14 научных теорий и фактов о времени, которые расширят ваши перспективы и горизонты

Попробуйте сходу дать точное определение: что такое время? Мысль вертится вокруг этого понятия, пытается ухватиться, но вот сформулировать однозначное определение сложно. Есть разные концепции и трактовки времени в философии, физике, метрологии.

В классической механике и теории относительности используются совершенно разные концепции времени. В первом случае время характеризует последовательность событий, происходящих в трехмерном пространстве. Во втором рассматривается еще и как четвертая координата.

Но обо всем по порядку. Давайте узнаем, как люди измеряли время, почему секунда — его мельчайшая принятая единица. Также определим понятие времени в физике, рассмотрим явления релятивистского и гравитационного замедления времени.

Что такое время?

Течение времени – совершенно естественное явление. Время идет, все вокруг меняется, происходят разные события. Именно поэтому о времени с точки зрения физики, в первую очередь, стоит говорить в контексте событий.

Если бы вокруг ничего не происходило, понятие времени не имело бы традиционного смысла. Другими словами, без событий времени не существует. Итак:

Время – мера того, как меняется окружающий мир. Время определяет длительность существования объектов, изменение их состояний и процессы, протекающие в них.

В системе СИ время измеряется в секундах и обозначается буквой t.

Как люди измеряли время?

Для измерения времени нужны какие-либо повторяющиеся с одинаковым периодом события. Например, смена дня и ночи. Солнце каждый день встает на востоке и садится на западе, а Луна каждый синодический месяц проходит весь цикл фаз освещенности солнцем — от тоненького серпа полумесяца до полнолуния.

Синодический месяц – время от одного новолуния до другого. За синодический месяц Луна совершает оборот вокруг Земли.

Древним людям ничего не оставалось, как привязать отсчет времени к движению небесных тел и событиям, связанным с ним. А именно – к смене дней, ночей и сезонов года.

В году 4 сезона и 12 месяцев. Именно столько раз за весну, лето, осень и зиму Луна меняет свои фазы.

По мере развития прогресса методы измерения времени совершенствовались, появились солнечные, водяные, песочные, огненные, механические, электронные и, наконец, молекулярные часы.

Часы FOCS 1 Часы FOCS 1 в Швейцарии измеряют время с погрешностью хода около одной секунды за 30 миллионов лет. Это очень точные часы, но через 30 миллионов лет их все же придется «подвести».

Почему в часе 60 минут, в минуте – 60 секунд, а в сутках – 24 часа?

Сразу оговоримся, что изложенное ниже во многом является личными предположениями автора, сделанными на основе исторических сведений. Если у наших читателей появятся уточнения или вопросы, мы будем рады видеть их в обсуждениях.

Древним народам нужна была какая-то основа, чтобы строить свои системы счисления. В Вавилоне за такую основу было взято число 60.

Именно благодаря шестидесятеричной системе счисления, придуманной шумерами и позже распространившейся в Древнем Вавилоне, окружность содержит 360 градусов, градус – 60 минут, а минута – 60 секунд.

Год можно представить в виде окружности, содержащей 360 градусов. Возможно, число 360 в данном контексте взялось оттого, что в году 365 дней, и эту цифру просто округлили до 360.

Когда-то самой короткой единицей измерения времени был час. Древние вавилоняне были сильными математиками и решили ввести меньшие единицы времени, используя свое любимое число 60. Поэтому, в часе 60 минут, а в минуте 60 секунд.

Но почему день делится на 12 часов? За это нужно сказать спасибо древним египтянам и их двенадцатиричной системе. День и ночь делились на 12 раных частей, считаясь разными царствами бытия. Скорее всего, первоначально использование числа 12 связано с количеством оборотов Луны вокруг Земли за год.

Самая большая единица измерения времени

Самая большая единица измерения времени – кальпа. Кальпа является понятием из индуизма и буддизма. Она равняется примерно 4,32 миллиардам лет, что совпадает с возрастом Земли с точностью до 5%.

Как в голову древним индуистам пришли такие цифры? Ответа на этот вопрос мы не знаем, но вся система как будто говорит нам, что тогда люди знали о Вселенной немного больше, чем мы.

Представление о времени

Кальпу в индуизме еще называют «днем Брахмы». День сменяется ночью, равной ему по продолжительности. 30 дней и ночей составляют месяц, а год состоит из 12 месяцев. Вся жизнь Брахмы – 100 лет, по прошествии которых мир погибает вместе с ним.

Если перевести сто лет Брахмы в наши традиционные годы, получится 311 триллионов и 40 миллиардов лет! Нынешнему Брахме 51 год.

Вывод: если все это правда, то беспокоится не стоит — Вселенная будет существовать еще долгое время.

Кальпа – самая большая единица измерения времени согласно книге рекордов Гиннеса.

Первые часы

Сначала было достаточно палочки, на которой каменным топором можно делать зарубки и тем самым отсчитывать прошедшие дни. Но это скорее был календарь, а не часы.

Первые и самые древние часы – солнечные. Их действие основано на изменении длины тени предметов по мере того, как солнце движется по небосводу. Такие часы представляли собой гномон – длинный шест, воткнутый в землю. Солнечные часы применялись в Древнем Египте и Китае. О них было доподлинно известно уже в 1200 году до нашей эры.

Солнечные часы в Китае

Затем появились водяные, песочные и огненные часы. Работа этих механизмов не была привязана к движению небесных светил. Долгое время водяные часы были главным инструментом для измерения времени.

Первые механические часы были изготовлены китайскими мастерами в 725 году нашей эры. Однако широкое распространение они получили относительно недавно.

В средневековой Европе механические часы устанавливались в башнях соборов и имели только одну стрелку – часовую. Карманные часы появились только в 1675 году (изобретение запатентовал Гюйгенс), а наручные – намного позже.

Первые наручные часы были исключительно женским аксессуаром. Они представляли собой богато украшенные изделия, точность хода которых отличалась огромными погрешностями. У уважающего себя мужчины не могло быть и мысли о том, чтобы носить наручные часы.

Современные часы

Сейчас механические или электронные часы есть у каждого. Они измеряют время с относительно небольшими погрешностями. Однако самыми точными часами в мире являются атомные часы. Их еще называют молекулярными или квантовыми.

Биг Бен — знаменитые башенные часы

Как мы помним, для определения единицы времени необходим какой-то периодический процесс. Когда-то самой короткой единицей был день. То есть единица измерения время была привязана к периодичности восхода и заката солнца. Потом минимальной единицей стал час, и так далее.

С 1967 года, согласно международной системе СИ, определение одной секунды привязано к периоду электромагнитного излучения, возникающего при переходе между сверхтонкими уровнями основного состояния атома Цезия-133. А именно: одна секунда равна 9 192 631 770 таким периодам.

Время в физике

На данный момент не существует определенной и единой концепции определения времени в физике.

В классической механике время считается непрерывной, априорной и ничем не определяемой характеристикой мира.

Для измерения времени используется какая-либо периодическая последовательность событий. В классической физике время инвариантно относительно любой системы отсчета. То есть во всех системах события происходят одновременно.

Как найти время в физике? Простейшая формула, определяющая связь между пройденным путем, скоростью и временем, известна каждому школьнику и имеет вид:

Это формула времени для равномерного и прямолинейного движения. Здесь t — время, S — пройденное расстояние, v — cкорость.

Более подробно об основах классической механики читайте в нашей отдельной статье.

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

Термодинамика говорит, что время необратимо. Необратимо по причине возрастания энтропии замкнутой системы. Кстати, в нашем тематическом материале читайте о том, что такое энтропия.

Но самое интересное начинается в релятивистской физике. Приведем цитату Стивена Хокинга, физика, написавшего краткую историю времени.

Нам приходится принять, что время не отделено полностью от пространства и не независимо от него, но вместе с ним образует единый объект, который называется пространством-временем

Также в релятивистской физике время перестает быть инвариантом и можно говорить об относительности времени. Другими словами, ход времени зависит от движения системы отсчета.

Это так называемое релятивистское замедление времени. Если часы находятся в неподвижной системе отсчета, то в движущемся теле все процессы происходят медленнее, чем в неподвижном. Именно поэтому космонавт, путешествующий в космосе на супер скоростном корабле, практически не постареет по сравнению со своим братом близнецом, оставшимся на Земле.

Релятивистское замедление времени

Помимо релятивистского существует гравитационное замедление времени. Что это такое? Гравитационное замедление времени – изменение хода часов в гравитационном поле. Чем сильнее поле гравитации, тем сильнее замедление.

Вспомним о том, что секунда – это время, за которое атом изотопа цезия совершает 9 192 631 770 квантовых переходов. В зависимости от того, где находится атом (на земле, в космосе, вдали от любого объекта или у черной дыры) секунда будет иметь разные значения.

Поэтому и время процессов, связанных с данной системой отсчета, будет отличаться. Так, для наблюдателя у горизонта событий Шварцшильдовской черной дыры время практически остановится, а для наблюдателя на Земле все произойдет почти мгновенно.

Людей всегда волновала тема путешествий во времени. Предлагаем вам посмотреть научно-популярный фильм на эту тему и напоминаем, что если у вас совершенно нет времени на учебные дела, наш студенческий сервис всегда поможет справится с актуальными задачами и проблемами.

Время — это измерение

ru.wikipedia.org

Мы все понимаем основную концепцию трехмерного пространства. Технически это значит, что каждая точка в нашей Вселенной имеет физический адрес, который можно определить по координате вдоль трех перпендикулярных плоскостей (X, Y и Z). Это просто одна из многих интересных вещей о космосе. Но действительно ли точка в пространстве «существует» без времени, в которое это можно сделать?

Нет такого физического закона, который бы требовал, чтобы время было измерением. Однако специальная теория относительности Альберта Эйнштейна привела именно к этому утверждению. Называя его четвертым измерением, широкий круг современных ученых признает, что время плавно переплетается с трехмерным пространством в континууме «пространство-время».

Время относительно

Утверждения Эйнштейна не закончились на взаимозависимости пространства-времени. Специальная теория относительности вывела идею о том, что время и скорость напрямую связаны.

Этот принцип, известный как «замедление времени», гласит, что время замедляется для движущихся объектов: чем быстрее движется предмет, тем медленнее для него проходит время. Бесчисленные эксперименты подтвердили эту теорию, доказав, что часы в движении «идут» медленнее, чем их синхронизированные аналоги, пребывающие в состоянии покоя.

Несмотря на то что этот эффект невозможно обнаружить на человеческих скоростях, они становятся заметнее с увеличением скорости.

К примеру, двухлетний полет космического корабля со скоростью света эквивалентен 30 годам на Земле. В таком случае, возможно, недостижимый источник молодости человечества вовсе не место, а космическое путешествие?

Время объективно

onedio.com

В противовес специальной теории относительности Эйнштейна и современному пониманию пространства-времени, которое существует в научном сообществе, некоторые физики и философы представляют время как независимое и фундаментальное свойство нашей Вселенной.

К примеру, согласно теории Ньютона, не зависит от внешних факторов. Известная как концепция «абсолютного времени и пространства», она утверждает, что эти особенности нашей Вселенной действуют как своего рода сцена и фон для всего, что в ней содержится и происходит.

Путешествие во времени возможно

Один неоспоримый закон существования гласит, что если поднимается тема времени, ее сопровождают разговоры о временных путешествиях. И хотя было выпущено множество книг, фильмов и телешоу, посвященных этой теме, науке не хватало доказательств правдоподобия перемещений во времени.

В игру снова вступает теория относительности Эйнштейна с утверждением о том, что путешествие во времени действительно возможно, но для этого требуется скорость, близкая к скорости света, — что-то, что в настоящее время находится за пределами технической досягаемости.

Тем не менее, если решить эту проблему, математика поддерживает только путешествие в будущее, но не в прошлое, как мы привыкли видеть в художественной литературе и кинематографе.

Еще одна популярная концепция, которая может учитывать движение как вперед, так и назад, — это искривление пространства-времени. Теоретически эта концепция считается возможной, но при условии задействования кротовой норы. Но вновь возникает вопрос: как создать эту самую червоточину?

comicon.com

Выступая в качестве святого грааля путешествий во времени, эта концепция постепенно переходит из области фантастики к тяжелой науке.

Ее потенциальная возможность приводит к возникновению множества парадоксов и вопросов.

Например, если в один прекрасный день путешествие во времени станет возможным, почему никто до сих пор не вернулся из будущего, чтобы сказать нам, как это сделать?

Возможно, нельзя узнать, что произошло до Большого взрыва, поскольку времени вовсе не существовало

Направляя свои телескопы в далекую Вселенную, космологи фактически имеют возможность заглянуть в прошлое. Дело в том, что свету требуется время, чтобы преодолевать большие расстояния, и когда он «доходит» до нас, проходит невообразимое количество лет.

Таким образом, свет открывает нам только то, что происходило в окружающей среде, когда он только начинал свой путь. И если современные астрономы могут заглянуть почти на 13,8 миллиарда лет назад, им не хватает по крайней мере 380 тысяч лет, чтобы увидеть Большой взрыв Вселенной.

pikabu.ru

Если однажды мы действительно сможем запечатлеть начало времени, маловероятно, что мы когда-нибудь узнаем, что было до этого. Одна из причин связана с нашими ограниченными методами исследования.

В основном они полагаются на известные законы физики, которые, предположительно, перестают работать за пределами нашей Вселенной. Другая причина — сама природа Вселенной.

Широкий круг ученых по всему миру признает, что Большой взрыв стал катализатором возникновения пространства-времени. В этом случае считается, что до него не было ни пространства, ни времени.

По крайней мере, не в том виде, который мы знаем и можем понять.

Время может существовать в другом месте

Все больше ученых считают, что наша Вселенная является лишь одной из множества. Так гласит теория Мультивселенной. Одни ученые предсказывают, что эти вселенные могут быть идентичными или лишь слегка отличаться от нашей, в то время как другие представляют их совершенно уникальными.

В первом случае время, скорее всего, существует и ведет себя так же, как и в нашей Вселенной. Но если вселенная радикально отличается от той, в которой живем мы с вами, в ней может существовать нечто подобное времени или, быть может, что-то еще более ошеломляющее и экзотическое. При таком раскладе почти невозможно представить, как будет функционировать подобная вселенная.

Время не имеет настоящего

Кадр из фильма «Назад в Будущее»

Наиболее распространенные представления о времени связаны с тем, как человеческий вид, то есть мы, его испытываем. Мы пребываем в настоящем моменте. Этот момент проходит, становится прошлым, а будущее становится нашим новым настоящим.

Эта серия временных отрезков продолжается и продолжается без задержек и сбоев. Однако с опорой на теорию относительности философский подход этернализм предполагает, что мы обитаем в «блок-вселенной», где течения времени вовсе не существует.

С этой точки зрения прошлое, настоящее и будущее являются частью единого, статичного блока «пространства-времени».

Время динамично

Sian Butcher / BuzzFeed

В то время как этерналистская «блок-вселенная» предполагает, что все, что происходит в прошлом и будущем, так же реально, как и в настоящем, все больше и больше ученых и философов обращаются к концепции презентизма, согласно которой время динамично и имеет физическую природу.

Другими словами, с этой точки зрения течение времени реально. Существует только настоящее, в котором мы живем. Прошлое остается в прошлом, а будущее — это то, чего еще не было.

Время может быть чьим-то творением

Getty Images

В «Матрице» персонаж Киану Ривза, Нео, с удивлением обнаруживает, что все его переживания происходят в рамках сложной компьютерной программы. А его реальный разум и тело вырабатывают биоэлектрическую энергию, необходимую для выживания машин с искусственным интеллектом.

И если фильм — представитель научно-фантастического жанра, то в жизни существует реальная научная концепция, гипотеза моделирования, которая серьезно рассматривает аналогичную возможность.

Гипотеза не утверждает, что наши тела и умы (обязательно) были узурпированы гнусными роботами. На самом деле, она даже не требует, чтобы у нас было тело и разум. Согласно концепции, наша реальность — это симулированный опыт, где наши предположения о том, что является «реальным», — продукт какого-то внешнего, более высокого интеллекта.

Если бы это было действительно так, то весь наш опыт, включая опыт времени, был бы алгоритмической конструкцией, созданной специально для смоделированного мира, в котором мы сейчас находимся.

Время циклично

Циклическая теория Вселенной предполагает, что наша Вселенная рождается, разрушается и вновь возрождается. И не без оснований. Наша реальность вызвана Большим взрывом — с одной стороны, периодом расширения, за которым следует период сокращения, и Большим кризисом — с другой.

Этот, возможно, вечный цикл не предполагает существование каких-либо предшествующих или последующих вселенных. Однако, если они похожи на наше нынешнее существование, пространство и время, скорее всего, будут найдены внутри них.

Время повторяется

youtube.com

Фраза «Время — это плоский круг», которая обрела особую популярность благодаря персонажу Мэттью МакКонахи из «Настоящего детектива», своим происхождением обязана ницшеанской философии. Однако Фридрих Ницше не высказывал идеи о постоянно повторяющихся жизни и существовании.

Обнаруженная во многих мировых религиозных текстах, концепция вечного возвращения является популярной и древней по своему существу.

Подобно цикличной теории Вселенной, приверженцы вечного возвращения предполагают, что каждый момент бытия может повториться бесконечное число раз, поскольку его время бесконечно, а число элементов ограничено.

Хотя научных доказательств такой идеи недостаточно, некоторые ученые считают, что в достаточно большой вселенной с ограниченным числом возможностей точные молекулярные конфигурации и даже точные моменты все же могут повторяться.

Время имеет конец

Fox

Особо популярная теория о том, как наша Вселенная встретит свой конец, известна как Большое замораживание. В момент, когда Вселенная достигнет максимальной энтропии, она переживет процесс тепловой смерти.

Поскольку энергия равномерно распределена по всему пространству, которое мы называем реальностью, ничто не будет двигаться вперед — ни материя, ни пространство, ни стрела времени. И мы ничего не сможем сделать, чтобы это остановить.

Время бесконечно

Хотя наша Вселенная невероятных размеров, большинство физиков все же считают ее конечной. Тем не менее интерпретация многих миров, которая имеет некоторые общие черты с гипотезой Мультивселенной, утверждает, что существует бесконечное количество миров или вселенных, схожих с нашими собственными, где происходит все, что когда-либо могло произойти.

Если это так, то само время должно происходить в бесконечном количестве случаев, что означает, что оно не имеет конца.