Промежуток длинной в час. Единицы измерения времени. И единиц их измерения

1. Самый короткий промежуток времени, имеющий физический смысл, — так называемое планковское время. Это время, за которое фотон, перемещающийся со скоростью света, преодолеет планковскую длину. Планковская длина выражается, в свою очередь, через формулу, в которой связаны между собой фундаментальные физические константы — скорость света, гравитационная постоянная и постоянная Планка. В квантовой физике считается, что на расстояниях меньше планковской длины не может быть применено представление о непрерывном пространстве-времени. Протяженность Планковского времени составляет 5,391 16(13)·10^(-44) с.

2. Дверь в тайну

Часовой механизм выглядит столь эффектно и изысканно, что порой и сам его вид служит лучшим украшением точнейшего прибора для измерения времени. Часы Bridgeport Mechanical Skeleton известной швейцарской компании Tissot имеют «скелетонизированный», то есть открытый, механизм. Чтобы посмотреть на него, достаточно открыть крышку. Крышку? Да! Еще одна интересная особенность этих механических часов заключается в том, что они не наручные, а карманные. Этот не самый распространенный ныне формат явно адресован истинным ценителям, тем, кому нравится приоткрывать дверь в тайны точной механики.

3. Торговцы Гринвичем

Джон Генри Бельвиль, сотрудник знаменитой Гринвичской обсерватории в Лондоне, додумался еще в 1836 году продавать время. Суть бизнеса заключалась в том, что мистер Бельвиль ежедневно сверял свои часы с точнейшими часами обсерватории, а потом разъезжал по клиентам и позволял им за деньги выставить точное время на своих часах. Сервис оказался настолько востребованным, что был унаследован дочерью Джона — Рут Бельвиль, которая оказывала услугу до 1940 года, то есть уже 14 лет спустя после того, как по радио Би-би-си впервые передали сигналы точного времени.

4. Без стрельбы

Современные системы хронометрирования бега на спринтерские дистанции далеко ушли от тех времен, когда судья стрелял из пистолета, а секундомер запускался вручную. Поскольку сейчас в результате учитываются доли секунды, которые намного короче времени человеческой реакции, всем рулит электроника. Пистолет — это больше не пистолет, а светошумовое устройство без всякой пиротехники, передающее точное время старта на компьютер. Чтобы из-за скорости распространения звука один бегун не услышал стартовый сигнал раньше другого, «выстрел» транслируется на динамики, установленные рядом с бегунами. Фальстарт также определяется электронным способом, с помощью датчиков, встроенных в стартовые колодки каждого бегуна. Время финиша регистрируется лазерным лучом и фотоэлементом, а также с помощью сверхскоростной камеры, снимающей буквально каждое мгновение.

5. Секунда за миллиарды

Самыми точными в мире считаются атомные часы из JILA (Joint Institute for Laboratory Astrophysics) — исследовательского центра, базирующегося в Университете Колорадо, город Боулдер. Этот центр — совместный проект Университета и Национального института стандартов и технологий США. В часах охлажденные до сверхнизких температур атомы стронция помещены в так называемые оптические ловушки. Лазер заставляет атомы колебаться со скоростью 430 трлн колебаний в секунду. В результате за 5 млрд лет прибор накопит погрешность лишь в 1 секунду.

6. Атомная прочность

Все знают, что самые точные часы — атомные. Система GPS использует время атомных часов. И если наручные часы подстраивать по сигналу GPS, они станут суперточными. Такая возможность уже существует. Часы Astron GPS Solar Dual-Time, произведенные компанией Seiko, имеют на борту чипсет GPS, что дает им возможность сверяться со спутниковым сигналом и показывать исключительно точное время в любой точке мира. Причем никаких специальных источников энергии для этого не требуется: Astron GPS Solar Dual-Time питается только энергией света через панели, встроенные в циферблат.

7. Не разгневать Юпитера

Известно, что на большинстве часов, где на циферблате используются римские цифры, четвертый час обозначен символом IIII вместо IV. Судя по всему, за этой «подменой» стоит долгая традиция, ибо точного ответа на вопрос, кто и зачем придумал неправильную четверку, не существует. Зато есть разные легенды, например о том, что поскольку римские цифры — это те же латинские буквы, то число IV оказывалось первым слогом имени очень почитаемого бога Юпитера (IVPPITER). Появление этого слога на циферблате солнечных часов римляне якобы считали кощунством. Оттуда все и пошло. Те, кто не верит легендам, предполагают, что дело в дизайне. С заменой IV на IIII в первой трети циферблата используется только цифра I, во второй только I и V, а в третьей только I и Х. Так циферблат выглядит аккуратнее и упорядоченнее.

8. Сутки при динозаврах

Кому-то в сутках не хватает 24 часов, а у динозавров и того не было. В давние геологические времена Земля вращалась гораздо быстрее. Считается, что в период образования Луны сутки на Земле длились два-три часа, а Луна, которая была намного ближе, облетала нашу планету за пять часов. Но постепенно лунная гравитация тормозила вращение Земли (за счет создания приливных волн, которые образуются не только в воде, но и в коре, и в мантии), при этом орбитальный момент Луны увеличивался, спутник ускорялся, переходил на более высокую орбиту, где его скорость падала. Этот процесс продолжается и поныне, и за век сутки увеличиваются на 1/500 с. 100 млн лет назад, в разгар эпохи динозавров, продолжительность суток составляла примерно 23 часа.

9. Ум в обличье элегантности

С недавних пор владельцев часов стало интересовать не только определяемое ими время, но и то, как в течение этого времени ведет себя их организм. Появились разного рода «умные часы», фактически мини-компьютеры, на дисплеях которых отображаются разные данные, в том числе касающиеся физического состояния человека. Швейцарский производитель Frèdèrique Constant предлагает нечто иное. В часах Swiss Horological Smartwatch нет цифрового экрана: это классического вида наручные часы, однако с запатентованной технологией MotionX® они становятся «умными» и интерактивными. Система датчиков MotionX с высокой точностью отслеживает периоды физической активности и сна человека. Собранные данные отображаются в режиме реального времени на традиционном аналоговом циферблате часов Swiss Horological Smartwatch с помощью элегантных, вырезанных лазером стрелок. При этом всю информацию можно посмотреть и на дисплее — Swiss Horological Smartwatch автоматически синхронизируются с приложениями Apple и Android. В виде простых и удобных графиков эти приложения отображают информацию о том, сколько времени человек затратил на сон и активную деятельность на протяжении дня, недели и месяца. Такие данные помогают получить точное представление о себе, а в сочетании с постановкой задач и функцией рекомендаций служат улучшению самочувствия.

10. Бездны времени

Календари в различных древних цивилизациях разрабатывались не только ради практических нужд, но и в тесной связи с религиозно-мифологическими воззрениями. Из-за этого в календарных системах прошлого фигурировали единицы времени, намного превышавшие продолжительность жизни человека и даже срок существования самих этих цивилизаций. Например, в календаре майя фигурировали такие единицы времени, как «бактун», составлявший 409 лет, а также эпохи из 13 бактунов (5125 лет). Дальше всех пошли древние индусы — в их священных текстах фигурирует период вселенской деятельности Маха Манвантара, составляющий 311,04 трлн лет. Для сравнения: срок существования Вселенной по данным современной науки — примерно 13,8 млрд лет.

11. У всех своя полночь

Унифицированные системы исчисления времени, системы часовых поясов появились уже в индустриальную эпоху, а в прежнем мире, особенно в аграрной его части, счет времени был организован по‑своему в каждом населенном пункте с опорой на наблюдаемые астрономические явления. Следы этой архаики можно наблюдать и сегодня на горе Афон, в греческой монашеской республике. Здесь тоже используются часы, однако полночью считается момент заката, и часы каждый день выставляются по этому моменту. С учетом того, что некоторые монастыри расположены выше в горах, а другие ниже, и Солнце для них скрывается за горизонтом в разное время, то и полночь для них наступает не одномоментно.

12. Живи дольше — живи глубже

Сила гравитации замедляет течение времени. В глубокой шахте, где сила притяжения Земли сильнее, время идет медленнее, чем на поверхности. А на вершине горы Эверест — быстрее. Эффект гравитационного замедления был предсказан Альбертом Эйнштейном в 1907 году в рамках общей теории относительности. Ждать экспериментального подтверждения эффекта пришлось более полувека, пока не появилась аппаратура, способная фиксировать сверхмалые изменения в течении времени. В наши дни самые точные атомные часы фиксируют эффект гравитационного замедления при изменении высоты на несколько десятков сантиметров.

13. Время — стоп!

Давно замечен такой эффект: если человеческий взгляд случайно падает на циферблат часов, то секундная стрелка будто бы на какое-то время замирает на месте, а ее последующий «тик» кажется более длительным, чем все остальные. Этот феномен носит название хроностазиса (то есть «времястояния») и, видимо, восходит к тем временам, когда нашему дикому предку жизненно необходимо было среагировать на любое обнаруженное движение. Когда взгляд падает на стрелку и мы обнаруживаем движение, мозг делает для нас стоп-кадр, а потом быстро приводит ощущение времени к обычному.

14. Прыжки во времени

Мы, жители России, привыкли, что время во всех наших многочисленных часовых поясах отличается на целое количество часов. Но за пределами нашей страны можно встретить часовые зоны, где время отличается от Гринвича на целое количество плюс полчаса или даже 45 минут. Например, время в Индии отличается от GMT на 5,5 ч, что в свое время породило шутку: если ты в Лондоне и хочешь узнать время в Дели — переверни часы. Если из Индии переехать в Непал (GMT+ 5,45), то часы придется перевести на 15 минут назад, а если в Китай (GMT + 8), который тут же, по соседству, то сразу на 3,5 часа назад!

15. Часы для любых испытаний

Швейцарская компания Victorinox Swiss Army создала часы, способные не только показывать время и переносить жесточайшие испытания (от падения с высоты 10 м на бетон до переезда по ним восьмитонного экскаватора), но и в случае необходимости спасти жизнь своего обладателя. Они называются I.N.O.X. Naimakka. Браслет сплетен из особой парашютной стропы, используемой для сброса тяжелой военной техники, и в сложной ситуации обладатель может распустить браслет и использовать стропу множеством способов: чтобы поставить палатку, сплести сеть или силки, зашнуровать ботинки, наложить шину на поврежденную конечность и даже добыть огонь!

16. Часы с ароматом

Гномон, клепсидра, песочные часы — все эти названия старинных приборов для счета времени нам хорошо знакомы. Менее известны так называемые огневые часы, в простейшем виде представляющие собой градуированную свечу. Свеча прогорела на одно деление — прошел, допустим, час. Гораздо изобретательнее в этом отношении были люди Дальнего Востока. В Японии и Китае существовали так называемые часы с благовониями. В них вместо свечей тлели палочки с благовониями, причем каждому часу мог соответствовать собственный аромат. К палочкам иногда привязывали нити, на конце которых крепился грузик. В нужный момент нить перегорала, грузик падал на звучащую пластину и раздавался бой часов.

17. К Америке и обратно

Международная линия смены дат проходит в Тихом океане, однако и там, на множестве островов, живут люди, жизнь которых «между датами» порой приводит к курьезам. В 1892 году американские торговцы убедили короля островного королевства Самоа перейти «из Азии в Америку», переместившись к востоку от линии смены дат, для чего островитянам пришлось дважды пережить один день — 4 июля. Более века спустя самоанцы решили все вернуть обратно, так что в 2011 году пятницу, 30 декабря, отменили. «Жители Австралии и Новой Зеландии не будут нам больше звонить во время воскресной службы, думая, что у нас понедельник», — заявил по этому поводу премьер-министр страны.

18. Иллюзия момента

Мы привыкли делить время на прошлое, настоящее и будущее, но в известном (физическом) смысле настоящее время — это некоторая условность. Что происходит в настоящем? Мы видим звездное небо, но свет от каждого светящегося объекта летит до нас разное время — от нескольких световых лет до миллионов лет (туманность Андромеды). Солнце мы видим таким, каким оно было восемь минут назад. Но даже если речь идет о наших ощущениях от ближайших объектов — например, от лампочки в люстре или теплой печки, которой касаемся рукой, — необходимо учитывать время, которое проходит, пока свет летит от лампочки к сетчатке глаза или информация об ощущениях движется от нервных окончаний к мозгу. Все, что мы ощущаем в настоящем, — это «сборная солянка» явлений прошлого, далекого и близкого.

19. Друг волейболиста и болельщика

Время, когда часы показывали только время, давно ушло в прошлое. Теперь в наручных часах можно найти самый неожиданный встроенный функционал. Вы любите пляжный волейбол? Часы Swatch Touch Zero One — лучший друг этого солнечного вида спорта. Игрок наденет их на играющую руку и… часы посчитают число ударов и их силу, а потом через мобильное приложение сообщат разнообразную статистику, включая различные стили удара и количество потраченных калорий. Болельщик в тех же часах получит оценку за свой «драйв» (число хлопков в поддержку играющих тоже будет посчитано). Кроме того, Swatch Touch Zero One можно использовать как фитнес-браслет и даже как персонального тренера, который задаст программу физических нагрузок. Ну и разумеется, часы остаются часами: здесь собраны все необходимые функции счета времени, включая секундомер.

Когда люди говорят, что им «довольно момента», они наверняка не догадываются, что обещают освободиться ровно через 90 секунд. Ведь в Средние века термин «момент» определял промежуток времени продолжительностью в 1/40 часа или, как тогда было принято говорить, 1/10 пункта, составлявшего 15 минут. Иными словами, он насчитывал 90 секунд. С годами момент утратил свое первоначальное значение, но до сих пор используется в обиходе для обозначения неопределенного, но очень краткого интервала.

Так почему же мы помним момент, но забываем о гхари, нуктемероне или о чем-то ещё более экзотическом?

1. Атом

Слово «атом» происходит от греческого термина, обозначающего «неделимое», и потому используется в физике для определения мельчайшей частицы вещества. Но в старину это понятие применялось по отношению к кратчайшему промежутку времени. Считалось, что минута насчитывает 376 атомов, продолжительность каждого из которых составляет менее, чем 1/6 секунды (или 0,15957 секунды, если быть точным).

2. Гхари

Какие только приборы и приспособления не изобретались в Средние века для измерения времени! Пока европейцы вовсю эксплуатировали песочные и солнечные часы, индийцы применяли клепсидры — гхари. В полусферической чаше, изготовленной из дерева или металла, проделывали несколько отверстий, после чего помещали ее в бассейн с водой. Жидкость, просачиваясь через прорези, медленно наполняла сосуд, пока от тяжести он полностью не погружался на дно. Весь процесс занимал около 24 минут, поэтому такой диапазон и был назван в честь прибора — гхари. В то время считалось, что день состоит из 60 гхари.

3. Люстр

Люстр — это период, длящийся 5 лет. Использование этого термина уходит корнями в античность: тогда люструм обозначал пятилетний отрезок времени, завершавший установление имущественного ценза римских граждан. Когда сумма налога была определена, отсчет подходил к концу, и торжественная процессия высыпала на улицы Вечного города. Церемония заканчивалась люстрацией (очищением) — пафосным жертвоприношением богам на Марсовом поле, совершавшимся ради благополучия граждан.

4. Майлвэй

Не все то золото, что блестит. Тогда как световой год, казалось бы, созданный для определения периода, измеряет дистанцию, mileway, путь длиной в милю, служит для отсчета времени. Хотя термин и звучит как единица измерения расстояния, в раннем Средневековье он обозначал отрезок продолжительностью 20 минут. Именно столько в среднем занимает у человека преодоление маршрута длиной в милю.

5. Нундин

Жители Древнего Рима трудились семь дней в неделю, не покладая рук. На восьмой день, впрочем, считавшийся у них девятым (римляне относили к диапазону и последний день предыдущего периода), они организовывали в городах огромные рынки — нундины. Базарный день получил название «novem» (в честь ноября — девятого месяца 10-месячного земледельческого «Года Ромула»), а временной промежуток между двумя ярмарками — нундин.

6. Нуктемерон

Нуктемерон, комбинация из двух греческих слов «nyks» (ночь) и «hemera» (день), является не более, чем альтернативным обозначением привычных нам суток. Все, что считается нуктемеронным, соответственно, длится менее 24 часов.

7. Пункт

В Средневековой Европе пункт, называемый также точкой, использовался для обозначения четверти часа.

8. Квадрант

А сосед пункта по эпохе, квадрант, определял четверть дня — период продолжительностью 6 часов.

9. Пятнадцать

После нормандского завоевания слово «Quinzieme», переводимое с французского как «пятнадцать», было заимствовано британцами для определения пошлины, пополнявшей казну государства на 15 пенсов с каждого заработанного в стране фунта. В начале 1400-х термин приобрел и религиозный контекст: его стали использовать для указания дня важного церковного праздника и двух полных недель, следующих за ним. Так «Quinzieme» превратился в 15-дневный период.

10. Скрупул

Слово «Scrupulus», в переводе с латыни обозначающее «маленький острый камушек», прежде служило аптечной единицей измерения веса, равной 1/24 унции (около 1,3 гр). В 17 веке скрупул, ставший условным обозначением небольшого объема, расширил свое значение. Он стал применяться для указания 1/60 части круга (минуты), 1/60 минуты (секунды) и 1/60 дня (24 минут). Сейчас, утратив свой былой смысл, скрупул трансформировался в скрупулезность — внимательность к мелочам.

И еще некоторые временные величины:

1 аттосекунда (одна миллиардная миллиардной доли секунды)

Самые быстротекущие процессы, которые способны захронометрировать ученые, измеряют в аттосекундах. С помощью наиболее совершенных лазерных установок исследователи сумели получить световые импульсы длящиеся всего 250 аттосекунд. Но какими бы бесконечно малыми ни казались эти временные промежутки, они представляются целой вечностью по сравнению с так называемым временем Планка (около 10-43 секунды), по мнению современной науки, наикратчайшим из всех возможных временных отрезков.

1 фемтосекунда (одна миллионная миллиардной доли секунды)

Атом в молекуле совершает одно колебание за время от 10 до 100 фемтосекунд. Даже самая быстротекущая химическая реакция протекает за период, исчисляемый несколькими сотнями фемтосекунд. Взаимодействие света с пигментами сетчатой оболочки глаза, а именно этот процесс и позволяет нам видеть окружающее, длится около 200 фемтосекунд.

1 пикосекунда (одна тысячная миллиардной доли секунды)

Самые быстродействующие транзисторы функционируют во временных рамках измеряемых в пикосекундах. Время существования кварков, редких субатомных частиц, получаемых в мощных ускорителях, составляет всего одну пикосекунду. Средняя продолжительность гидрогенной связи между молекулами воды при комнатной температуре равняется трем пикосекундам.

1 наносекунда (миллиардная доля секунды)

Луч света, проходящий через безвоздушное пространство, за это время способен преодолеть расстояние всего в тридцать сантиметров. Микропроцессору в персональном компьютере потребуется от двух до четырех наносекунд, чтобы выполнить одну команду, к примеру, сложить два числа. Время существования К-мезона, еще одной редкой субатомной частицы, составляет 12 наносекунд.

1 микросекунда (миллионная доля секунды)

За это время луч света в вакууме покроет расстояние в 300 метров, длину примерно трех футбольных полей. Звуковая же волна на уровне моря способна за этот же промежуток времени преодолеть расстояние равное всего одной трети миллиметра. 23 микросекунды потребуется для того, чтобы взорвалась динамитная шашка, фитиль которой догорел до конца.

1 миллисекунда (тысячная доля секунды)

Кратчайшее время экспозиции в обычной фотокамере. Всем нам знакомая муха взмахивает своими крылышками один раз в три миллисекунды. Пчела - один раз за пять миллисекунд. С каждым годом луна вращается вокруг Земли на две миллисекунды медленнее, так как ее орбита постепенно расширяется.

1/10 секунды

Глазом моргнуть. Именно это мы успеем сделать за указанный промежуток. Человеческому уху требуется как раз такое время, чтобы отличить эхо от первоначального звука. Космический корабль Voyager 1, направляющийся за пределы солнечной системы, за это время удаляется от солнца на два километра. За десятую долю секунды колибри успевает семь раз взмахнуть своими крылышками.

1 секунда

Сокращение сердечной мышцы здорового человека длится как раз это время. За одну секунду Земля, вращаясь вокруг солнца, покрывает расстояние в 30 километров. За это время само наше светило успевает проделать путь в 274 километра, с огромной скоростью несясь через галактику. Лунный свет за этот временной интервал не успеет достичь Земли.

1 минута

За это время мозг новорожденного ребенка прибавляет в весе до двух миллиграммов. Сердце землеройки успевает сократиться 1000 раз. Обычный человек за это время может произнести 150 слов или прочитать 250 слов. Свет от солнца достигает Земли за восемь минут. Когда же Марс находится на наиболее близком расстоянии от Земли, солнечный свет, отражаясь от поверхности Красной планеты, доходит до нас меньше чем за четыре минуты.

1 час

Столько времени требуется репродуцирующим клеткам, чтобы разделиться пополам. За один час с конвейера Волжского автомобильного завода сходят 150 «Жигулей». Свет от Плутона - самый отдаленной планеты Солнечной системы - достигает Земли за пять часов двадцать минут.

1 сутки

Для людей это, пожалуй, самая естественная единица измерения времени, основанная на вращении Земли. Согласно данным современной науки долгота суток составляет 23 часа 56 минут и 4,1 секунды. Вращение нашей планеты постоянно замедляется из-за лунной гравитации и других причин. Сердце человека за сутки совершает около 100000 сокращений, легкие вдыхают около 11000 литров воздуха. За это же время детеныш голубого кита прибавляет в весе 90 кг.

1 год

Земля совершает один оборот вокруг солнца и поворачивается вокруг своей оси 365,26 раза, средний уровень мирового океана повышается на величину от 1 до 2,5 миллиметров, а в России проводятся 45 выборов федерального значения. Потребуется 4,3 года, чтобы свет от ближайшей звезды Proxima Centauri достиг Земли. Примерно столько же времени понадобится на то, чтобы поверхностные океанские течения обогнули земной шар.

1 столетие

За это время Луна удалится от Земли еще на 3,8 метра. Современные компакт-диски и CD к тому времени безнадежно устареют. Лишь один из каждых детенышей кенгуру может дожить до ста лет, но гигантская морская черепаха способна прожить целых 177 лет. Продолжительность эксплуатации самого современного CD может составить более 200 лет.

1 миллион лет

Космический корабль, летящий со скоростью света, не покроет и половины пути до галактики Андромеда (она находится на расстоянии 2,3 млн световых лет от Земли). Самые массивные звезды, голубые супергиганты (они в миллионы раз ярче Солнца) сгорают примерно за это время. Вследствие сдвигов тектонических пластов Земли, Северная Америка отдалится от Европы примерно на 30 километров.

1 миллиард лет

Примерно столько времени потребовалось, чтобы наша Земля остыла после своего образования. Чтобы на ней появились океаны, зародилась одноклеточная жизнь и вместо атмосферы богатой углекислым газом установилась бы атмосфера, богатая кислородом. За это время Солнце четыре раза прошло по своей орбите вокруг центра Галактики.

Поскольку вселенная всего существует 12-14 миллиардов лет, единицы измерения времени, превышающие миллиард лет, используются достаточно редко. Однако ученые, специалисты по космологии, считают, что вселенная, возможно, будет продолжаться и после того, как погаснет последняя звезда (через сто триллионов лет) и испарится последняя черная дыра (через 10100 лет). Так что Вселенной предстоит еще пройти путь гораздо более длительный, чем она уже прошла.

А помните мы недавно с вами выяснили, что возможно

Вся жизнь человека связана с временем, и необходимость его измерения возникла еще в глубокой древности.

Первой естественной единицей меры времени были сутки, регулировавшие труд и отдых людей. С доисторической эпохи сутки делились на две части - день и ночь. Затем выделились утро (начало дня), полдень (середина дня), вечер (конец дня) и полночь (середина ночи). Еще позже сутки были разделены на 24 равные части, которые получили название «час». Для измерения более коротких промежутков времени час стали делить на 60 мин, минуту - на 60 с, секунду - на десятые, сотые, тысячные и т. д. доли секунды.

Периодическая смена дня и ночи происходит вследствие вращения Земли вокруг своей оси. Но мы, находясь на поверхности Земли и участвуя вместе с нею в этом вращении, не ощущаем его и судим о ее вращении по суточному движению Солнца, звезд и других небесных тел.

Промежуток времени между двумя последовательными верхними (или нижними) кульминациями центра Солнца на одном и том же географическом меридиане, равный периоду вращения Земли относительно Солнца, называется истинными солнечными сутками, а время, выраженное в долях этих суток - часах, минутах и секундах, - истинным солнечным временем Т 0 .

За начало истинных солнечных суток принимается момент нижней кульминации центра Солнца (истинная полночь), когда считается Т 0 = 0 ч. В момент верхней кульминации Солнца, в истинный полдень, T 0 = 12 ч. В любой другой момент суток истинное солнечное время T 0 = 12ч + t 0 , где t 0 - часовой угол (см. Небесные координаты) центра Солнца, который может быть определен, когда Солнце находится над горизонтом.

Но измерять время истинными солнечными сутками неудобно: в течение года они периодически меняют свою продолжительность - зимой они длиннее, летом короче. Наиболее длинные истинные солнечные сутки на 51 с продолжительнее самых коротких. Происходит это потому, что Земля кроме вращения вокруг своей оси движется по эллиптической орбите и вокруг Солнца. Следствием этого движения Земли является видимое годичное движение Солнца среди звезд по эклиптике, в направлении, противоположном его суточному движению, т. е. с запада на восток.

Движение Земли по орбите происходит с переменной скоростью. Когда Земля находится вблизи перигелия, скорость ее движения по орбите наибольшая, а когда она проходит вблизи афелия - ее скорость наименьшая. Неравномерное движение Земли по орбите, а также наклон ее оси вращения к плоскости орбиты служат причинами неравномерности изменения прямого восхождения Солнца в течение года, а следовательно, и непостоянства продолжительности истинных солнечных суток.

Для того чтобы устранить это неудобство, ввели понятие так называемого среднего солнца. Это воображаемая точка, которая в течение года (за такое же время, как и настоящее Солнце по эклиптике) совершает один полный оборот по небесному экватору, двигаясь при этом среди звезд с запада на восток совершенно равномерно и проходя точку весеннего равноденствия одновременно с Солнцем. Промежуток времени между двумя последовательными верхними (или нижними) кульминациями среднего солнца на одном и том же географическом меридиане называется средними солнечными сутками, а время, выраженное в их долях - часах, минутах и секундах, - средним солнечным временем Т ср. Продолжительность средних солнечных суток, очевидно, равна средней продолжительности за год истинных солнечных суток.

За начало средних солнечных суток принимается момент нижней кульминации среднего солнца (средняя полночь). В этот момент Т ср = 0 ч. В момент верхней кульминации среднего солнца (в средний полдень) среднее солнечное время Т ср = 12 ч, а в любой другой момент суток Т ср = 12ч + t ср, где t ср - часовой угол среднего солнца.

Среднее солнце - это воображаемая точка, на небе ничем не отмеченная, так что определить часовой угол t ср, непосредственно из наблюдений нельзя. Но его можно вычислить, если известно уравнение времени.

Уравнением времени называется разность между средним солнечным временем и истинным солнечным временем в один и тот же момент, или разность часовых углов среднего и истинного Солнца, т. е.

η = Т ср - Т0 0 = t ср - t 0 .

Уравнение времени может быть вычислено теоретически для любого момента времени. Обычно оно публикуется в астрономических ежегодниках и календарях для средней полночи на Гринвичском меридиане. Приближенная величина уравнения времени может быть найдена по прилагаемому графику.

Из графика видно, что 4 раза в году уравнение времени равно нулю. Это бывает около 15 апреля, 14 июня, 1 сентября и 24 декабря. Наибольшей положительной величины уравнение времени достигает около 11 февраля (η = +14 мин), а отрицательной - около 2 ноября (η = -16 мин).

Зная уравнение времени и истинное солнечное (из наблюдений Солнца) время для данного момента, можно найти среднее солнечное время. Однако среднее солнечное время проще и точнее вычисляется по определяемому из наблюдений звездному времени.

Промежуток времени между двумя последовательными верхними (или нижними) кульминациями точки весеннего равноденствия на одном и том же географическом меридиане называется звездными сутками, а время, выраженное в их долях - часах, минутах и секундах, - звездным временем.

За начало звездных суток принимается момент верхней кульминации точки весеннего равноденствия. В этот момент звездное время s=0 ч, а в момент нижней кульминации точки весеннего равноденствия 5=12 ч. В любой другой момент звездных суток звездное время s = t γ , где t γ - часовой угол точки весеннего равноденствия.

Точка весеннего равноденствия на небе ничем не отмечена, и найти ее часовой угол из наблюдений нельзя. Поэтому астрономы вычисляют звездное время, определяя часовой угол звезды t * , для которой известно прямое восхождение α; тогда s=α+t * .

В момент верхней кульминации звезды, когда t * = 0, звездное время s = α; в момент нижней кульминации звезды t * =12 ч и s = α + 12 ч (если а меньше 12 ч) или s = α - 12 ч (если α больше 12 ч).

Измерение времени звездными сутками и их долями (звездными часами, минутами и секундами) используется при решении многих астрономических задач.

Среднее солнечное время определяется с помощью звездного времени на основе следующего соотношения, установленного многочисленными наблюдениями:

365,2422 средних солнечных суток = 366,2422 звездных суток, откуда следует:

24 ч звездного времени = 23 ч 56 мин 4,091 с среднего солнечного времени;

24 ч среднего солнечного времени = 24 ч 3 мин 56,555 с звездного времени.

Измерение времени звездными и солнечными сутками связано с географическим меридианом. Время, измеренное на данном меридиане, называется местным временем этого меридиана, и оно одинаково для всех пунктов, находящихся на нем. Вследствие вращения Земли с запада на восток местное время в один и тот же момент на разных меридианах различно. Например, на меридиане, лежащем на 15° к востоку от данного, местное время будет больше на 1 ч, а на меридиане, расположенном на 15° к западу, - меньше на 1 ч, чем на данном меридиане. Разность местных времен двух пунктов равна разности их долгот, выраженной в часовой мере.

По международному соглашению за начальный меридиан для счета географических долгот принят меридиан, проходящий через бывшую Гринвичскую обсерваторию в Лондоне (сейчас она переведена в другое место, но Гринвичский меридиан оставили начальным). Местное среднее солнечное время Гринвичского меридиана называется всемирным временем. В астрономических календарях и ежегодниках моменты большинства явлений указываются по всемирному времени. Моменты этих явлений по местному времени какого-либо пункта легко определить, зная долготу этого пункта от Гринвича.

В повседневной жизни пользоваться местным временем неудобно, потому что местных систем счета времени в принципе столько же, [ сколько географических меридианов, т. е. бесчисленное множество. Большое различие между всемирным временем и местным временем меридианов, удаленных от Гринвичского на значительные расстояния, создает неудобства и при использовании всемирного времени в повседневной жизни. Так, например, если в Гринвиче полдень, т. е. 12 ч всемирного времени, то в Якутии и в Приморье на Дальнем Востоке нашей страны уже наступил поздний вечер.

С 1884 г. во многих странах мира стала применяться поясная система счета среднего солнечного времени. Эта система счета времени основана на разделении поверхности Земли на 24 часовых пояса; во всех пунктах в пределах одного пояса в каждый момент поясное время одинаково, в соседних поясах оно отличается ровно на 1 ч. В системе поясного времени 24 меридиана, отстоящих по долготе на 15° друг от друга, приняты за основные меридианы часовых поясов. Границы поясов на морях и океанах, а также в малонаселенных местах проводят по меридианам, отстоящим на 7,5° к востоку и западу от основного. В остальных районах Земли границы поясов для большего удобства проведены по близким к этим меридианам государственным и административным границам, рекам, горным хребтам и т. п.

По международному соглашению за начальный был принят меридиан с долготой 0° (Гринвичский). Соответствующий часовой пояс считается нулевым. Остальным поясам в направлении от нулевого на восток присвоены номера от 1 до 23.

Поясным временем какого-либо пункта называется местное среднее солнечное время основного меридиана того часового пояса, на территории которого этот пункт находится. Разность между поясным временем в каком-либо часовом поясе и всемирным временем (временем нулевого пояса) равна номеру часового пояса.

Часы, поставленные по поясному времени во всех часовых поясах, показывают одно и то же количество секунд и минут, и их показания различаются только на целое число часов. Система поясного счета времени устраняет неудобства, связанные с использованием как местного, так и всемирного времени.

Поясное время некоторых часовых поясов имеет особые названия. Так, например, время нулевого пояса называется западно-европейским, время 1-го пояса - среднеевропейским, 2-го пояса - восточно-европейским. В США время 16, 17, 18, 19 и 20-го поясов называют соответственно тихоокеанским, горным, центральным, восточным и атлантическим временем.

Территорию СССР сейчас делят на 10 часовых поясов, которые имеют номера от 2-го до 11-го (см. карту часовых поясов).

На карте поясного времени по меридиану 180° долготы проведена линия перемены даты.

В целях экономии и более рационального распределения электроэнергии в течение суток, особенно в летний период, в некоторых странах весной стрелки часов переводят на час вперед и такое время называют летним временем. Осенью стрелка возвращается на час назад.

В нашей стране в 1930 г. декретом Советского правительства стрелки часов во всех часовых поясах были переведены на один час вперед на все время, впредь до отмены (такое время получило название декретного времени). Изменен этот порядок счета времени был в 1981 г., когда была введена система летнего времени (вводилось оно временно и ранее, до 1930 г.). По существующему правилу переход к летнему времени происходит ежегодно в 2 ч ночи последнего воскресенья марта, когда стрелки часов переводятся на 1 ч вперед. Отменяется оно в 3 ч ночи последнего воскресенья сентября, когда стрелки часов отводятся на 1 ч назад. Поскольку временный перевод стрелок производится по отношению к постоянному времени, идущему на 1 ч впереди поясного (оно совпадает с существовавшим ранее декретным временем), то в весенние и летние месяцы наши часы идут впереди поясного времени на 2 ч, а в осенние и зимние месяцы - на 1 ч. Столица нашей Родины Москва находится во 2-м часовом поясе, поэтому время, по которому живут в этом поясе (и летом, и зимой), называется московским временем. По московскому времени в СССР составляют расписания движения поездов, пароходов, самолетов, отмечается время на телеграммах и т. п.

В обыденной жизни время, которым пользуются в том или ином населенном пункте, часто называют местным временем этого пункта; его не следует путать с астрономическим понятием местного времени, о котором говорилось выше.

Начиная с 1960 г. в астрономических ежегодниках координаты Солнца, Луны, планет и их спутников публикуются в системе эфеме-ридного времени.

Еще в 30-х гг. XX в. было окончательно установлено, что Земля вращается вокруг своей оси неравномерно. При уменьшении скорости вращения Земли сутки (звездные и солнечные) удлиняются, а при увеличении ее - укорачиваются. Величина средних солнечных суток вследствие неравномерности вращения Земли увеличивается за 100 лет на 1-2 тысячных доли секунды. Это очень малое изменение несущественно для повседневной жизни человека, однако им нельзя пренебрегать в некоторых разделах современной науки и техники. Была введена равномерная система счета времени - эфемеридное время.

Эфемеридное время - равномерно текущее время, которое мы подразумеваем в формулах и законах динамики при вычислении координат (эфемерид) небесных тел. Для того чтобы вычислить разность между эфемеридным временем и всемирным временем, сравнивают наблюденные в системе всемирного времени координаты Луны и планет с их координатами, вычисленными по формулам и законам динамики. Разность эта была принята равной нулю в самом начале XX в. Но так как скорость вращения Земли в XX в. в среднем уменьшилась, т. е. наблюдаемые сутки были длиннее равномерных (эфемеридных) суток, то эфемеридное время «уходило» вперед относительно всемирного времени, и в 1986 г. разность составила плюс 56 с.

До открытия неравномерности вращения Земли производная единица меры времени - секунда - определялась как 1/86400 доля средних солнечных суток. Непостоянство средних солнечных суток вследствие неравномерного вращения Земли заставило отказаться от такого определения и дать следующее: «Секунда есть 1/31556925,9747 Доля тропического года для 1900 г., января 0, в 12 ч эфемеридного времени».

Определяемая таким путем секунда получила название эфемеридной. Число 31 556 925, 9747, равное произведению 86400 х 365,2421988, есть число секунд в тропическом году, продолжительность которого для 1900 г., января 0, в 12 ч эфемеридного времени равнялась 365,2421988 средних солнечных суток.

Иначе говоря, эфемеридная секунда есть промежуток времени, равный 786400 доле средней продолжительности средних солнечных суток, которую они имели в 1900 г., в январе 0, в 12 ч эфемеридного времени.

Таким образом, новое определение секунды связано с движением Земли по эллиптической орбите вокруг Солнца, тогда как старое определение основывалось только на ее вращении вокруг своей оси.

Создание атомных часов позволило получить принципиально новую шкалу времени, не зависящую от движений Земли и получившую название атомного времени. В 1967 г. на Международной конференции по мерам и весам в качестве единицы меры времени была принята атомная секунда, определяемая как «время, равное 9 192 631 770 периодам излучения соответствующего перехода между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133».

Продолжительность атомной секунды выбрана таким образом, чтобы она была максимально близка к продолжительности эфемеридной секунды.

Атомная секунда является одной из семи основных единиц Международной системы единиц (СИ).

Шкала атомного времени основывается на показаниях цезиевых атомных часов обсерваторий и лабораторий служб времени нескольких стран мира, в том числе и Советского Союза.

Итак, мы познакомились со множеством различных систем измерения времени, но нужно четко представить себе, что все эти различные системы времени относятся к одному и тому же реально и объективно существующему времени. Иными словами, никаких различных времен не существует, есть лишь различные единицы времени и различные системы счета этих единиц.

12.3. Релятивистские эффекты

12.3.1. Изменение массы, длины, интервала времени

Из преобразований Лоренца следует ряд специфических эффектов - таких, как сокращение длины, изменение промежутков времени, увеличение массы и т.п. при движении со скоростями, близкими к скорости света.

Релятивистское увеличение массы: масса частицы в движущейся системе отсчета всегда оказывается больше массы той же частицы в системе отсчета, относительно которой частица покоится:

где m 0 - масса частицы в той системе отсчета, относительно которой частица покоится; m - масса частицы в той системе отсчета, относительно которой частица движется с релятивистской скоростью v ; c - скорость света в вакууме, c ≈ 3,0 ⋅ 10 8 м/с.

Релятивистское сокращение длины: продольный размер предмета в движущейся системе отсчета всегда оказывается меньше продольного размера этого же предмета в той системе отсчета, относительно которой предмет покоится:

где l 0 - продольный (вдоль направления скорости движения) размер предмета в той системе отсчета, в которой предмет покоится; l - продольный размер предмета в той системе отсчета, относительно которой предмет движется с релятивистской скоростью v ; c - скорость света в вакууме, c ≈ 3,0 ⋅ 10 8 м/с.

Следует отметить, что поперечный размер (по отношению к направлению движения) предмета не изменяется.

Релятивистское увеличение промежутка времени: интервал времени между событиями в движущейся системе отсчета всегда оказывается больше этого же интервала в покоящейся системе отсчета:

где τ 0 - интервал времени, который проходит по часам в той системе отсчета, относительно которой часы покоятся; τ - интервал времени, который проходит по часам в той системе отсчета, относительно которой часы движутся с релятивистской скоростью v ; c - скорость света в вакууме, c ≈ 3,0 ⋅ 10 8 м/с.

Собственная система отсчета - система отсчета, относительно которой частица, предмет или часы покоятся, т.е. собственная система отсчета - система отсчета, связанная с частицей, предметом или часами.

При решении задач следует правильно выбирать систему отсчета :

1. Пусть частица движется с релятивистской скоростью, а наблюдатель находится на Земле, т.е. покоится. В системе отсчета, связанной с частицей, частица покоится; следовательно, масса частицы в собственной системе отсчета равна m 0 , а в системе отсчета наблюдателя - m , так как относительно наблюдателя частица имеет релятивистскую скорость v (поскольку m > m 0 , то относительно наблюдателя, находящегося на Земле, масса частицы увеличивается ).

2. Пусть частица движется с релятивистской скоростью, а наблюдатель находится на Земле, т.е. покоится. В системе отсчета, связанной с частицей, частица покоится; следовательно, время жизни частицы в собственной системе отсчета равно τ 0 , а в системе отсчета наблюдателя - τ, так как относительно наблюдателя частица имеет релятивистскую скорость v (поскольку τ > τ 0 , то относительно наблюдателя, находящегося на Земле, время жизни частицы увеличивается ).

3. Пусть предмет находится в ракете, движущейся с релятивистской скоростью, а наблюдатель - на Земле, т.е. покоится. В системе отсчета, связанной с ракетой, предмет покоится; следовательно, размер предмета в собственной системе отсчета равен l 0 , а в системе отсчета наблюдателя - l , так как относительно наблюдателя предмет имеет релятивистскую скорость v (поскольку l < l 0 , то относительно наблюдателя, находящегося на Земле, размер предмета сокращается ).

Пример 3. Некоторая линейка находится в ракете и расположена под углом 60° к выбранной координатной оси. Ракета начинает удаляться от Земли с релятивистской скоростью, равной 0,60c (c - скорость света) в направлении указанной координатной оси. Найти угол поворота линейки относительно направления движения ракеты в системе отсчета, связанной Землей.

Решение . Линейка покоится относительно ракеты, поэтому собственную систему отсчета целесообразно связать с ракетой. На рис. а изображены: система координат, связанная с ракетой; линейка (ее продольный l ||0 и поперечный l ⊥0 размеры); направление скорости ракеты.

Линейка в собственной системе отсчета имеет следующие размеры:

• продольный (вдоль направления движения) -

l ||0 = l 0  cos 60°;

• поперечный (в направлении, перпендикулярном движению):

l ⊥0 = l 0  sin 60°,

где l 0 - размер линейки в системе отсчета, связанной с ракетой.

В системе отсчета, связанной с Землей, линейка движется вместе с ракетой. На рис. б изображены: система координат, связанная с Землей; линейка (ее продольный l || и поперечный l ⊥ размеры); угол β, который образует линейка с направлением движения ракеты в системе отсчета, связанной с Землей.

Линейка в указанной системе отсчета имеет следующие размеры:

• продольный -

l | | = l | | 0 1 − v 2 c 2 ;

• поперечный -

l ⊥ = l ⊥0 ,

где v - модуль скорости ракеты, v = 0,6 с; c - скорость света в вакууме.

Продольный размер линейки уменьшается, а поперечный остается неизменным.

Угол, который составляет линейка с координатной осью Ox ′, определяется формулой

tg β = l ⊥ l | | = l | | 0 1 − v 2 c 2 l ⊥ 0 = l 0 cos 60 ° 1 − v 2 c 2 l 0 sin 60 ° = 1 − v 2 c 2 tg 60 ° = 3 3 1 − v 2 c 2 .

Расчет дает значение угла β:

β = arctg(2,165) = 65°.

Угол поворота линейки относительно направления движения ракеты в системе отсчета, связанной с Землей, составляет

γ = β − α = 65° − 60° = 5°.

Пример 4. Из материала, имеющего в земных условиях плотность 7,80 г/см 3 , изготовлен стержень и помещен в ракету. Ракета движется со скоростью 0,70c (c - скорость света), а стержень расположен в ракете вдоль направления ее движения. Найти увеличение плотности материала стержня по расчетам земного наблюдателя.

Решение . Стержень покоится относительно ракеты, поэтому собственную систему отсчета целесообразно связать с ракетой. На рис. а изображены: система координат, связанная с ракетой; стержень (его длина l 0 и площадь поперечного сечения S ); направление скорости ракеты.

Стержень в указанной системе отсчета имеет массу m 0 и плотность

ρ 0 = m 0 V 0 = m 0 l 0 S ,

где V 0 - объем стержня в собственной системе отсчета, V 0 = l 0 S .

В системе отсчета, связанной с Землей, стержень движется вместе с ракетой. На рис. б изображены: система координат, связанная с Землей; стержень (его длина l и площадь поперечного сечения S ).

Стержень в указанной системе отсчета имеет массу m и плотность

ρ = m V = m l S ,

где V - объем стержня в системе отсчета, связанной с Землей, V = lS .

Площадь поперечного сечения стержня в обеих системах отсчета одинакова.

Отношение плотностей

ρ ρ 0 = m l 0 S m 0 l S = m l 0 m 0 l

дает выражение для плотности стержня в системе отсчета, связанной с Землей:

ρ = ρ 0 m l 0 m 0 l .

Продольный размер стержня для земного наблюдателя уменьшается:

l = l 0 1 − v 2 c 2 ,

а масса стержня увеличивается:

m = m 0 1 − v 2 c 2 ,

где v - скорость ракеты, v = 0,70c ; c - скорость света в вакууме.

Подстановка m , l и v в выражение для плотности дает формулу

ρ = ρ 0 l 0 m 0 l 0 1 − v 2 c 2 ⋅ m 0 1 − v 2 c 2 = ρ 0 1 − v 2 c 2 = ρ 0 1 − (0,7 c) 2 c 2 = ρ 0 0,51 .

Искомое изменение плотности:

Δ ρ = ρ − ρ 0 = ρ 0 (1 0,51 − 1) = 49 51 ρ 0 .

Вычислим:

Δ ρ = 49 ⋅ 7,8 ⋅ 10 3 51 = 7,5 ⋅ 10 3 кг/м 3 = 7,5 г/см 3 .

Плотность материала, из которого изготовлен стержень, относительно земного наблюдателя увеличивается на 7,5 г/см 3 .

Пример 5. Часы помещены в ракету, удаляющуюся от Земли с релятивистской скоростью 0,80c (c - скорость света). Найти разницу показаний часов на Земле и в ракете, если по ракетным часам проходит 10,0 сут.

Решение . Часы покоятся относительно ракеты, поэтому собственную систему отсчета целесообразно связать с ракетой.

По часам, расположенным в собственной системе отсчета (ракете), проходит промежуток времени τ 0 = 10 сут.

В системе отсчета, связанной с Землей, проходит промежуток времени, который определяется формулой

τ = τ 0 1 − v 2 c 2 ,

где v - скорость ракеты, v = 0,80c ; c - скорость света в вакууме.

Искомая разница в показаниях часов определяется разностью

Δ τ = τ − τ 0 = τ 0 (1 1 − v 2 c 2 − 1)

и составляет

Δ τ = 10 ⋅ 24 ⋅ (1 1 − (0,8 c) 2 c 2 − 1) = 10 ⋅ 24 ⋅ 0,4 0,6 = 160 ч.

На Земле пройдет на 160 ч больше, чем в ракете.

- — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN lapse …

промежуток времени - — [Л.Г.Суменко. Англо русский словарь по информационным технологиям. М.: ГП ЦНИИС, 2003.] Тематики информационные технологии в целом EN time span … Справочник технического переводчика

промежуток времени - laiko tarpas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Laiko skirtumas tarp dviejų akimirkų. atitikmenys: angl. time interval vok. Zeitintervall, n rus. временной интервал, m; промежуток времени, m pranc. intervalle de temps, m … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

промежуток времени - laiko tarpas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. time interval vok. Zeitintervall, n rus. временной интервал, m; промежуток времени, m pranc. intervalle de temps, m … Fizikos terminų žodynas

промежуток времени - Syn: интервал, срок … Тезаурус русской деловой лексики

промежуток времени между колебаниями - промежуток времени между импульсами — [Л.Г.Суменко. Англо русский словарь по информационным технологиям. М.: ГП ЦНИИС, 2003.] Тематики информационные технологии в целом Синонимы промежуток времени между импульсами EN resting time … Справочник технического переводчика

промежуток времени от проверки до технического обслуживания - — Тематики нефтегазовая промышленность EN inspection maintenance interval … Справочник технического переводчика

Промежуток времени, по прошествии которого известные события возвращаются в прежнем порядке. В астрономии употребляется в значении времени оборота планеты или кометы. В хронологии в сравнении с циклом П. обозначает промежуток времени более… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

НЕДЕЛЯ, промежуток времени, равный 7 сут. Впервые введена на Др. Востоке (7 дней недели отождествляли с известными в то время 7 планетами) … Энциклопедический словарь

Книги

• Астрология Цзэ жи сюэ. Искусство выбора времени , Давыдов М.. Цзэ жи сюэ – древнее искусство выбора времени, считается традиционной китайской астрологической практикой, истоки которой берут свое начало в эпоху правления династии Хань (206 г. до н. э. –…
• Астрология Цзе Жи Сюэ. Искусство выбора времени. Составление карты Ба цзы. Метод 12-ти Небесных правителей. Выбор времени для терапии , Давыдов М.. Цзэ жи сюэ - древнее искусство выбора времени, считается традиционной китайской астрологической практикой, истоки которой берут свое начало в эпоху правления династии Хань (206 г. до н. э. -…