Jalons historiques.
Héritage des astronomes babyloniens et des mathématiciens de la fin du Moyen Âge qui ont divisé l'heure en 60 minutes, puis chaque minute en 60 "secondes minutes", la seconde est aujourd'hui l'une des sept unités de base du Système international (SI). Elle possède le symbole officiel "s" (toujours en minuscule et sans point abréviatif). La seconde y occupe une place prépondérante, étant, comme le souligne le physicien Sean Carroll, l'unité que "les humains ont choisi pour mesurer le changement".

Sa définition a radicalement évolué au fil du temps pour atteindre une précision inégalée. La première définition officielle, adoptée à la fin du XIX^e siècle par la Conférence générale des poids et mesures (CGPM), liait la seconde à la rotation de la Terre : elle correspond ait à la 86 400^e partie du jour solaire moyen. Cependant, l'observation de légères irrégularités dans la rotation terrestre a conduit à une redéfinition en 1956, pour ancrer la seconde à une base plus stable : la durée de l'année tropique 1900.

L'avènement de la physique quantique au milieu du XX^e siècle a constitué une révolution dans l'histoire de la mesure du temps, en faisant passer sa définition de l'infiniment grand à l'infiniment petit. Depuis 1967, la définition officielle de la seconde est basée sur une propriété immuable de la matière : La seconde est définie comme la durée de 9 192 631 770 périodes de la radiation correspondant à la transition entre les deux niveaux hyperfins de l'état fondamental de l'atome de césium 133 non perturbé. Cette transition, qui représente le changement d'orientation du spin de l'électron le plus externe de l'atome, émet un rayonnement électromagnétique d'une fréquence extrêmement stable. C'est ce rayonnement qui est compté par les horloges atomiques.

Cette nouvelle définition n'a pas seulement amélioré la précision, elle a inversé la logique même de la mesure du temps. Auparavant, la seconde était une fraction d'une durée plus grande (le jour ou l'année), une approche dite descendante. Désormais, elle est un multiple d'un phénomène élémentaire, ce qui constitue une approche ascendante bien plus fondamentale et stable. La précision est devenue telle que les scientifiques ont dû ajouter une précision cruciale en 1997 : la définition se réfère à un atome de césium au repos, à une température de 0 Kelvin (le zéro absolu), afin d'éliminer toute perturbation résiduelle.

La stabilité exceptionnelle de cette définition atomique confère à la seconde un statut à part au sein des unités de mesure : elle est l'unité du Système international connue avec la plus grande exactitude. La dérive des meilleures horloges atomiques est infime, de l'ordre d'une seconde sur des centaines de millions d'années. Cette maîtrise est si aboutie que la seconde elle-même est devenue l'étalon de référence pour définir une autre unité fondamentale, le mètre. Depuis 1983, celui-ci est défini comme la distance parcourue par la lumière dans le vide en exactement 1/299 792 458 de seconde, consacrant la mesure du temps comme l'une des plus fiables de toute la science.

Bien que les scientifiques aient créé le Temps atomique international (TAI), une échelle de temps continue et extrêmement précise, notre vie quotidienne reste synchronisée avec le cycle du jour et de la nuit, dicté par la rotation imparfaite de la Terre. Pour concilier la rigueur atomique avec la réalité astronomique, il est parfois nécessaire d'ajouter ou de retrancher une "seconde intercalaire" au Temps universel coordonné (UTC), l'échelle de temps légale mondiale, afin que le Soleil reste au zénith à midi.

Aujourd'hui, une nouvelle révolution est en marche avec le développement d'horloges optiques, qui utilisent des fréquences de lumière visible bien plus élevées que les micro-ondes des horloges au césium, promettant de gagner encore plusieurs ordres de grandeur en précision. Certaines de ces horloges, basées sur des atomes comme l'ytterbium ou le strontium, ont déjà été adoptées comme "représentations secondaires de la seconde", ouvrant la voie à une future redéfinition officielle.