Время в физике - Time in physics

Время
Текущее время ( обновление )
20:48, 18 октября 2021 г. ( UTC )
Основные концепции прошлый Подарок Будущее Вечность аргументы в пользу
Области исследования Археология Хронология История Часы Палеонтология Футурология
Философия Презентизм Этернализм Мероприятие Фатализм
Религия Мифология Творчество Время окончания Судный день Бессмертие Загробная жизнь Реинкарнация Калачакра
Измерение Стандарты Метрическая Шестнадцатеричный
Наука Натурализм Хронобиология Космогония Эволюция Радиометрическое датирование Конечная судьба вселенной Время в физике
похожие темы Движение Космос Пространство-время Путешествие во времени
v т е

Фуко «s маятник в Пантеоне в Париже может измерять время , а также продемонстрировать вращение на Земле .

Время в физике определяется его измерением : время - это то, что показывают часы . В классической нерелятивистской физике это скалярная величина (часто обозначаемая символом ) и, как и длина , масса и заряд , обычно описывается как фундаментальная величина . Время можно математически комбинировать с другими физическими величинами для получения других понятий, таких как движение , кинетическая энергия и зависящие от времени поля . Хронометраж - это комплекс технологических и научных вопросов, составляющих основу ведения учета . ${\ displaystyle t}$

Маркеры времени

До появления часов время измерялось теми физическими процессами, которые были понятны каждой эпохе цивилизации:

• первое появление (см .: гелиакальный восход ) Сириуса в ознаменование ежегодного разлива Нила
• периодическая последовательность ночь и день , казалось бы , вечно
• положение на горизонте первого появления солнца на рассвете
• положение солнца на небе
• отметка момента полудня днем
• длина тени, отбрасываемой гномоном

В конце концов, стало возможным характеризовать течение времени с помощью приборов, используя операционные определения . Одновременно эволюционировала наша концепция времени, как показано ниже.

Единица измерения времени: секунда

В Международной системе единиц (СИ) единицей времени является секунда (символ:) . Это базовый блок СИ , и была определена с 1967 года как «продолжительность 9192631770 [циклов] в излучения , соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями в основном состоянии от цезия атома 133». Это определение основано на работе атомных часов цезия . Эти часы стали использоваться в качестве основных эталонов примерно после 1955 года и используются до сих пор. ${\ Displaystyle \ mathrm {s}}$

Современное состояние хронометража

UTC метка времени используются во всем мире является атомарным стандартное время. Относительная точность такого стандарта времени в настоящее время составляет порядка 10 ^-15 (соответствует 1 секунде примерно через 30 миллионов лет). Наименьший временной шаг, который считается теоретически наблюдаемым, называется планковским временем , который составляет приблизительно 5,391 × 10 ^-44 секунды - на много порядков ниже разрешающей способности современных стандартов времени.

Цезий атомные часы стали практичными после 1950 года, когда достижения в области электроники позволили надежному измерение сверхвысоких частот он генерирует. По мере того, как происходили дальнейшие успехи, исследования атомных часов продвигались к все более высоким частотам, которые могут обеспечить более высокую точность и более высокую точность. Часы, основанные на этих методах, были разработаны, но еще не используются в качестве основных эталонов.

Представления о времени

Галактика Андромеды ( M31 ) находится на расстоянии двух миллионов световых лет от нас. Таким образом, мы наблюдаем свет M31, появившийся два миллиона лет назад, когда люди еще не существовали на Земле.

Галилей , Ньютон и большинство людей вплоть до 20-го века считали, что время одинаково для всех и везде. Это основа для временных шкал , где время является параметром . Современное понимание времени основывается на Эйнштейна «с теорией относительности , в которой показатели времени запуска по- разному в зависимости от относительного движения и пространства и времени объединяются в пространстве - времени , где мы живем на мировой линии , а не сроки. С этой точки зрения время - это координата . Согласно преобладающей космологической модели теории Большого взрыва , само время началось как часть всей Вселенной около 13,8 миллиарда лет назад.

Закономерности в природе

Для измерения времени можно записать количество появлений (событий) какого-либо периодического явления . Регулярные рецидивы сезонов , то движения о солнце , луне и звездах были отмечены и сведены в таблице на протяжении тысячелетий, до того , как законы физики были сформулированы. Солнце было вершителем течения времени, но время было известно только часам на протяжении тысячелетий , следовательно, использование гномона было известно в большей части мира, особенно в Евразии , и, по крайней мере, на юге, в джунглях. Юго-Восточная Азия .

В частности, астрономические обсерватории, поддерживаемые для религиозных целей, стали достаточно точными, чтобы установить регулярные движения звезд и даже некоторых планет.

Сначала жрецы вели хронометраж вручную, а затем в коммерческих целях, и сторожа отмечали время как часть своих обязанностей. Табулирование из равноденствий , то песочные часы , и часы воды становились все более и более точными, и , наконец , надежными. На кораблях в море мальчики крутили песочные часы и называли часы.

Механические часы

Ричард Валлингфордский (1292–1336), аббат аббатства Св. Альбана, около 1330 года построил механические часы как астрономический прибор .

Ко времени Ричарда Уоллингфорда использование трещоток и шестерен позволило городам Европы создавать механизмы для отображения времени на соответствующих городских часах; ко времени научной революции часы стали достаточно миниатюрными, чтобы семьи могли пользоваться личными часами или, возможно, карманными часами. Поначалу их могли себе позволить только короли. Маятниковые часы широко использовались в 18-19 веках. В основном они были заменены кварцевыми и цифровыми часами . Теоретически атомные часы могут измерять точное время миллионы лет. Они подходят для стандартов и использования в научных целях.

Галилей: течение времени

В 1583 годе , Галилео Галилей (1564-1642) обнаружил , что гармоническое движение маятника имеет период постоянная, которую он узнал по времени движения качающейся лампы в гармоническом движении по массе в соборе Пизы , с его импульсом .

В своих « Двух новых науках» (1638) Галилей использовал водяные часы для измерения времени, за которое бронзовый шар катился на известное расстояние по наклонной плоскости ; эти часы были

«большой сосуд с водой, помещенный на возвышении; ко дну этого сосуда была припаяна труба небольшого диаметра, дающая тонкую струю воды, которую мы собирали в маленький стакан во время каждого спуска, будь то на весь длины канала или части его длины; собранная таким образом вода взвешивалась после каждого спуска на очень точных весах; разница и соотношение этих весов давали нам разницу и соотношение времен, и это с такими точность, что, хотя операция повторялась много-много раз, заметных расхождений в результатах не было ».

Экспериментальная установка Галилея для измерения буквального течения времени с целью описания движения шара предшествовала заявлению Исаака Ньютона в его « Началах» :

Я не определяю время , пространство , место и движение как хорошо известные всем.

Преобразования Галилея предполагают, что время одинаково для всех систем отсчета .

Физика Ньютона: линейное время

Примерно в 1665 году, когда Исаак Ньютон (1643–1727) вывел движение объектов, падающих под действием силы тяжести , началась первая четкая формулировка математической физики обработки времени: линейное время, задуманное как универсальные часы .

Абсолютное, истинное и математическое время само по себе и из своей собственной природы течет равномерно, безотносительно к чему-либо внешнему, и под другим именем называется длительностью: относительное, кажущееся и обычное время - это какое-то ощутимое и внешнее (точное или неоднозначное). ) измерение продолжительности с помощью движения, которое обычно используется вместо истинного времени; например час, день, месяц, год.

Механизм водяных часов , описанный Галилео, был спроектирован так, чтобы обеспечивать ламинарный поток воды во время экспериментов, таким образом обеспечивая постоянный поток воды во время экспериментов и воплощая то, что Ньютон называл продолжительностью .

В этом разделе перечисленные ниже отношения рассматривают время как параметр, который служит показателем поведения рассматриваемой физической системы. Поскольку беглые люди Ньютона рассматривают линейный поток времени (то, что он назвал математическим временем ), время можно рассматривать как линейно изменяющийся параметр, абстракцию движения часов на циферблате часов. Календари и судовые журналы затем можно было сопоставить с движением часов, дней, месяцев, лет и столетий.

Термодинамика и парадокс необратимости

К 1798 году Бенджамин Томпсон (1753–1814) обнаружил, что работа может быть преобразована в тепло без ограничений - предшественник сохранения энергии или

• 1-й закон термодинамики

В 1824 году Сади Карно (1796–1832) провел научный анализ паровой машины с помощью своего абстрактного цикла Карно . Рудольф Клаузиус (1822–1888) отметил меру беспорядка или энтропии , которая влияет на постоянно уменьшающееся количество свободной энергии, доступной для двигателя Карно в:

• 2-й закон термодинамики

Таким образом, непрерывное движение термодинамической системы от меньшей к большей энтропии при любой заданной температуре определяет стрелу времени . В частности, Стивен Хокинг выделяет три стрелы времени:

• Психологическая стрела времени - наше восприятие неумолимого течения.
• Термодинамическая стрела времени - отличается ростом энтропии .
• Космологическая стрела времени - отличается расширением Вселенной.

Со временем энтропия в изолированной термодинамической системе увеличивается. Напротив, Эрвин Шредингер (1887–1961) указал, что жизнь зависит от «потока отрицательной энтропии» . Илья Пригожин (1917–2003) заявил, что другие термодинамические системы, которые, как и жизнь, также далеки от равновесия, также могут иметь стабильные пространственно-временные структуры, напоминающие жизнь. Вскоре после этого появились сообщения о реакциях Белоусова-Жаботинского , которые демонстрируют колеблющиеся цвета в химическом растворе. Эти неравновесные термодинамические ветви достигают точки бифуркации , которая является нестабильной, и вместо нее становится устойчивой другая термодинамическая ветвь.

Электромагнетизм и скорость света

В 1864 году Джеймс Клерк Максвелл (1831–1879) представил комбинированную теорию электричества и магнетизма . Он объединил все известные тогда законы, относящиеся к этим двум явлениям, в четыре уравнения. Эти уравнения векторного исчисления, в которых используется оператор дель ( ), известны как уравнения Максвелла для электромагнетизма . ${\ displaystyle \ nabla}$

В свободном пространстве (то есть пространстве, не содержащем электрических зарядов ) уравнения принимают вид (в единицах СИ ):

${\ displaystyle \ nabla \ times \ mathbf {E} = - {\ frac {\ partial \ mathbf {B}} {\ partial t}}}$

${\ displaystyle \ nabla \ times \ mathbf {B} = \ mu _ {0} \ varepsilon _ {0} {\ frac {\ partial \ mathbf {E}} {\ partial t}} = {\ frac {1} {c ^ {2}}} {\ frac {\ partial \ mathbf {E}} {\ partial t}}}$

${\ Displaystyle \ набла \ cdot \ mathbf {E} = 0}$

${\ Displaystyle \ набла \ cdot \ mathbf {B} = 0}$

куда

ε ₀ и μ ₀ - электрическая проницаемость и магнитная проницаемость свободного пространства ;

c = - скорость света в свободном пространстве, 299 792 458 м / с ;${\ displaystyle 1 / {\ sqrt {\ epsilon _ {0} \ mu _ {0}}}}$

E - электрическое поле;

B - магнитное поле.

Эти уравнения допускают решения в виде электромагнитных волн. Волна образована электрическим полем и магнитным полем, которые колеблются вместе, перпендикулярно друг другу и направлению распространения. Эти волны всегда распространяются со скоростью света c , независимо от скорости электрического заряда, создавшего их.

Тот факт, что свет всегда движется со скоростью c, был бы несовместим с теорией относительности Галилея, если бы уравнения Максвелла выполнялись в любой инерциальной системе координат (системе отсчета с постоянной скоростью), потому что преобразования Галилея предсказывают уменьшение (или увеличение) скорости в системе отсчета наблюдателя, движущегося параллельно (или антипараллельно) свету.

Ожидалось, что существует одна абсолютная система отсчета, система светоносного эфира , в которой уравнения Максвелла остаются неизменными в известной форме.

Эксперимент Майкельсона-Морли не удалось обнаружить никакой разницы в относительной скорости света из - за движения Земли относительно эфира светоносного, предполагая , что уравнения Максвелла действительно, фактически, держать во всех кадрах. В 1875 году Хендрик Лоренц (1853–1928) открыл преобразования Лоренца , которые оставили неизменными уравнения Максвелла, что позволило объяснить отрицательный результат Майкельсона и Морли. Анри Пуанкаре (1854–1912) отметил важность преобразования Лоренца и популяризировал его. В частности, описание вагона можно найти в « Науке и гипотезах» , опубликованной до статей Эйнштейна 1905 года.

Преобразование Лоренца предсказало сжатие пространства и замедление времени ; до 1905 года первое интерпретировалось как физическое сжатие объектов, движущихся относительно эфира, из-за модификации межмолекулярных сил (электрической природы), в то время как второе считалось просто математическим условием.

Физика Эйнштейна: пространство-время

Специальная теория относительности Альберта Эйнштейна 1905 года бросила вызов понятию абсолютного времени и смогла сформулировать определение синхронизации только для часов, которые отмечают линейный поток времени:

Если в точке A пространства есть часы, наблюдатель в A может определить временные значения событий в непосредственной близости от A, найдя положения стрелок, которые являются одновременными с этими событиями. Если в точке B пространства есть другие часы, во всех отношениях напоминающие часы в A, наблюдатель в B может определить временные значения событий в непосредственной близости от B.

Но без дополнительных предположений невозможно сравнить во времени событие в точке A с событием в точке B. До сих пор мы определили только «время A» и «время B».

Мы не определили общее «время» для A и B, поскольку последнее не может быть определено вообще, если мы не установим по определению, что «время», необходимое свету для путешествия из A в B, равно «времени», которое требуется для путешествия. от B к A. Пусть луч света начнется в «момент A» t _A от A к B, пусть он в «момент B» t _B отразится от B в направлении A и снова достигнет A в «время А» т " .

Согласно определению, два часа синхронизируются, если

${\ displaystyle t _ {\ text {B}} - t _ {\ text {A}} = t '_ {\ text {A}} - t _ {\ text {B}} {\ text {.}} \, \ !}$

Мы предполагаем, что это определение синхронизма свободно от противоречий и возможно для любого количества точек; и что следующие соотношения являются универсальными:

1. Если часы в B синхронизируются с часами в A, часы в A синхронизируются с часами в B.
2. Если часы в A синхронизируются с часами в B, а также с часами в C, часы в B и C также синхронизируются друг с другом.

-  Альберт Эйнштейн, «Об электродинамике движущихся тел».

Эйнштейн показал, что если скорость света не меняется между системами отсчета, пространство и время должны быть такими, чтобы движущийся наблюдатель измерял ту же скорость света, что и стационарный, потому что скорость определяется пространством и временем:

${\ displaystyle \ mathbf {v} = {d \ mathbf {r} \ over dt} {\ text {,}}}$где r - позиция, а t - время.

Действительно, преобразование Лоренца (для двух систем отсчета в относительном движении, ось x которых направлена ​​в направлении относительной скорости)

${\ displaystyle {\ begin {cases} t '& = \ gamma (t-vx / c ^ {2}) {\ text {where}} \ gamma = 1 / {\ sqrt {1-v ^ {2} / c ^ {2}}} \\ x '& = \ gamma (x-vt) \\ y' & = y \\ z '& = z \ end {case}}}$

Можно сказать, что он «смешивает» пространство и время, подобно тому, как евклидово вращение вокруг оси z смешивает координаты x и y . К последствиям этого относится относительность одновременности .

Событие B одновременно с A в зеленой рамке отсчета, но произошло раньше в синей рамке и произойдет позже в красной рамке.

В частности, преобразование Лоренца - это гиперболический поворот, который представляет собой изменение координат в четырехмерном пространстве Минковского , размерность которого равна ct . (В евклидовом пространстве обычное вращение - это соответствующее изменение координат.) Скорость света c можно рассматривать как просто необходимый коэффициент преобразования, потому что мы измеряем размеры пространства-времени в разных единицах; поскольку счетчик в настоящее время определяется в единицах секунды, он имеет точное значение 299 792 458 м / с . Нам понадобился бы аналогичный коэффициент в евклидовом пространстве, если бы, например, мы измеряли ширину в морских милях и глубину в футах. В физике для упрощения уравнений иногда используются единицы измерения, в которых c = 1 . ${\ displaystyle {\ begin {pmatrix} ct '\\ x' \ end {pmatrix}} = {\ begin {pmatrix} \ cosh \ phi & - \ sinh \ phi \\ - \ sinh \ phi & \ cosh \ phi \ end {pmatrix}} {\ begin {pmatrix} ct \\ x \ end {pmatrix}} {\ text {where}} \ phi = \ operatorname {artanh} \, {\ frac {v} {c}} { \текст{,}}}$${\ displaystyle {\ begin {pmatrix} x '\\ y' \ end {pmatrix}} = {\ begin {pmatrix} \ cos \ theta & - \ sin \ theta \\\ sin \ theta & \ cos \ theta \ конец {pmatrix}} {\ begin {pmatrix} x \\ y \ end {pmatrix}}}$

Показано, что время в «движущейся» системе отсчета идет медленнее, чем в «стационарной», с помощью следующего соотношения (которое можно получить с помощью преобразования Лоренца, положив ∆ x ′ = 0, ∆ τ = ∆ t ′):

${\ displaystyle \ Delta t = {\ Delta \ tau} \ over {\ sqrt {1-v ^ {2} / c ^ {2}}}}}$

куда:

• ∆ τ - время между двумя событиями, измеренное в движущейся системе отсчета, в котором они происходят в одном и том же месте (например, два тика на движущихся часах); это называется правильным временем между двумя событиями;
• ∆ t - время между этими двумя событиями, но измеренное в стационарной системе отсчета;
• v - скорость движущейся системы отсчета относительно неподвижной;
• c - скорость света .

Поэтому считается, что движущиеся объекты показывают более медленное течение времени . Это известно как замедление времени .

Эти преобразования действительны только для двух кадров с постоянной относительной скоростью. Наивное применение их к другим ситуациям порождает такой парадокс, как парадокс близнецов .

Этот парадокс можно разрешить, используя, например, общую теорию относительности Эйнштейна , которая использует риманову геометрию , геометрию в ускоренных неинерциальных системах отсчета. Используя метрический тензор, описывающий пространство Минковского :

${\ displaystyle \ left [(dx ^ {1}) ^ {2} + (dx ^ {2}) ^ {2} + (dx ^ {3}) ^ {2} -c (dt) ^ {2} )\Правильно],}$

Эйнштейн разработал геометрическое решение преобразования Лоренца, которое сохраняет уравнения Максвелла . Его уравнения поля дают точную связь между измерениями пространства и времени в данной области пространства-времени и плотностью энергии в этой области.

Уравнения Эйнштейна предсказывают, что время должно изменяться наличием гравитационных полей (см. Метрику Шварцшильда ):

${\ displaystyle T = {\ frac {dt} {\ sqrt {\ left (1 - {\ frac {2GM} {rc ^ {2}}} \ right) dt ^ {2} - {\ frac {1} { c ^ {2}}} \ left (1 - {\ frac {2GM} {rc ^ {2}}} \ right) ^ {- 1} dr ^ {2} - {\ frac {r ^ {2}} {c ^ {2}}} d \ theta ^ {2} - {\ frac {r ^ {2}} {c ^ {2}}} \ sin ^ {2} \ theta \; d \ phi ^ {2 }}}}}$

Где:

${\ displaystyle T}$- гравитационное замедление времени объекта на расстоянии .${\ displaystyle r}$

${\ displaystyle dt}$ - изменение координатного времени или интервал координатного времени.

${\ displaystyle G}$является гравитационным постоянным

${\ displaystyle M}$это масса генерации поля

${\ displaystyle {\ sqrt {\ left (1 - {\ frac {2}} {rc ^ {2}}} \ right) dt ^ {2} - {\ frac {1} {c ^ {2}}} \ left (1 - {\ frac {2GM} {rc ^ {2}}} \ right) ^ {- 1} dr ^ {2} - {\ frac {r ^ {2}} {c ^ {2}}} d \ theta ^ {2} - {\ frac {r ^ {2}} {c ^ {2}}} \ sin ^ {2} \ theta \; d \ phi ^ {2}}}}$это изменение в собственном времени или интервале собственного времени .${\ displaystyle d \ tau}$

Или можно было бы использовать следующее более простое приближение:

${\ displaystyle {\ frac {dt} {d \ tau}} = {\ frac {1} {\ sqrt {1- \ left ({\ frac {2GM} {rc ^ {2}}} \ right)}} }.}$

То есть, чем сильнее гравитационное поле (и, следовательно, чем больше ускорение ), тем медленнее течет время. Предсказания о замедлении времени подтверждаются экспериментами по ускорению частиц и данными космических лучей , когда движущиеся частицы распадаются медленнее, чем их менее энергичные аналоги. Гравитационное замедление времени приводит к явлению гравитационного красного смещения и задержек времени прохождения сигнала Шапиро вблизи массивных объектов, таких как Солнце. Глобальная система позиционирования также должны настроить сигналы на счет этого эффекта.

Согласно общей теории относительности Эйнштейна, свободно движущаяся частица отслеживает историю в пространстве-времени, которая максимизирует свое собственное время. Это явление также называют принципом максимального старения, и Тейлор и Уиллер описали его как:

«Принцип экстремального старения: путь, который проходит свободный объект между двумя событиями в пространстве-времени, - это путь, для которого промежуток времени между этими событиями, записанный на наручных часах объекта, является экстремумом».

Теория Эйнштейна была основана на предположении, что каждую точку Вселенной можно рассматривать как «центр», и что, соответственно, физика должна действовать одинаково во всех системах отсчета. Его простая и элегантная теория показывает, что время относительно инерциальной системы отсчета . В инерциальной системе отсчета выполняется первый закон Ньютона ; он имеет свою собственную локальную геометрию и, следовательно, свои собственные измерения пространства и времени; не существует «универсальных часов» . Акт синхронизации должен выполняться как минимум между двумя системами.

Время в квантовой механике

В уравнениях квантовой механики есть параметр времени . Уравнение Шредингера имеет вид

${\ Displaystyle H (T) \ left | \ psi (t) \ right \ rangle = я \ hbar {\ partial \ over \ partial t} \ left | \ psi (t) \ right \ rangle}$

Одно решение может быть

${\ displaystyle | \ psi _ {e} (t) \ rangle = e ^ {- iHt / \ hbar} | \ psi _ {e} (0) \ rangle}$.

где называется оператором временной эволюции , а H - гамильтонианом . ${\ displaystyle e ^ {- iHt / \ hbar}}$

Но изображение Шредингера, показанное выше, эквивалентно картине Гейзенберга , которая имеет сходство со скобками Пуассона классической механики. В скобки Пуассона заменяются ненулевым коммутаторе , скажем [H, A] для наблюдаемой А и гамильтониан Н:

${\ displaystyle {\ frac {d} {dt}} A = (i \ hbar) ^ {- 1} [A, H] + \ left ({\ frac {\ partial A} {\ partial t}} \ right ) _ {\ mathrm {classic}}.}$

Это уравнение обозначает соотношение неопределенностей в квантовой физике. Например, со временем (наблюдаемая A) энергия E (из гамильтониана H) дает:

${\ displaystyle \ Delta E \ Delta T \ geq {\ frac {\ hbar} {2}}}$

куда

${\ displaystyle \ Delta E}$ это неуверенность в энергии

${\ displaystyle \ Delta T}$ неопределенность во времени

${\ displaystyle \ hbar}$является постоянной Планка

Чем точнее измеряется продолжительность последовательности событий , тем менее точно можно измерить энергию, связанную с этой последовательностью, и наоборот. Это уравнение отличается от стандартного принципа неопределенности, потому что время не является оператором в квантовой механике.

Соответствующие коммутаторные соотношения также выполняются для импульса p и положения q , которые являются сопряженными переменными друг друга, наряду с соответствующим принципом неопределенности для импульса и положения, аналогично приведенному выше соотношению энергии и времени.

Квантовая механика объясняет свойства периодической таблицы из элементов . Начиная с эксперимента Отто Штерна и Вальтера Герлаха с молекулярными пучками в магнитном поле, Исидор Раби (1898–1988) смог модулировать магнитный резонанс пучка. В 1945 году Раби предложил использовать эту технику в качестве основы для часов, использующих резонансную частоту атомного пучка.

Динамические системы

См. Динамические системы и теорию хаоса , диссипативные структуры.

Можно сказать , что время является параметризацией из динамической системы , что позволяет геометрия системы должна проявляться и прооперирована. Утверждалось, что время является неявным следствием хаоса (т.е. нелинейности / необратимости ): характерного времени или скорости производства информационной энтропии в системе . Мандельброт вводит внутреннее время в своей книге « Мультифракталы и 1 / f-шум» .

Сигнализация

Сигнализация - это одно из применений электромагнитных волн, описанных выше. В общем, сигнал - это часть общения между сторонами и местами. Одним из примеров может быть желтая лента, привязанная к дереву, или звон церковного колокола . Сигнал может быть частью разговора , который включает протокол . Другим сигналом может быть положение часовой стрелки на городских часах или на вокзале. Заинтересованная сторона может пожелать посмотреть на эти часы, чтобы узнать время. См .: Шар времени , ранняя форма сигнала времени .

Эволюция мировой линии ускоренной массивной частицы. Эта мировая линия ограничена времяподобными верхней и нижней частями этой пространственно-временной фигуры; эта мировая линия не может пересекать верхний ( будущее ) или нижний ( прошлый ) световой конус . Левая и правая секции (которые находятся вне световых конусов) пространственноподобны .

Мы, как наблюдатели, можем сигнализировать о разных сторонах и местах, пока живем в пределах их светового конуса прошлого . Но мы не можем получать сигналы от этих сторон и мест за пределами нашего светового конуса прошлого .

Наряду с формулировкой уравнений для электромагнитной волны могла быть основана область телекоммуникаций . В 19 - м веке телеграфии , электрических цепей , некоторых охватывающих континенты и океаны , могут передавать коды - простые точки, тире и пробелы. Из-за этого возник ряд технических проблем; см. Категория: Синхронизация . Но можно с уверенностью сказать, что наши сигнальные системы могут быть синхронизированы только приблизительно - это состояние плезиохронности , из которого необходимо устранить джиттер .

Тем не менее, системы могут быть синхронизированы (в инженерном приближении) с использованием таких технологий, как GPS . Спутники GPS должны учитывать влияние гравитации и других релятивистских факторов в их схемах. См .: Самосинхронизирующийся сигнал .

Технология для стандартов хронометража

Стандартное основное время в США в настоящее время NIST-F1 , A лазера -cooled Cs фонтана, последний в серии времени и частоте стандартов, от аммиака основанного атомных часов (1949) с цезием основанного НБС-1 ( 1952) по NIST-7 (1993). Соответствующая погрешность часов снизилась с 10 000 наносекунд в сутки до 0,5 наносекунд в сутки за 5 десятилетий. В 2001 году погрешность часов для NIST-F1 составляла 0,1 наносекунды / день. В настоящее время ведется разработка все более точных стандартов частоты.

В этом стандарте времени и частоты совокупность атомов цезия охлаждается лазером до температуры в один микрокельвин . Атомы собираются в шар, сформированный шестью лазерами, по два на каждое пространственное измерение, вертикальное (вверх / вниз), горизонтальное (влево / вправо) и назад / вперед. Вертикальные лазеры проталкивают цезиевый шар через микроволновый резонатор. Когда шар охлаждается, популяция цезия охлаждается до своего основного состояния и излучает свет с собственной частотой, указанной в определении секунды выше. В выбросах цезия учитываются одиннадцать физических эффектов, которые затем контролируются часами NIST-F1. Эти результаты сообщаются BIPM .

Кроме того, в BIPM сообщается , что эталонный водородный мазер является стандартом частоты для TAI ( международное атомное время ).

За измерением времени наблюдает BIPM ( Bureau International des Poids et Mesures ), расположенный в Севре , Франция, который обеспечивает единообразие измерений и их прослеживаемость к Международной системе единиц ( СИ ) во всем мире. BIPM действует в соответствии с Метрической конвенцией , дипломатическим соглашением между пятьдесят одной страной, государствами-членами Конвенции, через серию Консультативных комитетов, членами которых являются соответствующие национальные метрологические лаборатории.

Время в космологии

Уравнения общей теории относительности предсказывают нестатическую Вселенную. Однако Эйнштейн принял только статическую Вселенную и изменил уравнение поля Эйнштейна, чтобы отразить это, добавив космологическую постоянную , которую он позже назвал самой большой ошибкой в ​​своей жизни. Но в 1927 году Жорж Лемэтр (1894–1966) на основе общей теории относительности утверждал , что Вселенная возникла в результате первичного взрыва. На пятой конференции Solvay в том же году Эйнштейн отмахнулся от него словами « Вос считает, что не исправляет, mais votre Physique est abominable » («Ваша математика верна, но ваша физика отвратительна»). В 1929 году Эдвин Хаббл (1889–1953) объявил о своем открытии расширяющейся Вселенной . Текущая общепринятая космологическая модель, модель Лямбда-CDM , имеет положительную космологическую постоянную и, следовательно, не только расширяющуюся Вселенную, но и ускоряющуюся расширяющуюся Вселенную.

Если Вселенная расширяется, то в прошлом она должна была быть намного меньше, а значит, горячее и плотнее. Джордж Гамов (1904–1968) предположил, что обилие элементов в Периодической таблице элементов может быть объяснено ядерными реакциями в горячей плотной Вселенной. Его оспаривал Фред Хойл (1915–2001), который изобрел термин « Большой взрыв », чтобы опровергнуть его. Ферми и другие отметили, что этот процесс остановился бы после того, как были созданы только легкие элементы, и, таким образом, не учитывали изобилие более тяжелых элементов.

WMAP- флуктуации космического микроволнового фонового излучения

Согласно предсказанию Гамова, температура излучения черного тела Вселенной составляла 5–10 кельвинов после того, как она остыла во время расширения. Это было подтверждено Пензиасом и Уилсоном в 1965 году. Последующие эксперименты достигли температуры 2,7 кельвина, что соответствует возрасту Вселенной 13,8 миллиардов лет после Большого взрыва.

Этот драматический результат поднял вопросы: что произошло между сингулярностью Большого взрыва и временем Планка, которое, в конце концов, является наименьшим наблюдаемым временем. Когда могло бы время отделиться от пены пространства-времени ; есть только подсказки, основанные на нарушенных симметриях (см. Спонтанное нарушение симметрии , Хронология Большого взрыва и статьи в Категории: Физическая космология ).

Общая теория относительности дала нам современное представление о расширяющейся Вселенной, которая началась в результате Большого взрыва. Используя теорию относительности и квантовую теорию, мы смогли приблизительно реконструировать историю Вселенной. В нашу эпоху , когда электромагнитные волны могут распространяться без помех со стороны проводников или зарядов, мы можем видеть звезды на большом расстоянии от нас в ночном небе. (До этой эпохи было время, прежде чем Вселенная остыла настолько, что электроны и ядра могли объединиться в атомы примерно через 377000 лет после Большого взрыва , во время которого звездный свет не был бы виден на больших расстояниях.)

Реприза

Реприза Ильи Пригожина - « Время предшествует существованию » . В отличие от взглядов Ньютона, Эйнштейна и квантовой физики, которые предлагают симметричный взгляд на время (как обсуждалось выше), Пригожин указывает, что статистическая и термодинамическая физика может объяснить необратимые явления , а также стрелу времени и Big Bang .

Смотрите также

• Релятивистская динамика
• Категория: системы единиц
• Время в астрономии

использованная литература

дальнейшее чтение

• Борштейн, Дэниел Дж., Первооткрыватели . Винтаж. 12 февраля 1985 г. ISBN  0-394-72625-1
• Дитер Зе, Х. , Физическая основа направления времени . Springer. ISBN  978-3-540-42081-1
• Kuhn, Томас С. , Структура научных революций . ISBN  0-226-45808-3
• Мандельброт, Бенуа , Мультифракталы и 1 / f-шум . Springer Verlag. Февраль 1999 г. ISBN  0-387-98539-5
• Пригожин, Илья (1984), Порядок из хаоса . ISBN  0-394-54204-5
• Серр, Мишель и др., « Беседы о науке, культуре и времени (исследования в области литературы и науки) ». Март 1995 г. ISBN  0-472-06548-3.
• Стенгерс, Изабель и Илья Пригожин, Теория за гранью . Университет Миннесоты Press. Ноябрь 1997. ISBN  0-8166-2517-4.

внешние ссылки

• СМИ, связанные со временем в физике, на Викискладе?