Время — одна из самых сложных категорий для понимания в философии и физике. Легче определить это как предпосылку возможности каких-либо изменений. Люди уже на заре своей истории осознали необходимость как-то определять ход времени. Сначала измерялись только довольно большие интервалы: год, месяц, день.
Капля за каплей люди замечали, что время убегает от восходов и закатов, смены времен года, собственного старения. Постепенно возникла необходимость определять более короткие интервалы. Появляются часы, минуты, секунды. По мере усложнения человеческой деятельности методы измерения времени также совершенствовались. Каждый интервал стал приобретать все более точное значение.
Была атомная и эфемерная секунда, астрономический час («Сколько это стоит?» — спросите вы. Ответ чуть ниже). Сегодня в центре нашего внимания именно час — единица времени, наиболее используемая в повседневной жизни, а также часы, без которых сложно представить современный мир.
Немного истории
легко видеть, что исчисление времени принципиально отличается от принятого сегодня метода подсчета. Он основан на двенадцатеричной системе, которая использовалась шумерами в древности. Деление часа на минуты также уходит корнями в глубину времени. Он основан на шестидесятеричной системе счисления, также изобретенной в долинах Тигра и Евфрата.
Как работают атомные часы???
Египтяне первыми разделили день на 24 часа. Тогда час имел разную продолжительность в зависимости от сезона и от того, относился ли он к ночи или к дню. Египтяне и вавилоняне делили день на две равные части. День и ночь, то есть тьма и свет, были включены на 12 часов. Следовательно, продолжительность часа менялась в каждой половине в зависимости от сезона.
Подобные системы существовали в Греции и Риме. В средние века на территории Европы день делили по религиозным функциям.
Греки первыми использовали термин «сейчас». Различная продолжительность временных интервалов сохранялась во всем мире долгое время. В нашей стране в XVI-XVII веках продолжительность одного часа была постоянной, но количество дневных и ночных часов менялось в зависимости от времени года. В России начали измерять время аналогично Европе после 1722 года.
Астрономический час — это сколько?
Слово «час» часто используется для обозначения периодов времени различной продолжительности, близких к 60 минутам. Все знают, что такое тихий час или комендантский час. Периоды времени, обозначаемые этими и подобными понятиями, могут длиться обычные 60 минут, немного меньше или немного больше или обозначать не интервал, а точный момент дня, после которого процесс должен завершиться и он должен начаться.
А сколько минут астрономический час? Это понятие обозначает стандартный период времени фиксированной продолжительности. Это астрономический час, равный 60 минутам или 3600 секундам, и его часто называют просто «часом». Эта единица времени не является частью современной метрической системы СИ (Международная система единиц физических единиц).
Как определить время по стрелкам часов
Одна из причин заключается в том, что час не относится к привычной сегодня десятичной системе счисления. Однако он активно используется во всем мире вместе с принятыми единицами СИ.
Сколько длится урок?
Академические и астрономические часы — разные понятия. Первый термин относится к продолжительности урока. Его значение неодинаково для разных возрастных групп. При работе с детьми в детских садах воспитатели сокращают продолжительность академического часа до 20-30 минут, в год перед выпускным она иногда увеличивается до 40 минут.
В школах занятия длятся 40-45 минут, в университете пары — 90 минут. Причина этих различий в способности концентрироваться. Он увеличивается с возрастом. Если ввести занятия в детском саду на 45 минут, а в школе на 90 минут, ученики будут сильно уставать и вряд ли запомнят и усвоят материал в необходимом объеме.
Отмеряющие минуты
Время в нашем сознании неразрывно связано с механизмами, с помощью которых мы замечаем его течение. Часы появились в то время, когда люди впервые испытали потребность как-то измерять более короткие интервалы, чем сутки. Точную дату их появления сейчас узнать невозможно — это было очень давно. Первые примеры измеряли время, наблюдая за движением Солнца по небу и заставляя воду течь. В основу часов также положили песок и огонь.
По мере того как знания улучшались, а темп жизни увеличивался, требовались все более точные планы. Песочные часы, часы огня и воды были усовершенствованы и усложнены, а затем заменены механическими счетчиками.
Шестеренки, пружина и маятник
Самые старые механические часы были найдены на морском дне недалеко от острова Антикифера. Они датируются 100 годом до нашей эры. Антикитерские куранты уникальны: они имеют довольно сложную конструкцию и не имеют аналогов в культуре эллинов. Механизм, согласно проведенным реконструкциям, состоял из 32 шестерен. Часы показывали смену дней, движение Солнца и Луны.
На циферблате были изображены знаки зодиака. Не исключено, что в рамках проекта также удалось смоделировать движение Венеры, Марса, Меркурия и Юпитера по небу.
Часы с спусковым механизмом впервые появились в Китае в 725 году. Вскоре после этого, в 1000 году, в Германии начали использовать маятник. Башня с часами была первой в Западной Европе, построенной в Вестминтере в 1288 году.
Механизмы измерения времени становились все более точными. Их изготовление требовало большого мастерства. В средние века и в период Возрождения в Европе были созданы самые яркие по красоте и тонкости работы астрономические часы, которыми сегодня восхищается весь мир.
Шедевр из Лиона
Самые старые действующие астрономические часы Франции украшают собор Сен-Жан (Лион). Они были изготовлены в 14 веке, разрушены, а затем отреставрированы с 1572 по 1600 год, украшены украшениями в стиле барокко в 1655 году. Первоначально, как и все часы этой эпохи, они были оснащены только часовой стрелкой. Минутный циферблат установили только в 18 веке.
Помимо времени, посмотрев на астрономические часы в Лионе, любой может узнать дату, положение на небе двух главных светил, Луны и Солнца. Механизм также показывает, когда над городом восходят самые яркие звезды. В течение дня часы бьют четыре раза (в 12, 14, 15, 16). В верхней части строения находятся куколки, которые при звоне начинают двигаться.
Гордость Праги
Всемирно известны Орловские куранты, расположенные на башне Пражской ратуши. Их историю можно назвать драматичной. Они были созданы Орлой более 600 лет назад, в 1402 году, и начали работать вскоре после этого, в 1410 году. Астроном Ян Шиндель и мастер Микулаш из Кадана считаются «отцами» часов.
Убранство ратуши приходилось несколько раз ремонтировать. В 1490 году Хануш из Ружа внес изменения в механизм и, согласно легенде, был ослеплен по приказу пражских властей, чтобы он больше не мог повторять создание. При этом часы были украшены аллегорическими фигурами и снабжены календарными дисками.
В 1865 году в конструкцию были внесены существенные изменения. Затем Йозеф Манес добавил циферблат календаря в форме орла с медальонами, украшенными символическими изображениями месяцев, знаков зодиака. Золотой петух, появляющийся после завершения движения фигур, появился на часах в 1882 году.
Орлой сегодня
Пражские часы поражают не только своей красотой, но и виртуозностью работы мастеров, создавших их. Орлой показывает старочешское, вавилонское, звездное, итальянское время и, конечно же, «настоящее». С помощью часов вы можете узнать дату, положение Земли и знаки зодиака. Они отмечают восход и заход Солнца, Луны. Каждый час фигурки, украшающие орла, приходят в движение, рассказывают о человеческих пороках, вспоминают вечное.
Часы Страсбургского собора
Астрономические часы Страсбургского собора были окончательно завершены в 1857 году. Их предшественники были установлены в 1354 и 1574 годах. Уникальность часов заключается в их способности вычислять даты проходящих религиозных праздников, а также в механизме, показывающем прецессию земной оси. Его полный оборот завершается более чем за 25 тысяч лет. Страсбургские часы показывают местное и солнечное время, орбиты Земли, Луны и планеты от Меркурия до Сатурна.
Это далеко не полный список шедевров, украшающих различные города мира. Даже 1 астрономический час (то же, что и 60 минут) не содержит описания всех тонкостей механизмов и восхитительных украшений таких творений. Однако в этом нет необходимости — такие шедевры, воплощающие в себе сплав знаний, умения, математического расчета и творческого вдохновения, лучше всего увидеть своими глазами.
Похожие записи:
- Версии происхождения человека. Основные теории происхождения человека
- Мочковатая корневая система: особенности строения и функций
- Как получают ацетилен из метана
- Что такое ихтиология? Ихтиология — это наука о чем?
Источник: roscomrealty.ru
Как устроено время: факты, о которых мы не задумываемся
Нам постоянно его не хватает. Многие жалеют, что в сутках всего 24 часа. Но что такое время? Откуда взялось и как определяется, по каким законам существует и существует ли вообще?
Время может не совпадать
Единого определения времени нет. Хотя каждый уверен, что оно существует. Измеряют время часы. По сути они отсчитывают периодические повторяющиеся процессы — такие, как колебания маятника, например. Из этих периодов и складывается измеряемое время.
«Есть время биологическое, которое течет внутри нас, те самые часики, которые тикают. Есть время астрономическое. И есть время, я бы сказал, психическое, то есть, то, как мы оцениваем и чувствуем, как идут эти биологические и астрономические часы. И все это может не совпадает», — говорит Роман Бузунов, президент Российского Общества Сомнологов, заведующий Центром медицины сна.
Сначала время было Большое
Представления о времени развивались параллельно с тем, как люди осознавали повторяемость каких-то процессов. По восходу и заходу Солнца люди научились исчислять дни, затем, по изменениям в поведении Солнца и звезд, и заодно смене сезонов — годы. Оказалось, что и Луна задает важные периоды времени. Так люди начали считать месяцы, а впоследствии и составлять календари.
Составление календаря было чуть ли не первой научной задачей: пришлось иметь дело с «экспериментально» наблюдаемыми периодами, и каким-то образом погрузить их в теоретическую схему. С развитием науки стало понятно, что вся история человечества — только малая часть истории планеты. Несколько миллионов лет, которые существует род homo, в жизни планеты срок совсем небольшой. Чтобы понять, как же на самом деле соотносятся миллион и миллиард, вспомним, что миллион секунд — это 11,5 дней, тогда как миллиард секунд — это без малого 32 года. Добро пожаловать в миллиарды лет.
«Земля существует около 4,5 миллиарда лет, где-то около 3,5 миллиардов лет назад мы уже видим следы жизни на Земле», — рассказывает Михаил Федонкин, директор Геологического института, академик РАН.
Когда появилось Маленькое время
В Древнем мире и в Средневековье люди не обращали внимание на минуты. Но когда Галилей начал ставить физические опыты, для уточнения законов движения ему понадобилось измерять малые промежутки времени. Ничего похожего на секундомеры под рукой не было. Галилей использовал собственный пульс, или отсчитывал падающие капли воды.
«В Древнем мире могли делать хорошие часы, но не делали. Просто нужды не было. Точные часы начали делать во время Великих географических открытий. Когда корабли вышли в открытое море.
Понять свое местоположение по широте можно по высоте солнца, для определения долготы нужны часы», — поясняет Сергей Вятчанин, заведующий кафедрой физики колебаний физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.
Корабельный хронометр Харрисона в XVIII веке ошибся только на 15 секунд за пятимесячное плавание. Этого оказалось достаточно, чтобы хорошо определять координаты на глобусе с точностью до нескольких миль. В середине XX века появились атомные часы — самые точные на сегодняшний день. В них в качестве периодического процесса используются собственные колебания, связанные с процессами, происходящими на уровне атомов или молекул. С 1967 года международная система единиц СИ определяет одну секунду как 9 192 631 770 периодов электромагнитного излучения, возникающего при переходе между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133.
Время идет в одну сторону
Стрела времени в классической, не квантовой, физике летит в одном направлении из прошлого через настоящее в будущее. ( О возможностях путешествий во времени почитайте здесь .) Важное свойство времени — его связь с причинностью. Все, происходящее в наблюдаемом нами мире имеет причину, и причина всегда появляется во времени раньше, чем следствие.
При этом с точки зрения квантовой физики все уравнения симметричны по обращению времени — законы природы сохраняются. Но мы этого не видим. Чашка упала со стола — разбилась. Но никогда осколки с пола не подпрыгивают и не собираются назад в чашку. И четкого ответа, почему это так, пока нет.
Возможно, дело в колоссальной сложности нашей материи и процессов, протекающих в ней.
Время и события относительны
Время соотносится с пространством: в зависимости от скорости. Два наблюдателя, движущиеся относительно друг друга, даже могут по-разному представлять себе порядок событий, происходящих в разных точках. Пространство и время в некотором роде «разговаривают» с материей. Масса и энергия искривляют пространство-время.
Каждое массивное тело, каждый сгусток энергии делает «вмятину» в пространстве-времени. Именно из-за искривления пространства и замедления времени самая быстрая из планет Солнечной системы, Меркурий, вращается вокруг Солнца не так, как остальные планеты: не в точности по эллипсу, а по эллипсу, который с течением времени сам поворачивается — пусть и на совсем малый угол.
«Вблизи Солнца этот эффект слаб, хотя и измерим, но вблизи черных дыр он становится настолько сильным, что там движение космических тел абсолютно не похоже на движение наших планет», — говорит Владимир Сурдин, старший научный сотрудник Государственного Астрономического Института им. Штернберга.
Вообще, то, что мы воспринимаем как эффект гравитации — и есть искривление пространства и замедление времени, вызванные наличием материи. Чтобы замедлить время заметно, нам потребуется что-то с очень сильной гравитацией. Черные дыры — области пространства, где гравитация столь сильная, что не дает вырваться наружу даже свету. (А мы помним, что свет — самое быстрое во Вселенной). Поверхность, ограничивающая эту область пространства, называется горизонтом событий. Пространство и время там перемешаны.
«То есть рассматривать время отдельно можно только при слабом гравитационном поле или при небольших скоростях. С нашей точки космонавт никогда не пересечет горизонта событий черной дыры. Его космический корабль остановится — с нашей точки зрения время там остановилось, и космонавт бесконечно долго живет в этом растянутом для нас, замедленном времени. При этом со своей точки зрения космонавт свободно падает в центр черной дыры, а поскольку в центре черной дыры находится сингулярность, приливные силы возрастают до бесконечности, он будет разорван. И получается, что с нашей точки зрения космонавт жив, а с его собственной — мертв», — объясняет заведующий кафедрой астрофизики и звездной астрономии астрономического отделения физического факультета МГУ Анатолий Черепащук.
Начало времени, или Вселенная размером с яблоко
При таких плотностях материи время, по-видимому, перестает существовать. Мы ведь помним, что говорить о времени — значит иметь способ его измерения. А это требует наличия некоего физического процесса. Оказывается, есть сверхмалый масштаб, в который никакие физические процессы не вмещаются — планковское время.
«Ничего в мире не может быть короче, чем 10 в минус 43 степени секунды. Это безумно маленькое время, но меньшего не бывает. Нет процессов, которые протекают быстрее, в принципе. Квантовая механика не позволяет это делать, — ведущий научный сотрудник Института ядерных исследований РАН и Астрокосмического центра ФИАН Борис Штерн.
Глядя на разбегающиеся прочь галактики и на характер реликтового излучения, заполняющего космос, ученые сделали вывод о том, что вся наблюдаемая Вселенная некогда занимала очень малый объем. Скажем размером с яблоко. А незадолго до того — с вишню. Мысленно идя вспять, мы подбираемся к тем самым планковским, сверхвысоким, плотностям материи и энергии. И заодно к вопросу о начале времени.
«Чтобы говорить о времени, нам нужно, чтобы была некая его процедура измерения. Для того, что было до Большого Взрыва, таковой неизвестно. Начиная с Большого Взрыва, у нас появляются частицы и поля, поэтому, с точки зрения физики, логично говорить, что время, видимо, появилось в момент Большого Взрыва», — объясняет старший научный сотрудник отдела теоретической физики ФИАН Илья Типунин.
Время в параллельных вселенных — не одинаково
Время может еще и «расщепиться» для разных наблюдателей, если они оказываются в областях, которые никак и никогда не могут быть друг с другом связаны. Такие области часто называют параллельными вселенными. Если там, в других вселенных, есть время, то оно никак не связано с нашим, не может быть никак с ним сопоставлено.
«Во Вселенной есть достаточно сильно гравитационно связанные области, типа нашей галактики. Конечно, внутри таких областей мы прекрасно можем пользоваться обычными, общими понятиями времени. Если у нас будет потеряна между какими-то областями Вселенной связь, с помощью света или физических взаимодействий, например, — то мы, соответственно, ничего не сможем сказать и о течении времени там», — Илья Типунин.
Параллельные вселенные могли бы не иметь времени вовсе (там было бы скучно: ничего не происходило) или, скажем, иметь два времени.
Всему приходит конец. И времени — тоже
Более ясные представления есть о том, что же случится в конце концов с окружающей нас Вселенной. Судьба ее, вероятно, — стать почти пустой, когда материя разлетится на атомы и кварки со все возрастающей скоростью. В такой Вселенной будет не просто скучно — там в конце концов исчезнет и время.
«Если обсуждать ситуацию, когда все продолжает экспоненциально расширяться и остались только частицы, которые разлетелись так далеко, что одна на другую повлиять не может, тогда непонятно, зачем вводить время. Что характеризовать, ведь нет изменений. Значимость времени пропадает с упрощением системы», — рассказывает профессор кафедры физики частиц и космологии физфака МГУ Дмитрий Горбунов.
В древности время воспринималось как спокойное и неизменное, одно для всех. Как же все изменилось! Можно, пожалуй, вспомнить фразу одного компьютерно-фантастического персонажа: «Большинство людей полагают, что время — это река, которая всегда течет в одном направлении. Но я видел истинное лицо времени, и могу уверить вас, что они ошибаются. Время — это бушующий океан».
Подготовлено по материалам цикла программ «Время» телеканала «Наука». Что, если инопланетяне существуют? Профессии, которые меняют тело Хомо футурис. Каким будет человек будущего?
Источник: naukatv.ru