Энергетическое образование
1. Время
Время — форма протекания физических и психических процессов, условие возможности изменения[1]. Одно из основных понятий философии и физики, мера длительности существования всех объектов, характеристика последовательной смены их состояний в процессах изменения и развития[2], а также одна из координат единого пространства-времени, представления о котором развиваются в теории относительности.
В классической физике, время — непрерывная величина, априорная характеристика мира, ничем не определяемая. В качестве основы измерения просто берётся некая последовательность событий, про которую считается несомненно верным, что она происходит через равные промежутки времени, то есть периодична. Именно на этом принципе и основаны часы. Такая же роль времени и в квантовой механике: несмотря на квантование почти всех величин, время осталось внешним, неквантованным параметром. В обоих случаях «скорость течения времени» не может ни от чего зависеть, а потому тавтологически равна константе.
В релятивистской физике ситуация кардинально меняется. Время рассматривается как часть единого пространства-времени, и, значит, может меняться при его преобразованиях. Можно сказать, что время становится четвёртой координатой, правда, в отличие от пространственных координат, она обладает противоположной сигнатурой. «Скорость течения времени» становится понятием «субъективным», зависящим от системы отсчёта. Ситуация усложняется в общей теории относительности, где «скорость течения времени» зависит также и от близости к гравитирующим телам.
Физическая интерпретация вышеназванных теорий требует нового определения времени, как числа процессов в системе отсчёта, произошедших одновременно с данным процессом. Система отсчёта времени может быть неравномерная (как процесс вращения Земли вокруг Солнца) или равномерная. Эталон секунды — период излучения, соответствующий переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133 при отсутствии возмущения внешними полями.
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.
- 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.
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 ученые думают немного иначе. Стивен Хокинг в своей книге «Краткая история времени: от Большого взрыва до чёрных дыр» оспаривает утверждение, что для физических законов существует различие между направлением «вперёд» и «назад» во времени. Хокинг обосновывает это тем, что передача информации возможна только в том же направлении во времени, в котором возрастает общая энтропия Вселенной. Таким образом, Второй закон термодинамики является тривиальным, так как энтропия растет со временем, потому что мы измеряем время в том направлении, в котором растет энтропия.
Единственность прошлого считается весьма правдоподобной. Мнения учёных касательно наличия или отсутствия различных «альтернативных» будущих различны.
Измерение времени
Кроме указанных естественных процессов, для измерения времени пользуются различными искусственно создаваемыми процессами, имеющими стабильный период повторения, например колебания маятника или колебания кварцевой пластинки, помещенной в высокочастотное электрическое поле.
До недавнего времени считалось, что период вращения Земли строго постоянен, и поэтому предполагалось, что самые идеальные часы – это вращающаяся Земля. Ныне доказано, что скорость вращения Земли не является абсолютно постоянной. Поэтому для точного измерения времени стали использовать другие естественные процессы, постоянство периодичности которых превосходит постоянство периода вращения Земли. Такими процессами являются собственные колебания молекул и атомов некоторых веществ. С помощью молекулярных и атомных часов удается измерять время с точностью 10-9. Применение высокоточных атомных часов позволило определить неравномерность вращения Земли. Атомные и молекулярные часы очень сложны и применяются в тех областях науки и техники, где нужна очень высокая точность измерения времени.
Астрономические методы измерения времени отличаются своей простотой и широко применяются в практике для проверки часов по скорости вращения Земли с точностью, удовлетворяющей многие современные практические и научные требования. При измерении времени астрономическими методами основными единицами являются сутки и год.
Сутками называется промежуток времени, в течение которого Земля совершает полный оборот вокруг своей оси относительно какой-нибудь точки на небесной сфере. Сутки делятся на 24 ч, час – на 60 мин, минута – на 60 с, секунда – на десятые, сотые и более мелкие доли. Для измерения больших промежутков времени служит другая единица – тропический год, соответствующий периоду обращения Земли вокруг Солнца.
В астрономии применяются три различных единицы измерения времени: звездные, истинные солнечные и средние солнечные сутки. Время, измеряемое этими единицами, называется соответственно звездным, истинным солнечным и средним солнечным временем.
Продолжительность суток зависит от того, относительно какой точки на небесной сфере определяется период вращения Земли вокруг своей оси.
За точки, по которым определяется продолжительность суток, принимаются: точка весеннего равноденствия, центр истинного или центр среднего Солнца. За начало суток принимается момент верхней (или нижней) кульминации избранной точки на данном меридиане. Название времени принято давать в зависимости от названия меридиана, на котором оно определяется, и названия точки, выбранной для определения периода вращения Земли. Например, местное звездное время, гринвичское истинное солнечное время
«Сейчас: Физика времени»
Что такое время? Ответить на этот вопрос всегда было трудно, но современная физика многое сделала для его понимания. А что такое сейчас? Здесь даже физики порой встают в тупик. Ричард Мюллер, автор книги «Сейчас. Физика времени», знакомит читателей с проблематикой вопроса и на простом языке объясняет крайне непростые парадоксы теории относительности. Совместно с издательством
Несмотря на внешнюю простоту, нижеследующая фраза не принадлежит детской книге о времени:
Если, например, я скажу: «Этот поезд прибывает в 7 часов», то я имею в виду примерно следующее: «Нахождение маленькой стрелки моих часов и прибытие поезда будут одновременными событиями».
Это обманчиво простое предложение появилось в одном из престижных физических журналов своих дней, Annalen der Physik, 30 июня 1905 года. Статья, в которой оно содержалось, была, безусловно, самой глубокой и важной публикацией с 1687 года, когда Ньютон заложил фундамент классической физики в своих «Принципах» («Математических началах натуральной философии»). Ее автор однажды станет символом гениальности, научной продуктивности и 95 лет спустя будет назван в журнале Time («Время» — очень говорящее название) человеком века. Подобную его честь мало кто оспаривал. Слова же о маленьких наручных часах принадлежат Альберту Эйнштейну.
Статья называлась «К электродинамике движущихся тел».
Что общего может быть между маленькой стрелкой на часах и прибытием поезда с электродинамикой, то есть исследованиями в области электричества и магнетизма? Оказывается, очень много. Статья Эйнштейна на самом деле касалась времени и пространства: он хотел ввести эти понятия в область физики. Более подходящим названием скорее могло бы быть «Теория относительности — революционный прорыв в нашем понимании времени и пространства». До Эйнштейна эти понятия были просто координатами, которые использовались для постановки и решения задач. Ответ на вопрос «Когда прибудет поезд?» мог быть сформулирован как определенный момент времени. Эйнштейн показал, что не все так просто.
Теория относительности
Что такое время? Его трудно определить. Ньютон надменно избегал этого вопроса. В упомянутом монументальном труде он писал: «Я не даю определений времени, месту или движению, поскольку это и так всем хорошо известно». Может быть, и известно, но труднопостижимо. Эйнштейн тоже не дал определения времени, но он удивительно талантливо его исследовал, открыв при этом совершенно неожиданные его свойства.
Он продолжает изложение в своей основополагающей статье о теории относительности в стиле педанта, до смешного элементарном, а иногда даже скучном:
Если в точке А пространства расположены часы, то наблюдатель, находящийся в этой точке, может определять временнЫе значения происходящих в непосредственной близости от него событий, отыскивая положения стрелок на часах одновременно с происхождением этих событий.
Кому он адресует свою статью? Простым любителям? Разве не утверждает совершенно очевидное? Зачем использует этот детский стиль?
Ученый делал все это по вполне определенным причинам. Чтобы добиться прогресса в изысканиях, требовалось разбить скрытые предрассудки и неправильные представления, засевшие в подсознании его коллег. Для этого он прежде всего должен был раскрыть эти идеи как не обязательно вполне очевидные и, что еще более важно, — как не соответствующие истине. Он обратился к самым фундаментальным понятиям — тем, которым вас учили в детстве, когда вы впервые сумели определить время на часах; понятиям абсолютности времени.
К тому, что даже если часы идут неправильно, их можно синхронизировать с другими; что если отец говорит вам нечто сделать сейчас, то значение этого сейчас для вас и для него одинаково.
Эйнштейну требовалось удалить из головоломки те детали, которые были вставлены в нее неправильно.
И он пришел к выводу, что несколько очевидных, само собой разумеющихся принципов не соответствовали истине. Его логические рассуждения строились на базе явлений электричества — отсюда и название статьи. Трудность теории относительности состояла не в сложности ее математического аппарата — в статье Эйнштейн использует только элементарную алгебру; а в тех искаженных представлениях о времени и пространстве, которые имели ее читатели, крупнейшие мировые ученые.
Попробуйте заставить себя вновь подумать о времени и пространстве так, как о них думает ребенок. Можете вспомнить, когда вы впервые подумали, что скорость течения времени непостоянна? Для меня время буквально «летело» во время школьных каникул или в ходе забав и приключений.
Оно чрезвычайно замедляло свой бег при посещениях стоматолога (который не верил в обезболивающие средства) или когда я в магазине ожидал маму, примеряющую обувь. Газета New York Times в 1929 году цитировала Эйнштейна: «Когда ты сидишь с красивой девушкой два часа, они кажутся тебе минутой, но если ты сидишь на горячей печи хотя бы минуту, покажется, что прошло два часа».
Через 10 лет после своих основополагающих работ по теории относительности Эйнштейн опубликовал статью в ее развитие, объясняя природу гравитации. Эту часть теории он назвал общей теорией относительности (ОТО). Тогда ученый решил, что ее первая часть, не касающаяся вопросов гравитации, должна быть переименована в специальную теорию относительности (СТО). Эта смена названия оказалась неудачной и вызывала путаницу. Было бы гораздо понятнее, если бы Эйнштейн назвал свою первую работу просто теорией относительности, а вторую расширенной теорией относительности. Великий ученый вынашивал мысли о дальнейшем развитии теории и о пересмотре теорий электричества и магнетизма, а также включении их всех в объединенную теорию.
Но ему это не удалось.
Откуда вообще появилось здесь слово относительность? Чтобы понять это, остановитесь на секунду и ответьте на вопрос: какова ваша скорость в этот момент?
Вы сказали: «Нуль», — потому что сейчас сидите? Вы можете сказать: «Нуль», — также сидя в самолете, который летит на высоте 12 000 метров. Горит табло «Пристегните ремни», и стюардесса объясняет, что передвижение по самолету запрещено. Поскольку вы сидите не двигаясь, ваша скорость должна составлять 0 км/ч.
Или вы сказали: «900 км/ч», — поскольку с такой скоростью двигается самолет? Или вы читаете книгу на катере, покачивающемся на воде в устье Амазонки, и даете ответ: «1670 км/ч», — поскольку это скорость вращения Земли в районе экватора (40 000 км за 24 часа)? Возможно, вы достаточно знаете астрономию, чтобы сообщить о скорости вращения Земли вокруг Солнца — «30 км/с». Если бы еще вспомнили о скорости вращения Солнца вокруг центра Млечного Пути и скорости движения Млечного Пути во Вселенной (которую можно определить по микроволновому излучению), видимо, вы бы произнесли: «1 500 000 км/ч».
Какой из этих ответов правильный? Разумеется, все. Ваша скорость зависит от той платформы наблюдения, на которой вы находитесь. Физики называют ее системой отсчета. Этой системой могут быть Земля, самолет, земная ось, Солнце или космическое пространство. Или что-то между ними.
Когда вы летите в самолете, можете ли не согласиться с кем-то, находящимся на Земле, относительно скорости вашего передвижения? Нет, такое несогласие выглядело бы глупо. Вы оба знаете, что вы неподвижны относительно самолета, но передвигаетесь со скоростью 900 км/ч относительно Земли. Оба ответа правильные.
Поразительным новым качеством относительности стало то, что не только скорость, но и время зависит от системы отсчета. Абсолютного времени, о котором вы узнали от своих родителей и учителей, не существует. Вы не только будете получать разные показания времени в зависимости от того, какую точку отсчета выберете — землю, самолет, планету Земля или космическое пространство; вы получите еще и разную скорость течения времени.
Это означает, что промежуток времени между двумя событиями, между двумя тиканьями ваших часов, не универсален и абсолютен, а зависит от выбранной вами системы отсчета.
В других книгах по теории относительности вы, видимо, читали, что разные наблюдатели, двигающиеся с разными скоростями, «расходятся между собой в восприятии действительности». Это совсем не так. Даже если это утверждают самые великие физики мира, они понимают, что это не соответствует истине. (Признаюсь, я тоже попал в такую ловушку в одной из своих же ранних статей по теории относительности. Тогда я думал, что это поможет яснее донести предмет до читателей. Я ошибался.)
Утверждения о «несогласных между собой наблюдателях» вызвали бóльшую путаницу и затруднение понимания людьми теории относительности, чем ее сложный математический аппарат. Наблюдатели в относительности не согласны между собой только в степени ошибки по поводу скорости передвижения кого-то в самолете. Но все эти наблюдатели знают, что скорость относительна, а ее показатель зависит от точки отсчета.
Они также знают (если внимательно изучали ОТО), что то же самое верно и для времени. Блеск теории относительности состоит в том, что все наблюдатели и везде согласны друг с другом.
Когда я спросил о вашей скорости, вы, возможно, сочли, что это вопрос с каким-то подтекстом, и отказались отвечать. Вы подумали: «Скорости по отношению к чему?» Отлично. Вы правильно поняли направление моей мысли.
Замедление времени
Эйнштейн показал, что время того или иного события зависит от системы отсчета: земной поверхности, самолета, планеты Земля, Солнца или космического пространства. При этом время события будет разным. Для небольших скоростей (то есть около 1 500 000 км/ч или меньше) эта разница будет небольшой. Но все равно она существует. Когда системы отсчета движутся быстро — близко к скорости света, время начинает различаться очень сильно. Уравнения для расчета времени в разных системах отсчета несложные. Это просто алгебраические формулы, включающие квадраты и квадратные корни.
Я привожу их в Приложении 1.
Давайте рассмотрим числовой пример. Предположим, вы находитесь в космическом корабле, который двигается со скоростью 97% скорости света по отношению к Земле. Начнем с промежутков времени, потому что формула их расчета весьма доступна. Если взять космический корабль за систему отсчета, промежуток между вашими соседними днями рождения составит один год. Если принять системой отсчета Землю, тот же самый промежуток будет длиться не один год, а три месяца. Через несколько мгновений я покажу, как сделать соответствующие вычисления.
Вот что скажет внимательный наблюдатель на Земле: «Временной интервал между двумя днями рождения (двумя событиями) в системе отсчета Земли составил три месяца, а в системе отсчета космического корабля — один год». Наблюдатель на корабле скажет то же самое. Наблюдатели не расходятся во мнениях о временных интервалах больше, чем они могут расходиться в оценке скорости движения объектов.
В какой системе отсчета находитесь лично вы? Это вопрос с подтекстом.
Однако в любом случае попробуйте ответить на него.
Вы находитесь во всех системах. Эти системы существуют только для определения движения тел отсчета по отношению к ним. Можете выбрать любую систему отсчета. Если ваша скорость в одной из них равна нулю (скажем, если вы находитесь в самолете), то эта система называется собственной системой отсчета. По отношению к собственной системе отсчета Солнца (где оно находится в покое) вы двигаетесь со скоростью 29 км/с, совершая один оборот вокруг светила за год.
Вы можете запутаться в этом вопросе, если ранее читали другие книги о релятивистском замедлении времени, в которых приводятся объяснения вроде «часы, находящиеся в движении, как нам кажется, идут медленнее, чем ваши». Да, это так, но это не вся правда. Вам не только кажется, что они идут медленнее: они на самом деле идут медленнее — если замерять их ход в вашей системе отсчета. В собственной системе отсчета они идут быстрее, чем в вашей. Это не парадокс или противоречие.
Во всяком случае, не большее противоречие, чем скорость движения человека в самолете — 0 км/ч или 900 км/ч? Все наблюдатели согласны между собой.
<…>
Означает ли замедление времени, что если я лечу в самолете, то проживаю большее время, чем на Земле? Да, и гамма-фактор (фактор замедления времени — прим. N + 1) для самолета был измерен в 1971 году учеными Джозефом Хафеле и Ричардом Китингом. Это был очень элегантный эксперимент, о котором я всегда рассказываю студентам на лекциях по теории относительности. В качестве системы отсчета исследователи использовали обычный пассажирский реактивный самолет. Их бюджет составлял всего $8000. Немного, причем он почти весь ушел на приобретение авиабилетов для путешествия вокруг Земли (включая отдельное место для специальных часов). Результаты были опубликованы в одном из престижнейших научных журналов Science.
Хафеле и Китинг использовали для эксперимента весьма необычные часы, которые все же смогли арендовать. При скорости самолета
в 900 км/час безразмерная скорость b (отношение скорости света к скорости объекта — прим.
N + 1) составляет 0,000000821. Чтобы получить фактор замедления времени, то есть гамма-фактор, можете подставить это число в приведенную выше формулу, но вам потребуется 15-значный калькулятор. (Excel не подойдет, но приложение к смартфону под названием Calculator сгодится.) Расположите смартфон горизонтально для работы в режиме научного вычислительного устройства. Вы обнаружите, что при таком путешествии на самолете вы живете дольше с гамма-фактором, равным 1,000000000000337. Настолько каждый ваш день становится длиннее. Дополнительная его часть (те самые 337) составляет 29 наносекунд (миллиардных долей секунды) в день.
Возможно, словосочетание «29 наносекунд» и не впечатляет, но за это время процессор в моем смартфоне может сделать 41 операцию (за этот период он совершает 41 рабочий цикл). Хафеле и Китинг смогли обнаружить явление замедления времени и доказать, что теория относительности позволила им получить его правильное значение. Конечно, еще до этого эксперимента физики много раз обнаруживали замедление времени при экспериментах со скоростями, близкими к скорости света, как, например, я делал это в своей лаборатории.
Но было интересно пронаблюдать тот же эффект на нормальных для обычного самолета скоростях.
<…>
Летайте на самолетах или даже на космических кораблях — и будете жить дольше с точки зрения земной системы отсчета. Однако вы не почувствуете более долгую жизнь. Просто при вашем движении время бежит медленнее. Ваши часы будут идти медленнее, но так же медленнее будет биться ваше сердце, медленнее будете думать и стареть. Так что вы ничего не заметите. И это удивительное свойство релятивизма. Медленнее идут не только часы. Медленнее происходит все. Именно поэтому мы и говорим, что меняется скорость течения времени.
Публикуется с сокращениями. Подробнее читайте:
Мюллер, Ричард. Сейчас. Физика времени /Пер. с англ. Михаила Попова, Натальи Лисовой; науч. ред. А. Гизатулин. — М.: Манн, Иванов и Фербер, 2017. — 368 с.
Что такое время? | Живая наука
Легко быстро потеряться в сложности времени. (Изображение предоставлено Shutterstock) Время — это видимое развитие событий из прошлого в будущее.
Хотя невозможно полностью определить природу времени, у всех нас есть много общих переживаний, связанных временем: причины естественным образом ведут к следствиям, мы помним прошлое, но не будущее, и эволюция времени кажется непрерывной и необратимой.
Время относительно?
Особая теория Эйнштейна относительность показала, что опыт течения времени зависит от наблюдателя и его положения. Ранее работы Исаака Ньютона предполагали существование «главных часов», которые синхронизировали время во всей Вселенной. На самом деле не предполагалось, что эти часы существуют, но концепция позволяла работать уравнениям Ньютона. Ключевой идеей было то, что все наблюдатели могли договориться об одном и том же моменте времени, согласно Интернет-энциклопедии философии (откроется в новой вкладке).
Однако, основываясь на своей работе, Эйнштейн обнаружил, что течение времени относительно. В специальной теории относительности движущиеся часы идут медленно; чем быстрее вы перемещаетесь в пространстве, тем медленнее вы продвигаетесь во времени.
Чем ближе вы приближаетесь к скорости света, тем сильнее становится этот эффект.
За десятилетия, прошедшие с тех пор, как Эйнштейн впервые предложил эту концепцию, физики провели многочисленные измерения, демонстрирующие этот эффект.
Атомные часы на борту реактивного самолета тикают медленнее, чем на земле. Субатомная частица, называемая мюоном, не существует достаточно долго, чтобы пройти из атмосферы, где она генерируется, когда космических лучей молекул воздуха сталкиваются с землей. Но поскольку мюоны движутся со скоростью, близкой к скорости света, с нашей точки зрения кажется, что они существуют дольше, что позволяет им завершить свое путешествие.
Когда Эйнштейн разработал свою общую теорию относительности, он распространил эту концепцию, известную как « замедление времени », на ситуации, связанные с гравитацией . Наличие сильной гравитации также замедляет течение времени, поэтому часы в сильном гравитационном колодце (например, на поверхности Земли или вблизи черной дыры) будут идти медленнее, чем часы в центре космоса. по словам физика Кристофера С. Бэрда (открывается в новой вкладке).
Связанный: 9 способов увидеть теорию относительности Эйнштейна в реальной жизни
Возможны ли путешествия во времени?
Путешествие во времени в будущее не просто разрешено — оно обязательно.
Действительно, с каждой секундой все мы движемся вперед, в свое собственное будущее. Будущее неизбежно, и от него невозможно убежать. Но реальность относительности ясно дает понять, что «прыгать» вперед во времени вполне допустимо.
Если близнец стартует на ракетном корабле и проведет несколько лет в путешествии со скоростью, близкой к скорости света, по возвращении на Землю он состарится меньше, чем его земной близнец. Хотя на космическом корабле могло пройти всего несколько лет, на Земле могли пройти десятилетия или даже столетия, в зависимости от того, как быстро летела ракета.0007 по версии журнала Космос (открывается в новой вкладке). В реальном примере астронавт НАСА Скотт Келли провел на несколько миллисекунд меньше времени, чем его близнец Марк (Скотт также на шесть минут моложе), благодаря тому, что провел больше времени в космосе, путешествуя со скоростью около 17 500 миль в час (28 100 км). /h), согласно дочернему сайту Live Science Space.com (открывается в новой вкладке).
Но путешествия во времени в прошлое, по-видимому, запрещены — по крайней мере, во всех когда-либо проводившихся экспериментах и наблюдениях. Во-первых, эта возможность поднимает всевозможные неудобные вопросы, такие как знаменитый парадокс дедушки , который спрашивает, что произойдет, если вы вернетесь в прошлое и убьете собственного дедушку: вас бы не существовало, поэтому вы не смогли бы отправиться в прошлое, чтобы совершить действие.
Во-вторых, в физике не существует известного механизма, позволяющего путешествовать назад во времени. Хотя определенные ситуации путешествия во времени могут быть сконструированы в общей теории относительности, для этих ситуаций требуются сущности, которые, кажется, не существуют в нашей Вселенной (например, материя с отрицательной массой или бесконечно длинные цилиндры).
Однако в настоящее время у физиков нет полного понимания того, почему путешествия во времени в прошлое запрещены.
Можно ли повернуть время вспять?
Почти все законы и уравнения, которые физики используют для понимания мира природы, симметричны во времени. Это означает, что их можно отменить без изменения каких-либо результатов. Например, если вы будете смотреть видео о том, как мяч поднимается в воздух и снова падает, без какого-либо другого контекста, вы не сможете сказать, воспроизводилось ли видео вперед или назад.
Тем не менее, есть один аспект физики, который, кажется, уважает течение времени: концепция энтропии, которая является мерой беспорядка в системе. Согласно второму закону термодинамики , энтропия всегда возрастает в замкнутой системе, и эту эволюцию нельзя повернуть вспять.
Физики не знают, порождает ли рост энтропии «стрелу» времени или это просто совпадение, согласно Стэнфордской энциклопедии философии .
Концептуальная иллюстрация «стрелы времени».
(Изображение предоставлено NASA/GSFC)Время дискретно или непрерывно?
Почти все физические теории рассматривают время как континуум, и именно так мы воспринимаем течение времени. Не существует наименьшей «единицы» течения времени. Все события плавно перетекают без перерыва или икоты в следующее.
Однако одна из теорий квантовой гравитации, называемая петлевой квантовой гравитацией, предполагает существование наименьшей возможной единицы из пространство-время . Эта единица будет представлять наименьшее возможное расширение пространства и продолжительность времени. В этой теории то, что мы воспринимаем как гладкое, непрерывное время, на самом деле является заикающимся, остановленным движением от прошлого к будущему. Но поскольку это происходит в течение такого невероятно короткого промежутка времени, оно кажется непрерывным, как кадры фильма, сливающиеся вместе, согласно статье 1998 года физика Карло Ровелли в журнале Living Reviews of Relativity .
.
Время реально?
Ученые, философы и другие размышляли о природе времени. И хотя мы многое узнали о времени, например о реальности замедления времени и возможной связи между временем и энтропией, мы не смогли дать полного описания того, что такое время.
Некоторые философы и физики утверждали, что то, что мы воспринимаем как время, является всего лишь иллюзией, артефактом нашего сознания. С этой точки зрения течение времени нереально; прошлое и будущее уже существуют в своем полном объеме, точно так же, как уже существует все пространство. То, что мы ощущаем как течение времени, является побочным продуктом того, как работает наш мозг, когда мы обрабатываем сенсорную информацию из окружающей среды 9.0007 по словам физика Шона Кэрролла (открывается в новой вкладке).
Дополнительные ресурсы
- Послушайте почтенный подкаст “Astronomy Cast”, чтобы узнать, как пропустить время вперед в этом выпуске (откроется в новой вкладке).
- Автор статьи и астрофизик Пол М. Саттер исследовал природу путешествий во времени в этом выпуске своего подкаста «Спросите космонавта».
- Симметрия обращения времени является фундаментальной для физики, и вы можете узнать о ней больше в этой записанной лекции (откроется в новой вкладке), предоставленной Международным центром теоретической физики.
Саттер исследовал природу путешествий во времени в этом выпуске своего подкаста «Спросите космонавта».Библиография
Baird, CS (2013, 24 июня). Наверху здания время течет быстрее, чем внизу? научных вопросов с неожиданными ответами. https://www.wtamu.edu/~cbaird/sq/2013/06/24/делает-время-идет-быстрее-на-верху-из-здания-по сравнению с-внизу/ (открывается в новой вкладке)
Каллендер, К. (8 июня 2021 г.). Термодинамическая асимметрия во времени . Стэнфордская энциклопедия философии. https://plato.stanford.edu/entries/time-thermo/ (открывается в новой вкладке)
Кэрролл, С. (18 октября 2013 г.). Время реально? https://www.preposterousuniverse.com/blog/2013/10/18/is-time-real/ (открывается в новой вкладке)
Хантер, Дж.
(без даты). Путешествие во времени . Интернет-энциклопедия философии. Получено 5 апреля 2022 г. с https://iep.utm.edu/timetrav/ (откроется в новой вкладке)
О’Коннелл, К. (3 августа 2021 г.). Путешествие во времени: пять способов, которыми мы можем это сделать. Космос. https://cosmosmagazine.com/science/physics/five-ways-to-travel-through-time/ (открывается в новой вкладке)
Ровелли, К. (1998). Петлевая квантовая гравитация. Живые обзоры относительности, 1 (1). https://link.springer.com/article/10.12942/lrr-2008-5 (откроется в новой вкладке)
Пол М. Саттер — профессор-исследователь в области астрофизики в Университете Стоуни-Брук Университета штата Нью-Йорк и Институте Флэтайрон в Нью-Йорке. Он регулярно появляется на телевидении и в подкастах, в том числе «Спросите космонавта». Он является автором двух книг: «Твое место во Вселенной» и «Как умереть в космосе», а также регулярно публикуется на Space.com, Live Science и других ресурсах.
Пол получил докторскую степень по физике в Университете Иллинойса в Урбана-Шампейн в 2011 году и провел три года в Парижском институте астрофизики, после чего прошел стажировку в Триесте, Италия.
Что такое хорошее определение «времени»?
Задавать вопрос
спросил
Изменено 7 лет, 11 месяцев назад
Просмотрено 47 тысяч раз
$\begingroup$
Я знаю, что это глупый вопрос, но я задаю его только потому, что, честно говоря, не могу найти хорошего определения времени, которое не включало бы другое слово, основанное на определении (или, скорее, логическом понимании) времени. время.
Например, во многих словарях определение времени звучит так:
Время — это мера, в которой события могут быть упорядочены от прошлого через настоящее к будущему, а также мера длительности событий и интервалов между ними.
Но понятия «прошлое», «настоящее» и «будущее» (в основном первое и последнее) сильно зависят от времени.
Мой лучший способ определить время таков:
Время — это измерение, в котором может происходить эволюция состояния системы.
Вопрос бессмысленный? Является ли понятие времени лучше оставить аксиомой? Вы знаете хорошее/лучшее определение времени? (Чем короче, тем лучше)
$\endgroup$
4
$\begingroup$
Ну вот мой ответ экспериментатора:
Время – необходимый параметр для описания наблюдаемых изменений в трехмерном пространстве, dx/dt, dy/dt, dz/dt. Если бы не было наблюдаемых изменений в (x, y, z) контурной карте мира (включая нас также в качестве контуров), не было бы необходимости в параметризации времени.
Эти изменения являются экспериментальным фактом и для начала использовались дневные и ночные часы для определения параметра.
Часы могут быть чем угодно, что последовательно периодически воспроизводит одно и то же (x, y, z) для определенного местоположения/точки.
Это классическое время. Специальная теория относительности и еще более общая теория относительности — это совсем другая история с гораздо более сложным математическим моделированием.
$\endgroup$
$\begingroup$
В физике используется система единиц, примерами которой являются продолжительность, длина и масса.
Цель физического предсказания состоит в том, чтобы использовать эти единицы измерения и фундаментальную концепцию «промежуточного положения». И прогнозы звучат примерно так: если вы измерите эту длину, то измерение будет между отметкой 2,14 метра и отметкой 2,16 метра. Другой прогноз может заключаться в том, что вспышка происходит между показаниями часов 3:14:56 и показаниями часов 3:14:58. Это в точности одно и то же понятие промежуточности в обоих случаях.
И поскольку современное определение метра фактически основано на часах, теперь это действительно одно и то же.
Прогнозируется, что каждое измерение находится между одной доверительной меткой/показанием и другой. Таким образом, часы и их показания — это то, как мы измеряем единицы времени, и всегда как предсказание, когда они находятся между двумя отметками или показаниями. Расстояния измеряются линейками. Когда у вас есть теория, вы должны, в конечном счете, найти способ получить предсказание того, что мы можем измерить.
$\endgroup$
1
$\begingroup$
Есть два вида времени, которые нельзя смешивать друг с другом:
Время есть собственное время. Масса транспортирует энергию во времени, мы можем назвать это «постоянством» или «старением» объекта, как синонимами времени. Время измеряется любыми часами.
