Физика для чайников: что такое время. Что такое время? Среднее солнечное время

Попробуйте сходу дать точное определение: что такое время? Мысль вертится вокруг этого понятия, пытается ухватиться, но вот сформулировать однозначное определение сложно. Есть разные концепции и трактовки времени в философии, физике, метрологии.

В классической механике и теории относительности используются совершенно разные концепции времени. В первом случае время характеризует последовательность событий, происходящих в трехмерном пространстве. Во втором рассматривается еще и как четвертая координата.

Но обо всем по порядку. Давайте узнаем, как люди измеряли время, почему секунда - его мельчайшая принятая единица. Также определим понятие времени в физике, рассмотрим явления релятивистского и гравитационного замедления времени.

Что такое время?

Течение времени – совершенно естественное явление. Время идет, все вокруг меняется, происходят разные события. Именно поэтому о времени с точки зрения физики, в первую очередь, стоит говорить в контексте событий.

Если бы вокруг ничего не происходило, понятие времени не имело бы традиционного смысла. Другими словами, без событий времени не существует. Итак:

Время – мера того, как меняется окружающий мир. Время определяет длительность существования объектов, изменение их состояний и процессы, протекающие в них.

В системе СИ время измеряется в секундах и обозначается буквой t .

Как люди измеряли время?

Для измерения времени нужны какие-либо повторяющиеся с одинаковым периодом события. Например, смена дня и ночи. Солнце каждый день встает на востоке и садится на западе, а Луна каждый синодический месяц проходит весь цикл фаз освещенности солнцем - от тоненького серпа полумесяца до полнолуния.

Синодический месяц – время от одного новолуния до другого. За синодический месяц Луна совершает оборот вокруг Земли.

Древним людям ничего не оставалось, как привязать отсчет времени к движению небесных тел и событиям, связанным с ним. А именно – к смене дней, ночей и сезонов года.

В году 4 сезона и 12 месяцев. Именно столько раз за весну, лето, осень и зиму Луна меняет свои фазы.

По мере развития прогресса методы измерения времени совершенствовались, появились солнечные, водяные, песочные, огненные, механические, электронные и, наконец, молекулярные часы.

Часы FOCS 1 Часы FOCS 1 в Швейцарии измеряют время с погрешностью хода около одной секунды за 30 миллионов лет. Это очень точные часы, но через 30 миллионов лет их все же придется "подвести".

Почему в часе 60 минут, в минуте – 60 секунд, а в сутках – 24 часа?

Сразу оговоримся, что изложенное ниже во многом является личными предположениями автора, сделанными на основе исторических сведений. Если у наших читателей появятся уточнения или вопросы, мы будем рады видеть их в обсуждениях.

Древним народам нужна была какая-то основа, чтобы строить свои системы счисления. В Вавилоне за такую основу было взято число 60 .

Именно благодаря шестидесятеричной системе счисления, придуманной шумерами и позже распространившейся в Древнем Вавилоне, окружность содержит 360 градусов, градус – 60 минут, а минута – 60 секунд.

Год можно представить в виде окружности, содержащей 360 градусов. Возможно, число 360 в данном контексте взялось оттого, что в году 365 дней, и эту цифру просто округлили до 360 .

Когда-то самой короткой единицей измерения времени был час . Древние вавилоняне были сильными математиками и решили ввести меньшие единицы времени, используя свое любимое число 60 . Поэтому, в часе 60 минут, а в минуте 60 секунд.

Но почему день делится на 12 часов? За это нужно сказать спасибо древним египтянам и их двенадцатиричной системе. День и ночь делились на 12 раных частей, считаясь разными царствами бытия. Скорее всего, первоначально использование числа 12 связано с количеством оборотов Луны вокруг Земли за год.

Самая большая единица измерения времени

Самая большая единица измерения времени – кальпа . Кальпа является понятием из индуизма и буддизма. Она равняется примерно 4,32 миллиардам лет, что совпадает с возрастом Земли с точностью до 5% .

Как в голову древним индуистам пришли такие цифры? Ответа на этот вопрос мы не знаем, но вся система как будто говорит нам, что тогда люди знали о Вселенной немного больше, чем мы.

Кальпу в индуизме еще называют «днем Брахмы». День сменяется ночью, равной ему по продолжительности. 30 дней и ночей составляют месяц, а год состоит из 12 месяцев. Вся жизнь Брахмы – 100 лет, по прошествии которых мир погибает вместе с ним.

Если перевести сто лет Брахмы в наши традиционные годы, получится 311 триллионов и 40 миллиардов лет! Нынешнему Брахме 51 год.

Вывод: если все это правда, то беспокоится не стоит - Вселенная будет существовать еще долгое время.

Кальпа – самая большая единица измерения времени согласно книге рекордов Гиннеса.

Первые часы

Сначала было достаточно палочки, на которой каменным топором можно делать зарубки и тем самым отсчитывать прошедшие дни. Но это скорее был календарь, а не часы.

Первые и самые древние часы – солнечные. Их действие основано на изменении длины тени предметов по мере того, как солнце движется по небосводу. Такие часы представляли собой гномон – длинный шест, воткнутый в землю. Солнечные часы применялись в Древнем Египте и Китае. О них было доподлинно известно уже в 1200 году до нашей эры.

Затем появились водяные , песочные и огненные часы . Работа этих механизмов не была привязана к движению небесных светил. Долгое время водяные часы были главным инструментом для измерения времени.

Первые механические часы были изготовлены китайскими мастерами в 725 году нашей эры. Однако широкое распространение они получили относительно недавно.

В средневековой Европе механические часы устанавливались в башнях соборов и имели только одну стрелку – часовую. Карманные часы появились только в 1675 году (изобретение запатентовал Гюйгенс), а наручные – намного позже.

Первые наручные часы были исключительно женским аксессуаром. Они представляли собой богато украшенные изделия, точность хода которых отличалась огромными погрешностями. У уважающего себя мужчины не могло быть и мысли о том, чтобы носить наручные часы.

Современные часы

Сейчас механические или электронные часы есть у каждого. Они измеряют время с относительно небольшими погрешностями. Однако самыми точными часами в мире являются атомные часы. Их еще называют молекулярными или квантовыми.

Биг Бен - знаменитые башенные часы

Как мы помним, для определения единицы времени необходим какой-то периодический процесс. Когда-то самой короткой единицей был день. То есть единица измерения время была привязана к периодичности восхода и заката солнца. Потом минимальной единицей стал час, и так далее.

С 1967 года, согласно международной системе СИ , определение одной секунды привязано к периоду электромагнитного излучения, возникающего при переходе между сверхтонкими уровнями основного состояния атома Цезия-133 . А именно: одна секунда равна 9 192 631 770 таким периодам.

Время в физике

На данный момент не существует определенной и единой концепции определения времени в физике.

В классической механике время считается непрерывной, априорной и ничем не определяемой характеристикой мира.

Для измерения времени используется какая-либо периодическая последовательность событий. В классической физике время инвариантно относительно любой системы отсчета. То есть во всех системах события происходят одновременно.

Как найти время в физике? Простейшая формула, определяющая связь между пройденным путем, скоростью и временем, известна каждому школьнику и имеет вид:

Это формула времени для равномерного и прямолинейного движения. Здесь t - время, S - пройденное расстояние, v - cкорость.

Но самое интересное начинается в релятивистской физике . Приведем цитату Стивена Хокинга, физика, написавшего краткую историю времени.

Нам приходится принять, что время не отделено полностью от пространства и не независимо от него, но вместе с ним образует единый объект, который называется пространством-временем

Также в релятивистской физике время перестает быть инвариантом и можно говорить об относительности времени. Другими словами, ход времени зависит от движения системы отсчета.

Это так называемое релятивистское замедление времени. Если часы находятся в неподвижной системе отсчета, то в движущемся теле все процессы происходят медленнее, чем в неподвижном. Именно поэтому космонавт, путешествующий в космосе на супер скоростном корабле, практически не постареет по сравнению со своим братом близнецом, оставшимся на Земле.

Помимо релятивистского существует гравитационное замедление времени. Что это такое? Гравитационное замедление времени – изменение хода часов в гравитационном поле. Чем сильнее поле гравитации, тем сильнее замедление.

Вспомним о том, что секунда – это время, за которое атом изотопа цезия совершает 9 192 631 770 квантовых переходов. В зависимости от того, где находится атом (на земле, в космосе, вдали от любого объекта или у черной дыры) секунда будет иметь разные значения.

Поэтому и время процессов, связанных с данной системой отсчета, будет отличаться. Так, для наблюдателя у горизонта событий Шварцшильдовской черной дыры время практически остановится, а для наблюдателя на Земле все произойдет почти мгновенно.

Людей всегда волновала тема путешествий во времени. Предлагаем вам посмотреть научно-популярный фильм на эту тему и напоминаем, что если у вас совершенно нет времени на учебные дела, наш студенческий сервис всегда поможет справится с актуальными задачами и проблемами.

Несмотря на то, что явление времени кажется интуитивно понятным и является фундаментальным понятием в философии и науке, точное определение времени до сих пор не сформировано. В данной статье мы рассмотрим несколько основных концепций времени с точки зрения науки.

Классическая физика сложилась до возникновения теории относительности Эйнштейна и квантовой теории. Согласно классической концепции времени, время – непрерывная величина, которая не определяется чем-либо и является априорной характеристикой мира. Время – основное условие протекания каких-либо процессов в мире. Такое время одинаково течет для всех процессов и во всех точках мира, при этом нет ничего, что способно повлиять на ход времени. Несмотря на то, что тела и процессы могут ускоряться и замедляться, течение времени равномерно. В связи с этим с точки зрения классической физики время называют абсолютным. Эти свойства времени описал Исаак Ньютон в своем труде «Математические начала натуральной философии» 1687-го года.

В классической механике переход от одной системы отсчета (инерциальной) к другой описывается так называемыми преобразованиями Галилея. Уравнения механики Ньютона по отношению к данным преобразованиям являются инвариантными, из чего выплывает абсолютность времени.

Следует отметить, что в классической физике для времени не выделяется определенная ось, так как в рамках данной концепции течение времени в обратную сторону равносильно обычному его течению.

Термодинамика

В отличие от классической физики, термодинамика утверждает, что время необратимо в силу второго закона термодинамики. Согласно этому закону существует некоторая функция состояния – энтропия, которая не убывает в любых процессах в замкнутых системах. Если бы время могло идти в обратном направлении, энтропия бы в таких системах уменьшалась, что противоречит вышеизложенному закону.

Термодинамика отличается жестким требованием существования оси времени.

Квантовая механика

В большинстве своем концепция времени в рамках квантовой механики схожа с интерпретацией классической физики, то есть время течет равномерно. Однако, основным отличием данного определения является необратимость времени. Это связано с тем, что процесс измерения несимметричен во времени. Измерение в данный момент даст информацию о состоянии объекта в прошлом, но в будущем даст новое состояние.

Релятивистская физика (теория относительности Эйнштейна)

Наиболее популярной концепцией времени сегодня является определение времени в рамках .

Прежде всего следует отметить основные постулаты данной концепции:

Скорость света в вакууме одинакова во всех системах координат, которые движутся относительно друг друга равномерно и прямолинейно.
Физические законы одинаковы во всех системах координат, которые движутся относительно друг друга равномерно и прямолинейно.
Любое событие может влиять лишь на события, которые происходят позже него и не влияет на события, которые происходят раньше него.

Исходя из вышеупомянутых постулатов, можно утверждать, что события, которые происходят одновременно в одной системе отсчета, могут быть не одновременны в другой системе отсчета, движущейся относительно первой системы отсчета. Таким образом, в рамках данной концепции ход времени зависит от движения выбранной системы отсчета. Проще говоря, скорость хода часов зависит от того, кто их носит.
Интереснейшим аспектом данной теории является влияние гравитации на течение времени. В рамках данной концепции пространство и время являются несамостоятельными частями одного пространственно-временного континуума. Тогда вблизи массивных объектов искажается не только пространство, но и изменяется скорость течения времени.

В релятивистской физике время определяется как четвертая координатная ось системы координат, три другие оси которой представляют три пространственные координаты «нашего трехмерного мира». Таким образом каждое тело имеет так называемую мировую линию. Если рассматривать данное тело в упомянутой четырехмерной системе координат, то оно будет представляться протяженным множеством этих тел. То есть в каждый момент времени своего существования тело будет наноситься на четырехмерную систему координат, в зависимости от его пространственного, а также временного положения.

Мировая линия человека (упрощенно), где X и Y — две пространственные координаты, а T — временная координата.

Что же такое время?

Исходя из сказанного выше, становится ясно, что человечеству совершенно неясно, что такое время. Перечисленные здесь теории лишь пытаются математически (и геометрически) определить время, как нечто, что может использоваться в дальнейших расчетах для объяснения наблюдаемых явлений.

Опираясь на постулаты, выплывающие из основных концепций времени, можно попытаться сформулировать следующее субъективное определение:

«Время – априорный геометрический параметр, который характеризирует движение, определяет длительность существования всех процессов, есть условие существования изменения. Является неотъемлемой частью пространственно-временного континуума, есть его четвертая координата наряду с тремя пространственными. Время способно искривляться в результате гравитационного возмущения, при этом является необратимым. Данное явление относительное и зависит от выбора системы отсчета и ее скорости. Подчиняется постулату причинности, согласно которому любое событие может влиять лишь на события, которые происходят позже него и не влияет на события, которые происходят раньше него».

Данное явление невозможно представить в уме, а потому ученые со всего мира пытаются объяснить его математически, что пока остается непосильной задачей и вызывает множество разногласий в научном сообществе. Если же ученому задать вопрос «Что такое время?», то скорее всего в ответ Вы услышите – «Это то, что измеряется часами».

ВРЕ́МЯ , -мени , мн. времена́ , -мён , -мена́м , ср.

1. Длительность существования всего происходящего, всех явлений и предметов, измеряемая веками, годами, часами, минутами и т. п. На позеленевших от времени стенах висели портреты предков. Чехов, Кривое зеркало. || Мера длительности всего происходящего, существующего. Среднее солнечное время. Звездное время. По московскому времени. || Последовательная смена минут, часов, дней, лет и т. п. Время идет. Время летит. Время тянется. Время терпит. Время не ждет. □ Через короткие промежутки времени стреляли орудия. Первенцев, Огненная земля.

2. Какой-л. отрезок, промежуток в последовательной смене часов, дней, лет и т. д. Терять время. Тратить время. Наверстать время. Выиграть время. Предоставить время. Провести время. □ - Он всего только полгода как переехал к нам жить; в такое время человека не узнаешь. Гоголь, Иван Федорович Шпонька и его тетушка. Не знаю, сколько времени я провел у него, должно быть, час или немного больше. Каверин, Два капитана. || обычно с определением. Пора дня, недели, года и т. д., характеризуемая чем-л., или в которую что-л. происходит. Вечернее время. Ненастное время. Дождливое время. □ Эти часы стали теперь для мальчика самым счастливым временем. Короленко, Слепой музыкант. С утра часа два-три он не отрывался от проекта. Эти первые часы были лучшим временем суток: голова свежая, меньше беспокоят посетители. Ажаев, Далеко от Москвы. || Свободные от обычных занятий часы, дни и т. п.; досуг. - Я, кажется, помешал вам: вы изволили читать. - Ничего, мой почтеннейший, ничего; у меня есть время для муз и есть для добрых приятелей. Герцен, Кто виноват? - Должность и дела отнимают у меня и время, и здоровье. И. Гончаров, Обыкновенная история.

3. Определенный, известный момент в последовательной смене часов, месяцев, лет и т. п. Засечь время. Указать время заседания. □ Когда время подошло к десяти, старик вспомнил, что ему пора ложиться спать. Саянов, Небо и земля. || в знач. сказ. Благоприятная пора, подходящий момент для чего-л. Время спать. □ Шутить не время. Дай ответ, Когда не хочешь пытки новой. Пушкин, Полтава. [Таян] подумал, что время начинать осенний промысел и надо выходить в море. Горбатов, Таян-начальник.

4. ( мн. ч. может употребляться и в знач. ед. ч. ). Период, эпоха (в жизни человечества, какого-л. народа, государства, общества и т. п.). Военное время. Дух времени. □ - Времена Вертеров и Шарлотт прошли. И. Гончаров, Обрыв. Во времена Екатерины слава русского флота прогремела на Черном море. А. Н. Толстой, Гордо реет советский флаг.

5. Филос. Всеобщая объективная форма существования материи, проявляющаяся в длительности и последовательности, неотъемлемо от движения. Пространство и время - основные формы всякого бытия. □ В мире нет ничего, кроме движущейся материи, и движущаяся материя не может двигаться иначе, как в пространстве и во времени. Ленин, Материализм и эмпириокритицизм.

6. Грамм. Форма глагола, выражающая отношение действия или состояния к моменту речи или к какому-л. другому моменту. Настоящее время. Прошедшее время. Будущее время.

Времена года - периоды, на которые делится год в соответствии с видимым движением солнца по небу и изменениями, происходящими в природе (весна, лето, осень, зима).
Время детское см. детский .
Последние времена см. последний .
В одно прекрасное время см. прекрасный .
Время (не) терпит см. терпеть .
Во время о́но см. оный .
Во все времена - всегда.
(В) первое время - первоначально, вначале.
На первое время - на ближайшее будущее.
(В) последнее время - незадолго до настоящего момента.
В свое время - 1) своевременно, когда будет необходимо; 2) когда-то в прошлом.
В то же время - вместе с тем, одновременно.
В скором времени - скоро, в ближайшем будущем.
До времени (устар. ) или до поры до времени - до определенного момента, до известного случая.
Ко времени - вовремя, к сроку.
На время - временно, на какой-л. срок.
Со временем - впоследствии, в будущем.
Все время - постоянно, не переставая.
Одно время - в течение некоторого времени.
Тем временем - одновременно с этим, в то же самое время.
Тянуть время см. тянуть .
Убить время см. убить 1 .
Время от времени; от времени до времени; по временам - иногда.
В то время как… - 1) (уступит. союз ) тогда как…, несмотря на то что…; 2) (временной союз ) одновременно с чем-л.
С течением времени - постепенно, в будущем.

Источник (печатная версия): Словарь русского языка: В 4-х т. / РАН, Ин-т лингвистич. исследований; Под ред. А. П. Евгеньевой. - 4-е изд., стер. - М.: Рус. яз.; Полиграфресурсы, 1999; (электронная версия):

Классическая физика

«Математические начала натуральной философии» Исаака Ньютона

Термодинамика

Термодинамика отличается жестким требованием существования оси времени.

Квантовая механика

Релятивистская физика (теория относительности Эйнштейна)

Наиболее популярной концепцией времени сегодня является определение времени в рамках теории относительности Эйнштейна.

Альберт Эйнштейн на пляже (1939 г.), вероятно думает о физике

Прежде всего следует отметить основные постулаты данной концепции:

1. Скорость света в вакууме одинакова во всех системах координат, которые движутся относительно друг друга равномерно и прямолинейно.

2. Физические законы одинаковы во всех системах координат, которые движутся относительно друг друга равномерно и прямолинейно.

3. Любое событие может влиять лишь на события, которые происходят позже него и не влияет на события, которые происходят раньше него.

Интереснейшим аспектом данной теории является влияние гравитации на течение времени. В рамках данной концепции пространство и время являются несамостоятельными частями одного пространственно-временного континуума. Тогда вблизи массивных объектов искажается не только пространство, но и изменяется скорость течения времени

Искривление пространства-времени как результат гравитационного возмущения (см. четвертое изображение).

Мировая линия человека (упрощенно), где X и Y - две пространственные координаты, а T - временная координата (см. пятое изображение).

Что же такое время?

Картина Сальвадора Дали «Постоянство памяти» 1931 г. (см. шестое изображение).

Время. Что такое время?

Вот, казалось бы, простое понятие - время . Взяли часы и посмотрели, вот минутная стрелка, вот часовая, вот секундная. В часе - шестьдесят минут, в минуте - шестьдесят секунд, в сутках двадцать четыре часа. Всем это известно, понятно и привычно.

Так же привычно стало, в наше время, жаловаться на то, что времени постоянно не хватает, ничего не успеваем, вот бы пару часов добавить в сутки, или ещё чего-нибудь придумать, чтобы времени было побольше.

Вот и получается эдакая безвыходная ситуация, эдакая безнадёга, когда сделать надо многое, а времени так мало, вот и бегаем, суетимся, переживаем, пытаемся втиснуть свои дела в небольшие рамки отведённых суток.

Вот было бы здорово, чтобы можно было бы по своему желанию эти рамки раздвигать до нужных размеров, помещать туда сколько хочешь мероприятий, задач, и прочего, чего сделать часто просто не успеваем.

Где бы научиться такому умению, где бы найти такую информацию, чтобы можно было управлять своим временем .

Знакомые слова, не правда ли. Когда-то, каждый из нас обдумывал такой вариант, но, как всегда, всё это остаётся в разделе мечтаний, так как время - величина постоянная, и ничего тут не поделаешь.

А теперь, давайте поговорим, так ли это на самом деле. Действительно ли невозможно управлять своим временем? И, может быть, можно тут что-то придумать, найти ключик к этой постоянной величине?

Давайте попробуем разобраться с этим вопросом, и начинать будем, как всегда с начала.

Что же такое время? Что это за зверь такой постоянный и неизменный?

Что такое время?

Начнём с того, что понятие время придумали люди. Для чего? Для того, чтобы было понятно, как измерять происходящие события, ориентироваться в них, иметь некую постоянную всем понятную величину.

Для этого и придумали единицы измерения - тысячелетие, век, год, месяц, день, час, минута, секунда. Договорились, как и чем измерять, и всем стало понятно, когда происходило то или иное событие, те или иные мероприятия, и так далее. Тут всё просто.

Так же с помощью этих величин можно знать, когда что-то произойдет, чтобы можно было поучаствовать, когда начинать те или иные совместные действия. Это тоже понятно.

Но есть одно интересное свойство во всём этом деле. И поможет нам в этом, всё тот же пример с яичницей.

Если мы берём все необходимые ингредиенты: сковородку, масло, яйца, соль, перец, плиту, спички, то мы знаем, что для приготовления этого блюда понадобится минут 5 - 10. Правильно? Все согласны. Тут у нас есть время, как постоянная величина.

Но ведь эту постоянную величину можно изменить. Как, спросите вы? Очень просто, надо изменить одну из составляющих процесса .

Если изменить температуру для готовки. Взять, к примеру, мартеновскую печь, то сколько понадобится времени для приготовления яичницы? Я не пробовал, но, думаю секунд 10 будет достаточно, и то, наверное, многовато.

А если взять сковородку с толщиной стенок сантиметров 10. То сколько это всё дело будет нагреваться на обыкновенной плите? Думаю, и часа не хватит.

Тут можно ещё много чего придумать, но, всё это сводится к одному простому выводу:

Да, да, именно управлять. Меняя качество составляющих процесса можно изменить время течения этого процесса. Его можно ускорить, его можно замедлить, им можно управлять. Для этого надо просто знать, что и как менять .

И времени, как постоянной величины, имеющей определяющее влияние, не существует. Есть лишь то, чем можно измерить те или иные стадии процессов, не более. И то, это измерение необходимо лишь для понимания, для ориентации между происходящим, для согласования этого понимания.

Всё это не так просто принять и понять с первого раза, но, рекомендую, не торопиться и не делать поспешных выводов. Это очень важный момент для управления процессами.

Для размышления несколько примеров:

За секунду, в момент клинической смерти, человек вспоминает всю свою жизнь.

В экстремальных ситуациях, человек может сделать за секунду столько и таким образом, что, в обычных условиях не сделает никогда.

Один и тот же процесс один человек делает пять минут, другой - несколько часов.

В детстве - каждый день, это множество различных событий, а в возрасте - годы летят, как один день.

И, для начала, не надо торопиться, не надо пытаться сразу понять всю глубину этого вопроса, не получится, только лишняя путаница появится. Для начала, более чем достаточно будет просто сдвинуть с мертвой точки само понимание такого понятия, как время, и просто принять то, что с этим вопросом, при желании, можно научиться правильно взаимодействовать.

Главная » Методики обучения » Физика для чайников: что такое время. Что такое время? Среднее солнечное время