Что показывает характеризует время
Время
Содержание:
Актуальность данной темы обусловлена отсутствием в доступном объеме знаний, как строгого научного определения времени, так и слабой философской проработанностью данного вопроса в аспекте практической применимости.
Если обратиться к истории, то есть два физика – Ньютон и Эйнштейн, взгляды которых на время, определили и продолжают определять понимание времени в научной и общественной среде.
300 лет назад Ньютон интуитивно постулировал «абсолютное время», которое существует само по себе, вне зависимости от условий и свойств пространства. Это время недоступно нашим чувствам, оно может быть описано лишь математически. На абсолютное время ничто не влияет, оно течет одномерно, непрерывно, равномерно и бесконечно. Абсолютное время едино и однородно для всего пространства.
Второй вид времени, о котором говорил Ньютон, – это копия абсолютного времени, которая постигается чувствами. Ньютон назвал его «относительное, кажущееся или обыденное время». Он говорил, что такого времени в природе нет, и эта умозрительная конструкция лишь помогает нам определиться с последовательностью и продолжительностью событий. Относительное время, также как и абсолютное, находится вне объектов, не зависит от их движения, оно бесконечно, одномерно, однородно и непрерывно. Важно отметить, что время Ньютона является самостоятельным и внешним по отношению к любым объектам.
Именно таких взглядов на свойства времени до сих пор придерживается большая часть ученых и практически все дилетанты, т.е. все человечество. Научных доказательств существования абсолютного времени, как оно постулировано в определениях Ньютона, нет, но этого определения времени достаточно для развития человека, науки и техники в пределах Планеты.
100 лет назад Эйнштейн развил концепцию «относительного, кажущегося или обыденного времени» Ньютона в Теории Относительности.
Специальная Теория Относительности постулирует постоянство скорости света, из чего следует, что время системы отсчета зависит от скорости движения этой системы. Чем быстрее двигается система, тем медленнее идет в ней время относительно времени покоящейся системы отсчета. Время в разных системах отсчета разное и нет единого времени для всех систем. В этом главное отличие времени в релятивистской физике от времени в классической физике, где время едино для всех систем.
Общая Теория Относительности говорит о замедлении времени системы под действием гравитации.
Время в Теории Относительности определяется часами, которые в пределах одной системы отсчета дают единое, равномерное, непрерывное, одномерное и бесконечное время. Поэтому когда Эйнштейна спросили, что такое время, он ответил: «Время – это то, что показывают часы».
Именно в этом утверждении и проявляется слабость данной концепции: часы в Теории Относительности – это искусственное абстрактное устройство, привнесенное в систему извне и не связанное с внутренними свойствами системы. Время – внешний параметр, который стоит над системой. Считается очевидным, что все существует во времени, и нет ничего вне времени.
Теория Относительности имеет убедительные экспериментальные подтверждения, но описать ей всю Метагалактику невозможно. Это признанный физиками факт. В связи с этим дадим более широкое определение часов, времени и движения в Концепции Метагалактического времени.
Часы – это измеритель движения, которое совершает некий эталонный объект. Длительность движения некого эталона принимают за условную единицу и с ней сравнивают длительность движения других объектов. Часы нужны, чтобы количественно характеризовать, в том числе соизмерять, движение различных объектов.
Часы могут быть разными, т.е. могут быть основаны на разных физических явлениях. Фактически в роли часов может быть принято любое движение любого объекта.
В качестве эталона для часов целесообразно выбирать тот объект и то движение его, которые удобны наблюдателю. Например, традиционные часы основаны на астрономических явлениях. Но часы могут иметь в качестве эталона биологические процессы роста, дыхания, размножения, смены поколений и т.д. Часы могут быть основаны на исторических, общественных процессах и т.д. Выбор эталонного объекта и того или иного движения его – это нетривиальная задача с точки зрения вскрытия сути явлений, динамику которых эти часы будут измерять.
Разные типы часов различаются равномерность хода, т.е. показания одних часов могут иметь чрезвычайно сложную функцию отображения в показания других часов.
Таким образом, мы приходим к выводу о не только количественной, но и качественной относительности длительности явления к единицам и методам его измерения.
Ценность данного подхода в том, что при смене часов, меняется сложность уравнений движения и состояния системы, формулирование и решение которых является главной задачей физики, как науки.
Часы показывают движение, которое совершил эталон часов.
Примеры:
1. Если за эталон часов принять вращение Земли вокруг своей оси и назвать единицу такого движения словом «сутки», то имеем производные величины: 1 секунда = 1/(24*60*60) суток; 1 час = 1/24 суток; 1 год = 365.25 суток.
2. Если за эталон часов принять вращение Земли вокруг Солнца и назвать единицу такого движения словом «год», то 1 сутки = 1/365.25 года, а 1 секунда = (1/365.25)* 1/(24*60*60) года.
3. В физике принят эталон секунды: 1 секунда = 9192631770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями квантового состояния атома цезия-133 в покое при 0К при отсутствии возмущения внешними полями.
Из связей между этими примерами следуют выводы:
1. Физический смысл показания часов определяется их эталоном.
2. Какую бы единицу движения эталона мы ни взяли, ее можно выразить через движение любого другого эталона из микро и макромира, однако очень непросто (если вообще возможно на данном развитии математики и физики) найти функцию связи движения разных эталонов. Так, секунды в трех приведенных выше примерах не равны друг другу. Причем это неравенство имеет качественную сложность, т.к. качественно различны эталоны этих часов, а, следовательно, и совершаемые ими движения.
3. Предположим, что у нас есть несколько синхронизированных (как это понимается в Теории Относительности) часов, основанных на одинаковом эталоне. При внимательном рассмотрении видно, что показатели всех часов будут различны.
Так, в определении эталона секунды говорится об атоме при температуре 0К, которая фактически недостижима, и об отсутствии возмущений внешними полями, что также невозможно. Т.е. невозможно точно повторить ни одно эталонное движение вследствие изменения внешних условий. Но существует и внутренний фактор десинхронизации часов: движение эталона изменяет эталон. Если осознание этого факта затруднительно в рамках существующих физических теорий применительно к излучению атома цезия, то с эволюционной точки зрения очевидно, что вращение Земли влияет на Землю и изменяет ее, а эти изменения, в свою очередь, влияют на вращение Земли.
Таким образом, любые часы уникальны и их показания всегда отличаются от показаний любых других часов.
Это неустранимо и может быть названо принципом неопределенности часов.
В Концепции Метагалактического времени необходимо осознать, что явление движения не требует введения понятия времени. Мгновенные движения науке не известны: любое движение имеет определенную длительность. Но длительность движения имеет своим источником само движение, как явление. Параметры длительности движения обуславливаются не внешним абстрактным временем, а самим объектом, источником его движения и условиями среды, в которой оно происходит.
Длительность движения присуща объекту и выявляет те или иные его свойства и свойства окружающей среды.
Осуществим мысленный эксперимент, для простоты изложения которого не будем принимать во внимание релятивистские эффекты этого движения и принцип неопределенности часов:
Пусть объект движется из точки А в точку B. Допустим, что у нас есть три единицы часов, синхронизированных друг с другом. Чтобы измерить время движения объекта, установим одни часы в точке A, другие часы в точке B. Время движения объекта можно вычислить, отняв от значения часов в точке B, когда объект ее достиг, значение часов в точке A, когда объект начал движение. Одновременно с измерением времени движения будем измерять длительность движения того же самого объекта. Для этого зафиксируем часы на объекте. Эти часы начинают отсчет в момент начала движения в точке A и завершают отсчет в момент окончания движения в точке B. Тогда с классической точки зрения, очевидно, что в этом опыте время движения совпадет с длительностью движения. Но смысл времени движения и длительности движения совершенно разный: время движения определялось внешним наблюдателем, а длительность движения определялась свойствами источника движения, объекта и среды. И хотя количественно они совпали, смыслы их различны. Ценность этого вывода в том, что разные смыслы открывают доступ к разным энергиям: время движения обращает нас к энергии объекта в целом, а длительность движения – к энергии внутренней структуры объекта. Также полезно рассмотреть данный пример с точки зрения метаболического движения, о котором говорится далее.
Из этого мысленного эксперимента делаем выводы:
1. Явление времени есть только тогда, когда есть наблюдатель того, к чему применяется явление времени – именно наблюдатель «включает» и «выключает» часы в момент восприятия тех или иных явлений.
2. В отсутствии наблюдателя явления времени, явления времени нет – есть только длительность движения.
Кто такой наблюдатель? Это тот, кто имеет восприятие. Восприятие – это воссоединенное приятие. Восприятие – это синтез всех возможных действий аппаратов, систем, частей наблюдателя по расшифровке окружающего. Т.е. факт восприятия требует двух факторов: воссоединенности с воспринимаемым и расшифровку, т.е. обработку его. Наблюдатель не может расшифровать то, с чем он не воссоединен. Т.е. расшифровывая, наблюдатель воссоединяется с расшифровываем, что автоматически изменияет и объект, и субъект наблюдения.
Очевидно, что строение простейшего наблюдателя может быть примитивным. Однако, известно, что для наблюдения всех свойств системы наблюдателю необходимо находиться за границами системы и не принадлежать ни одной из ее частей. Для полноты наблюдения наблюдателю необходимо быть иерархически выше наблюдаемой системы.
Время зависит от наблюдателя – это известно из Теории Относительности. Но в Метагалактике оно не только зависит, но и определяется им.
Физика для чайников: что такое 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.
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?
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.
Представление о времени
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.
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.
Солнечные часы в Китае
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.
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:
Более подробно об основах классической механики читайте в нашей отдельной статье.
Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы
Термодинамика говорит, что время необратимо. Необратимо по причине возрастания энтропии замкнутой системы. Кстати, в нашем тематическом материале читайте о том, что такое энтропия.
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.
Релятивистское замедление времени
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.
Иван Колобков, известный также как Джони. Маркетолог, аналитик и копирайтер компании Zaochnik. Подающий надежды молодой писатель. Питает любовь к физике, раритетным вещам и творчеству Ч. Буковски.
Что такое время и можно ли изменить его скорость?
Время — оно как воздух. Мы живем в нем и даже не задумываемся над тем, что это такое и как им пользоваться. Тем не менее, это очень сложная вещь, которая лежит в основе всего. Не зря же есть словосочетание ”пространство и время”. С пространством все понятно — вот оно. До работы 10 километров на машине, а до магазина 300 метров пешком. Вот только время в этом пути будет очень относительным. Но что это вообще такое и справедливо ли говорить о том, что время бесконечно и оно было всегда? Можно ли потрогать время? Может быть его можно остановить или повернуть вспять? Все эти вопросы люди часто задают друг другу и сами себе. Давайте попробуем ответить хоть на какие-то из них.
Время есть у всех. Но только что такое время?
Что такое время?
Обычно под временем мы понимаем то, что отсчитывается стрелками часов и чего нам всегда не хватает. При этом, считается, что время делится на прошлое, настоящее и будущее. С первым и последним понятно, но существует ли настоящее?
Любая микроскопическая доля времени, про которую мы постараемся сказать, как про настоящее, уже будет прошлым. Получается, что настоящего, как такового, не существует. Оно является только тем, что мы привыкли так называть, то есть очень широкое понятие в духе ”наши дни”. Оно может включать периоды от нескольких месяцев до нескольких лет и даже тысяч лет, если мы говорим, к примеру, о существовании Вселенной или формировании нашей планеты.
Одно из определений времени гласит, что это то, заставляет все события происходить неодновременно.
При этом многие ученые все же воспринимают время, как прогрессию, в которой будущее становится настоящим, а настоящее — прошлым, и этот процесс непрерывен. Даже если взорвется наше Солнце, время все равно не остановится и продолжит существовать. Просто уже не для нас.
Почему во время карантина время идет быстрее?
Что дает понимание времени
А еще время является основной для понимания того, что такое динамика. Только имея представления о времени, можно говорить о событиях, которые развиваются с определенной скоростью. Ведь совершенно нормальным считается спросить, когда что-то произошло и сколько продлилось то или иное явление. Получается, что время похоже на пространство — это координаты, но не точки на карте того, когда это было. Отличие только одно. По карте можно ходить куда угодно, а по времени — только в одну сторону. Именно это свойство времени является главной загадкой, над которой бьются ученые и строят свои гипотезы фантасты.
Фантасты часто поднимают тему времени, так как полет фантазии в этом направлении невозможно остановить.
Люди воспринимают время более менее одинаково, так как привычные нам часы тикают с одной скорость. Однако, это справедливо только для классической физики. Квантовая же физика утверждает обратное и говорит о том, что система становится активной только в тот момент, когда за ней наблюдают. То есть, в некотором роде именно квантовая физика не исключает возможности движения времени вспять.
Немного юмора от физики, который кое-что объясняет.
Теория относительности Альберта Эйнштейна
В свое время Альберт Эйнштейн явил миру теорию относительности, о которой вы наверняка слышали. Она полностью меняет типичное представление о времени и взгляд на него. Согласно этой теории, прогрессия времени не универсальна. Если говорить совсем просто, то по этой теории часы идут с разной скоростью в зависимости от того, на чьей руке они надеты.
Если обладатель часов окажется в непривычной для него ситуации, например, будет перемещаться со скоростью света или окажется рядом с сильным источником гравитационных волн — например, рядом с черной дырой — время для него пойдет иначе. В некоторых ситуациях оно может даже остановиться или и вовсе повернутся вспять.
Теория относительности предполагает, что любые события могут влиять только на те события, которые происходят после них. Но это не противоречит движению времени, как вектора физической величины, в обратном направлении. В этом случае уже события будущего будут находится в прошлом относительно ”того, кто носит часы”.
Проще говоря, в такой ситуации восприятие привычных физических процессов меняется и человек оказавшийся в таком месте может не только наблюдать время, но и двигаться по нему как в обычном пространстве — влево, вправо, вперед, назад и так далее. То есть, относительность уравнивает время и пространство, наделяя их одними и теми же свойствами.
Величайшие умы мира бьются над разгадкой тайны времени, но они ничего пока так и не добились.
Возможно ли путешествие во времени
Есть еще понятие T-симметрии, когда явления и величины, коими они представлены, не зависят от шкалы координат, и при изменении положительного значения на отрицательное кривая на графике становится зеркальной. В теории относительности, несмотря на такие отличие от привычного мира, это правило тоже сохраняется.
Интересно, что в споры о возможности путешествия во времени в обратном направлении вмешивается термодинамика, которая говорит, что все процессы в мире стремятся из упорядоченной системы к хаосу, то есть увеличению энтропии. Этот процесс нельзя повернуться вспять. То есть, взорвавшиеся звезды нельзя ”склеить” обратно, а сгнивший лист железа превратить в новый. Проще говоря, ”фарш невозможно провернуть назад и мяса из него не восстановишь”.
Если они смогли, может и мы когда-то сможем?
В итоге, грубо можно сказать, что время для нас это то время, которое есть на Земле. Если мы начнем путешествовать в пространстве дальше ближайших планет, нам придется понимать, что такое время и как оно меняется. Хотя, формально, на незначительные доли секунд отклонения есть и на Земле. Это даже учитывается при создании некоторых сверхточных систем и атомных часов.
Понимаем ли мы время
Вообще, человечество пока плохо понимает, что такое время на самом деле и все сказанное является только теориями и гипотезами. Мы пока так и не смогли достичь источников гравитационных волн, хотя смогли зафиксировать их.
Как только люди научатся путешествовать во времени, очень не хотелось бы это пропустить. Поверьте, прежде чем бежать покупать билеты, мы напишем об этом в нашем новостном канале в Telegram. Присоединяйтесь, чтобы ничего не пропустить.
Пока о времени мы знам только то, что это геометрический параметр, характеризующий длительность процессов. Он является частью пространственно-временного континуума и четвертой осью привычного нам трехмерного мира. Ах да… Еще то, что это чертовски интересная и непонятная штука. Как у нас говорят — ничего непонятно, но очень интересно.