Время в физике - Time in physics

Время
Текущее время (Обновить )
23:33, 26 ноября 2020 г. (универсальное глобальное время )
Основные концепции Прошлое 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

Фуко с маятник в Пантеон из Париж может измерить время а также продемонстрировать вращение из земной шар.

Время в физике определяется его измерение: время это что за Часы читает.^[1] В классической, нерелятивистской физике это скаляр количество (часто обозначается символом ${displaystyle t}$^[2]) и, как длина, масса, и обвинять, обычно описывается как фундаментальная величина. Время можно математически объединить с другими физические величины к выводить другие концепции, такие как движение, кинетическая энергия и зависящие от времени поля. Хронометраж представляет собой комплекс технологических и научных вопросов и является частью основы Бухучет, ведение учета, делопроизводство.

Маркеры времени

До появления часов время измерялось этими физическими процессами.^[3] которые были понятны каждой эпохе цивилизации:^[4]

• первое появление (см .: гелиакальный восход ) из Сириус отметить разлив Нила каждый год^[4]
• периодическая последовательность ночь и день, казалось бы, вечно^[5]
• положение на горизонте первого появления солнца на рассвете^[6]
• положение солнца на небе^[7]
• отметка момента полдень в течение дня^[8]
• длина тени, отбрасываемой гномон^[9]

В итоге,^[10][11] стало возможным характеризовать течение времени с помощью приборов, используя операционные определения. Одновременно эволюционировала наша концепция времени, как показано ниже.^[12]

Единица измерения времени: секунда

в Международная система единиц (СИ), единицей времени является второй (символ: ${displaystyle mathrm {s}}$). Это Базовая единица СИ, и с 1967 г. определялся как «продолжительность 9,192,631,770 [циклы] радиация соответствует переходу между двумя сверхтонкие уровни из основное состояние из цезий 133 атома ».^[13] Это определение основано на работе цезия. атомные часы Эти часы стали использоваться в качестве основных эталонов примерно после 1955 года и используются до сих пор.

Современное состояние хронометража

В универсальное глобальное время отметка времени во всем мире используется стандарт атомного времени. Относительная точность такого стандарта времени в настоящее время составляет порядка 10^−15[14] (соответствует 1 секунде примерно через 30 миллионов лет). Наименьший шаг по времени, который считается теоретически наблюдаемым, называется Планковское время, что составляет примерно 5,391 × 10⁻⁴⁴ секунды - на много порядков ниже разрешающей способности современных стандартов времени.

В цезиевые атомные часы стал практичным после 1950 года, когда достижения в области электроники позволили надежно измерять генерируемые им микроволновые частоты. По мере продвижения вперед, исследование атомных часов прогрессировал до все более высоких частот, что может 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 ) составляет два миллиона световых лет прочь. Таким образом, мы наблюдаем свет M31, появившийся два миллиона лет назад,^[15] время до люди существовало на Земле.

Галилео, Ньютон, и большинство людей вплоть до 20 века считали, что время одинаково для всех и везде. Это основа для сроки, где время параметр. Современное понимание времени основано на Эйнштейн с теория относительности, в котором скорость времени изменяется по-разному в зависимости от относительного движения, и Космос и время сливаются в пространство-время, где мы живем на мировая линия а не график. С этой точки зрения время координировать. Согласно преобладающим космологический модель из Большой взрыв теории, само время началось как часть всего Вселенная около 13,8 миллиарда лет назад.

Закономерности в природе

Для измерения времени можно записать количество появлений (событий) некоторых периодический явление. Регулярные повторения сезоны, то движения из солнце, Луна и звезды были отмечены и сведены в таблицу на протяжении тысячелетий, до законы физики были сформулированы. Солнце было вершителем течения времени, но время был известен только час за тысячелетия, следовательно, использование гномон был известен во всем мире, особенно Евразия, и по крайней мере так далеко на юг, как джунгли Юго-Восточная Азия.^[16]

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

Во-первых, хронометраж это делалось вручную священниками, а затем для торговли, со сторожами, которые отмечали время как часть своих обязанностей. равноденствия, то песочные часы, а водяные часы становился все более точным и, наконец, надежным. Для кораблей в море мальчиков использовали для поворота песочные часы и называть часы.

Механические часы

Ричард Уоллингфорд (1292–1336), аббат аббатства Св. Альбана, построил знаменитую механические часы как астрономический Оррери около 1330 г.^[17][18]

Ко времени Ричарда Уоллингфорда использование трещотки и шестерни позволили городам Европы создать 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 на кварц и цифровые часы. Атомные часы теоретически может сохранять точное время в течение миллионов лет. Они подходят для стандарты и научное использование.

Галилей: течение времени

В 1583 г. Галилео Галилей (1564–1642) обнаружили, что гармоническое движение маятника имеет постоянный период, который он узнал, рассчитав движение качающейся лампы в гармоническое движение в масса в соборе Пиза, с его пульс.^[19]

В его Две новые науки (1638), Галилео использовал водяные часы для измерения времени, за которое бронзовый шар покатится на известное расстояние по наклонная плоскость; эти часы были

«большой сосуд с водой, поставленный на возвышении; ко дну этого сосуда была припаяна труба небольшого диаметра, дающая тонкую струю воды, которую мы собирали в небольшой 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, в результатах не было заметных расхождений ".^[20]

Экспериментальная установка Галилея для измерения буквального течение времени, чтобы описать движение шара, предшествовало Исаак Ньютон заявление в его Principia:

Я не определяю время, Космос, место и движение, как всем хорошо известно.^[21]

В Галилеевы преобразования Предположим, что время одинаково для всех системы отсчета.

Физика Ньютона: линейное время

Примерно в 1665 году, когда Исаак Ньютон (1643–1727) получил движение объектов, падающих под сила тяжести, первая четкая формулировка математическая физика начала лечения 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 по другому имени 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.^[22]

В водяные часы Механизм, описанный Галилеем, был разработан для обеспечения ламинарный поток воды во время экспериментов, тем самым обеспечивая постоянный поток воды на время экспериментов и воплощая то, что Ньютон называл продолжительность.

В этом разделе перечисленные ниже отношения рассматривают время как параметр, который служит показателем поведения рассматриваемой физической системы. Потому что Ньютон беглый лечить линейный поток времени (как он называл математическое время), время можно рассматривать как линейно изменяющийся параметр, абстракцию хода 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 г. Бенджамин Томпсон (1753–1814) обнаружил, что работа может быть преобразована в высокая температура без ограничений - предвестник сохранения энергии или

• 1-й закон термодинамики

В 1824 г. Сади Карно (1796–1832) научно проанализировал паровой двигатель с его Цикл Карно, абстрактный движок. Рудольф Клаузиус (1822–1888) отметил некоторую степень беспорядка или энтропия, что влияет на постоянно уменьшающееся количество свободной энергии, доступной двигателю Карно в:

• 2-й закон термодинамики

Таким образом, непрерывный марш термодинамической системы от меньшей к большей энтропии при любой заданной температуре определяет стрела времени. Особенно, Стивен Хокинг обозначает три стрелки времени:^[23]

• Психологическая стрела времени - наше восприятие неумолимого потока.
• Термодинамическая стрела времени - отличается ростом энтропия.
• Космологическая стрела времени - отличается расширением Вселенной.

Энтропия максимальна в изолированной термодинамической системе и возрастает. В отличие, Эрвин Шредингер (1887–1961) указали, что жизнь зависит от «поток отрицательной энтропии».^[24] Илья Пригожин (1917–2003) заявили, что другие термодинамические системы, которые, как и жизнь, также далеки от равновесия, также могут демонстрировать стабильные пространственно-временные структуры. Вскоре после этого Реакции Белоусова – Жаботинского^[25] сообщалось, что демонстрируют колеблющиеся цвета в химическом растворе.^[26] Эти неравновесные термодинамические ветви достигают точка бифуркации, которая нестабильна, и на ее месте становится устойчивой другая термодинамическая ветвь.^[27]

Электромагнетизм и скорость света

В 1864 г. Джеймс Клерк Максвелл (1831–1879) представил комбинированную теорию электричество и магнетизм. Он объединил все известные тогда законы, относящиеся к этим двум явлениям, в четыре уравнения. Эти векторное исчисление уравнения, которые используют оператор дель (${displaystyle abla}$) известны как Уравнения Максвелла за электромагнетизм.

В свободном пространстве (то есть пространстве, не содержащем электрические заряды ) уравнения принимают вид (используя Единицы СИ ):^[28]

${displaystyle abla imes mathbf {E} = - {frac {partial mathbf {B}} {partial t}}}$

${displaystyle abla imes mathbf {B} = mu _ {0} varepsilon _ {0} {frac {partial mathbf {E}} {partial t}} = {frac {1} {c ^ {2}}} {frac { частичный mathbf {E}} {частичный t}}}$

${displaystyle abla cdot mathbf {E} = 0}$

${displaystyle abla cdot mathbf {B} = 0}$

куда

ε₀ и μ₀ являются электрическая проницаемость и магнитная проницаемость свободного пространства;

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

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 cнезависимо от скорости электрического заряда, который их породил.

Тот факт, что свет всегда движется со скоростью c было бы несовместимо с теорией относительности Галилея, если бы предположить, что уравнения Максвелла справедливы в любом инерциальная система отсчета (система 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, светоносный эфир, в котором уравнения Максвелла остались неизменными в известном виде.

В Эксперимент Майкельсона-Морли не удалось обнаружить никакой разницы в относительной скорости света из-за движения Земли относительно светоносного эфира, что позволяет предположить, что уравнения Максвелла действительно выполняются во всех системах отсчета. В 1875 г. Хендрик Лоренц (1853–1928) открыл Преобразования Лоренца, в результате чего уравнения Максвелла остались неизменными, 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 Наука и гипотеза,^[29] который был опубликован до статей Эйнштейна 1905 г.

Предсказанное преобразование Лоренца 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.^{[нужна цитата ]}

Физика Эйнштейна: пространство-время

Альберт Эйнштейн 1905 год специальная теория относительности оспаривал понятие абсолютного времени и мог только сформулировать определение синхронизация для часов, которые отмечают линейное течение 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 точки A в точку B, равно «времени», которое требуется для путешествия из точки B в точку A. Пусть луч света начинается в точке «времени A». т_А от А в сторону Б, пусть в «время Б» т_B отражаться в точке B в направлении точки A и снова прибывать в точку A во время «A» т′_А.

Согласно определению, два часа синхронизируются, если

${displaystyle t_ {ext {B}} - t_ {ext {A}} = t '_ {ext {A}} - t_ {ext {B}} {ext {.}} ,!}$

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"^[30]

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 неподвижный, потому что скорость определенный по пространству и времени:

${displaystyle mathbf {v} = {dmathbf {r} over dt} {ext {,}}}$ куда р позиция и т время.

Действительно, преобразование Лоренца (для двух систем относительного движения, которые Икс ось направлена ​​в направлении относительной скорости)

${displaystyle {egin {case} t '& = gamma (t-vx / c ^ {2}) {ext {where}} gamma = 1 / {sqrt {1-v ^ {2} / c ^ {2}} } x '& = гамма (x-vt) y' & = y z '& = zend {case}}}$

можно сказать, что он «смешивает» пространство и время аналогично тому, как евклидово вращение вокруг z осевые миксы Икс и у координаты. Последствия этого включают относительность одновременности.

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

Более конкретно, преобразование Лоренца - это гиперболическое вращение ${displaystyle {egin {pmatrix} ct ' x'end {pmatrix}} = {egin {pmatrix} cosh phi & -sinh phi -sinh phi & cosh phi end {pmatrix}} {egin {pmatrix} ct xend {pmatrix }} {ext {where}} phi = имя оператора {artanh}, {frac {v} {c}} {ext {,}}}$ который представляет собой изменение координат в четырехмерном Пространство Минковского, размерность которого ct. (В Евклидово пространство обычное вращение ${displaystyle {egin {pmatrix} x ' y'end {pmatrix}} = {egin {pmatrix} cos heta & -sin heta sin heta & cos heta end {pmatrix}} {egin {pmatrix} x yend {pmatrix} }}$ - соответствующее изменение координат.) Скорость света c можно рассматривать как просто необходимый коэффициент преобразования, потому что мы измеряем размеры пространства-времени в разных единицах; так как метр в настоящее время определяется в терминах второго, он имеет точный 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 иногда единицы измерения, в которых c = 1 используются для упрощения уравнений.

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

${displaystyle Delta t = {{Delta au} над {sqrt {1-v ^ {2} / c ^ {2}}}}}$

куда:

• ∆τ - это время между двумя событиями, измеренное в движущейся системе отсчета, в которой они происходят в одном месте (например, два тика на движущихся часах); это называется подходящее время между двумя событиями;
• ∆т время между этими двумя событиями, но измеренное в неподвижной системе отсчета;
• v - скорость движущейся системы отсчета относительно неподвижной;
• c это скорость света.

Поэтому говорят, что движущиеся объекты показать более медленное течение времени. Это известно как замедление времени.

Эти преобразования действительны только для двух кадров при постоянный относительная скорость. Наивное применение их к другим ситуациям порождает такие парадоксы как парадокс близнецов.

Этот парадокс можно разрешить с помощью, например, теории Эйнштейна. Общая теория относительности, который использует Риманова геометрия, геометрия в ускоренных неинерциальных системах отсчета. Используя метрический тензор который описывает Пространство Минковского:

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

Эйнштейн разработал геометрическое решение преобразования Лоренца, сохраняющее Уравнения Максвелла. Его уравнения поля дать точную связь между измерениями пространства и времени в данной области пространство-время и плотность энергии в этой области.

Уравнения Эйнштейна предсказывают, что время должно изменяться при наличии гравитационные поля (см. Метрика Шварцшильда ):

${displaystyle T = {frac {dt} {sqrt {left (1- {frac {2GM} {rc ^ {2}}} ight) dt ^ {2} - {frac {1} {c ^ {2}}}) left (1- {frac {2GM} {rc ^ {2}}} ight) ^ {- 1} dr ^ {2} - {frac {r ^ {2}} {c ^ {2}}} d heta ^ {2} - {frac {r ^ {2}} {c ^ {2}}} sin ^ {2} heta; dphi ^ {2}}}}}$

Где:

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

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

${displaystyle G}$ это гравитационная постоянная

${displaystyle M}$ это масса создание поля

${displaystyle {sqrt {left (1- {frac {2GM} {rc ^ {2}}} ight) dt ^ {2} - {frac {1} {c ^ {2}}} left (1- {frac { 2GM} {rc ^ {2}}} ight) ^ {- 1} dr ^ {2} - {frac {r ^ {2}} {c ^ {2}}} d heta ^ {2} - {frac { г ^ {2}} {c ^ {2}}} sin ^ {2} heta; dphi ^ {2}}}}$ изменение в подходящее время ${displaystyle d au}$, или интервал подходящее время.

Или можно было бы использовать следующее более простое приближение:

${displaystyle {frac {dt} {d au}} = {frac {1} {sqrt {1-left ({frac {2GM} {rc ^ {2}}} ight)}}}.}$

То есть, чем сильнее гравитационное поле (и, следовательно, тем больше ускорение ), тем медленнее бежит время. Прогнозы замедления времени подтверждаются ускорение частиц эксперименты и космический луч доказательства, где движущиеся частицы распадаться медленнее чем их менее энергичные собратья. Гравитационное замедление времени порождает явление гравитационное красное смещение и Задержки прохождения сигнала Шапиро рядом с массивными объектами, такими как солнце. В спутниковая система навигации также необходимо настроить сигналы, чтобы учесть этот эффект.

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 было описано Тейлор и Уиллер в качестве:^[31]

«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 инерциальная система отсчета. В инерциальной системе отсчета Первый закон Ньютона держит; у него своя собственная локальная геометрия, и поэтому собственный измерения пространства и времени; нет универсальных часов. Акт синхронизации должен выполняться как минимум между двумя системами.

Время в квантовой механике

В уравнениях квантовая механика. В Уравнение Шредингера^[32] является

${displaystyle H (t) left | psi (t) ightangle = ihbar {частичное над частичным t} left | psi (t) ightangle}$

Одно решение может быть

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

куда ${displaystyle e ^ {- iHt / hbar}}$называется оператор эволюции во времени, и ЧАС это Гамильтониан.

Но Картина Шредингера показанный выше эквивалент Картинка Гейзенберга, который имеет сходство со скобками Пуассона классической механики. В Скобки Пуассона заменяются ненулевым коммутатор, скажем [H, A] для наблюдаемый A и гамильтониан H:

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

Это уравнение обозначает отношение неопределенности в квантовой физике. Например, с время (наблюдаемая A), энергия E (из гамильтониана H) дает:

${displaystyle Delta EDelta Tgeq {frac {hbar} {2}}}$

куда

${displaystyle Delta E}$ это неопределенность в энергии

${displaystyle Delta T}$ неопределенность во времени

${displaystyle hbar}$ является Постоянная Планка

Чем больше именно так измеряется продолжительность цепочка 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 оператор в квантовой механике.

Соответствующий коммутатор отношения также сохраняются п и положение q, которые сопряженные переменные друг друга, вместе с соответствующим принципом неопределенности в импульсе и положении, аналогично приведенному выше соотношению энергии и времени.

Квантовая механика объясняет свойства периодическая таблица из элементы. Начиная с Отто Стерн 'песок Вальтер Герлах эксперимент с молекулярные пучки в магнитном поле, Исидор Раби (1898–1988), смог модулировать магнитный резонанс луча. В 1945 году Раби предложил использовать эту технику в качестве основы для часов.^[33] с использованием резонансная частота атомного пучка.

Динамические системы

Видеть динамические системы и теория хаоса, диссипативные структуры

Можно сказать, что время параметризация из динамическая система что позволяет проявлять и оперировать геометрией системы. Утверждалось, что время - неявное следствие хаос (т.е. нелинейность /необратимость ): характерное время, или скорость информационная энтропия производство система. Мандельброт вводит внутреннее время в его книге Мультифракталы и 1 / f шум.

Сигнализация

Сигнализация - одно из применений электромагнитные волны описано выше. Как правило, сигнал является частью коммуникация между партиями и местами. Одним из примеров может быть желтая лента привязанный к дереву, или звон церковный колокол. Сигнал может быть частью беседа, 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. Видеть: Мяч времени, ранняя форма Сигнал времени.

Эволюция мировая линия ускоренной массивной частицы. Эта мировая линия ограничена подобный времени верхняя и нижняя части этого пространство-время фигура; эта мировая линия не может пересекать вершину (будущее ) или низ (прошлый ) световой конус. Левая и правая секции (которые находятся за пределами световых конусов) являются космический.

Мы, как наблюдатели, можем сигнализировать о разных партиях и местах, пока живем в их прошлый световой конус. Но мы не можем получать сигналы от этих партий и мест за пределами нашей прошлый световой конус.

Наряду с формулировкой уравнений для электромагнитной волны поле телекоммуникации может быть основан. В 19 веке телеграфия, электрические схемы, некоторые охватывающие континенты и океаны может передавать коды - простые точки, тире и пробелы. Из-за этого возник ряд технических проблем; видеть Категория: Синхронизация. Но можно с уверенностью сказать, что наши сигнальные системы могут быть только приблизительно синхронизированный, а плезиохронный состояние, из которого дрожь нужно исключить.

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

Технология для стандартов хронометража

В стандарт основного времени в США в настоящее время NIST-F1, а лазер -охлаждаемый CS фонтан,^[34] последний из серии стандартов времени и частоты от аммиак атомные часы (1949 г.) на цезий на базе NBS-1 (1952 г.) до NIST-7 (1993 г.). Соответствующая погрешность часов снизилась с 10 000 наносекунд в сутки до 0,5 наносекунд в сутки за 5 десятилетий.^[35] В 2001 году погрешность часов для NIST-F1 составляла 0,1 наносекунды / день. В настоящее время разрабатываются все более точные стандарты частоты.

В этом стандарте времени и частоты совокупность атомов цезия охлаждается лазером до температуры одного 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 второй над. В выбросах цезия учитываются одиннадцать физических эффектов, которые затем контролируются часами NIST-F1. Эти результаты сообщаются BIPM.

Дополнительно ссылка водородный мазер также сообщается в BIPM как стандарт частоты для TAI (международное атомное время ).

Измерение времени контролируется BIPM (Bureau International des Poids et Mesures), находится в Севр, Франция, что обеспечивает единообразие измерений и их прослеживаемость до Международная система единиц (SI ) Мировой. BIPM действует под руководством Метр Соглашение, дипломатический договор между 51 государством, государствами-членами Конвенции, через серию Консультативных комитетов, членами которых являются соответствующие национальные метрология 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 космологическая постоянная, что он позже назвал самой большой ошибкой в ​​своей жизни. Но в 1927 году Жорж Лемэтр (1894–1966) утверждал, что общая теория относительности, что Вселенная возникла в результате изначального взрыва. На пятом Сольвей конференция, в том году Эйнштейн отмахнулся от него "Вос считает, что не исправляет, это ужасное телосложение."^[36] («Ваша математика верна, но ваша физика отвратительна»). В 1929 г. Эдвин Хаббл (1889–1953) объявил об открытии расширяющаяся вселенная. Текущая общепринятая космологическая модель Лямбда-CDM модель, имеет положительную космологическую постоянную и, следовательно, не только расширяющаяся Вселенная, но и ускоряющаяся расширяющаяся Вселенная.

Если Вселенная расширяется, то в прошлом она должна была быть намного меньше, а значит, горячее и плотнее. Георгий Гамов (1904–1968) предположили, что обилие элементов в Периодической таблице элементов может быть объяснено ядерными реакциями в горячей плотной Вселенной. Он оспаривался Фред Хойл (1915–2001), который изобрел термин «Большой взрыв 'чтобы принизить 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 колебания космическое микроволновое фоновое излучение^[37]

Прогноз Гамова был 5-10-кельвин излучение черного тела температура Вселенной 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 соответствовало температуре возраст вселенной 13,8 миллиарда 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, возможно, время отделится от космическая пена;^[38] есть только подсказки, основанные на нарушенных симметриях (см. Спонтанное нарушение симметрии, Хронология Большого взрыва, а статьи в Категория: Физическая космология).

Общая теория относительности дал 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 нашем эпоха, во время которого 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 Большой взрыв, во время которого звездный свет не был бы виден на больших расстояниях.)

Реприза

Илья Пригожин повторение "Время предшествует существование ". 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,^[39] так же хорошо как стрела времени и Большой взрыв.

Смотрите также

• Релятивистская динамика
• Категория: системы единиц

Рекомендации

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
• Кун, 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 вне хаоса. ISBN  0-394-54204-5
• Серр, Мишель, и другие., "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 г. ISBN  0-8166-2517-4

внешняя ссылка

• СМИ, связанные с Время в физике в Wikimedia Commons