Понятие времени более сложное, чем понятие длины и массы. В обыденной жизни время - это то, что отделяет одно событие от другого. В математике и физике время рассматривают как скалярную величину, потому что промежутки времени обладают свойствами, похожими на свойства длины, площади, массы.
Промежутки времени можно сравнивать. Например, на один и тот же путь пешеход затратит больше времени, чем велосипедист.
Промежутки времени можно складывать. Так, лекция в институте длится столько же времени, сколько два урока в школе.
Промежутки времени измеряют. Но процесс измерения времени отличается от измерения длины, площади или массы. Для измерения длины можно многократно использовать линейку, перемещая её с точки на точку. Промежуток времени, принятый за единицу, может быть использован лишь один раз. Поэтому единицей времени должен быть регулярно повторяющийся процесс. Такой единицей в Международной системе единиц названа секунда. Наряду с секундой используются и другие единицы времени: минута, час, сутки, год, неделя, месяц, век. Такие единицы, как год и сутки, были взяты из природы, а час, минута, секунда придуманы человеком.
Год - это время обращения Земли вокруг Солнца. Сутки - это время обращения Земли вокруг своей оси. Год состоит приблизительно из 365 суток. Но год жизни людей складывается из целого числа суток. Поэтому вместо того, чтобы к каждому году прибавлять 6 часов, прибавляют целые сутки к каждому четвёртому году. Этот год состоит из 366 дней и называется высокосным.
В Древней Руси неделя называлась седмицей, а воскресенье - днём недельным (когда нет дел) или просто неделей, т.е. днём отдыха. Названия следующих пяти дней недели указывают, сколько дней прошло после воскресенья. Понедельник - сразу после неделя, вторник - второй день, среда - середина, четвёртые и пятые сутки соответственно четверг и пятница, суббота - конец дел.
Месяц не очень определённая единица времени, он может состоять из тридцати одного дня, из тридцати и двадцати восьми, двадцати девяти в высокосные годы (дней). Но существует эта единица времени с древних времён и связана с движением Луны вокруг Земли. Один оборот вокруг Земли Луна делает примерно за 29,5 суток, и за год она совершает примерно 12 оборотов. Эти данные послужили основой для создания древних календарей, а результатом их многовекового усовершенствования является тот календарь, которым мы пользуемся и сейчас.
Так как Луна совершает 12 оборотов вокруг Земли, люди стали считать полнее число оборотов (то есть 22) за год, то есть год - 12 месяцев.
Современное деление суток на 24 часа также восходит к глубокой древности, оно было введено в Древнем Египте. Минута и секунда появились в Древнем Вавилоне, а в том, что в часе 60 минут, а в минуте 60 секунд, сказывается влияние шестидесятеричной системы счисления, изобретённой вавилонскими учёными.
12.3. Релятивистские эффекты
12.3.1. Изменение массы, длины, интервала времени
Из преобразований Лоренца следует ряд специфических эффектов - таких, как сокращение длины, изменение промежутков времени, увеличение массы и т.п. при движении со скоростями, близкими к скорости света.
Релятивистское увеличение массы: масса частицы в движущейся системе отсчета всегда оказывается больше массы той же частицы в системе отсчета, относительно которой частица покоится:
где m 0 - масса частицы в той системе отсчета, относительно которой частица покоится; m - масса частицы в той системе отсчета, относительно которой частица движется с релятивистской скоростью v ; c - скорость света в вакууме, c ≈ 3,0 ⋅ 10 8 м/с.
Релятивистское сокращение длины: продольный размер предмета в движущейся системе отсчета всегда оказывается меньше продольного размера этого же предмета в той системе отсчета, относительно которой предмет покоится:
где l 0 - продольный (вдоль направления скорости движения) размер предмета в той системе отсчета, в которой предмет покоится; l - продольный размер предмета в той системе отсчета, относительно которой предмет движется с релятивистской скоростью v ; c - скорость света в вакууме, c ≈ 3,0 ⋅ 10 8 м/с.
Следует отметить, что поперечный размер (по отношению к направлению движения) предмета не изменяется.
Релятивистское увеличение промежутка времени: интервал времени между событиями в движущейся системе отсчета всегда оказывается больше этого же интервала в покоящейся системе отсчета:
где τ 0 - интервал времени, который проходит по часам в той системе отсчета, относительно которой часы покоятся; τ - интервал времени, который проходит по часам в той системе отсчета, относительно которой часы движутся с релятивистской скоростью v ; c - скорость света в вакууме, c ≈ 3,0 ⋅ 10 8 м/с.
Собственная система отсчета - система отсчета, относительно которой частица, предмет или часы покоятся, т.е. собственная система отсчета - система отсчета, связанная с частицей, предметом или часами.
При решении задач следует правильно выбирать систему отсчета :
1. Пусть частица движется с релятивистской скоростью, а наблюдатель находится на Земле, т.е. покоится. В системе отсчета, связанной с частицей, частица покоится; следовательно, масса частицы в собственной системе отсчета равна m 0 , а в системе отсчета наблюдателя - m , так как относительно наблюдателя частица имеет релятивистскую скорость v (поскольку m > m 0 , то относительно наблюдателя, находящегося на Земле, масса частицы увеличивается ).
2. Пусть частица движется с релятивистской скоростью, а наблюдатель находится на Земле, т.е. покоится. В системе отсчета, связанной с частицей, частица покоится; следовательно, время жизни частицы в собственной системе отсчета равно τ 0 , а в системе отсчета наблюдателя - τ, так как относительно наблюдателя частица имеет релятивистскую скорость v (поскольку τ > τ 0 , то относительно наблюдателя, находящегося на Земле, время жизни частицы увеличивается ).
3. Пусть предмет находится в ракете, движущейся с релятивистской скоростью, а наблюдатель - на Земле, т.е. покоится. В системе отсчета, связанной с ракетой, предмет покоится; следовательно, размер предмета в собственной системе отсчета равен l 0 , а в системе отсчета наблюдателя - l , так как относительно наблюдателя предмет имеет релятивистскую скорость v (поскольку l < l 0 , то относительно наблюдателя, находящегося на Земле, размер предмета сокращается ).
Пример 3. Некоторая линейка находится в ракете и расположена под углом 60° к выбранной координатной оси. Ракета начинает удаляться от Земли с релятивистской скоростью, равной 0,60c (c - скорость света) в направлении указанной координатной оси. Найти угол поворота линейки относительно направления движения ракеты в системе отсчета, связанной Землей.
Решение . Линейка покоится относительно ракеты, поэтому собственную систему отсчета целесообразно связать с ракетой. На рис. а изображены: система координат, связанная с ракетой; линейка (ее продольный l ||0 и поперечный l ⊥0 размеры); направление скорости ракеты.
Линейка в собственной системе отсчета имеет следующие размеры:
- продольный (вдоль направления движения) -
l ||0 = l 0 cos 60°;
- поперечный (в направлении, перпендикулярном движению):
l ⊥0 = l 0 sin 60°,
где l 0 - размер линейки в системе отсчета, связанной с ракетой.
В системе отсчета, связанной с Землей, линейка движется вместе с ракетой. На рис. б изображены: система координат, связанная с Землей; линейка (ее продольный l || и поперечный l ⊥ размеры); угол β, который образует линейка с направлением движения ракеты в системе отсчета, связанной с Землей.
Линейка в указанной системе отсчета имеет следующие размеры:
- продольный -
l | | = l | | 0 1 − v 2 c 2 ;
- поперечный -
l ⊥ = l ⊥0 ,
где v - модуль скорости ракеты, v = 0,6 с; c - скорость света в вакууме.
Продольный размер линейки уменьшается, а поперечный остается неизменным.
Угол, который составляет линейка с координатной осью Ox ′, определяется формулой
tg β = l ⊥ l | | = l | | 0 1 − v 2 c 2 l ⊥ 0 = l 0 cos 60 ° 1 − v 2 c 2 l 0 sin 60 ° = 1 − v 2 c 2 tg 60 ° = 3 3 1 − v 2 c 2 .
Расчет дает значение угла β:
β = arctg(2,165) = 65°.
Угол поворота линейки относительно направления движения ракеты в системе отсчета, связанной с Землей, составляет
γ = β − α = 65° − 60° = 5°.
Пример 4. Из материала, имеющего в земных условиях плотность 7,80 г/см 3 , изготовлен стержень и помещен в ракету. Ракета движется со скоростью 0,70c (c - скорость света), а стержень расположен в ракете вдоль направления ее движения. Найти увеличение плотности материала стержня по расчетам земного наблюдателя.
Решение . Стержень покоится относительно ракеты, поэтому собственную систему отсчета целесообразно связать с ракетой. На рис. а изображены: система координат, связанная с ракетой; стержень (его длина l 0 и площадь поперечного сечения S ); направление скорости ракеты.
Стержень в указанной системе отсчета имеет массу m 0 и плотность
ρ 0 = m 0 V 0 = m 0 l 0 S ,
где V 0 - объем стержня в собственной системе отсчета, V 0 = l 0 S .
В системе отсчета, связанной с Землей, стержень движется вместе с ракетой. На рис. б изображены: система координат, связанная с Землей; стержень (его длина l и площадь поперечного сечения S ).
Стержень в указанной системе отсчета имеет массу m и плотность
ρ = m V = m l S ,
где V - объем стержня в системе отсчета, связанной с Землей, V = lS .
Площадь поперечного сечения стержня в обеих системах отсчета одинакова.
Отношение плотностей
ρ ρ 0 = m l 0 S m 0 l S = m l 0 m 0 l
дает выражение для плотности стержня в системе отсчета, связанной с Землей:
ρ = ρ 0 m l 0 m 0 l .
Продольный размер стержня для земного наблюдателя уменьшается:
l = l 0 1 − v 2 c 2 ,
а масса стержня увеличивается:
m = m 0 1 − v 2 c 2 ,
где v - скорость ракеты, v = 0,70c ; c - скорость света в вакууме.
Подстановка m , l и v в выражение для плотности дает формулу
ρ = ρ 0 l 0 m 0 l 0 1 − v 2 c 2 ⋅ m 0 1 − v 2 c 2 = ρ 0 1 − v 2 c 2 = ρ 0 1 − (0,7 c) 2 c 2 = ρ 0 0,51 .
Искомое изменение плотности:
Δ ρ = ρ − ρ 0 = ρ 0 (1 0,51 − 1) = 49 51 ρ 0 .
Вычислим:
Δ ρ = 49 ⋅ 7,8 ⋅ 10 3 51 = 7,5 ⋅ 10 3 кг/м 3 = 7,5 г/см 3 .
Плотность материала, из которого изготовлен стержень, относительно земного наблюдателя увеличивается на 7,5 г/см 3 .
Пример 5. Часы помещены в ракету, удаляющуюся от Земли с релятивистской скоростью 0,80c (c - скорость света). Найти разницу показаний часов на Земле и в ракете, если по ракетным часам проходит 10,0 сут.
Решение . Часы покоятся относительно ракеты, поэтому собственную систему отсчета целесообразно связать с ракетой.
По часам, расположенным в собственной системе отсчета (ракете), проходит промежуток времени τ 0 = 10 сут.
В системе отсчета, связанной с Землей, проходит промежуток времени, который определяется формулой
τ = τ 0 1 − v 2 c 2 ,
где v - скорость ракеты, v = 0,80c ; c - скорость света в вакууме.
Искомая разница в показаниях часов определяется разностью
Δ τ = τ − τ 0 = τ 0 (1 1 − v 2 c 2 − 1)
и составляет
Δ τ = 10 ⋅ 24 ⋅ (1 1 − (0,8 c) 2 c 2 − 1) = 10 ⋅ 24 ⋅ 0,4 0,6 = 160 ч.
На Земле пройдет на 160 ч больше, чем в ракете.
Рассмотрим вопрос об измерении длины стержня в покоящейся и движущейся системах отсчета. Если стержень неподвижен относительно наблюдателя, то измерить длину стержня можно простым совмещением масштаба с началом и концом стержня. Измеренную таким образом длину называют собственной длиной стержня и обозначают. Это и есть та длина, которую мы получаем при обычных измерениях какого-либо линейного размера тела на опыте.
Теперь представим себе, что наблюдатель неподвижен и находится в инерциальной системе S, а стержень, параллельный оси X этой системы, движется вдоль оси X со скоростью v. Как такой наблюдатель может измерить длину движущегося стержня l?
Обычный способ измерения длины здесь, очевидно, уже непригоден. Можно поступить так: покоящийся наблюдатель в какой-то момент времени по часам в своей системе отсчета S отмечает положения начала и конца стержня х1 и х2 (рис. 36.3), а затем измеряет расстояние между этими отметками l, которое и является длиной движущегося стержня в неподвижной системе отсчета.
Согласно теории относительности:
l = l 0 √(1 – v 2 /c 2). (36.1)
Таким образом, результаты измерения длины стержня Относительны и зависят от скорости его движения v относительно системы отсчета; длина всегда получается меньше собственной длины l 0 (множитель √(1 - v 2 /c 2) меньше едини цы), и чем больше скорость движения стержня относительно какой-либо системы отсчета, тем меньше его длина, измеренная в этой системё.
Однако если стержень повернуть на 90°, т. е. расположить перпендикулярно к оси X и к направлению движения, то длина стержня не изменится по сравнению с l 0 . Таким образом, при измерении размеров движущегося тела оказываются сокращенными размеры тела вдоль направления его движения.
Отметим еще, что этот эффект относителен. Так, если одна метровая линейка неподвижна в инерциальной системе S, а другая - в системе S’ и эти инерциальные системы движутся относительно друг друга со скоростью v, то для каждого из ‘двух наблюдателей, один из которых связан с системой S, а другой - с S’, укороченной будет казаться линейка, движущаяся относительно него.
Рассмотрим теперь вопрос об относительности промежутков времени. Мы уже убедились, что одинаковые идеальные часы в двух инерциальных системах отсчета, движущихся относительно друг друга, идут несинхронно.
Пусть один наблюдатель находится в движущемся вагоне и имеет часы, неподвижные относительно вагона. Связанную с вагоном систему отсчета будем называть S’. Другой наблюдатель и его часы пусть неподвижны относительно Земли, а поезд движется со скоростью v. Систему отсчета, связанную с Землей, будем называть S.
Предположим теперь, что в момент времени t` 1 (рис. 36.4, а) в вагоне зажглась лампочка (произошло определенное событие), а в момент времени t` 2 (рис. 36.4, б) лампочка погасла (произошло новое событие). Для наблюдателя в вагоне эти два события произошли в одной точке пространства (вагона), но в разные моменты времени t` 1 и t` 2 .
Интервал времени между двумя событиями для системы отсчета, в которой оба события произошли в одной точке пространства, называется интервалом собственного времени Т 0 . Таким образом, для наблюдателя в вагоне t` 2 - t` 1 =T 0 . Для наблюдателя на Земле оба эти события произошли в разных точках пространства и в разные моменты времени t 1 и t 2 по его часам. Действительно, лампочка зажглась в одном месте пространства, а погасла - в другом, так как пока она горела, вагон проехал некоторое расстояние относительно Земли. Для наблюдателя на Земле интервал времени между этими событиями будет t 2 -t 1 = T. В теории относительности доказывается, что
Т = T 0 /√(1 – v 2 /c 2). (36.2)
Из (36.2) видно, что Т 0 <Т, т. е. интервал собственного времени меньше. Таким образом, по измерениям, произведенным наблюдателями в разных системах, медленнее идут часы в той инерциальной системе, для которой события происходят в одной точке пространства.
Если наблюдатель находится на станции и следит за событиями, происходящими в движущемся вагоне, то, по его мнению, часы в вагоне идут медленнее его собственных, т. е. между двумя событиями в вагоне по его часам проходит больше времени, чем по часам в вагоне. Если же наблюдатель находится в движущемся вагоне и следит за событиями, происходящими на станции, то, по его мнению, часы на станции идут медленнее часов в вагоне, т. е. промежуток времени между двумя событиями на станции по его часам больше, чем по часам на станции. С точки зрения каждого наблюдателя, движущиеся относительно него часы замедляют свой ритм по сравнению с его часами.
Здесь отчетливо виден относительный характер интервалов времени, так как каждый из этих наблюдателей считает, что по сравнению с его часами отстают часы другого наблюдателя.
Зависимость интервалов времени от выбранной системы отсчета была обнаружена на опыте. Приведем такой пример. Земная атмосфера подвергается непрерывному воздействию космических лучей, состоящих из потока частиц, движущихся с очень высокой скоростью. При столкновении этих частиц в верхних слоях атмосферы с атомами атмосферного азота или кислорода образуются π-мезоны. Они нестабильны и существуют очень короткое время (время жизни очень мало).
Можно получать π-мезоны и искусственными методами с помощью больших ускорителей. В лабораториях было определено среднее время жизни этих π-мезонов, т. е. средний промежуток времени между их возникновением и распадом. Скорость движения этих искусственных π-мезонов невелика, много меньше с. Поэтому можно считать, что найденное на опыте время жизни Т 0 является собственным временем жизни π-мезона. Оно оказалось очень коротким , порядка сотых долей микросекунды! T 0 =2*10 -8 с. Следовательно, если π-мезон будет лететь даже со скоростью, близкой к скорости света, то за это время он успеет пролететь не больше 6 м, так как l=сT 0 =3*10 8 м/с*2*10 -8 c=6 м.
Но π-мезоны были обнаружены у поверхности Земли, т. е. они проникают сквозь атмосферу и достигают поверхности Земли, пролетев расстояние порядка 30 км, не распадаясь. Объясняется это замедлением времени: каждый π-мезон как бы несет свои собственные часы, по которым и определяется его собственное время жизни Т 0 однако для наблюдателя на Земле время жизни Т π-мезона оказывается гораздо более длительным в соответствии 6 формулой (36.2), поскольку скорость π-мезона действительно близка к скорости света.
Этот факт можно представить иначе для π-мезона, движущегося со скоростью, близкой к о, земные длины оказываются сильно сжатыми в направлении относительного движения π-мезона и Земли в соответствии с формулой (36.1). Другими словами, если брать в расчет собственное время жизни π-мезона Т 0 , то и земные расстояния надо измерять в системе отсчета , связанной с этим π-мезоном.
Этот пример наглядно показывает, что само по себе понятие «измерение» не означает ничего абсолютного и числа, обозначающие расстояние или время, не имеют абсолютного значения и имеют смысл только в определенной системе отсчета.
Самый короткий промежуток времени, имеющий физический смысл, - так называемое планковское время. Это время, за которое фотон, перемещающийся со скоростью света, преодолеет планковскую длину. Планковская длина выражается, в свою очередь, через формулу, в которой связаны между собой фундаментальные физические константы - скорость света, гравитационная постоянная и постоянная Планка. В квантовой физике считается, что на расстояниях меньше планковской длины не может быть применено представление о непрерывном пространстве-времени. Протяженность Планковского времени составляет 5,391 16 (13)·10–44 с.
Торговцы Гринвичем
Джон Генри Бельвиль, сотрудник знаменитой Гринвичской обсерватории в Лондоне, додумался еще в 1836 году продавать время. Суть бизнеса заключалась в том, что мистер Бельвиль ежедневно сверял свои часы с точнейшими часами обсерватории, а потом разъезжал по клиентам и позволял им за деньги выставить точное время на своих часах. Сервис оказался настолько востребованным, что был унаследован дочерью Джона - Рут Бельвиль, которая оказывала услугу до 1940 года, то есть уже 14 лет спустя после того, как по радио Би-би-си впервые передали сигналы точного времени.
Без стрельбы
Современные системы хронометрирования бега на спринтерские дистанции далеко ушли от тех времен, когда судья стрелял из пистолета, а секундомер запускался вручную. Поскольку сейчас в результате учитываются доли секунды, которые намного короче времени человеческой реакции, всем рулит электроника. Пистолет - это больше не пистолет, а светошумовое устройство без всякой пиротехники, передающее точное время старта на компьютер. Чтобы из-за скорости распространения звука один бегун не услышал стартовый сигнал раньше другого, «выстрел» транслируется на динамики, установленные рядом с бегунами. Фальстарт также определяется электронным способом, с помощью датчиков, встроенных в стартовые колодки каждого бегуна. Время финиша регистрируется лазерным лучом и фотоэлементом, а также с помощью сверхскоростной камеры, снимающей буквально каждое мгновение.
Секунда за миллиарды
Самыми точными в мире считаются атомные часы из JILA (Joint Institute for Laboratory Astrophysics) - исследовательского центра, базирующегося в Университете Колорадо, город Боулдер. Этот центр - совместный проект Университета и Национального института стандартов и технологий США. В часах охлажденные до сверхнизких температур атомы стронция помещены в так называемые оптические ловушки. Лазер заставляет атомы колебаться со скоростью 430 трлн колебаний в секунду. В результате за 5 млрд лет прибор накопит погрешность лишь в 1 секунду.
Атомная прочность
Все знают, что самые точные часы - атомные. Система GPS использует время атомных часов. И если наручные часы подстраивать по сигналу GPS , они станут суперточными. Такая возможность уже существует. Часы Astron GPS Solar Dual-Time, произведенные компанией Seiko, имеют на борту чипсет GPS , что дает им возможность сверяться со спутниковым сигналом и показывать исключительно точное время в любой точке мира. Причем никаких специальных источников энергии для этого не требуется: Astron GPS Solar Dual-Time питается только энергией света через панели, встроенные в циферблат.
Не разгневать Юпитера
Известно, что на большинстве часов, где на циферблате используются римские цифры, четвертый час обозначен символом IIII вместо IV. Судя по всему, за этой «подменой» стоит долгая традиция, ибо точного ответа на вопрос, кто и зачем придумал неправильную четверку, не существует. Зато есть разные легенды, например о том, что поскольку римские цифры - это те же латинские буквы, то число IV оказывалось первым слогом имени очень почитаемого бога Юпитера (IVPPITER). Появление этого слога на циферблате солнечных часов римляне якобы считали кощунством. Оттуда все и пошло. Те, кто не верит легендам, предполагают, что дело в дизайне. С заменой IV на IIII в. первой трети циферблата используется только цифра I, во второй только I и V, а в третьей только I и Х. Так циферблат выглядит аккуратнее и упорядоченнее.
Сутки при динозаврах
Кому-то в сутках не хватает 24 часов, а у динозавров и того не было. В давние геологические времена Земля вращалась гораздо быстрее. Считается, что в период образования Луны сутки на Земле длились два-три часа, а Луна, которая была намного ближе, облетала нашу планету за пять часов. Но постепенно лунная гравитация тормозила вращение Земли (за счет создания приливных волн, которые образуются не только в воде, но и в коре, и в мантии), при этом орбитальный момент Луны увеличивался, спутник ускорялся, переходил на более высокую орбиту, где его скорость падала. Этот процесс продолжается и поныне, и за век сутки увеличиваются на 1/500 с. 100 млн лет назад, в разгар эпохи динозавров, продолжительность суток составляла примерно 23 часа.
Бездны времени
Календари в различных древних цивилизациях разрабатывались не только ради практических нужд, но и в тесной связи с религиозно-мифологическими воззрениями. Из-за этого в календарных системах прошлого фигурировали единицы времени, намного превышавшие продолжительность жизни человека и даже срок существования самих этих цивилизаций. Например, в календаре майя фигурировали такие единицы времени, как «бактун», составлявший 409 лет, а также эпохи из 13 бактунов (5125 лет). Дальше всех пошли древние индусы - в их священных текстах фигурирует период вселенской деятельности Маха Манвантара, составляющий 311,04 трлн лет. Для сравнения: срок существования Вселенной по данным современной науки - примерно 13,8 млрд лет.
У всех своя полночь
Унифицированные системы исчисления времени, системы часовых поясов появились уже в индустриальную эпоху, а в прежнем мире, особенно в аграрной его части, счет времени был организован по-своему в каждом населенном пункте с опорой на наблюдаемые астрономические явления. Следы этой архаики можно наблюдать и сегодня на горе Афон, в греческой монашеской республике. Здесь тоже используются часы, однако полночью считается момент заката, и часы каждый день выставляются по этому моменту. С учетом того, что некоторые монастыри расположены выше в горах, а другие ниже, и Солнце для них скрывается за горизонтом в разное время, то и полночь для них наступает не одномоментно.
Живи дольше - живи глубже
Сила гравитации замедляет течение времени. В глубокой шахте, где сила притяжения Земли сильнее, время идет медленнее, чем на поверхности. А на вершине горы Эверест - быстрее. Эффект гравитационного замедления был предсказан Альбертом Эйнштейном в 1907 году в рамках общей теории относительности. Ждать экспериментального подтверждения эффекта пришлось более полувека, пока не появилась аппаратура, способная фиксировать сверхмалые изменения в течении времени. В наши дни самые точные атомные часы фиксируют эффект гравитационного замедления при изменении высоты на несколько десятков сантиметров.
Время - стоп!
Давно замечен такой эффект: если человеческий взгляд случайно падает на циферблат часов, то секундная стрелка будто бы на какое-то время замирает на месте, а ее последующий «тик» кажется более длительным, чем все остальные. Этот феномен носит название хроностазиса (то есть «времястояния») и, видимо, восходит к тем временам, когда нашему дикому предку жизненно необходимо было среагировать на любое обнаруженное движение. Когда взгляд падает на стрелку и мы обнаруживаем движение, мозг делает для нас стоп-кадр, а потом быстро приводит ощущение времени к обычному.
Прыжки во времени
Мы, жители России, привыкли, что время во всех наших многочисленных часовых поясах отличается на целое количество часов. Но за пределами нашей страны можно встретить часовые зоны, где время отличается от Гринвича на целое количество плюс полчаса или даже 45 минут. Например, время в Индии отличается от GMT на 5,5 ч, что в свое время породило шутку: если ты в Лондоне и хочешь узнать время в Дели - переверни часы. Если из Индии переехать в Непал (GMT?+?5,45), то часы придется перевести на 15 минут назад, а если в Китай (GMT?+?8), который тут же, по соседству, то сразу на 3,5 часа назад!
Часы для любых испытаний
Швейцарская компания Victorinox Swiss Army создала часы, способные не только показывать время и переносить жесточайшие испытания (от падения с высоты 10 м на бетон до переезда по ним восьмитонного экскаватора), но и в случае необходимости спасти жизнь своего обладателя. Они называются I.N.O. X. Naimakka. Браслет сплетен из особой парашютной стропы, используемой для сброса тяжелой военной техники, и в сложной ситуации обладатель может распустить браслет и использовать стропу множеством способов: чтобы поставить палатку, сплести сеть или силки, зашнуровать ботинки, наложить шину на поврежденную конечность и даже добыть огонь!
Часы с ароматом
Гномон, клепсидра, песочные часы - все эти названия старинных приборов для счета времени нам хорошо знакомы. Менее известны так называемые огневые часы, в простейшем виде представляющие собой градуированную свечу. Свеча прогорела на одно деление - прошел, допустим, час. Гораздо изобретательнее в этом отношении были люди Дальнего Востока. В Японии и Китае существовали так называемые часы с благовониями. В них вместо свечей тлели палочки с благовониями, причем каждому часу мог соответствовать собственный аромат. К палочкам иногда привязывали нити, на конце которых крепился грузик. В нужный момент нить перегорала, грузик падал на звучащую пластину и раздавался бой часов.
К Америке и обратно
Международная линия смены дат проходит в Тихом океане, однако и там, на множестве островов, живут люди, жизнь которых «между датами» порой приводит к курьезам. В 1892 году американские торговцы убедили короля островного королевства Самоа перейти «из Азии в Америку», переместившись к востоку от линии смены дат, для чего островитянам пришлось дважды пережить один день - 4 июля. Более века спустя самоанцы решили все вернуть обратно, так что в 2011 году пятницу, 30 декабря, отменили. «Жители Австралии и Новой Зеландии не будут нам больше звонить во время воскресной службы, думая, что у нас понедельник», - заявил по этому поводу премьер-министр страны.
Иллюзия момента
Мы привыкли делить время на прошлое, настоящее и будущее, но в известном (физическом) смысле настоящее время - это некоторая условность. Что происходит в настоящем? Мы видим звездное небо, но свет от каждого светящегося объекта летит до нас разное время - от нескольких световых лет до миллионов лет (туманность Андромеды). Солнце мы видим таким, каким оно было восемь минут назад.
Но даже если речь идет о наших ощущениях от ближайших объектов - например, от лампочки в люстре или теплой печки, которой касаемся рукой, - необходимо учитывать время, которое проходит, пока свет летит от лампочки к сетчатке глаза или информация об ощущениях движется от нервных окончаний к мозгу. Все, что мы ощущаем в настоящем, - это «сборная солянка» явлений прошлого, далекого и близкого.
Александр Таранов 03.12.2015
Понравился пост?
Поддержи Фактрум, нажми:
Уже в глубокой древности возникла у людей потребность в измерении времени.
Сначала труд и отдых людей регулировался только естественной мерой времени – сутками . Сутки делили на две части: день и ночь. Потом выделились утро, полдень, вечер, полночь . Позже сутки разделили на 24 части – получился час .
Современные единицы измерения времени основаны на периодах обращения Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца, а также обращения Луны вокруг Земли. Такой выбор единиц обусловлен как историческими, так и практическими соображениями: необходимостью согласовывать деятельность людей со сменой дня и ночи или сезонов.
Периодическая смена дня и ночи происходит вследствие вращения Земли вокруг своей оси. Но мы находимся на поверхности Земли и вместе с ней участвуем в этом вращении, поэтому и не ощущаем его, а судим о нем по суточному движению Солнца, звезд и других небесных тел.
Что такое сутки? Это промежуток времени между двумя последовательными верхними или нижними кульминациями центра Солнца на одном и том же географическом меридиане, равный периоду вращения Земли относительно Солнца. Это истинные солнечные сутки . Доли этих суток (часы, минуты, секунды) – истинное солнечное время .
Но измерять время истинными солнечными сутками неудобно, так как они в течение года меняют свою продолжительность: зимой длиннее, а летом короче. Почему? Как известно, Земля, кроме вращения вокруг своей оси, движется и по эллиптической орбите вокруг Солнца. Ее движение по орбите происходит с переменной скоростью: вблизи перигелия ее скорость наибольшая, а вблизи афелия – наименьшая. К тому же ось ее вращения наклонена к плоскости орбиты, что также является причиной неравномерности изменения прямого восхождения Солнца в течение года, а следовательно, и непостоянства продолжения истинных солнечных суток.
В связи с эти ввели понятие среднего солнца . Это воображаемая точка, которая в течение года совершает один полный оборот по небесному экватору, двигаясь с запада на восток и проходя точку весеннего равноденствия одновременно с Солнцем. Промежуток времени между двумя последовательными верхними или нижними кульминациями среднего солнца на одном и том же географическом меридиане называется средними солнечными сутками, а время, выраженное в их долях (часах, минутах, секундах) – средним солнечным временем .
Сутки делятся на 2=12 часов.
Каждый час делится на 60 минут . Каждая минута - на 60 секунд .
Таким образом, в часе 3600 секунд; в сутках 24 часа = 1440 минут = 86 400 секунд.
Часы, минуты и секунды прочно вошли в наш обиход. Сейчас именно эти единицы (в первую очередь секунда) являются основными для измерения промежутков времени. Секунда стала основной единицей измерения времени в СИ (Международная система единиц) и СГС (с антиметр-г рамм-с екунда) - система единиц измерения, которая широко использовалась до принятия международной системы единиц (СИ).
Для измерения интервалов времени часы, минуты и секунды не очень удобны, поскольку не используют десятичную систему счисления. Поэтому для измерения временны́х интервалов обычно используют только секунды.
Тем не менее, иногда используют и собственно часы, минуты и секунды. Так, продолжительность 50 000 с можно записать как 13 ч 53 мин 20 с.
Эталон времени
Но и длительность средних солнечных суток - величина непостоянная. И хотя она изменяется совсем немного (увеличивается в результате приливов из-за действия притяжения Луны и Солнца в среднем на 0,0023 секунды в столетие за последние 2000 лет, а за последние 100 лет всего на 0,0014 секунды), этого достаточно для значительных искажений продолжительности секунды, если считать за секунду 1/86 400 часть продолжительности солнечных суток.
Сейчас нашли новое определение секунды. Создание атомных часов позволило получить новую шкалу времени, не зависящую от движения Земли. Эта шакала называется атомным временем . В 1967 г. на Международной конференции по мерам и весам в качестве единицы меры времени была принята атомная секунда , определяемая как «время, равное 9192631770 периодам излучения соответствующего перехода между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133». Продолжительность атомной секунды выбрана так, чтобы она была максимально близка к продолжительности эфемеридной секунды (эфемеридное время – равномерно текущее время, которое мы подразумеваем в формулах и законах динамики при вычислении координат (эфемерид) небесных тел). Атомная секунда является одной из семи основных единиц Международной системы единиц (СИ).
Шкала атомного времени основывается на показаниях цезиевых атомных часов обсерваторий и лабораторий служб времени нескольких стран мира.
Измерение более длинных интервалов времени
Для измерения более длинных интервалов времени используются единицы измерения год, месяц и неделя , состоящие из целого числа солнечных суток. Год приблизительно равен периоду обращения Земли вокруг Солнца (примерно 365,25 суток), месяц - периоду полной смены фаз Луны (называемому синодическим месяцем, равным 29,53 суток).
В наиболее распространённом григорианском, а также в юлианском календаре за основу принят год, равный 365 суткам . Так как тропический год не равен целому количеству солнечных суток(365,2422), для синхронизации календарных времён года с астрономическими в календаре используются високосные года , продолжительностью 366 дней. Год делится на двенадцать календарных месяцев разной продолжительности (от 28 до 31 дня). Обычно на каждый календарный месяц выпадает по одному полнолунию, но так как фазы Луны сменяются немного быстрее, чем 12 раз в году, иногда случаются и вторые полнолуния за месяц, называемые голубой луной.
Неделя , обычно состоящая из 7 дней, не привязана к какому-либо астрономическому событию, однако широко используется как единица времени. Можно считать, что недели формируют независимый календарь, используемый параллельно с различными другими календарями. Предполагают, что продолжительность недели берет начало от округлённой до целого числа дней продолжительности одной из четырёх фаз Луны.
Ещё более крупные единицы времени - век (100 лет) и тысячелетие (1000 лет).
Другие единицы времени
Единица квартал равна трём месяцам (четверть года).
В сфере образования используется единица измерения времени академический час (45 минут), «четверть » (примерно ¼ учебного года), «триместр» (от лат. tri - три, mensis - месяц; приблизительно 3 месяца) и «семестр» (от лат. sex - шесть, mensis - месяц; приблизительно 6 месяцев), совпадающий с «полугодием».
Триместр используется также в акушерстве и гинекологии для указания сроков беременности =трём месяцам.
Олимпиада в античности использовалась как единица измерения времени и была равна 4 годам.
Индикт (индиктион), использовавшийся в Римской империи, позже в Византии, Древней Болгарии и Древней Руси, равен 15 годам.
