Время

Смотри - http://ru.wikiversity.org/wiki/ "Онтология физического времени".

Сейчас — 26 декабря 2024, 08:38 (UTC+0)

время
$\ t$
Размерность	T
Единицы измерения
СИ	с
СГС	с

Для отслеживания времени используется хронометр: например, будильник.

Вре́мя — одно из основных понятий философии и физики, условная сравнительная мера движения материи, а также 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), внутри которого происходят все существующие в бытии процессы, являющиеся фактами. Тем не менее существуют теории с симметричным временем, например, теория Уилера — Фейнмана.

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

• координаты события на временной оси. На практике это текущее время: календарное, определяемое правилами календаря, и время суток, определяемое какой-либо системой счисления (шкалой) времени (примеры: местное время, всемирное координированное время);
• относительное время, временной интервал между двумя событиями;
• субъективный параметр при сравнении нескольких разночастотных процессов;
• время - мера измерения длительности процессов.

Свойства времени

Прежде всего, время характеризуется своей однонаправленностью (см. Стрела времени). Также, время определяется в некой системе отсчёта, которая может быть как неравномерная (процесс вращения Земли вокруг Солнца или человеческий пульс), так и равномерная. Равномерная эталонная система отсчёта выбирается «по определению», ранее, например, её связывали с движением тел Солнечной системы (эфемеридное время), а 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.

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» 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.

Единственность прошлого считается весьма правдоподобной. Мнения учёных касательно наличия или отсутствия различных «альтернативных» вариантов будущего различны.

Также существует космологическое направление времени, где начало времени — большой взрыв, а течение времени зависит от расширения Вселенной.

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), пытающихся обосновать и описать это явление.

Принятые в науке 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.» 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. Важнейшим следствием однородности времени является закон сохранения энергии. 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.

Термодинамика

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

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 несимметричен по времени. По отношению к прошлому он дает вероятностную информацию о состоянии объекта. По отношению к будущему он сам создает новое состояние. 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 $\Delta t$, лишь с точностью до величины порядка $\hbar /\Delta t$.

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. 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.

Как показывает опыт, в физике элементарных частиц время обратимо во всех процессах, кроме распада нейтральных $K^{0}$ мезонов и некоторых других тяжёлых частиц (Нарушение CP-инвариантности).

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.. 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 (в точках с большим абсолютным значением гравитационного потенциала) ход времени всегда замедляется по сравнению с ходом времени вдали от них (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).

Квантовая теория поля

Наиболее общая взаимосвязь свойств пространства, времени и материи в квантовой теории поля формулируется в виде CPT-теоремы. Она утверждает, что уравнения квантовой теории поля не изменяются при одновременном применении трёх преобразований: зарядового сопряжения C — замена всех частиц им соответствующими античастицами; пространственной инверсии P — замена знаков всех пространственных координат на противоположные; обращения времени T — замены знака времени на противоположный.

В силу CPT-теоремы, если в природе происходит некоторый процесс, то с той же вероятностью может происходить и CPT-сопряжённый процесс, то есть процесс, в котором частицы заменены соответствующими античастицами (С-преобразование), проекции их спинов поменяли знак (P-преобразование), а начальные и конечные состояния процесса поменялись местами (T-преобразование).

Синергетика

Синергетика, в ходе разрешения парадокса стрелы времени (почему обратимые процессы приводят к необратимым явлениям?) на основе изучения процессов в неравновесной статистической механике при помощи применения к ним основанной Пуанкаре и Колмогоровым теории хаоса, выдвинула понятие несводимого к отдельным траекториям (классическая механика) или волновым функциям (квантовая механика) вероятностного описания хаотических классических или квантовых систем путём применения неунитарных преобразований с комплексными собственными значениями. Данная формулировка уравнений динамики включает в себя нарушение симметрии во времени и необратимость уже на уровне уравнений движения. И. Пригожин: «время приобретает свой истинный смысл, связанный с необратимостью или даже с „историей“ процесса, а не является просто геометрическим параметром, характеризующим движение».

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

Психология

В психологии время является субъективным ощущением и зависит от состояния наблюдателя. Различают линейное и круговое (циклическое) время.

Философские концепции

Основная статья: Философия пространства-времени

Одним из первых философов, которые начали размышлять о природе времени, был Платон. Время (греч. χρόνος) он характеризует в своем трактате Тимей как «движущееся подобие вечности». Оно является характеристикой несовершенного динамического мира, где нет блага, но есть лишь стремление им обладать. Время, таким образом, обнаруживает момент неполноты и ущербности (никогда нет времени). Вечность (греч. αἰών), напротив, является характеристикой статического мира богов. Аристотель развил это понимание времени, определив его как «меру движения». Такое толкование было закреплено в его «Физике» и оно заложило основу естественнонаучного понимания времени.

В начале Средневековья Августин развивает концепцию субъективного времени, где оно становится психическим феноменом смены восприятий (растяжением души — лат. distentio animi). Августин различает три части времени: настоящее, прошлое и будущее. Прошлое дано в памяти, а будущее в ожидании (в том числе в страхе или в надежде). Августин отмечает такой аспект времени как необратимость, поскольку оно наполняется свершающимися событиями (время проходит). Помимо души человека время обнаруживает себя в человеческой истории, где оно линейно.

В дальнейшем оба толкования времени развиваются параллельно. Естественнонаучное понимание времени углубляет Исаак Ньютон, введя концепцию «абсолютного времени», которое течет совершенно равномерно и не имеет ни начала, ни конца. Готфрид Лейбниц следует за Августином, усматривая во времени способ созерцания предметов внутри монады. За Лейбницом следует Иммануил Кант, которому принадлежит определение времени как «априорной формы созерцания явлений». Однако как естественнонаучная, так и субъективная концепции времени обнаруживают в себе нечто общее, а именно момент смены состояний, ибо если ничего не изменяется, то и время никак себя не обнаруживает. А. Бергсон в этой связи отрицает «отдельное» существование времени и предметов, утверждая реальность «длительности». 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.»

Схожие представления развиваются в столь различных философских направлениях как Диалектический материализм (время как форма существования материи) и в феноменологии. Время уже отождествляется с бытием (например, в работе Хайдеггера «Бытие и время», 1927) и его противоположностью уже становится не вечность, но небытие. Онтологизация времени приводит к его осознанию как экзистенциального феномена.

Нерешённые проблемы физики времени

• Почему вообще течёт время?
• Почему время всегда течёт в одном направлении?
• Существуют ли кванты времени?

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 — система исчисления времени «поясное время плюс один час». В 1930 году по декрету правительства на всей территории СССР время было переведено на 1 час вперед, таким образом, Москва, формально находясь во втором часовом поясе имело время, отличающееся от Гринвича на +3 часа. В течение многих лет это время являлось основным гражданским временем в СССР и России. Применялось с 16 июня 1930 года до 31 марта 1991 года в СССР, с 19 января 1992 года до 27 марта 2011 года в РФ, в настоящее время применяется в ряде стран СНГ.
• Летнее время — сезонный перевод стрелок +1 час в последнее воскресенье марта и возврат в последнее воскресенье октября (с лета 2011 года установлено постоянным в России).
• Звёздное время — отмечается по верхней кульминации точки весеннего равноденствия. Используется в астрономии и навигации.

Единицы измерения времени

Основная статья: Единицы измерения времени

• Гигагод - 1000000000 лет
• Тысячелетие (Миллениум) — 1000 лет
• Век, столетие — 100 лет
• Индикт — 15 лет
• Десятилетие — 10 лет
• Год — 365/366 суток
• Квартал — 3 месяца — ¹/₄ года
• Месяц — 3 декады — 30 суток
• Декада — 10 суток
• Неделя — 7 суток
  • Шестидневка — 6 суток
  • Пятидневка — 5 суток
• Сутки ¹/₇ недели
• Час ¹/₂₄ суток
• Минута ¹/₆₀ часа
• Секунда ¹/₆₀ минуты
• Терция — ¹/₆₀ секунды
• Сантисекунда 10⁻² секунды
• Миллисекунда 10⁻³ секунды (движение пули на коротком отрезке)
• Микросекунда 10⁻⁶ секунды (поведение перешейка при отрыве капли)
• Наносекунда 10⁻⁹ секунды (диффузия вакансий на поверхности кристалла)
• Пикосекунда 10⁻¹² секунды (колебания кристаллической решетки, образование и разрыв химических связей)
• Фемтосекунда 10⁻¹⁵ секунды (колебания атомов, ЭМ-поля в световой волне)
• Аттосекунда 10⁻¹⁸ секунды (период ЭМ-колебаний рентгеновского диапазона, динамика электронов внутренних оболочек многоэлектронных атомов)
• Зептосекунда 10⁻²¹ секунды (динамика ядерных реакций)
• Йоктосекунда 10⁻²⁴ секунды (рождение/распад нестабильных элементарных частиц)

В геологии

• Эон (др.-греч. αἰών «век, эпоха») — в геологии, отрезок времени геологической истории, в течение которого формировалась эонотема; объединяет несколько эр.
• Эра — это участок геохронологической шкалы, подынтервал эона, например: Кайнозой (кайнозойская эра). Большинство геологических эр разделяются на меньшие единицы, которые называются геологическими периодами.
• Эпоха — единица геохронологической шкалы, часть геологического периода, подразделяется на геологические века. В стратиграфии соответствует геологическому отделу, то есть геологическая эпоха — это тот промежуток времени в палеонтологической и геологической истории Земли, в течение которого отложился или образовался слой пород, образующих соответствующий геологический отдел.
• Период — это участок геохронологической шкалы, подынтервал геологической эры.
• Век — стратиграфическое подразделение, единица общей стратиграфической шкалы, подчинённая геологическому отделу. Подразделяется на стратиграфические зоны. Объединяет толщу горных пород, образовавшуюся в течение одного геологического века и отвечающего определённому этапу геологического развития Земли. Характеризуется типичными для него и только ему свойственными родами, подродами и группами видов.
• Стратиграфия (от лат. stratum — настил, слой и др.-греч. γράφω — пишу, черчу, рисую) — наука, раздел геологии, об определении относительного геологического возраста осадочных горных пород, расчленении толщ пород и корреляции различных геологических образований. Один из основных источников данных для стратиграфии — палеонтологические определения. В археологии стратиграфией называют взаимное расположение культурных слоев относительно друг друга и перекрывающих их природных пород. Установление этого расположения имеет критическую важность для датирования находок (стратиграфический метод датирования, планиграфия).

В истории

• Эпоха (эпоха Возрождения, эпоха Застоя)
• Эра
• Период
• Век

В Интернете

• Бит — ¹/₁₀₀₀ суток. Название происходит от англ. beat — удар, «отбивать такт и время»; Единица Интернет-времени. — не следует путать с Би́том (от англ. bit — binary digit.)

Метрология

Эталоны

• Государственный первичный эталон единиц времени, частоты и национальной шкалы времени ГЭТ 1-98 — находится во ВНИИФТРИ
• Эталон-копия государственного эталона частоты и времени ВЭТ 1-5 (Находится в Иркутске в восточно-сибирском филиале ВНИИФТРИ)
• Вторичный эталон единицы времени и частоты ВЭТ 1-10-82 — находится в СНИИМ (Новосибирск)
• Международные эталоны

Средства отсчёта текущего времени (автономные)

• Календарь (печатное издание) (дневной/годичный отсчёт)
• Часы
• Стандарт частоты

Средства воспроизведения временных интервалов

• Таймер;
• Песочные часы;
• Метроном;
• Калиброванная линия задержки;
• Синтезатор интервалов времени

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):

• Секундомер
• Электронно-счётный частотомер с блоком измерения интервалов
• Осциллограф

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 (например, таких как RWM, DCF77);
• 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

• Ок. 1500 лет до н. э. Изобретены солнечные часы. Египет;
• Ок. 1500 года. Изобретены карманные (пружинные) часы. Петр Генлейн, Германия;
• 1656 год Изобретены маятниковые часы. Христиан Гюйгенс, Нидерланды;
• 1686 год Опубликованы «Математические начала натуральной философии» И. Ньютона. В них сформулировано учение о абсолютном времени ньютоновской механики.
• 1865 год Открыто второе начало термодинамики Р. Клазиусом. Установлено наличие в природе фундаментальной асимметрии во времени всех происходящих в ней самопроизвольных процессов.
• 1905 год Сформулированы основные положения специальной теории относительности.
• 1916 год Сформулированы основные положения общей теории относительности.
• 1927 год Изобретен водопыленепроницаемый корпус для часов. Компания «Ролекс», Швейцария;
• 1946 год Разработан радиоуглеродный метод определения возраста ископаемых останков органического происхождения в археологии, Уиллард Фрэнк Либби, США. Нобелевская премия по химии 1960 года.
• 1960 год Проведён эксперимент Паунда и Ребки по измерению влияния поля тяготения Земли на ход времени.
• 1964 год Обнаружено явление нарушения CP-инвариантности и T-инвариантности при распаде K₀ мезона. Нобелевская премия по физике 1980 года.
• 1970 год Изобретены цифровые наручные часы. Джон М. Берже, США;

См. также

• Частота
• Хронология
• Календарь
• Момент времени
• Часовые пояса
• Ось времени
• Пространство
• ISO 8601

• Путешествия во времени
• Управление временем

• Всемирное координированное время
• Время гринвичского меридиана
• Международное атомное время
• Собственное время
• Динамическое время
• Эфемеридное время
• Время спутниковых навигационных систем
• Интернет-время

Литература

• Хапаева Д. Время собственное (Время в культуре XX—XXI вв.) // Хапаева Д. Герцоги республики в эпоху переводов: Гуманитарные науки и революция понятий. — М.: Новое литературное обозрение, 2005. — С. 204−215.
• А. Маслов. Представление о времени в Китае // Маслов А. А. Китай: колокольца в пыли. Странствия мага и интеллектуала. — М.: Алетейя, 2003. — С. 9−15.
• Единицы физических величин. Бурдун Г. Д., Базакуца В. А. — Харьков: Вища школа, 1984
• Справочник по физике. Яворский Б. М., Детлаф А. А. — М.: Наука, 1981
• Черняков А. Г. Онтология времени. Бытие и время в философии Аристотеля, Гуссерля и Хайдеггера. СПб.: Высшая религиозно-философская школа, 2001.- 460 с.
• Шполянский В. А. Хронометрия — М.: Машиностроение, 1974
• Ярская-Смирнова В. Н. Истоки концептуализации времени в древнегреческой философии и современные направления анализа времени //Тр. Тбилис. ун-та.— Тбилиси, 1989.— Т. 292.
• Ли Смолин. Атомы пространства и времени, «В мире науки», апрель 2004
• Громов М. Н. Время и его восприятие в Древней Руси // Древняя Русь. Вопросы медиевистики. 2009. № 2 (36). С. 7-17
• G. J. Whitrow. Time in history: views of time from prehistory to the present day. — Oxford University Press, 1989. — 217 с. — ISBN 9780192852113.
• Знаки времени в славянской культуре: от барокко до авангарда. М.: Институт славяноведения РАН, 2009.

Ссылки

• RFC 3339
• Институт исследований природы времени при МГУ
• Как расщепляют мгновение
• Передачи Гордона про время
• Парадокс времени — видеолекция Филиппа Зимбардо