Как пишется в физике время – Что такое время в физике и механике: понятие, формула, как обозначается

Время и его изучение в физике

Реферат

“Время и его изучение в физике”

Введение

Если современному человеку задать вопрос о том, как течет время, то большинство людей уподобит это понятие некой реке, текущей только вперед, из прошлого в будущее. Но, например, древние греки полагали, что время не является бесконечной прямой, а соединяет конец с началом. Взаимодействие бесконечных пространства и времени, оказывается, делает их не бесконечными, поскольку есть определенный предел. А когда известному в древности любителю парадоксов Зенону Элейскому задали вопрос о том, как, по его мнению, движется время: по кругу или по прямой, прозвучал интересный ответ: «Никак, поскольку никакого движения нет».

Конечно, древние во многом ошибались. Но и сейчас современная наука вряд ли точно сможет ответить на все вопросы о времени, ключевой из которых «что такое время?». Но все же современная наука знает о сущности времени немало. Более того, даже известны некоторые виды «машин времени», издавна существующие в природе.

Как же они работают? Что же все-таки такое время? Как оно движется? Существует ли обратимость времени? Возможны ли путешествия во времени? Каково время во Вселенной? Обо всем этом и пойдет речь ниже.

Понятие времени и его измерение

Прежде всего, отметим, что время – понятие физическое, а потому тесно связано с конкретными законами физики. Например, согласно законам физики, период вращения Земли должен оставаться постоянным. Этот факт позволяет определить единицу измерения времени, называемую солнечными сутками. Или, например, законы физики утверждают, что период колебания кварцевой пластинки в генераторе с кварцевой стабилизацией тоже можно применять для измерения времени, причем очень точно. Можно добиться еще более точного подсчета времени, если использовать частоты колебаний электронов в атомах. Наиболее точными считаются атомные часы, основанные на частоте излучения атомов цезия-133.

В настоящее время используются три основные системы измерения времени. В основе каждой из них лежит конкретный физический периодический процесс: 1).вращение Земли вокруг своей оси, 2).обращение Земли вокруг Солнца и 3).излучение (или поглощение) электромагнитных волн атомами или молекулами некоторых веществ (например, того же цезия) при определенных условиях.

Чаще всего, в повседневной практике используют такую единицу измерения, как «среднее солнечное время», основой которой являются «средние солнечные сутки», которые, в свою очередь, делятся следующим образом: 1 средние солнечные сутки = 24 средним солнечным часам[1] , 1 средний солнечный час = 60 средним солнечным минутам, 1 средняя солнечная минута = 60 средним солнечным секундам. Одни средние солнечные сутки содержат 86 400 средних солнечных секунд.

В то же время отметим, что основывая понятие времени на физических законах, мы не можем быть точно уверены в их абсолютной правильности.

Взгляды ученых на понятие времени

Время является одним из понятий, которое повсеместно применяется в физике. Развитие взгляда на понятие времени связано с именами нескольких известных ученых: Галилей, Ньютон и Эйнштейн. Начнем с Галилея.

Глубокие размышления о движении тел в природе привели его к принципу относительности, где все зависит от точки отсчета. Например, путешественник, находящийся в каюте плывущего корабля, может точно сказать, что книга на его столе в каюте находится в состоянии покоя. Но в то же время человек на берегу видит, что корабль плывет, а потому книга внутри корабля также совершает движение вместе с кораблем. Галилею удалось выявить силу инерции, которая объединяет тела в абсолютном и относительном покое. Эта сила не проявляет себя, пока тело находится в состоянии покоя или в равномерном прямолинейном движении. Но стоит чуть притормозить его, как начинает проявляться ускорение, а тело по инерции стремится восстановить утраченный покой.

С этой отправной точки отправился дальше Ньютон, родившийся в год смерти Галилея. Ньютон установил, что существует связь между силой и ускорением, но чтобы сделать эту связь полностью определенной пришлось ввести понятие массы тела. Тогда появился второй закон Ньютона, выражаемый формулой F=ma. Первым законом был закон инерции[2] , а третий – сила действия равна силе противодействия. Из этих законов и появилась классическая механика Ньютона. Но чтобы знать скорости и ускорения в этой механике, надо было знать время, в течение которого они действовали. Механика не может существовать без времени, как геометрия без пространства.

Измерять времени было бы хорошо идеально точными часами, ход которых не зависел бы от какого либо движения, а потому нельзя определить, находятся они в покое или движутся. Такие часы принято называть инерциальными. Они смогли бы показывать некое абсолютное время, одинаковое для всей Вселенной.

Основываясь на трудах Ньютона и Галилея, А. Эйнштейн принялся исследовать Вселенную по своему разумению. Эйнштейн задавался вопросами, течет ли время одинаково везде и кто это контролирует. Ответ помогла дать созданная им теория относительности, ядром которой стала аксиома о там, что в пустоте скорость света одинакова во всех ИСО. В вакууме же, рассуждал Эйнштейн, скорость света абсолютна, а значит, равна 300 000 км/с [3] . Кроме того, скорость света является предельно возможной скоростью в природе.

Из логических построений Эйнштейна последовали практические расчеты зависимости течения времени от скорости движения. В движущейся системе координат время замедляется по отношению к неподвижной системе в зависимости от близости скорости движения объекта к скорости света. Отсюда вытекает знаменитый парадокс близнецов.

Этот парадокс выглядит так. Представим себе двух братьев-близнецов. Если один из близнецов отправится в возрасте, например, 20 лет в космическое путешествие к какой-либо звезде со скоростью света, то, пролетев, скажем, туда и обратно за 40 световых лет, он вернется через примерно 11 лет по корабельному времени. На Земле же за это время пройдет примерно 80 лет! Поэтому тот из братьев, который отправился в путешествие к звезде окажется моложе своего брата почти на 80 лет! Почему, спросите вы? В этом и заключается одна из загадок времени.

Расстояние в космосе не случайно измеряется в световых годах. Световой год – это путь, который световой луч может преодолеть, пока на Земле пройдет год. Исходя из этого, можно точно сказать, что глядя на звезды в ночное небо мы видим их не такими, какие ни есть в настоящий момент, а такими, какими они были 40 и более световых лет назад[4] .

Четырехмерное пространство и время Вселенной

Оказывается, математикам удобно пользоваться понятием четырехмерного пространства, где помимо длины, ширины и высоты присутствует еще одно направление – время. Да и мы сами зачастую прибегаем к этому четвертому направлению в повседневной практике. Например, когда пешеход переходит дорогу, а мимо него по ней проезжает автомобиль, то три из четырех координат пространства совпадают, когда автомобиль, а затем человек (или наоборот) проходят через одну и ту же точку. Не совпадает лишь четвертая координата – время, поскольку кто-то из них – либо автомобиль, либо пешеход – должны перейти раньше через это место. Отсюда следует интересный вывод: классическая физика «объединяет» пространство и время при помощи движения.

Есть и другой интересный вывод, исходящий из теории относительности Эйнштейна и знаний о скорости света. Как уже сказано выше, звезды мы можем видеть не такими, какие они есть в данный момент. Свет распространяется не сразу, а за определенный, пусть и ничтожно малый промежуток времени, и потому воспринимается человеческим глазом тоже не сразу. Свет от лампы распространяется за сотую долю секунды, свет от солнца доходит до нас за восемь минут и т.д. А ведь именно с помощью света мы можем видеть окружающий нас мир. Выходит, мы видим только то, что уже произошло, поскольку пока световые лучи донесут до глаза какую-то информацию, пройдет определенное время. Стало быть, мы живем в прошлом. А раз мы видим прошлое, то время как одна из координат пространства может быть отрицательной. По сути, мы живем в прошлом.

А каково же тогда время во Вселенной? И есть ли там вообще время?

Долгое время считалось, что Вселенная статична и неизменна, а все тела в ней находятся в состоянии покоя.

Из созданной теории относительности Эйнштейн составил свою модель Вселенной. Одним из постулатов в его модели был постулат о том, что Вселенная однородна и пребывает в неизменном состоянии. Если, например, где-то погасла звезда, то на смену ей в другом месте появляется новая. Это также соответствовало классической механике Ньютона – Галилея.

Оказалось, однако, что это не так. Вселенная не статична, а наоборот, динамична. Вещество Вселенной, как показали формулы и математические выкладки Фридмана[5] , должно либо расширяться, либо сжиматься. Кроме того, не может Вселенная быть статичной и потому, что на все тела во Вселенной действует сила небесного тяготения, ничем не уравновешиваемая[6] , а потому тела во Вселенной находятся в состоянии движения: планеты, звезды, галактики и т.д. Значит, это движение можно измерять с помощью четырех мерной системы координат.

Таким образом, время во Вселенной есть, но движется оно неспешно. Проходят миллиарды и миллионы лет, пока становятся видны какие-то изменения. Но если Вселенная имеет тенденцию к расширению (ведь давно установлено, что галактики в космосе отдаляются друг от друга), то где-то в далеком прошлом был момент, когда вся Вселенная была сжата в одну точку (это состояние называется «комической сингулярностью»). Момент начала расширения Вселенной и есть начало отсчета времени в ней. Есть ли предел этого расширения? Ответ на этот вопрос мы вряд ли когда-нибудь узнаем. Хотя существует предположение, что время само по себе циклично, а значит все события повторяются. Поэтому вполне вероятно, что в какой-то момент Вселенная начнет сжиматься в точку. Что при этом произойдет с Землей и с человечеством на ней, не знает никто.

mirznanii.com

определение времени с точки зрения физики

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 [источник не указан 326 дней] . 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. [источник не указан 326 дней] 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 (см. Преобразования Лоренца) . «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 человеческий пульс) или равномерная. Равномерная система отсчёта выбирается по определению, в настоящее время таковой локально считается атомное время, а эталон секунды — 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133 при отсутствии возмущения внешними полями. Следует отметить, что это определение — не произвольное, а связанное с наиболее точными периодическими процессами, доступными человечеству на данном этапе развития экспериментальной физики [3]. Полная статья тут: <a rel=”nofollow” href=”http://ru.wikipedia.org/wiki/Время” target=”_blank”>http://ru.wikipedia.org/wiki/Время</a>

одна из координат пространства-времени, вдоль которой протянуты мировые линии физических тел, а также сознание.

В классической физике под понятием время подразумевается ДЛИТЕЛЬНОСТЬ процесса. Вам стало БОЛЕЕ понятно? Я сомневаюсь! Время-это философская категория, в которой до сих пор никто не разобрался. Возможно, что ВРЕМЯ является ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ характеристикой (ТОЛЬКО ВОТ ЧЕГО??) . Еще никому не удалось повернуть время вспять. Правда, ЗАМЕДЛИТЬ ВРЕМЯ удалось. (СТО).

Официального научного определения что такое время не существует, есть только логические проекции и предположения

В классической физике, время — непрерывная величина, априорная характеристика мира, ничем не определяемая.

На самом деле Время – это процесс. Как мы замеряем время (Процесс)? Да как и всё. Берем эталон, желательно меньшей величины, чем измеряемый объект. И просто мерием кол-во эталонов в объекте измерения. Соответственно, чтобы замерить время, нужно две величины, эталон и кол-во. За эталон можно брать любые процессы, желательно более менее равные. К примеру, земля вращается и за один оборот мы получаем один день. День складывается в месяцы и потом в год и т. д. В данном случае эталонным процессом является полное вращение земпли вокруг своей оси (в ориентации нам помогает солнце). Т. е. таким образом получаем солнечные часы. В маятниковых часах берем за основу процесс передвижения маятника и просто механически считаем их. В песочных часах процессом является перетекание песка из одного сосуда в другой. В кварцевых часах процесс сжимания и разжимания кварца под воздействием электрического тока является эталоном, а к примеру в атомных часах это процесс излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133 при отсутствии возмущения внешними полями. И т. д. Соответственно можно подумать так, что если время =(это) процесс, то что-же порождает время? А порождает время самые самые базовые взаимодействия, которые происходят на самых самых самых нижних уровнях строения нашей вселенной. т. е. когда самые мельчайшие частички начинают взаимодействовать, то они создают множество множество процессов на более высоких уровнях порождая так называемые физические или химические процессы. Но при движении в пространстве группы “частиц”, самые мелкие процессы, между самыми самыми мелкими “частицами” начинают замедляться, таким образом та часть частиц которые перемещаются отрабатывают все хим или физ процессы уже не так быстро. А “частицы” которые более неподвижные делают эти процессы c более быстрой (по отношению к движущейся массе частиц) скоростью. т. е. Вывод, время – это результат взаимодействия самых маленьких частиц, поэтому если частицы в этом месте перестанут взаимодействовать или замедлятся, то и “время “(процесс) в этом месте замедлится. Но заметят это только зрители ВНЕ этого места, у которых частицы взаимодействуют со своей скоростью.

время это 4ая координата, перпиндикулярная xyz, с началом в точке ноль, где ноль это большой взрыв

touch.otvet.mail.ru

Время в физике

В классической физике время во Вселенной повсюду одинаково

Все физические явления и события в такой картине мира сводятся к движению материальных точек в пространстве. Движения происходят не как попало, а раньше или позже других движений, то есть в определенной последовательности, и имеют некоторую длительность. Эту длительность называют промежутком времени. Само же время представляется как неостановимый и непрерывный поток — река времени, вечно текущая и не зависящая ни от чего: ни от движущихся тел, ни от происходящих процессов. В общем, время, как и пространство, абсолютно. Иначе говоря, оно одинаково во всей Вселенной, как равно время, например, на территории всей Московской области.

Как узнать время?

Вопрос о том, как узнать время, сейчас кажется тривиальным, потому что у всех есть часы. Посмотрел на часы — узнал время. Нет часов — посмотрел на экран телевизора или послушал радио. Но в действительности вы не определили время, а лишь узнали его. А между тем кто-то это время нам установил, кто-то эту услугу нам оказал.

Измерением времени человечество интересуется с момента своего возникновения. Если бы люди не научились определять сезонные времена, не смогли бы выжить. Оседлая жизнь была бы невозможна. Интересно, что существовали календари, в которых указывалось не четыре, а лишь три сезона. Например, в Древнем Египте были сезоны половодья, сева и сбора урожая. Многие народы Европы знали только зиму, весну и лето. И естественно, что это время измерялось по положению астрономических тел — звезд, Солнца, Луны.

Существовало несколько очевидных масштабов: видимое годовое движение Солнца, Луны и изменение ее фаз, а также суточные движения небесных тел. Поэтому у разных народов возникали различные календари в зависимости от того, наблюдение за движением какого светила бралось за основу. Сразу же появилась и остается актуальной до сих пор проблема синхронизации разных календарей, поскольку периоды движений светил и Земли не кратны друг другу. Например, период обращения Земли вокруг Солнца содержит нецелое число периодов вращения Земли вокруг своей оси. Поэтому для удобства пользования по результатам астрономических наблюдений в календари надо вносить регулярные поправки, например високосные дни, что оказалось серьезной научной задачей. Человечество обходилось такими наблюдениями буквально всю свою историю.

В XVII веке после открытия Галилеем постоянства периода колебаний маятника были изобретены современные механические часы. В то время люди, по-видимому, никуда не торопились и у часов была только одна стрелка — часовая. Механические часы быстро достигли точности, превышающей точность хода небесных светил, и стали эталоном продолжительности интервалов времени. Однако начало отсчета интервалов все равно необходимо согласовывать с небесными событиями, чтобы у всех людей было единое время.

В 50-е годы ХХ века возникли кварцевые эталоны времени, точность которых составляет несколько миллионных долей секунды в сутки. Но и их качество перестало удовлетворять людей. Сейчас, когда человечество занимается очень тонкими задачами, требования к измерению времени возрастают необычайно. Мы даже не представляем, что живем в системе, где существует мировое время, которое регулярно отслеживается, и поддерживается, и вводится во все наши информационные составляющие — телевидение, радио, компьютерные сети. И уже не хватает точности не только механических часов, но и кварцевых. Для дальнейшего улучшения измерения времени используют атомные эталоны частоты, стабильность которых в миллион раз выше стабильности вращения Земли.

Главный эталон времени России входит в группу лучших мировых эталонов. Он находится во Всероссийском научно-исследовательском институте физико-технических и радио­технических измерений (ВНИИФТРИ) в Зеленограде. Это очень сложный комплекс аппаратуры. Его погрешность не превышает одной секунды за полмиллиона лет.

Таким образом, время узнать очень трудно, потому что есть несколько физических механизмов измерения промежутков времени и нужда в синхронизации разных времен. А уж мы с вами только смотрим на отображение того времени, которое добыто для нас его хранителями.

Поделиться ссылкой

sitekid.ru

Как пишется в скором времени?

Орфографический словарь

скорый

ск`орый; кр. ф. скор, скор`а, ск`оро

Словарь Ожегова

СКОРЫЙ, ск’орый, -ая, -ое; скор, скора, скоро.
1. Совершающийся, осуществляющийся быстро, в короткий промежуток времени; обладающий большой скоростью. С. ход. Скорая расправа. Скоро (нареч.) бежит. Скоро (нареч.) хорошо не бывает (посл.). С. поезд. Скорая (медицинская) помощь (1) медицинское учреждение, оказывающее экстренную помощь при состояниях, угрожающих жизни и здоровью; 2) автомашина этого учреждения, приезжающая с врачом к пострадавшему или больному). Скорее! (побуждение действовать с большей скоростью).
2. Слишком спешащий, нетерпеливый (разг. ирон.) Какой ты с.! (неодобрительное замечание тому, кто спешит, торопит, выражает нетерпение).
3. Близкий по времени, такой, к-рый наступит через короткий промежуток времени. В скором времени (в недалёком будущем). Скоро (в знач. сказ.) праздник. До скорого свидания! (приветствие при прощании). Скоро (нареч.) приеду.
4. скорая, -ой, ж. То же, что скорая помощь (разг.). Скорая работает круглосуточно. Врач со скорой. Приехала скорая.
5. скорее, вводн. сл. Выражает уточнение; вернее сказать. Он не зол, скорее, эгоистичен.
• На скорую руку (сделать что-н). (разг.) быстро и небрежно, а также вообще торопливо. Сшить на скорую руку. Закуска на скорую руку.
Скор на руку (разг.) 1) быстро делает что-н.; 2) быстро и легко раздаёт удары, колотушки.
А скорее (а скорее сказать), в знач. союза то же, что а вернее (а вернее сказать).
Скорее… чем (нежели), союз выражает: 1) предпочтительность. Скорее умрём, чем сдадимся; 2) уточнение. Похож скорее на отца, чем на мать.
Скорее всего, вводн. сл. очень вероятно. Он, скорее всего, сегодня не придёт.
Скорее бы, в знач. частицы (разг.) выражает желание быстрейшего осуществления чего-н. Скорее бы каникулы! Скорее бы от пришёл!

Словарь Даля

СКОРЫЙ, о движении, шибкий, проворный, бойкий, быстрый, прыткий; | о сроке, близкий, наступающий, грядущий; | о действии, спешный, торопкий; немедленный. В военном деле отличают три шага: тихий, скорый, и беглый, а был еще учебный. Скорый ход, бег, лет. Скорая зима, ранняя.

Время на английском языке. Часы на английском. Как ответить сколько время или который час?

Скорый приезд, вскоре ожидаемый. Скорая помощь. Скорый на гнев, скор и на милость, вспыльчивый. Да будет всяк человек скор услышати, и косен глаголати, Иак. Посевай в скорейшее, самоскорейшее время. Скоренек на осуд, опрометчив. Скорая работа, спешная, или быстрая, успешная.

Словарь Ефремова

СКОРЫЙ 1. м. разг. Скорый поезд. 2. прил. 1) а) Происходящий с большой скоростью, на большой скорости (о передвижении). б) Отличающийся большой скоростью. 2) а) Производимый, совершаемый без промедления, в короткий срок. б) разг. Торопливый. 3) разг. Быстрый в своих действиях, решениях, выводах и т.п. 4) Такой, который должен наступить, произойти или наступит, произойдет через короткий промежуток времени.

Словарь Ушакова

СКОРЫЙ скорая, скорое; скор, скора, скоро. 1. Передвигающийся быстро, обладающий большой скоростью передвижения. Скорый ход. Скорый полет. Скорый поезд. Итти скорым шагом. Скоры ноженьки (нар.-поэт.). || Совершающийся быстро, без промедления или в короткий промежуток времени. Скорый разговор. Скорая работа. Скорая помощь (см. помощь). Скор на гнев. Он скор в работе. Я… с детства был скор на руку. Лесков. || Спешащий, нетерпеливый (разг. ирон.). Ишь ты, какой скорый, подождать не можешь! 2. Такой, что в ближайшем времени должен наступить, недалекий по времени. В скором времени. Скорый приезд. До скорого свиданья. На скорую руку (сделать что-н.) — слишком быстро, небрежно.

Недавно просмотрено:

Примеры употребления слова вскорости в литературе.

Говорили, что это немецкое начальство подстроило, но и Аносов себя не уронил: вскорости генеральский чин получил и томским губернатором сделался.

Вскорости пришло и второе испытание для сорокинского честолюбия: из-за гор появился Кожух, которого считали погибшим, и с налета взял Армавир, отбросив белых за Кубань.

Старуха поломалась, поломалась, а потом расплакалась, раскудахталась и вынуждена была признаться, что Филонов, ее двоюродный брательник, действительно бывал у нее не один раз, что последний раз он был у нее о прошлом месяце и что вскорости опять обещал прийти и обещал принести ей вязальных иголок и цветной шерсти.

Ворсму спалили, Павлов Острог захватили, Гороховец на колени поставили, ныне уж к Мурому подбираются, того и гляди, во Владимир вскорости нагрянут.

Взысканный такой удивительною удачей, Деметрий вскорости узнает, что дети его и мать на свободе — Птолемей не только отпустил их с миром, но и осыпал дарами и почестями, — а затем приходит известие о дочери, выданной за Селевка: она сделалась женою Антиоха, сына Селевка, и царицею над варварами внутренних областей Азии.

Назначенный к нам в Заволжск сначала викарием, а затем и губернским архипастырем, он проявил столько мудрости и рвения, что вскорости был вызван в столицу, на высокую церковную должность.

Морганом и Дерри обсуждал предложенную Раеулом прогулку, и к их беседе присоединился отец Иреней, а также любезный, благовоспитанный юноша по имени Радуслав, приходившийся внуком графу Берронесу, однако вскорости все разговоры стихли, и присутствующие, как один человек, обернулись к Лайему и его дядьям, когда гонец в ливрее пал ниц у их ног и торопливо принялся что-то говорить.

С этих пор, утверждает Ктесий, и замыслила Парисатида извести Статиру и вскорости ее отравила, но утверждение это неправдоподобно и даже нелепо — можно ли поверить, чтобы из-за Клеарха Парисатида решилась на такой страшный и опасный шаг и убила законную супругу царя, родительницу наследников престола?

Вскорости этого купца нашли, и золотой лапоток рядом положен — дескать, этой печатью приложено.

За прошедшие двести лет литовцы разделили с поляками Пруссию, изгнали ливонских рыцарей из куршских, ливских и эстских земель, успешно противостояли своим северным соседям, скандинавам, и даже было распространили свою власть на Карелию, впрочем, ненадолго — вскорости им довелось вернуть ее новгородцам.

Вот этого Цыгана и словили вскорости в Новониколаевске — так в ту пору Новосибирск обзывался,- на базаре, дорогую фарфоровую посуду продавал.

В сыске проведал, что будет спущен тот вор Стенька на Серпуховскую дорогу, и там бы тебе, воеводе, князю Юрию, вскорости получения моей отписки учинить на заставе дозор и опрос всех пеших и конных неслужилых людей, докудова не зачнет рассвет, ибо изыдет разбойник в ночь.

Обломки камней, лежащие на поверхности льда, предохранили его от дальнейшего проваливания и мы вскорости выудили его обратно.

Нет, отца пощадили, но он умер вскорости, когда узнал, что Сомоса расстрелял его внучек.

Если ты не фрайер, сделай, чтобы капитан Прищепа вскорости лыжи отбросил.

В скором времени на английский

Для наиболее точного перевода слова В скором времени мы подключили специализированные словари. Вы так же можете воспользоваться переводчиком от Google или Яндекса.

Если вам нужен не дословный перевод, а художественый, то вы нужном месте.

Синонимы к слову «в скором времени»

Мы сделали выборку словосочетаний из популярных переводов субтитров фильмов и песен. И наш бесплатный нейронный переводчик перевел В скором времени

Как пишется: В скором времени

Слово В скором времени пишется как I’ll be leaving the country in a little while so I want to see you just one more time.”

Примеры в диалогах к фильмам

#	ru	en	Популярность
#1	В скором времени я покину страну и поэтому …	I’ll be leaving the country in a little while so I want to see you just one more time.”	1
#2	Возможно в скором времени вы сможете сами себе устроить …	Perhaps soon you’ll be giving a formal dinner yourself, sir.	1
#3	… это сказать… я надеюсь, что в скором времени вы сможете уехать…	And I think we know … Enough to tell … I hope someday I can you return to Devon.	1
#4	… принадлежит не только мне, но, в скором времени, и вашей дочери.	Besides, my fortune doesn’t belong to me any more… it’ll belong to your daughter very soon.	1
#5	“Официальное заявление ожидается в скором времени.”	An official announcement may be expected shortly.	1
#6	Если в скором времени не выйдем на связь, люди …	If we don’t get it soon, people will be worried about us.	1
#7	Даю вам слово, что Коляска будет готова в скором времени	I promise, I’ll get it for you as quickly as I can.	1
#8	… обнадежить, просила передать, что она в скором времени обратит на меня внимание. Но…	You have told me she hath received them and returned me expectation and comforts of respect and acquaintance, but I find…	1
#9	Я принесу вам кое-какие новости в скором времени.	I’ll bring you some news before long.	1
#10	Начнется массовая истерия Если в скором времени все это не прекратится.	There’ll be mass hysteria if it doesn’t stop soon.	1
#11	Чума в скором времени пересекла Пиренеи	The disease soon crossed the Pyrenees…	1
#12	Полное заявление появится в скором времени.	A full statement will be issued shortly.	1
#13	Не думаю, что они вернуться в скором времени.	I don’t think they’ll be back for a while.	1
#14	Я в скором времени их улажу.	I can soon take care of them.	1
#15	Если ничего не произойдет в скором времени, я свихнусь.	If nothing turns up soon, I’ll go round the twist.	1

Переводчик

То есть мы не только знаем, как двигаются разные объекты, но и можем сравнить их скорости. А что такое скорость в физике? Как найти скорость тела, и что такое единицы измерения скорости?

Скорость в физике: как найти скорость?

В 7 классе на уроках физики вводят понятие скорости. Без сомнения, все школьники к этому моменту уже знакомы с этим словом и представляют, что оно означает.

• А также знают, что скорость измеряется в км/ч и обозначается буквой V.

Но объяснить, что же такое скорость в физике, каковы единицы скорости, связно вряд ли смогут. Именно потому это простое, казалось бы, понятие требует пояснений и разбора.

В физике быстроту движения Васечкина, Renault и Боинга называют скоростью их движения. И скорость эта характеризует, какой путь преодолевает каждый из участников этого путешествия за единицу времени. И если в полете расстояние в 1350 километров между Москвой и Краснодаром мы преодолеем за два часа, на машине нам потребуется никак не меньше 15 часов, то пешком бесшабашный Васечкин сможет в бодром темпе как раз прошагать весь свой отпуск и прибыть на место лишь для того, чтобы поцеловать тещу, отведать блинов и сесть на самолет до Москвы, дабы успеть на работу в понедельник.

Соответственно, за единицу времени за час самолет пролетит 670 километров, машина проедет 90 километров, а турист Васечкин отмахает аж целых пять километров дороги. И тогда говорят, что скорость самолета 670 километров в час, машины 90 км в час, а пешехода 5 км/ч. То есть, скорость определяется делением пройденного пути на единицу времени на час, на минуту или на секунду.

Единицы измерения скорости

На практике применяются такие единицы, как км/ч, м/с и некоторые другие. Обозначают скорость буквой v, расстояние буквой s, а время буквой t.

Русско-английский перевод В СКОРОМ ВРЕМЕНИ

Формула для нахождения скорости в физике выглядит так:

Где s — пройденный путь
t — время, затраченное на преодоление этого пути 

А если нам надо пересчитать скорость не в километрах в час, а в метрах за секунду, то пересчет происходит следующим образом. Так как 1 км=1000 м, а 1 ч = 60 мин = 3600 с, то можно записать: 1 км/ч=(1000 м)/(3600 с). И тогда скорость самолета будет равна: 670 км/ч=670×(1000 м)/(3600 с)=186м/с

Кроме своего числового значения, скорость имеет еще и направление, поэтому на рисунках скорость обозначают стрелкой и называют векторной величиной.

Средняя скорость в физике

Отметим еще один момент. В нашем примере водитель машины вел машину со скоростью 90 км/ч. По шоссе он мог ехать равномерно с такой скоростью долгое время. А вот проезжая по пути разные города, он то останавливался на светофорах, то полз в пробках, то короткими урывками набирал хорошую скорость.

Т.е. его скорость на разных участках пути была неравномерной. В таком случае вводят понятие средней скорости. Средняя скорость в физике обозначается V_ср  и считается также как и скорость при равномерном движении. Только берут общее расстояние пути и делят на общее время.

Нужна помощь в учебе?

Предыдущая тема: Механическое движение: равномерное и неравномерное.
Следующая тема:&nbsp&nbsp&nbspРасчет пути, скорости и времени движения: равномерное и неравномерное

krasferret.ru

«Проблема времени» в физике

«Проблема времени» в физике

И.К.РОЗГАЧЕВА, Ю.А.КОЖУХОВА,
МПГУ, г. Москва

«Проблема времени» появилась в результате попыток ответить на вопрос: «Что такое время?» На первый взгляд, этот вопрос кажется простым. Вся наша жизнь и деятельность происходит во времени. Мы осознае1м его течение в череде событий дня, в смене дней и ночей, в регулярной последовательности времен года. Измеряют время с помощью периодических явлений природы. Так, эталон года равен промежутку времени между двумя последовательными прохождениями центра видимого диска Солнца через точку весеннего равноденствия. Эталоном суток является период вращения Земли вокруг собственной оси. Это вращение наблюдают как суточное обращение звездного небосвода вокруг Земли. Современный эталон секунды – атомная секунда – был принят в 1967 г. на XIII Международной конференции по мерам и весам. Он вводится с помощью генератора высокочастотных колебаний, в котором используются колебания атомов цезия-133. Одна атомная секунда равна интервалу времени, за который происходит 9 192 631 700 таких колебаний. Колебания фиксируются как радиоизлучение длиной волны около 3,26 см.

В физике метод измерения определяет физическую величину. Например, ускорение есть физическая величина, характеризующая изменение скорости в единицу времени. При таком подходе время следует определить как математическую величину, которую используют для измерения длительности событий. Видимо, поэтому древнегреческий философ и математик Платон (427-347 гг. до н.э.) рассматривал время как математический образ вечности, ведь интервалы времени – сутки и год – остаются всегда неизменными.

Однако под одним и тем же звездным небом происходят самые разные события. Мы точно знаем, что наш вчерашний день отличается от настоящего, а на будущий день мы планируем новые дела и ждем новых событий. Понятия «прошлое», «настоящее» и «будущее» являются качественными характеристиками событий. Они отражают главное свойство времени: оно всегда неумолимо изменяется от прошлого к будущему.

Знаменитый ученик Платона Аристотель (384-322 гг. до н.э.) считал, что деление времени на прошлое и будущее происходит только в душе человека. В космосе все интервалы времени равноправны, причем моменты прошлого и будущего не существуют, реально только одно мгновение настоящего. Это представление следовало из опыта астрологических предсказаний, которые были частью культуры эпохи Аристотеля. Астрологи, используя одни и те же перемещения небесных светил, предсказывали разное будущее разным людям.

Таким образом, уже в эпоху античности появилось интуитивное представление об абсолютном времени, которое связывали с движением вечного и неизменного для всех звездного неба, и об относительном времени, которое образуют моменты времени, фиксирующие события прошлого, настоящего и будущего каждого отдельного человека. «Проблема времени» состоит в том, чтобы объяснить существование относительного времени и найти причины необратимой последовательности событий от прошлого к будущему.

Интерес к этой проблеме сохранялся в течение многих веков. Исторически сложилось так, что относительное время стало рассматриваться как результат деятельности души. Например, знаменитый средневековый богослов Блаженный Августин писал: «В тебе, душа моя, измеряю я времена … и когда измеряю их, то измеряю не самые предметы, которые проходили и прошли уже безвозвратно, а те впечатления, которые они произвели на тебя». Понятно, что такой способ измерения времени не подходит для количественного описания движения тел. Поэтому физики и математики второй половины XVII в. использовали абсолютное время. Именно его существование постулировал Исаак Ньютон в «Математических началах натуральной философии» (1687 г.). Он определил его как «абсолютное, истинное, математическое…», причем оно «без всякого отношения к чему-либо внешнему протекает равномерно и иначе называется длительностью». Это определение времени отражено в структуре второго закона динамики Ньютона. Математическая запись этого закона не изменяется, если изменить знак времени t на –t, т.е. обратить абсолютное время t вспять. Принято говорить, что динамика Ньютона симметрична по абсолютному времени.

Однако элементарное сознательное восприятие времени – поток, или перемещение момента «теперь» в будущее, – не имеет места в физическом описании реального мира, и это является одной из наиболее непостижимых загадок физики. Совершенно не ясно, является ли это недостатком тех физических теорий, которые нам известны, или же ощущение течения времени представляет собой иллюзию. Таким образом, объяснение происхождения «стрелы времени» есть важнейшая проблема физики.

Симметрия по абсолютному времени связана с фундаментальным свойством нашего мира. В 1918 г. математик Э.Нётер доказала очень важную теорему. Из нее следует, что если уравнение движения тела симметрично по времени, то полная энергия тела сохраняется, т.е. не зависит от времени. Поэтому, используя только полную энергию какой-либо системы, нельзя ввести различие между прошлым и будущим.

Однако это можно сделать, если движение системы неустойчиво. В качестве примера рассмотрим движение обычного маятника. Пусть грузик, висящий на нерастяжимой нити, может двигаться в вертикальной плоскости (рис. 1).

Рис. 1. Математический маятник

Мы будем пренебрегать как размерами грузика, так и любыми диссипативными процессами – трением в точке подвеса, сопротивлением воздуха и т.п. В этом случае маятник называют математическим. Его полная энергия сохраняется и равна

Здесь m – масса грузика, l – длина нерастяжимой нити, w – угловая скорость. Маятник гравитационно взаимодействует с массой Земли, и его потенциальная энергия равна U = mgl(1 - cos j), где g – ускорение силы тяжести, j – угол отклонения маятника. Период колебаний маятника Т₀ зависит, вообще говоря, от максимального значения угла отклонения j₀.

Если то

Для качественного анализа типов энергетических состояний маятника физики используют фазовый портрет. Так называют геометрическую картину, на которой изображена зависимость импульса маятника p = ml²w от угла j. Фазовый портрет можно нарисовать, зная только полную энергию Е. Он показан на рис. 2.

Рис. 2. Фазовый портрет маятника

Если Е < 2mgl, то угол отклонения j < p/2, и маятник совершает колебания относительно точки А. Эти колебания устойчивы, т.к. при любом малом внешнем ударе, т.е. при небольшом изменении полной энергии, маятник сохранит колебательный тип движения, хотя амплитуда колебаний слегка изменится.Фазовая кривая колебаний замкнута и при небольших j₀ является эллипсом. Если Е > 2mgl, грузик будет совершать вращения. Им отвечает линия, похожая на косинусоиду. Состояние вращения тоже устойчиво. Если движение маятника устойчиво, то качественные характеристики этого движения, будь то колебания или вращения, одинаковы для всех моментов времени. Образно говоря, во все моменты времени маятник повторяет сам себя, и у него нет ни прошлого, ни будущего.

Если Е = 2mgl, то маятнику хватает энергии лишь для того, чтобы достичь самой верхней точки В. Фазовую траекторию в этом случае называют сепаратрисой – линией, которая делит фазовую плоскость на две области: область вращений и область колебаний.

Из опыта мы знаем, что положение маятника в точке В неустойчиво, т.к. при любом малом внешнем воздействии маятник из этого положения выйдет и начнет падать в нижнее положение. Если уменьшить энергию маятника, он будет колебаться и уже не достигнет точки В. Если же его энергию увеличить, то он будет вращаться и проходить точку В, не останавливаясь. Таким образом, движение по сепаратрисе или вблизи нее неустойчиво. Это свойство неустойчивости движения позволяет ввести понятия прошлого и будущего для маятника. Например, пусть маятник совершает колебания вблизи сепаратрисы и его энергия равна Е₁ =  2mgl – dE, где dE n mgl. В момент времени t₀ грузик получает слабый толчок, и его энергия становится равной E₂ = 2mgl + dE.
Энергия толчка равна Е₂ – Е₁ =   2(dЕ) n 2mgl. В результате при t > t₀ маятник уже будет вращаться. В момент t₀ произошло событие, толчок, которое качественно изменило состояние движения маятника: он перешел от колебаний к вращениям. Поэтому время t < t₀ до толчка можно назвать прошлым, момент t₀ – настоящим, а время после толчка t > t₀ – будущим. Подчеркнем, что благодаря неустойчивости состояние маятника изменилось необратимо, т.е. сам по себе он не вернется в свое прошлое, т.е. в колебательное состояние. Для такого перехода необходимо внешнее воздействие.

Понятие неустойчивости фазовых траекторий было введено русским математиком Софьей Ковалевской в 1889 г. в работе, посвященной математической модели колец Сатурна. Затем, в начале 90-х гг. XIX в. русский математик Александр Ляпунов начал развивать оригинальную теорию устойчивости движений динамических систем.

Вопросы неустойчивости и устойчивости фазовых траекторий привлекли внимание великого математика и физика Анри Пуанкаре. В 1892 г. он предложил гипотезу о связи неустойчивости состояния физической системы и необратимого течения времени от прошлого к будущему. Пуанкаре полагал, что если система находится в неустойчивом состоянии, то малые внешние воздействия могут переводить ее в качественно различные состояния. Например, от одномерных колебаний к двумерным или трехмерным (рис. 3), от вращений по  окружности к движению по сложным замкнутым поверхностям (рис. 4). Если эти переходы происходят быстро, то поведение системы похоже на хаотичное. Возврат в начальное неустойчивое состояние практически невозможен. Опыт показывает, что попасть в хао-тичное состояние легче, чем выйти из него.

 

Рис. 3. Переход от одномерных колебаний маятника с неподвижной точкой подвеса к трехмерным колебаниям маятника с подвижной точкой подвеса

Рис. 4. Переход от вращения по окружности к трехмерному движению по сложной замкнутой поверхности

Современники Пуанкаре не заметили его гипотезы. Она не была подкреплена математическим анализом. Для понимания неустойчивых движений еще не пришло время: не был достаточно развит аппарат теории вероятностей, и не было еще тщательных физических экспериментов, связанных с изучением турбулентных потоков в жидкостях и газах.

На рубеже XIX-XX вв. был создан математический аппарат молекулярно-кинетической теории термодинамических процессов в разреженных газах. Это произошло благодаря усилиям многих физиков-теоретиков, но больше всего для утверждения атомистики в физике сделал выдающийся немецкий физик Людвиг Больцман.

Больцман предложил динамическое объяснение законов термодинамики. Первый закон гласит: сумма подведенной к системе теплоты и работы, совершенной над системой, равна возрастанию внутренней энергии системы. Другими словами, энергия изолированной системы сохраняется, если принять, что теплота и работа есть формы кинетической энергии молекул.

Второй закон термодинамики устанавливает наличие в природе однонаправленности всех процессов. Например, горячие тела с течением времени охлаждаются, прыгающий мяч в конце концов останавливается. Здесь проявляется то свойство природы, которое Рудольф Клаузиус еще в 1850 г. сумел отделить от закона сохранения энергии. Это свойство состоит в том, что, хотя полное количество энергии должно сохраняться в любом процессе, распределение этой энергии по возможным состояниям термодинамической системы изменяется необратимым образом. Например, остывшее тело не может стать само по себе горячим, часть его тепла передана окружающей среде.

Второй закон термодинамики указывает естественное направление, в котором происходит изменение распределения энергии, причем это направление совершенно не зависит от общего количества энергии. Как понял Клаузиус, в любой изолированной системе все процессы идут так, что число способов распределить внутреннюю энергию по составляющим систему молекулам либо не изменяется, либо возрастает. Причем если в систему поступает теплота DQ при температуре Т, то число способов распределить внутреннюю энергию возрастает на величину DN, которая пропорциональна величине DS = DQ/T. Величину S Клаузиус назвал энтропией и записал в 1865 г. второй закон термодинамики для изолированных систем в виде: DS і 0. Таким образом, согласно Клаузиусу, энтропия изолированной системы никогда не уменьшается, и второй закон термодинамики «самый верный из всех известных нам опытных законов, он вернее смерти, так как смерть – только частный случай второго начала».

Строгое определение энтропии достаточно сложно, однако ей можно дать ряд интуитивно понятных физических толкований. Так, энтропию можно рассматривать как меру беспорядка. Если система имеет четко выраженную структуру и в ней царит порядок, то ее энтропия мала. Напротив, системы с высокой энтропией беспорядочны и хаотичны. Например, система, состоящая из расположенных рядом холодного и горячего тел, обладает более низкой энропией, чем аналогичная система, в которой оба тела находятся в равновесии и имеют одинаковую температуру. Дело в том, что система более упорядочена в тепловом отношении, если теплота сосредоточена главным образом в горячем теле, чем если ее распределить равномерно по всей системе. Иначе говоря, в первом случае система более организована.

Состояние равновесия можно отождествить с состоянием, когда энтропия максимальна. При любых изменениях изолированной системы ее энтропия возрастает. Когда же система достигает наконец равновесия, энтропия больше не увеличиватся – она достигла своего максимума.

Энтропию можно также связать с информацией. Когда система находится в высокоупорядоченном состоянии с малой энтропией, для ее описания требуется много информации. В беспорядочной системе с большой энтро-пией содержится мало информации. Обычно приводимый пример – текст, который вы сейчас читаете. Когда буквы алфавита специально расставлены в должном порядке, текст несет информацию в виде слов и т.д. Если рассыпать набор и перемешать все буквы, количество информации станет существенно меньше. Вывод: информацию можно отождествить с отрицательной энтропией, или, как иногда говорят, негаэнтропией. Когда энтропия растет, информация утрачивается.

В 1866 г. двадцатидвухлетний Больцман поставил перед собой задачу: дать молекулярно-кинетическое обоснование необратимого роста энтропии в нашем мире. Для достижения этой цели ему потребовалось около сорока лет. В результате были созданы основы статис-тической механики и получена математическая формулировка гипотезы молекулярного хаоса. Эта гипотеза обсуждалась еще греческими атомистами Эпикуром и Демокритом, которые полагали, что материя состоит из маленьких частиц, находящихся в непрестанном хаотическом движении. Если ограниченный объем газа находится в состоянии молекулярного хаоса, то в любой точке объема может находиться любая молекула с любой скоростью. В этом случае распределение молекул по скоростям описывается функцией Максвелла-Больцмана.

Согласно Больцману молекулярный хаос нельзя уничтожить, т.е. движение материи имеет вероятностную природу. Он показал, что в молекулярном хаосе число способов распределить энергию максимально. Тогда из второго закона термодинамики следует, что направление всех природных процессов таково, что любые упорядоченные структуры должны разрушаться и переходить в хаотическое состояние. Следующим шагом в рассуждениях Больцмана было введение направления течения времени: время течет в направлении роста энтропии. Переходы в состояние молекулярного хаоса создают время. Полное разрушение упорядоченных структур ассоциируется со смертью. Поэтому направление времени, введенное Больцманом, – это направление к смерти Вселенной.

Однако и наш повседневный опыт, и астрономические наблюдения свидетельствуют о том, что наряду с процессами разрушения структур, выравнивания температур и концентраций веществ идут разнообразные процессы самоорганизации материи. Как раз благодаря самоорганизации существуют все удивительные формы жизни, имеющие очень высокую степень упорядоченности. Получается, что либо самоорганизующиеся системы не подчиняются закону роста энтропии и не чувствуют больцмановского времени, либо увеличение энтропии не всегда сопровождается переходом всей системы к полному хаосу.

В первом случае фактически предполагается, что самоорганизующиеся системы - живые организмы – принципиально отличаются от всего остального мира и, возможно, даже не подчиняются физическим законам. Именно такую идею предложил в начале 80-х гг. ХХ в. лауреат Нобелевской премии биофизик И.Пригожин. Он исходил из того факта, что живая материя отличается от неживой своей способностью изменяться. Любой организм растет, изменяется его форма, появляются новые функции, позволяющие более комфортно существовать в природе. Эту способность еще Аристотель назвал самоорганизацией. Именно благодаря самоорганизации живая материя эволюционирует от простых организмов к существам со сложной нервной системой. Пригожин считает, что необходимо создавать новую физику живых систем.

Так ли это? Можно ли понять явление самоорганизации, используя известные физические законы? Ответ на этот вопрос скорее всего утвердительный. Действительно, ведь явления самоорганизации известны и в неживой природе. Самый яркий в буквальном смысле пример - это Солнце, наше дневное светило. Солнце как структура существует благодаря балансу между электромагнитным и гравитационном взаимодействиями. Тяготение всей массы Солнца сжимает его вещество до плотностей порядка 10⁵ кг/см³. В этом случае среднее расстояние между частицами оказывается меньше характерного размера атома водорода (10-10 м). Поэтому в недрах Солнца атомов нет, а вещество представляет собой плазму – горячий газ из протонов и электронов. Плазма в целом электрически нейтральна, но ее давление определяется кулоновским отталкиванием электронов. Это связано с тем, что масса электрона примерно в тысячу раз меньше массы протона. В однородно нагретой плазме средняя кинетическая энергия электронов и протонов одинакова, но их средние скорости различны из-за различия масс. Электроны движутся быстрее протонов и поэтому чаще встречаются и обмениваются импульсами друг с другом, а не с протонами. Обмен импульсами происходит за счет электромагнитного взаимодействия электронов, и именно этот обмен создает давление плазмы.

В Солнце давление плазмы уравновешивается тяготением суммарной массы протонов. Это равновесие имеет статистический характер и выполняется в среднем по объему Солнца. Для подобных систем справедлива теорема вириала, впервые сформулированная и доказанная Клаузиусом. Согласно этой теореме в изолированной системе суммарная внутренняя энергия движения частиц системы Е и энергия их взаимодействия U связаны соотношением 2Е + U = 0. Применяя эту теорему к солнечной плазме, следует считать U гравитационной энергией массы плазмы. Эта энергия отрицательна: U < 0. Суммарная кинетическая энергия частиц плазмы Е > 0. Полная энергия Солнца 1 = Е + U = –E. Полная энергия отрицательна: 1 < 0, как и должно быть для равновесной изолированной системы, состоящей из большого числа частиц, которые удерживаются вместе гравитационным притяжением.

В недрах Солнца, на глубине больше 200 тыс км, температура плазмы достигает 10 млн градусов. При таких температурах становится возможным протекание термоядерных реакций горения водорода – протон-протонный цикл. Благодаря им на Солнце из водорода образуется гелий и рождаются фотоны. Эти фотоны постепенно уходят из недр Солнца, достигают его поверхности и затем излучаются в космическое пространство – Солнце излучает часть своей энергии D1. Путешествуя из недр Солнца к его поверхности, фотоны из g-квантов превращаются в оптические и часть своей энергии отдают плазме. Плазма нагревается, и ее тепловая энергия Е увеличивается. Нагрев происходит медленно: за год температура солнечных недр изменяется менее чем на одну сотую градуса. Поэтому можно считать, что нагрев не нарушает вириального равновесия Солнца. В этом случае изменение полной энергии Солнца, несмотря на нагрев плазмы, будет отрицательным, т.к. D1 = -DE < 0 при DE > 0. Тогда изменение энтропии недр Солнца, согласно формуле Клаузиуса, равно DS = D1/Т = -DЕ/Т < 0. Таким образом, в ходе эволюции Солнца его энтропия убывает!

Убыль энтропии означает, что на хаотичное движение частиц плазмы накладывается упорядоченное движение типа конвективных потоков. Образно говоря, Солнце, сжигая свою массу, самоорганизует свое внутреннее строение, переходя от хаотичных микроскопи-ческих движений к крупномасштабным упорядоченным конвективным движениям.

Заметим, что у замкнутой системы Солнце + его излучение энтропия растет. Действительно, энтропия излучения пропорциональна объему, в котором оно находится. Для излучения, покидающего Солнце, этот объем растет. Таким образом, второе начало термодинамики в рассматриваемом случае выполняется. Однако полной хаотизации системы не происходит: недра Солнца самоорганизуются, а его излучение переходит в хаотичное состояние. Этот пример свидетельствует о том, что рост энтропии не всегда сопровождается тепловой смертью.

Самоорганизация Солнца происходит благодаря гравитационному взаимодействию всех частиц плазмы, т.е. она является результатом коллективного взаимодействия.

Вернемся к гипотезе Больцмана о времени. Она включает в себя два предположения. Во-первых, рост энтропии означает переход системы частиц в состояние молекулярного хаоса. Во-вторых, молекулярный хаос является наиболее вероятным и естественным состоянием материи.

Первое предположение, вообще говоря, неверно для систем, в которых существенную роль играет гравитационное взаимодействие. Это понятно из описанных выше некоторых свойств Солнца.

Второе предположение сыграло огромную роль при создании квантовой теории материи. Макс Планк использовал его в 1900 г. в работе, посвященной анализу свойств излучения абсолютно черного тела. В квантовой механике принят постулат о вероятностной природе движения материи.

Больцман был твердо убежден в существовании молекул и полагал, что хаотичность движения является их фундаментальным свойством и не связана с какими-либо взаимодействиями. Именно эта хаотичность и приводит к тому, что в результате столкновений устанавливается равновесное распределение молекул в идеальном газе.

Эти представления Больцмана использовали творцы квантовой теории материи, принимая постулат о вероятностной природе материи. Согласно этому постулату все события носят вероятностный характер и любое событие может повториться с абсолютной точностью. Например, элементарные частицы, в каких бы ядерных процессах они ни появлялись, всегда имеют один и тот же набор фундаментальных параметров. Так, электрон рождается всегда с одной и той же массой, с одним и тем же электрическим зарядом и с одной и той же из двух возможных проекций спина. При всем разнообразии элементарных частиц общим для них является то, что они сохраняют свою идентичность всегда. Поэтому только с их помощью нельзя отличить прошлое состояние системы от будущего. Электрон, существовавший сто лет назад, не отличается от наблюдаемого сегодня электрона или электрона, который будет существовать через сто лет. Отсюда следует, что в квантовой механике, созданной для описания микромира, не существует времени как последовательности неповторимых событий.

Таким образом, гипотеза о молекулярном хаосе, вообще говоря, не помогает решить «проблему времени». Следует отметить, что эта гипотеза помогла Больцману найти для идеального газа функцию, которая зависит от типа распределения молекул по скоростям и всегда растет при переходе от неравновесного распределения к равновесному. Эту функцию называют теперь энтропией по Больцману. Качественный смысл ее в следующем. Пусть есть объем газа, и суммарная кинетическая энергия молекул равна Е. Эту энергию можно распределять разными способами по молекулам. В равновесном газе число способов распределить конечную энергию Е бесконечно, т.к. любая молекула может иметь любую кинетическую энергию из интервала от 0 до Е, а число точек в этом интервале бесконечно.

В неравновесном газе каждая молекула имеет определенную энергию. Если молекулы одинаковые, то одному и тому же неравновесному состоянию может соответствовать N способов распределения энергии Е по молекулам. Каждое такое распределение называют состоянием системы: число N равно числу состояний, допустимых при заданной энергии. Энтропия по Больцману равна S = klnN, где k – постоянная Больцмана. При переходе от неравновесного состояния к равновесному число состояний N растет, соответственно растет и энтропия. В качестве примера рассмотрим ламинарное и турбулентное течения жидкостей. При подсчете больцмановской энтропии для ламинарного потока надо рассмотреть, как распределяется внутренняя энергия по молекулам. В турбулентном потоке струйки жидкости перемешиваются. Внешне беспорядка больше, чем в ламинарном потоке, но энергия распределяется по турбулентным вихрям, которые состоят из громадного числа молекул. Число вихрей гораздо меньше, чем число молекул. Энергия в турбулентном потоке распределяется меньшим числом способов, чем в ламинарном, – соответственно энтропия по Больцману ламинарного потока больше, чем энтропия турбулентного.

Итак, к концу XIX в. в теоретической физике появилось два определения энтропии – энтропия по Клаузиусу и энтропия по Больцману.

Энтропия по Клаузиусу характеризует способность газа перераспределять поступающую извне тепловую энергию. Чем больше тепла поглощается, тем больше изменение энтропии. Энтропию по Клаузиусу можно измерить.

Энтропия по Больцману не является наблюдаемой величиной. Дело в том, что, во-первых, любой реальный объем газа состоит из огромного числа частиц. Поэтому выполнить наблюдения координат и скоростей всех молекул, определив тем самым состояние системы, практически невозможно. Во-вторых, согласно гипотезе молекулярного хаоса координаты и скорость каждой молекулы изменяются случайным образом и независимо друг от друга. В этом случае каждому значению координаты молекулы отвечает бесконечное число возможных значений ее скорости. Это означает, что наблюдать конкретное состояние системы как совокупность определенных значений координат и скоростей молекул не только трудно, но и принципиально невозможно, если верна гипотеза молекулярного хаоса. Таким образом, число N можно только вычислить теоретически и нельзя проверить экспериментально. Соответственно энтропия по Больцману оказывается только теоретической величиной, которая может и не совпадать с энтропией по Клаузиусу. Этот факт стимулировал поток критических замечаний со стороны физиков и философов, живших в эпоху Больцмана. Замечания касались как самой гипотезы, так и математических расчетов Больцмана. Больцман воспринял эти замечания крайне эмоционально, страдая от насмешек и непонимания коллег. Возможно, именно эти страдания способствовали развитию у него депрессии и сильных головных болей. В результате 5 сентября 1906 г. Больцман покончил с собой.

Трагедией Больцмана было то, что он не дожил до полного признания своих идей всего нескольких месяцев, когда их активно начали использовать Эренфест, Смолуховский, Эйнштейн, Зоммерфельд.

Вопрос о связи энтропий по Больцману и по Клаузиусу остается актуальным до сих пор. Когда их можно отождествить? Ответ на этот вопрос нашел в 1947 г. физик Николай Крылов. Он выполнил несколько работ, посвященных динамическому обоснованию статистической механики. Крылов показал, что газ, состоящий из точечных частиц (модель абсолютно упругих молекул) и находящийся в ограниченном объеме, переходит из любого состояния в состояние молекулярного хаоса только благодаря столкновениям частиц. Для этого достаточно выполнения закона сохранения импульса при столкновениях и релятивистского соотношения 1² = (pc)² + (mc²)² между энергией 1, импульсом р и массой m любой молекулы. Оказывается, в этом случае траектория любой частицы неустойчива, и любое столкновение изменяет эту траекторию необратимым образом. Поэтому, даже если в начальный момент все частицы имели одинаковые импульсы и были сосредоточены в небольшой части объема, с течением времени каждая частица сможет побывать в любой части объема, ее импульс будет изменяться во всех направлениях, а его величина пробегать все доступные значения. В результате благодаря столкновениям в газе установится статистическое равновесие частиц, аналогичное распределению Максвелла. Как известно, закон сохранения импульса есть следствие однородности пространства. Кроме того, в частной теории относительности доказывается, что связь между 1, р и m есть следствие однородности и изотропии пространства, однородности времени и постоянства скорости света в вакууме. Поэтому результат Крылова о неизбежности перехода газа точечных частиц в состояние молекулярного хаоса является следствием свойств пространства и времени, а также ограниченности максимальной скорости распространения взаимодействий.

Таким образом, совсем не обязательно принимать постулат о молекулярном хаосе. Для появления хаотичного состояния необходимо, чтобы, во-первых, движения частиц были неустойчивыми, и во-вторых, эти частицы сталкивались или взаимодействовали друг с другом. Это взаимодействие называют внутренним. Оно только перераспределяет энергию внутри системы и является коллективным взаимодействием частиц.

Крылов показал, что для газа точечных частиц энтропии по Клаузиусу и по Больцману совпадают. Каждую из них можно выразить через среднее время свободного пробега частиц (между двумя последовательными столкновениями). Чем меньше время свободного пробега, тем больше энтропия. Определенная таким образом энтропия становится измеримой величиной, т.к. она зависит от характера внутреннего взаимодействия. Поэтому ее называют динамической энтропией.

Рост динамической энтропии не обязательно связан с переходом к равновесному распределению. Например, если столкновения частиц будут неупругими, то закон сохранения импульса не будет выполняться. В этом случае в системе появляется согласованное движение частиц, т.е. они образуют упорядоченное в пространстве движение – структуру. Динамическая энтропия этой структуры меньше динамической энтропии системы, существовавшей до образования структуры. Именно так происходит в недрах Солнца. Там столкновения частиц сопровождаются изменением числа частиц и излучением фотонов. В этих столкновениях суммарный импульс частиц изменяется, т.к. часть его уносят из недр Солнца фотоны и нейтрино. В результате из микроскопических неустойчивых движений частиц рождаются крупномасштабные конвективные потоки.

Работы Крылова подтвердили гипотезу Пуанкаре о динамической природе хаотичного состояния газовых систем. Хаос, который появляется в системе благодаря только внутреннему коллективному взаимодействию частиц системы, называют динамическим хаосом. Работы Крылова заложили основы теории динамического хаоса, которая стала очень популярной в последние годы не только среди физиков и математиков, но и среди экономистов и социологов. Дело в том, что в динамическом хаосе происходят процессы самоорганизации структур. Тип структуры и время ее жизни зависят от свойств коллективного взаимодействия. Коллективное взаимодействие в принципе можно контролировать, поэтому можно продлевать жизнь нужных структур и сокращать cуществование ненужных.

Структуры, рождающиеся в динамическом хаосе, не повторяются. Действительно, структура рождается из неустойчивого состояния благодаря коллективному взаимодействию. Точное повторение структуры означало бы возможность точного возврата в исходное неустойчивое состояние, но тогда это состояние не является неустойчивым.

Неповторимость структур динамического хаоса позволяет решить «проблему времени». В нашем мире существует необратимое течение времени, наблюдаемое как последовательность неповторимых событий, потому что пространство однородно и изотропно, время течет равномерно, скорость распространения взаимодействий ограничена скоростью света в вакууме и, наконец, существует коллективное взаимодействие частиц и физических полей. Это время является своеобразным математическим образом неограниченного процесса самоорганизации материи. Теперь мы можем согласиться с Платоном, который утверждал, что время превращает хаос во Вселенную.

fiz.1september.ru