21.11.2019 23:40
Без обмежень
50 views
Rating 0 | 0 users
 © Поліанна М

Час і його вимірювання

Спробуйте відразу дати точне визначення: що таке час? Думка крутиться навколо цього поняття, намагається вхопитися, але ось сформулювати однозначне визначення складно. Є різні концепції і трактування часу в філософії, фізиці, метрології.

У класичній механіці і теорії відносності використовуються абсолютно різні концепції часу. У першому випадку час характеризує послідовність подій, що відбуваються в тривимірному просторі. У другому розглядається ще й як четверта координата.

Але про все по порядку. Давайте дізнаємося, як люди вимірювали час, чому секунда – його найдрібніша прийнята одиниця. Також визначимо поняття часу в фізиці, розглянемо явища релятивістського і гравітаційного уповільнення часу.

Що таке час?

Плин часу – цілком природне явище. Час йде, все навколо змінюється, відбуваються різні події. Саме тому про час з точки зору фізики, в першу чергу, варто говорити в контексті подій.

Якби навколо нічого не відбувалося, поняття часу не мало б традиційного сенсу. Іншими словами, без подій часу не існує. Отже:

Час – міра того, як змінюється навколишній світ. Час визначає тривалість існування об`єктів, зміну їх станів і процеси, що протікають в них.

В системі СІ час вимірюється в секундах і позначається буквою t.

Як люди вимірювали час?

Для вимірювання часу потрібні будь-які події, що повторюються з однаковим періодом. Наприклад, зміна дня і ночі. Сонце щодня встає на сході і сідає на заході, а Місяць кожен синодичний місяць проходить весь цикл фаз освітленості сонцем – від тоненького серпа півмісяця до повні.

Давнім людям нічого не залишалося, як прив`язати відлік часу до руху небесних тіл і подій, пов`язаних з ним. А саме – до зміни днів, ночей і сезонів року.

У році 4 сезони і 12 місяців. Саме стільки раз за весну, літо, осінь і зиму Місяць змінює свої фази.

У міру розвитку прогресу методи вимірювання часу удосконалювалися, з`явилися сонячні, водяні, пісочні, вогняні, механічні, електронні та, нарешті, молекулярні годинники.

Чому в годині 60 хвилин, в хвилині – 60 секунд, а в добі – 24 години?

Відразу обмовимося, що викладене нижче багато в чому є суб’єктивним припущеннями, зробленим на основі історичних відомостей. Ймовірно, все відбувалося по-іншому.

Давнім народам потрібна була якась основа, щоб будувати свої системи числення. У Вавилоні за таку основу було взято число 60.

Рік можна уявити у вигляді кола, що містить 360 градусів. Можливо, число 360 в даному контексті взялось тому, що в році 365 днів, і цю цифру просто округлили до 360.

Колись найкоротшою одиницею виміру часу була година. Стародавні вавілоняни були сильними математиками і вирішили ввести менші одиниці часу, використовуючи своє улюблене число 60. Тому, в годині 60 хвилин, а в хвилині 60 секунд.

Але чому день ділиться на 12 годин? За це потрібно сказати спасибі стародавнім єгиптянам і їх дванадцятирічній системі. День і ніч ділилися на 12 рівних частин, які вважали різними царствами життя. Швидше за все, спочатку використання числа 12 пов`язане з кількістю оборотів Місяця навколо Землі за рік.

Найбільша одиниця вимірювання часу

Найбільша одиниця вимірювання часу – кальпа. Кальпа є поняттям з індуїзмі та буддизмі. Вона дорівнює приблизно 4, 32 мільярдів років, що збігається з віком Землі з точністю до 5%.

Як в голову древнім індуїстам прийшли такі цифри? Відповіді на це питання ми не знаємо, але вся система як ніби говорить нам, що тоді люди знали про Всесвіт трохи більше, ніж ми.

Кальпу в індуїзмі ще називають «днем Брахми». День змінюється ніччю, котра рівна їй за тривалістю. 30 днів і ночей складають місяць, а рік складається з 12 місяців. Все життя Брахми – 100 років, після чого світ гине разом з ним.

Якщо перевести сто років Брахми в наші традиційні роки, вийде 311 трильйонів і 40 мільярдів років! Нинішньому Брахмі 51 рік.

Висновок: якщо все це правда, то турбуватися не варто – Всесвіт буде існувати ще довгий час.

Перші години

Спочатку було досить палички, на якій кам`яною сокирою можна було робити зарубки і тим самим відраховувати минулі дні. Але це скоріше був календар, а не годинник.

Перші і найдавніші годинники – сонячні. Їх дія заснована на зміні довжини тіні предметів у міру того, як сонце рухається по небосхилі. Такими годинниками були гномони – довгі жердини, встромлені в землю. Сонячні годинники застосовувалися в Стародавньому Єгипті та Китаї. Про них було достеменно відомо вже в 1200 році до нашої ери.

Потім з`явилися водяні, пісочні і вогняні годинники. Робота цих механізмів не була прив`язана до руху небесних світил. Довгий час водяні годинники були головними інструментами для вимірювання часу.

Перші механічні годинники були виготовлені китайськими майстрами в 725 році нашої ери. Однак широке поширення вони отримали відносно недавно.

У середньовічній Європі механічні годинники встановлювалися в баштах соборів і мали тільки одну стрілку – годинну. Кишеньковий годинник з`явився тільки 1675 року (винахід запатентував Гюйгенс), а наручні – набагато пізніше.

Сучасний годинник

Зараз механічні або електронні годинники є у кожного. Вони вимірюють час з відносно невеликими похибками. Однак найточнішими годинниками в світі є атомні годинники. Їх ще називають молекулярними або квантовими.

Як ми пам`ятаємо, для визначення одиниці часу необхідний якийсь періодичний процес. Колись найкоротшою одиницею був день. Тобто одиниця виміру час була прив`язана до періодичності сходу і заходу сонця. Потім мінімальною одиницею стала годину, і так далі.

З 1967 року, згідно з міжнародною системою СІ, визначення однієї секунди прив`язане до періоду електромагнітного випромінювання, що виникає при переході між надтонкими рівнями основного стану атома цезію-133. А саме: одна секунда дорівнює 9 192 631 770 таких періодів.

Час у фізиці

На даний момент не існує певної і єдиної концепції визначення часу в фізиці.

У класичній механіці час вважається безперервною, апріорною і нічим не обумовленою характеристикою світу.

Для вимірювання часу використовується будь-яка періодична послідовність подій. У класичній фізиці час інваріантний щодо будь-якої системи відліку. Тобто у всіх системах події відбуваються одночасно.

Як знайти час у фізиці? Найпростіша формула, яка визначає зв`язок між пройденим шляхом, швидкістю і часом, відома кожному школяреві і має вигляд: v = S / t.

Це формула часу для рівномірного і прямолінійного руху. Тут t – час, S – пройдена відстань, v – швидкість.

Термодинаміка говорить, що час є незворотнім. Необоротний через зростання ентропії замкнутої системи. Але найцікавіше починається в релятивістській фізиці. Наведемо цитату Стівена Хокінга, фізика, який написав коротку історію часу.

Нам доводиться прийняти, що час не відокремлений повністю від простору і не незалежний від нього, але разом з ним утворює єдиний об`єкт, який називається простором-часом.

Також в релятивістській фізиці час перестає бути інваріантним і можна говорити про відносність часу. Іншими словами, хід часу залежить від руху системи відліку.

Це так зване релятивістське уповільнення часу. Якщо годинник знаходиться в нерухомій системі відліку, то в рухомому тілі всі процеси відбуваються повільніше, ніж в нерухомому. Саме тому космонавт, який мандрує в космосі на супер-швидкісному кораблі, практично не постаріє в порівнянні зі своїм братом близнюком, який залишиться на Землі.

Крім релятивістського існує гравітаційне уповільнення часу. Що це таке? Гравітаційне уповільнення часу – зміна ходу годинника в гравітаційному полі. Чим сильніше поле гравітації, тим сильніше уповільнення.

Згадаймо про те, що секунда – це час, за який атом ізотопу цезію робить 9 192 631 770 квантових переходів. Залежно від того, де знаходиться атом (на землі, в космосі, далеко від будь-якого об`єкта або біля чорної діри) секунда буде мати різні значення.

Як бачимо, перспективи при вивченні часу дуже непередбачувані. Можливо, це все в майбутньому приведе людство до створення машини для подорожі в цьому складному понятті – часі.




Рекомендуємо також:

Шкільний реферат з фізики для учнів 10 класу на тему «Час і його вимірювання». Бажаю отримати 12 балів за проект.



Обговорення

Візьміть участь в обговоренні

Ваше ім`я, псевдо або @: 
Закріплений коментар
Коментар відвідувача стає доступним для ознайомлення лише з дозволу Редактора

Публікації автора Поліанна М

Літературні авторські твори, вірші, проза, публіцистика та інше