagātnē, 1900. gadā, un mērīt gada garumu. Tādēļ vienpadsmit gadus vēlāk, attīstoties modernajai fizikai, 1967. gadā 13. ģenerālajā svaru un mēru konferencē tika pieņemta vēl šobrīd lietotā sekundes definīcija, kas ir saistīta ar atoma īpašībām.

Domājot par šobrīd pieņemto laika definīciju, rodas jautājums – ar ko Cs atoms ir īpašs citu atomu vidū un, vēl vairāk, ar ko ir īpaša šai atomā izvēlētā supersīkstruktūras pāreja citu pāreju vidū? Kādēļ tieši Cs atoms tiek izmantots, lai definētu sekundi? Katrs atoms gan absorbē, gan arī izstaro elektromagnētiskos viļņus ar daudzām un dažādām frekvencēm. Šos dažādos starojumus sauc par spektrālajām līnijām. Taču ir fundamentāli dabas / fizikas likumi, kas nosaka, ar kādu precizitāti iespējama spektrālo līniju frekvenču noteikšana. Šo fundamentālo precizitātes robežu nosaka kvantu fizika un konkrēti – Heizenberga nenoteiktības sakarības. Vācu fiziķis Verners Heizenbergs (Werner Karl Heisenberg) atklāja – jo īsāku laiku atoms atrodas ierosinātā stāvoklī, jo neprecīzāk iespējams noteikt šā ierosinātā stāvokļa enerģiju, kas savukārt nosaka no šā stāvokļa izstarotā viļņa frekvenci. Jāuzsver, ka šis ir fundamentāls ierobežojums un nav saistīts ar mēraparātu tehniski ierobežoto precizitāti. Likums rāda, ka precizitātes robeža ir principiāla, un nekādi tehniski uzlabojumi mērierīcēs neļaus šos ierobežojumus pārvarēt. No tā izriet skaidrs norādījums, kādi atomi un kādas pārejas tajos jāizvēlas, lai atbilstošo spektrālo līniju frekvences būtu maksimāli precīzi nosakāmas. Ir nepieciešams izvēlēties ilgi dzīvojošus atomu stāvokļus. Tad stāvokļu un starpstāvokļu pāreju enerģijas, kas ir proporcionālas starojuma frekvencei, būs precīzāk nosakāmas. Kā tas ietekmē sekundes definīciju, ja pārejā izstarotā starojuma frekvence tiek definēta? Ja frekvenci uzskatām par zināmu / definētu, tad precīzāks frekvences mērījums nozīmē arī precīzāku sekundes definēšanu. Tieši šāds ilgi dzīvojošs stāvoklis ir Cs atoma supersīkstruktūras stāvoklis.

No pamatmērvienības atvasinātu lielāku un mazāku mērvienību veidošana SI sistēmā laika gadījumā būtiski atšķiras no citu mērvienību gadījuma. Konkrēti tas attiecas uz to, kā tiek veidotas par sekundi lielākas laika mērvienības. Te pieņemts atkāpties no citu mērvienību gadījumā lietotās decimālās mērvienību sistēmas, kad katra lielāka vai mazāka mērvienība ir 10, 100, 1000 utt. reižu lielāka vai mazāka par pamatmērvienību.

Laika gadījumā ir pieņemts, ka 60 sekundes veido vienu minūti. Savukārt 60 minūtes veido vienu stundu. Visbeidzot, 24 stundas veido diennakti. 365 dienas veido vienu gadu. Taču zinot, ka laiks, kas nepieciešams 365 Zemes apgriezieniem ap savu asi, precīzi neatbilst laikam, kas nepieciešams, lai Zeme apriņķotu ap Sauli, ko saucam par gadu, laika skaitīšanā esam spiesti ieviest garos gadus: proti, katru ceturto gadu pagarināt par vienu kalendāro dienu, februārī ieviešot 29. datumu.

Vārds ‘sekunde’ mērīšanā sākotnēji radās nevis saistībā ar laika, bet gan ar leņķa mērīšanu. Apmēram m. ē. 150. gadā Ēģiptē, kas bija daļa no Romas Impērijas, dzīvojošais matemātiķis Klaudijs Ptolemajs (Κλαύδιος Πτολεμαῖος, Klaúdios Ptolemaîos) traktātā Almagestum katru no loka 360 grādiem sadalīja 60 mazākās vienībās – minūtēs. Nosaukumu “minūte” Ptolemajs atvasināja no latīņu vārda minutus ’mazs’. Tālāk katru loka minūti Ptolemajs sadalīja 60 vēl mazākās vienībās – sekundēs –, vienības nosaukumu veidojot no latīņu secunda pars minuta ’“mazā” nākamais (otrais) dalījums’.

Laika mērīšanai nosaukumu “sekunde” pirmais izmantoja viens no izcilākajiem viduslaiku islāma pasaules persiešu zinātniekiem Abū Raihāns Bīrūnī (ابوریحان بیرونی) apmēram mūsu ēras 1000. gadā, kurš tās ilgumu saistīja ar Mēness kalendāra cikliem.

24 stundu laika mērīšanas pirmsākumi meklējami Senajā Ēģiptē vairākus tūkstošus gadu p. m. ē., kad, izmantojot Saules pulksteņus, diennakts gaišā daļa tika sadalīta 12 daļās un tikpat daļu tika atvēlēts diennakts tumšajai daļai. Skaitlis 12 jeb duodecimālā skaitīšanas sistēma ir radusies no tā, ka Senajā Ēģiptē skaitīšanai izmantoja pirkstu locītavas. Četriem rokas pirkstiem, neskaitot īkšķi, katram ir trīs locītavas – kopā 12.

Jau daudz vēlāk, rodoties nepieciešamībai stundu dalīt sīkākās vienībās, babilonieši Mezopotāmijā ieviesa stundas dalījumu 60 minūtēs (seksagesimālā sistēma), aizgūstot šo sistēmu no šumeriem, kas to sāka lietot apmēram divus tūkstošus gadu p. m. ē. Pastāv samērā izplatīta hipotēze, ka šumeriem un babiloniešiem bija attīstīta matemātika, un skaitlis 60 ir īpaši piemērots, lai izteiktu mazākas daļas. Tas dalās bez atlikuma ar pirmajiem sešiem veselajiem skaitļiem no viens līdz seši. Tātad ir viegli saprast, cik daudz ir viena veselā, kas sastāv no 60 vienībām, puse, trešdaļa, ceturtdaļa, piektdaļa un sestdaļa. Tāpat tas dalās arī ar 10, 12, 15, 20 un 30, kas ļauj saprotami runāt par veselā vēl mazākām daļām.

Savukārt nepieciešamība mērīt par vienu sekundi mazākus laika intervālus ir radusies tikai pēc industriālās revolūcijas. Par sekundi mazāku mērvienību veidošanā izmanto decimālās mērvienību sistēmas vispārīgos principus. Tā viena tūkstošdaļa sekundes ir milisekunde (ms), viena miljonā daļa – mikrosekunde (μs), viena miljardā daļa – nanosekunde (ns) un tā tālāk.

Varētu šķist, ka, izvēloties Cs atomu par laika standartu, mums ir viegli nodrošināt vienādu laika mērīšanu jebkurā vietā uz Zemes un arī ārpus tās. Cēzija atomi visur ir vienādi. Saskaņā ar Einšteina Vispārīgo relativitātes teoriju laika ritējumu un pulksteni ietekmē gravitācijas lauks. Pulkstenis, kas atrodas jūras līmenī, būs lēnāks nekā pulkstenis, kas atrodas augstāk virs zemes. Vieni no precīzākajiem atomu pulksteņiem pasaulē, kas atrodas Amerikas Savienot Valstu (ASV) Nacionālo standartu institūtā (National Institute of Standarts, NIST) Bolderā, Kolorado pavalstī (apmēram 1500 m virs jūras līmeņa), rādīs nedaudz citu laiku nekā tāds pats atomu pulkstenis, piemēram, Rīgā, kas atrodas tikai dažus metrus virs jūras līmeņa. Protams, pulksteņi Visumā tālu no zvaigznēm un planētām atkal rādīs nedaudz citu laiku. Tas nozīmē tikai to, ka, realizējot precīzā laika standartu, konkrētā atomu pulksteņa nomērītais laika intervāls ir jākoriģē, zinot gravitācijas lauka stiprumu, kurā tas atrodas. Jāpatur prātā, ka, domājot par šādu superaugstu precizitāti, kādu nodrošina atomu pulksteņi, svarīgs ir ne tikai Zemes radītais gravitācijas lauks, bet arī gravitācijas lauks no Saules un citām Saules sistēmas planētām.

Metroloģijas dienestos strādājošie precīzākie atomu pulksteņi nodrošina to, ka to rādījumi 100 miljonu gadu laikā atpaliks vai steigsies mazāk nekā par vienu sekundi. Tomēr, domājot par vēl lielāku laika etalona precizitāti, tiek apsvērti arī citi varianti, kā nodrošināt laika standartu. Viens no radikālākajiem priekšlikumiem ir izmantot kosmisku objektu pulsāru starojuma pulsācijas. Pulsārs ir neitronu zvaigznes tips, un tā nosaukums ir radies, saīsinot angļu valodas vārdu kombināciju pulsating radio source – pulsar (pulsējošs radiostarojuma avots). Taču fiziķi droši var apgalvot, ka šī starojuma frekvence, lai arī ļoti lēni, tomēr mainās, jo pulsārs zaudē savu enerģiju, izstarojot jau sen Einšteina Vispārējā relativitātes teorijā paredzētos un 2015. gadā eksperimentāli atklātos gravitācijas viļņus. Tādēļ pulsāri varētu būt ne pārāk piemēroti, lai tos izmantotu sekundes definīcijai.

Otrs virziens ir domāt, vai Cs atomu sekundes definīcijā nevajadzētu aizstāt ar kādu citu atomu, kura starojuma frekvenci ir iespējams noteikt ar vēl lielāku precizitāti nekā Cs atomā. Piemēram, ļoti plaši tiek apspriestas noteiktas spektrālās pārejas stroncija atomā vai pat starojums gamma staru diapazonā, ko izstaro atomu kodoli.

Vēl viens virziens, kurā domā fiziķi, ir šāds: sekundes definīcija šobrīd ir vienīgā SI sistēmas pamatlielumu definīcija, kas saistīta nevis ar kādu no fundamentālajām fizikas konstantēm, bet gan ar starojumu, kas nāk no konkrēta atoma konkrētas spektrālas pārejas. Lai gan ir pamats domāt, ka visi Cs un arī jebkura cita ķīmiskā elementa atomi Visumā ir savstarpēji vienādi ar citiem tā paša elementa atomiem, tomēr tas ir konkrēts fizisks un fizikāls artefakts, nevis fundamentāla konstante. Vai nebūtu iespējams arī laiku definēt ar kādu no fundamentālajām konstantēm? To principā var izdarīt, un tādi varianti tiek aktīvi apspriesti. Visbiežāk tiek minēta Ridberga konstante, kas nosaka ūdeņraža atoma spektrālo līniju frekvences; tā tiek ļoti precīzi mērīta. Iespējams, tā ir fizikā šobrīd visprecīzāk nomērītā konstante. Taču sarežģījumi ir arī ar Ridberga konstanti, jo, neraugoties uz precizitāti, mēs nemākam viennozīmīgi to saistīt ar citām fundamentālajām fizikas konstantēm, kas definē citas SI sistēmas pamatmērvienības. Mēģinot izprast šo saistību, sīkās detaļās parādās daudzas interesantas un grūti nosakāmas korekcijas – tādas kā protona lādiņa aizņemtā telpas apgabala lielums un tamlīdzīgi.