Время

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Это старая версия этой страницы, сохранённая 213.170.106.250 (обсуждение) в 09:17, 13 декабря 2010 (→Ссылки). Она может серьёзно отличаться от текущей версии.
Перейти к навигации Перейти к поиску
Сейчас — 23 декабря 2024, 07:37 (UTC)
время
Размерность T
Единицы измерения
СИ с
СГС с
У этого термина существуют и другие значения, см. Время (значения).
Для отслеживания времени используется, например, будильник.

Время — одно из основных понятий физики и философии, одна из координат пространства-времени, вдоль которой протянуты мировые линии физических тел.

В философии — это необратимое течение (протекающее лишь в одном направлении — из прошлого, через настоящее в будущее)[1], внутри которого происходят все существующие в бытии процессы, являющиеся фактами.

В количественном (метрологическом) смысле понятие время имеет два аспекта:

Свойства времени

Прежде всего, время характеризуется своей направленностью (см. «Стрела времени»).
Также время существует в некоей системе отсчёта, которая может быть как неравномерная (процесс вращения Земли вокруг Солнца или человеческий пульс) так и равномерная. Равномерная система отсчёта выбирается «по определению», в настоящее время таковой локально считается атомное время, а эталон секунды — 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133 при отсутствии возмущения внешними полями. Следует отметить, что это определение — не произвольное, а связанное с наиболее точными периодическими процессами, доступными человечеству на данном этапе развития экспериментальной физики[2].

Направленность времени

Основная статья: Философия пространства-времени

Большинство современных учёных полагают, что различие между прошлым и будущим является принципиальным. Согласно современному уровню развития науки, информация переносится из прошлого в будущее, но не наоборот. Второе начало термодинамики указывает также на накопление в будущем энтропии.

Впрочем, некоторые учёные думают немного иначе. Стивен Хокинг в своей книге «Краткая история времени: от Большого взрыва до чёрных дыр» оспаривает утверждение, что для физических законов существует различие между направлением «вперёд» и «назад» во времени. Хокинг обосновывает это тем, что передача информации возможна только в том же направлении во времени, в котором возрастает общая энтропия Вселенной. Таким образом, Второй закон термодинамики является тривиальным, так как энтропия растёт со временем, потому что мы измеряем время в том направлении, в котором растёт энтропия[3].

Единственность прошлого считается весьма правдоподобной. Мнения учёных касательно наличия или отсутствия различных «альтернативных» будущих различны[4].

Зависимость от времени

Поскольку состояния всего нашего мира зависят от времени, то и состояние какой-либо системы тоже может зависеть от времени, как обычно и происходит. Однако в некоторых исключительных случаях зависимость какой-либо величины от времени может оказаться пренебрежимо слабой, так что с высокой точностью можно считать эту характеристику независящей от времени. Если такие величины описывают динамику какой-либо системы, то они называются сохраняющимися величинами, или интегралами движения. Например, в классической механике полная энергия, полный импульс и полный момент импульса изолированной системы являются интегралами движения.

Различные физические явления можно разделить на три группы

  • стационарные — явления, основные характеристики которых не меняются со временем. Фазовый портрет стационарного явления описывается неподвижной точкой.
  • нестационарные — явления, для которых зависимость от времени принципиально важна. Фазовый портрет нестационарного явления описывается движущейся по некоторой траектории точкой. Они, в свою очередь, делятся на
    • периодические — если в явлении наблюдается чёткая периодичность (фазовый портрет — замкнутая кривая)
    • квазипериодические — если они не являются в строгом смысле периодическими, но в малом масштабе выглядят как периодические (фазовый портрет — почти замкнутая кривая)
    • хаотические — апериодические явления (фазовый портрет — незамкнутая кривая, заметающая некоторую площадь более или менее равномерно, аттрактор).
  • квазистационарные — явления, которые, строго говоря, нестационарны, но характерный масштаб их эволюции много больше тех времён, которые интересуют в задаче.

Концепции времени

Единой общепризнанной теории, объясняющей и описывающей такое понятие как Время, на данный момент не существует. Выдвигается множество теорий (они также могут быть частью более общих теорий и философских учений), как научных, так и псевдонаучных, пытающихся обосновать и описать это явление[источник не указан 5216 дней].

Научные концепции

Классическая физика

В классической физике время — это непрерывная величина, априорная характеристика мира, ничем не определяемая. В качестве основы измерения используется некая, обычно периодическая, последовательность событий, которая, признаётся эталоном некоторого промежутка времени. На этом основан принцип работы часов.

Время в классической физике существует само по себе, отдельно от пространства и любых материальных объектов в мире. Время, как поток длительности, одинаково определяет ход всех процессов в мире. Все процессы в мире, независимо от их сложности, не оказывают никакого влияния на ход времени. Поэтому время в классической физике называется абсолютным. И. Ньютон: «Абсолютное, истинное математическое время само по себе и по самой своей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему, протекает равномерно, и иначе называется длительностью…Все движения могут ускоряться или замедляться, течение же абсолютного времени изменяться не может.»[5] Абсолютность времени математически выражается в инвариантноcти уравнений ньютоновской механики относительно преобразований Галилея. Все моменты времени в прошлом, настоящем и будущем между собой равноправны, время однородно. Течение времени всюду и везде в мире одинаково и не может изменяться. Каждому действительному числу может быть поставлен в соответствие момент времени, и, наоборот, каждому моменту времени может быть поставлено в соответствие действительное число. Таким образом, время образует континуум. Аналогично арифметизации (сопоставлению каждой точке числу) точек евклидового пространства, можно провести арифметизацию всех точек времени от настоящего неограниченно назад в прошлое и неограниченно вперед в будущее. Для измерения времени необходимо только одно число, то есть время одномерно. Промежуткам времени можно поставить в соответствие параллельные векторы, которые можно складывать и вычитать как отрезки прямой.[6][7] Важнейшим следствием однородности времени является закон сохранения энергии[8]. Уравнения механики Ньютона и электродинамики Максвелла не изменяют своего вида при смене знака времени на противоположный. Они симметричны относительно обращения времени (T-симметрия). Время в классической механике и электродинамике обратимо.

В термодинамике время необратимо, благодаря существованию закона возрастания энтропии замкнутой системы. Энтропия замкнутой системы может только увеличиваться с течением времени или оставаться постоянной.[9]

Квантовая физика

Такова же роль времени и в квантовой механике: несмотря на квантование почти всех величин, время осталось внешним, неквантованным параметром. В квантовой механике время необратимо, благодаря взаимодействию в процессе измерения квантовомеханического объекта с классическим измерительным прибором. Процесс измерения в квантовой механике несиммметричен по времени. По отношению к прошлому он дает вероятностную информацию о состоянии объекта. По отношению к будущему он сам создает новое состояние.[10] В квантовой механике имеется соотношение неопределенности для времени и энергии. Закон сохранения энергии в замкнутой системе может быть проверен посредством двух измерений, с интервалом времени между ними в , лишь с точностью до величины порядка .[11]

Релятивистская физика

В релятивистской физике (Специальная теория относительности, СТО) постулируются два основных положения:

  1. Скорость света в вакууме одинакова во всех системах координат, движущихся прямолинейно и равномерно друг относительно друга.
  2. Законы природы одинаковы во всех системах координат, движущихся прямолинейно и равномерно друг относительно друга.

Эти постулаты приводят к заключению о том, что события, одновременные в одной системе отсчёта, могут быть неодновременными в другой системе отсчёта, движущейся относительно первой. Таким образом, ход времени зависит от движения системы отсчета. Математически эта зависимость выражается через преобразования Лоренца.[12] Пространство и время теряют свою самостоятельность и выступают как отдельные стороны единого пространственно-временного континуума (Пространство Минковского). Взамен абсолютного времени и расстояния в трёхмерном пространстве, сохраняющихся при преобразованиях Галилея, появляется понятие инвариантного интервала, сохраняющегося при преобразованиях Лоренца.[13]

Как показывает опыт, в физике элементарных частиц время обратимо во всех процессах, кроме распада нейтральных мезонов (Нарушение CP-инвариантности).[14]

Общая теория относительности (ОТО), опираясь на принцип эквивалентности сил гравитации и инерции, обобщила понятие четырёхмерного пространства-времени Минковского на случай неинерциальных систем отсчёта и полей тяготения.[15]. Метрические свойства пространства-времени в каждой точке под влиянием поля тяготения становятся различными. Влияние гравитационного поля на свойства четырёхмерного пространства-времени описывается метрическим тензором. Вблизи массивных тел ход времени всегда замедляется в точках с большим абсолютным значением гравитационного потенциала по сравнению с ходом времени в точках с меньшим абсолютным значением гравитационного потенциала. Относительное замедление времени для двух точек слабого постоянного гравитационного поля равно разности гравитационных потенциалов, делённой на квадрат скорости света (Гравитационное красное смещение). [16]

Некоторые теории оперирует т. н. «мгновением», хрононом[17] — мельчайшим, элементарным и недробимым «квантом времени» (соответствующий понятию «планковское время» и составляющий примерно 5,3⋅10−44 с).

Философские концепции

  • Согласно мифологическому мировоззрению время циклично, оно представляет собой неизменное повторение уже бывшего. Прошлое служит образцом для настоящего. Будущее является повторением настоящего. Единицы времени служат для измерения расстояния. Время неоднородно. Особой частью является время, когда первопредки создавали мир.[18]
  • В философской системе И. Канта время рассматривается как априорная (доопытная) форма чувственного созерцания. И. Кант: «Время не есть эмпирическое понятие, выводимое из какого-нибудь опыта…Время есть чистая форма чувственного созерцания…Время есть не что иное, как форма внутреннего чувства, то есть созерцания нас самих и нашего внутреннего состояния…Время есть априорное формальное условие всех явлений вообще…Пространство и время, вместе взятые, суть чистые формы всякого чувственного созерцания, и именно благодаря этому возможны априорные синтетические положения.»[19]
  • В философии Г. В. Ф. Гегеля время и пространство являются категориями абсолютного духа. Г. В. Ф. Гегель: «Пространство представляет собой следующее противоречие: оно обладает отрицанием, но обладает им так, что это отрицание распадается на равнодушные друг к другу прочные существования. Так как, следовательно, пространство представляет собой лишь это внутреннее противоречие, то снятие им самим его моментов является его истиной. Время и есть наличное бытие этого постоянного снятия; во времени, следовательно, точка обладает действительностью.»[20]
  • В философии А. Бергсона первоосновой всего является длительность — чистая нематериальная сущность. Время является одной из форм проявления длительности в нашем представлении. Познание времени доступно лишь интуиции. А Бергсон: «Ведь наша длительность не является сменяющими друг друга моментами: тогда постоянно существовало бы только настоящее, не было бы ни продолжения прошлого в настоящем, ни эволюции, ни конкретной длительности. Длительность — это непрерывное развитие прошлого, вбирающего в себя будущее и разбухающего по мере движения вперед.»[21]
  • В диалектическом материализме время — это объективно реальная форма существования движущейся материи, характеризующая последовательность развёртывания материальных процессов, отделённость друг от друга разных стадий этих процессов, их длительность, их развитие[22].В. И. Ленин: «В мире нет ничего, кроме движущейся материи, и движущаяся материя не может двигаться иначе, как в пространстве и во времени. Человеческие представления о пространстве и времени относительны, но из этих относительных представлений складывается абсолютная истина, эти относительные представления, развиваясь, идут по линии абсолютной истины, приближаются к ней».[23]

Отсчёт времени

Как в классической, так и в релятивистской физике для отсчёта времени используется временна́я координата пространства-времени (в релятивистском случае — также и пространственные координаты), причём (традиционно) принято использовать знак «+» для будущего, а знак «-» — для прошлого. Однако смысл временно́й координаты в классическом и релятивистском случае различен (см. Ось времени).

Отсчёт времени в астрономии и навигации

Время в астрономии и навигации связано с суточным вращением земного шара; для отсчёта используются несколько родов времени.

  • Истинное местное солнечное время — полдень определяется по прохождению Солнца через Меридиан (наивысшая точка в суточном движении). Используется в основном в задачах навигации и астрономии. Это то время, которое показывают солнечные часы.
  • Среднее местное солнечное время (LST) — в течение года Солнце движется слегка неравномерно (разница ±15 мин), поэтому вводят условное равномерно текущее время, совпадающее с солнечным в среднем. Это время своё собственное для каждой географической долготы.
  • Всемирное время (Гринвичское, GMT) — это среднее солнечное время на начальном меридиане (проходит около Гринвича). Уточнённое всемирное время отсчитывается при помощи атомных часов и называется UTC (англ. Universal Time Coordinated, Всемирное координированное время). Это время принято одинаковым для всего земного шара. Используется в астрономии, навигации, космонавтике и т. п.
  • Поясное время — из-за того, что неудобно в каждом населённом пункте иметь собственное время, земной шар размечен на 24 часовых пояса, в пределах которых время считается одним и тем же, а с переходом в соседний часовой пояс меняется ровно на 1 час.
  • Декретное время — в 1930 году по декрету правительства на всей территории СССР время было переведено на 1 час вперед, таким образом, Москва, находясь во втором часовом поясе имеет время, отличающееся от Гринвича на +3 часа. Это время является основным гражданским временем в России.
  • Летнее время — сезонный перевод стрелок +1 час в последнее воскресенье марта и возврат в последнее воскресенье октября.
  • Звёздное время — отмечается по верхней кульминации точки весеннего равноденствия. Используется в астрономии и навигации.

Единицы измерения времени

Основная статья: Единицы измерения времени
  • Тысячелетие
  • Столетие
  • Год
  • Месяц
  • Декада
  • Неделя
  • Сутки
  • Час
  • Минута
  • Секунда
  • Терция — устар., в настоящее время не используется
  • Миллисекунда 10−3сек (движение пули на коротком отрезке)
  • Микросекунда 10−6сек (поведение перешейка при отрыве капли)
  • Наносекунда 10−9сек (диффузия вакансий на поверхности кристалла)
  • Пикосекунда 10−12сек (колебания кристаллической решетки, образование и разрыв химических связей)
  • Фемтосекунда 10−15сек (колебания атомов, ЭМ-поля в световой волне)
  • Аттосекунда 10−18сек (период ЭМ-колебаний рентгеновского диапазона, динамика электронов на внутренних оболочках многоэлектронных атомов)
  • Зептосекунда 10−21сек (динамика ядерных реакций)
  • Йоктосекунда 10−24сек (рождение-распад нестабильных элементарных частиц)

В геологии

В истории

Метрология

Эталоны

Средства отсчёта текущего времени (автономные)

Средства воспроизведения временных интервалов

Средства измерения временных интервалов

Для измерения времени применяются различные калиброванные приборы, имеющие в составе средство воспроизведения временных интервалов — стабильный генератор импульсов (маятник, кварцевый или иной генератор):

Централизованные способы определения текущего времени

  • По телефону с помощью службы точного времени;
  • В теле- или радиопрограмме, передающей аудио- или визуальные сигналы точного времени;
  • По приёмнику сигналов точного времени, используя особые сигналы, передаваемые специальными радиостанциями [24];
  • По компьютеру с помощью специальных сетевых сервисов в Интернете и локальных сетях (например, таких как NTP);
  • С помощью технических средств, позволяющих узнать время через GPS;

Открытия и изобретения

См. также

Примечания

  1. ↑ Существует ли «стрела времени?», А. И. Гулидов, Ю. И. Наберухин
  2. ↑ Рудольф Карнап. Глава 3. Измерения и количественный язык // Философские основания физики: Введение в философию науки. = R. Carnap. Philosophical Foundations of Physics: an introduction to the philosophy of science. — М.: Прогресс, 1971. — 392 с.
  3. ↑ Хокинг С. Краткая история времени: от Большого взрыва до чёрных дыр. Пер. с англ. Н. Я. Смородинской. — СПб.: «Амфора», 2001. — 268 с — ISBN 5-94278-564-3.
  4. ↑ И. Пригожин Порядок из Хаоса. Новый диалог человека с природой.
  5. ↑ Ньютон Исаак. Математические начала натуральной философии. — М.: Наука, 1989. — ISBN 5-02-000747-1, тир. 5000 экз.
  6. ↑ Новиков И.Д «Куда течет река времени?», М., «Молодая гвардия», 1990, 238 с., ISBN 5-235-00805-7, тир. 100000 экз, гл. «Начало науки о времени»
  7. ↑ Владимиров Ю.С «Пространство-время: явные и скрытые размерности», М., «Наука», 1989, 191 с., ISBN 5-02-000063-9, тир. 9200 экз, гл. 1 «Четырехмерное классическое пространство-время»
  8. ↑ Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. «Теоретическая физика», т. 1, «Механика», 5-е изд., стереотип., М., Физматлит, 2002, 224 с. ISBN 5-9221-0055-6, гл. 2 «Законы сохранения», п. 6 «Энергия»
  9. ↑ 1 2 Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. «Теоретическая физика», т. V, «Статистическая физика», 5-е изд., стереотип., М., Физматлит, 2002, 616 с. ISBN 5-9221-0054-8, тир. 3000 экз., гл. 1 «Основные принципы статистики», п. 8 «Закон возрастания энтропии»
  10. ↑ Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. «Теоретическая физика», т. III, «Квантовая механика (нерелятивистская теория)», 5-е изд., стереотип., М., Физматлит, 2002, 808 с. ISBN 5-9221-0057-2, тир. 2000 экз., гл. 1 «Основные понятия квантовой механики», п. 7 «Волновая функция и измерения»
  11. ↑ Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. «Теоретическая физика», т. III, «Квантовая механика (нерелятивистская теория)», 5-е изд., стереотип., М., Физматлит, 2002, 808 с. ISBN 5-9221-0057-2, тир. 2000 экз., гл. VI «Теория возмущений», п. 44 «Соотношение неопределенности для энергии»
  12. ↑ А. Эйнштейн и Л. Инфельд Эволюция физики. Развитие идей от первоначальных понятий до теории относительности и квант. Пер. с англ., со вступ. статьёй С. Г. Суворова, ОГИЗ, Государственное издательство технико-теоретической литературы, Москва, 1948, Ленинград, тир. 20000 экз., гл. III «Поле и относительность», п. «Время, пространство, относительность», с. 167—180
  13. ↑ П. Бергман Загадка гравитации. М., 1969 г., 216 стр. с илл., тир. 58000 экз., «Наука», гл. I Ньютоновская физика и специальная теория относительности, п. 5 Четырёхмерный мир Минковского, с 36-47.
  14. ↑ Окунь Лев Борисович Физика элементарных частиц. Изд. 3-е, стереотипное. — М.: Едиториал УРСС, 2005, 216 с., ISBN 5-354-01085-3, Гл. IV «Слабое взаимодействие», «C-, P-, T-симметрии», c. 59-62
  15. ↑ А. Эйнштейн и Л. Инфельд Эволюция физики. Развитие идей от первоначальных понятий до теории относительности и квант. Пер. с англ., со вступ. статьёй С. Г. Суворова, ОГИЗ, Государственное издательство технико-теоретической литературы, Москва, 1948, Ленинград, тир. 20000 экз., гл. III «Поле и относительность», п. «Общая относительность» и др. п., с. 194—216
  16. ↑ Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. «Теоретическая физика», т. II, «Теория поля», 5-е изд., стереотип., М., Физматлит, 2002, 536 с. ISBN 5-9221-0056-4, тир. 2000 экз., гл. X «Частица в гравитационном поле», п. 88 «Постоянное гравитационное поле», с. 3343-343.
  17. ↑ Caldirola, P. (1980). "The introduction of the chronon in the electron theory and a charged lepton mass formula". Lett. Nuovo Cim. 27: 225—228. doi:10.1007/BF02750348.
  18. ↑ Голубинцев В. О., Данцев А. А., Любченко В. С. Философия для технических вузов. — Ростов-на-Дону, Феникс, 2003, 640 с., ISBN 5-222-03736-3
  19. ↑ И. Кант Критика чистого разума. — 1994, гл. II «О времени»
  20. ↑ Гегель Г. В. Ф. «Энциклопедия философских наук», ч. 2, «Философия природы», «Пространство и время», п. 257. «Время.»
  21. ↑ А. Бергсон Творческая эволюция. — 2006, гл. 1 «Об эволюции жизни — механицизм и целесообразность»
  22. ↑ Основы марксистско-ленинской философии / Константинов Ф. В., Богомолов А. С., Гак Г. М. и др. — 2-е изд. — М., Политиздат, 1973. — 544 с.
  23. ↑ Ленин В. И. Материализм и эмпириокритицизм. Критические заметки об одной реакционной философии. — М.: «Политиздат», 1969, 392 с., тир. 450000 экз., 3К23 М34, Гл. III «Теория познания диалектического материализма и эмпириокритицизма», п. 5 «Пространство и время»
  24. ↑ Радиостанции стандартных частот и времени
  25. ↑ 1 2 3 4 5 RIPOLFACT. Ежегодный альманах фактов: Весь мир. Полный спектр информации о странах, мире и вселенной. — М.: РИПОЛ классик, 2007. — 1088 с.: илл., ISBN 978-5-7905-5024-9, Некоторые замечательные изобретения, с. 374—387;
  26. ↑ А. Эйнштейн «К электродинамике движущихся тел», Собр. науч. труд. в 4-х томах, М., «Наука», 1965, т. 1, с. 7 — 35, тир. 32000 экз.
  27. ↑ А. Эйнштейн «Основы общей теории относительности», Собр. науч. труд. в 4-х томах, М., «Наука», 1965, т. 1, с. 452—504, тир. 32000 экз.
  28. ↑ Radiocarbon dating
  29. ↑ Р. В. Паунд О весе фотонов. Успехи физических наук, 1960 г., декабрь
  30. ↑ Нарушение СP-симметрии. поиск его истоков. Дж. В. Кронин, Успехи физических наук, 1981, октябрь

Литература

Ссылки


Шаблон:Link FA Шаблон:Link FA

Источник — https://ru.wikipedia.org/ruwiki/w/index.php?title=Время&oldid=30144680