Fizikadagi vaqt - Time in physics

Vaqt
Hozirgi vaqt (yangilash )
23:33, 26-noyabr, 2020-yil (UTC )
Asosiy tushunchalar O'tgan Hozir Kelajak Abadiyat uchun dalillar
O'qish sohalari Arxeologiya Xronologiya Tarix Horologiya Paleontologiya Futurologiya
Falsafa Presentizm Abadiylik Tadbir Fatalizm
Din Mifologiya Yaratilish Tugash vaqti Qiyomat kuni O'lmaslik Keyingi hayot Reenkarnasyon Kalachakra
O'lchov Standartlar Metrik Hexadecimal
Ilm-fan Naturalizm Xronobiologiya Kosmogoniya Evolyutsiya Radiometrik tanishuv Koinotning yakuniy taqdiri Fizikadagi vaqt
Tegishli mavzular Harakat Bo'shliq Bo'sh vaqt Sayohat vaqti

Fuko "s mayatnik ichida Pantheon ning Parij o'lchash mumkin vaqt namoyish etish bilan bir qatorda aylanish ning Yer.

Fizikadagi vaqt bilan belgilanadi o'lchov: vaqt nima a soat o'qiydi.^[1] Klassik, relyativistik bo'lmagan fizikada bu a skalar miqdori (ko'pincha belgi bilan belgilanadi ${displaystyle t}$^[2]) va shunga o'xshash uzunlik, massa va zaryadlash, odatda a sifatida tavsiflanadi asosiy miqdor. Vaqt matematik jihatdan boshqalari bilan birlashtirilishi mumkin jismoniy miqdorlar ga hosil qilmoq kabi boshqa tushunchalar harakat, kinetik energiya va vaqtga bog'liq dalalar. Vaqtni saqlash texnologik va ilmiy masalalar majmuasi va poydevorining bir qismidir hisobga olish.

Vaqt belgilari

Soatlar mavjud bo'lishidan oldin, vaqt o'sha jismoniy jarayonlar bilan o'lchangan^[3] tsivilizatsiyaning har bir davri uchun tushunarli bo'lgan:^[4]

• birinchi ko'rinish (qarang: geliyal ko'tarilish ) ning Sirius belgilash uchun Nil daryosining toshishi har yili^[4]
• ning davriy vorisligi kecha va kun abadiy ko'rinadigan^[5]
• tongda quyoshning birinchi ko'rinishi ufqidagi holat^[6]
• osmonda quyoshning holati^[7]
• momentining belgilanishi peshin vaqti kun davomida^[8]
• tomonidan berilgan soyaning uzunligi a gnomon^[9]

Oxir-oqibat,^[10][11] yordamida asboblar yordamida vaqt o'tishini xarakterlash mumkin bo'ldi operatsion ta'riflar. Bir vaqtning o'zida bizning vaqt tushunchamiz rivojlandi, quyida ko'rsatilgandek.^[12]

Vaqt o'lchov birligi: ikkinchisi

In Xalqaro birliklar tizimi (SI), vaqt birligi ikkinchi (belgi: ${displaystyle mathrm {s}}$). Bu SI tayanch birligi, va 1967 yildan buyon "davomiyligi 9,192,631,770 ning [tsikllari] nurlanish ikkalasi orasidagi o'tishga mos keladi giperfin darajalari ning asosiy holat ning sezyum 133 atom ".^[13] Ushbu ta'rif sezyumning ishlashiga asoslangan atom soati.Ushbu soatlar taxminan 1955 yildan keyin asosiy mos yozuvlar standartlari sifatida foydalanish uchun amaliy bo'lib qoldi va shu vaqtdan beri qo'llanilmoqda.

Vaqtni saqlashda san'atning holati

The UTC vaqt tamg'asi dunyo miqyosida foydalanish atom vaqtining standartidir. Bunday vaqt standartining nisbiy aniqligi hozirda 10 ga teng^−15[14] (taxminan 30 million yil ichida 1 soniyaga to'g'ri keladi). Nazariy jihatdan kuzatilishi mumkin bo'lgan eng kichik vaqt bosqichi deyiladi Plank vaqti, bu taxminan 5.391 × 10 ga teng⁻⁴⁴ soniya - amaldagi vaqt me'yorlari o'lchamidan past darajadagi ko'plab buyurtmalar.

The seziy atom soati 1950 yildan so'ng, elektronikadagi yutuqlar uning yaratadigan mikroto'lqinli chastotalarini ishonchli o'lchashga imkon berganidan keyin amaliy bo'ldi. Keyingi yutuqlar sodir bo'lganda, atomik soat tadqiqotlari yuqori aniqlik va yuqori aniqlikni ta'minlay oladigan tobora yuqori chastotalarga o'tdi. Ushbu texnikaga asoslangan soatlar ishlab chiqilgan, ammo hali asosiy ma'lumot standartlari sifatida foydalanilmaydi.

Vaqt tushunchalari

Andromeda galaktikasi (M31 ) ikki millionga teng yorug'lik yillari uzoqda. Shunday qilib, biz M31 ning ikki million yil oldingi nurini ko'rib turibmiz,^[15] bir muddat oldin odamlar Yerda mavjud edi.

Galiley, Nyuton va 20-asrgacha bo'lgan ko'pchilik odamlar hamma joyda vaqt bir xil deb o'ylashgan. Bu uchun asos vaqt jadvallari, bu erda vaqt parametr. Zamonni zamonaviy tushunchasi asoslanadi Eynshteyn "s nisbiylik nazariyasi, unda nisbiy harakatga qarab vaqt stavkalari turlicha ishlaydi va bo'sh joy va vaqt birlashtiriladi bo'sh vaqt, biz qaerda yashaymiz a dunyo chizig'i vaqt jadvalidan ko'ra. Ushbu ko'rinishda vaqt a muvofiqlashtirish. Hukmronlik bo'yicha kosmologik model ning Katta portlash nazariya, vaqtning o'zi butunning bir qismi sifatida boshlandi Koinot taxminan 13,8 milliard yil oldin.

Tabiatdagi qonuniyatlar

Vaqtni o'lchash uchun ba'zilarning paydo bo'lishi (hodisalari) sonini yozib olish mumkin davriy hodisa. Ning muntazam takrorlanishi fasllar, harakatlar ning quyosh, oy va yulduzlar oldin ming yillar davomida qayd etilgan va jadvalga kiritilgan fizika qonunlari shakllantirildi. Quyosh vaqt oqimining hakami edi, ammo vaqt faqat ma'lum bo'lgan soat uchun ming yillik, demak, dan foydalanish gnomon butun dunyo bo'ylab tanilgan edi, ayniqsa Evroosiyo va hech bo'lmaganda janubga qadar o'rmonlar kabi Janubi-sharqiy Osiyo.^[16]

Xususan, diniy maqsadlarda saqlanadigan astronomik rasadxonalar yulduzlarning va hattoki ba'zi sayyoralarning muntazam harakatlarini aniqlash uchun etarlicha aniq bo'ldi.

Boshida, vaqtni saqlash ruhoniylar tomonidan qo'l bilan, keyin esa tijorat uchun, qo'riqchilar bilan o'z vazifalarining bir qismi sifatida vaqtni belgilash uchun qilingan. teng kunlar, qumtosh, va suv soati tobora aniqroq va nihoyat ishonchli bo'lib qoldi. Dengizdagi kemalar uchun o'g'il bolalar burilish uchun ishlatilgan qumli oynalar va soatlarga qo'ng'iroq qilish.

Mexanik soatlar

Uollingfordlik Richard (1292–1336), avliyo Alban albatining abbatligi, mashhur qurilgan a mexanik soat astronomik sifatida orrery taxminan 1330 yil.^[17][18]

Richard Uollingford davridan foydalanish kaltaklar va tishli qutilar Evropaning shaharlariga o'zlarining shahar soatlarida vaqtni ko'rsatish mexanizmlarini yaratishga imkon berdi; ilmiy inqilob davriga kelib, soatlar oilalarga shaxsiy soatni yoki ehtimol cho'ntak soatini baham ko'rish uchun etarlicha minatuallashtirildi. Dastlab ularni faqat podshohlar sotib olishga qodir edi. Sarkaç soatlari 18-19 asrlarda keng ishlatilgan. Ular asosan umumiy foydalanishda almashtirildi kvarts va raqamli soatlar. Atom soatlari nazariy jihatdan millionlab yillar davomida aniq vaqtni ushlab turishi mumkin. Ular mos keladi standartlar va ilmiy foydalanish.

Galiley: vaqt oqimi

1583 yilda, Galiley Galiley (1564–1642) a ekanligini aniqladi mayatnikning garmonik harakati doimiy davrga ega, u tebranayotgan chiroqning harakatini vaqtini belgilash orqali o'rgangan harmonik harakat da massa soborida Pisa, u bilan zarba.^[19]

Uning ichida Ikki yangi fan (1638), Galiley ishlatilgan a suv soati bronza sharning ma'lum masofani pastga ag'darish uchun sarflangan vaqtni o'lchash moyil tekislik; bu soat edi

"ko'tarilgan joyga qo'yilgan katta suv idishi; ushbu idishning pastki qismiga kichik diametrli trubka lehimlangan, u suvning ingichka oqishini keltirib chiqardi. Biz uni har bir tushish paytida kichik stakanda to'pladik. kanalning uzunligi yoki uning uzunligining bir qismi uchun; shu tariqa yig'ilgan suv har tushganidan keyin juda to'g'ri tarozida tortilgan; bu vaznlarning farqlari va nisbati bizga zamonning farqlari va nisbatlarini berdi va bu shunday aniqligi, garchi operatsiya ko'p marta takrorlangan bo'lsa-da, natijalarda sezilarli farq yo'q edi. "^[20]

Galileyni tom ma'noda o'lchash uchun eksperimental o'rnatish vaqt oqimi, oldin to'p harakatini tavsiflash uchun Isaak Nyuton uning bayonotida Printsipiya:

Men aniqlamayman vaqt, bo'sh joy, joy va harakat, hammaga ma'lum bo'lganidek.^[21]

The Galiley o'zgarishlari vaqt hamma uchun bir xil deb o'ylang mos yozuvlar tizimlari.

Nyuton fizikasi: chiziqli vaqt

1665 yilda yoki atrofida, qachon Isaak Nyuton (1643–1727) ostiga tushgan jismlarning harakatini keltirib chiqardi tortishish kuchi, uchun birinchi aniq formulalar matematik fizika vaqtni davolash boshlandi: chiziqli vaqt, deb o'ylab topilgan universal soat.

Mutlaqo, haqiqiy va matematik vaqt, o'z-o'zidan va o'z tabiatidan tashqi biron bir narsaga e'tibor bermasdan teng ravishda oqadi va boshqa nom bilan davomiylik deyiladi: nisbiy, ko'rinadigan va umumiy vaqt, ba'zi oqilona va tashqi (aniq yoki tengsiz) ) haqiqiy vaqt o'rniga odatda ishlatiladigan harakat vositasi bilan davomiylik o'lchovi; soat, kun, oy, yil kabi.^[22]

The suv soati Galiley tasvirlangan mexanizmni ta'minlash uchun ishlab chiqilgan laminar oqim tajribalar davomida suvning miqdori, shu bilan tajribalar davomiyligi uchun doimiy suv oqimini ta'minlaydi va Nyuton nima deb ataydi davomiyligi.

Ushbu bo'limda, quyida keltirilgan munosabatlar vaqtni ko'rib chiqilayotgan jismoniy tizimning xatti-harakatlari uchun indeks sifatida xizmat qiladigan parametr sifatida ko'rib chiqadi. Chunki Nyutonniki ravon davolash a vaqtning chiziqli oqimi (u nima deb atagan? matematik vaqt), vaqtni chiziqli o'zgaruvchan parametr, soat yuzidagi soat marshrutining abstraktsiyasi deb hisoblash mumkin edi. Soat, kun, oy, yil va asrlar yurishida taqvimlar va kema jurnallarini xaritaga tushirish mumkin edi.

Termodinamika va qaytarilmaslikning paradoksi

1798 yilga kelib, Benjamin Tompson (1753-1814) asarni o'zgartirishi mumkinligini aniqladi issiqlik cheksiz - energiya tejashning kashshofi yoki

• Termodinamikaning 1-qonuni

1824 yilda Sadi Karnot (1796–1832) ilmiy tahlil qilgan bug 'dvigateli u bilan Carnot tsikli, mavhum dvigatel. Rudolf Klauziy (1822-1888) tartibsizlik o'lchovini qayd etdi yoki entropiya, bu Carnot dvigateli uchun doimiy ravishda kamayib boradigan erkin energiya miqdoriga ta'sir qiladi:

• Termodinamikaning 2-qonuni

Shunday qilib, termodinamik tizimning istalgan haroratda kichikdan entropiyaga qadar doimiy yurishi vaqt o'qi. Jumladan, Stiven Xoking vaqtning uchta o'qini belgilaydi:^[23]

• Vaqtning psixologik o'qi - bizning beqiyos oqim haqida tasavvurimiz.
• Vaqtning termodinamik o'qi - o'sishi bilan ajralib turadi entropiya.
• Vaqtning kosmologik o'qi - olamning kengayishi bilan ajralib turadi.

Entropiya izolyatsiya qilingan termodinamik tizimda maksimal bo'ladi va ko'payadi. Farqli o'laroq, Ervin Shredinger (1887-1961) ta'kidlagan hayot ga bog'liq "salbiy entropiya oqimi".^[24] Ilya Prigojin (1917-2003) hayot kabi muvozanatdan uzoq bo'lgan boshqa termodinamik tizimlar ham barqaror makon-vaqt tuzilmalarini namoyish qilishi mumkinligini ta'kidladi. Ko'p o'tmay, Belousov - Jabotinskiy reaktsiyalari^[25] kimyoviy eritmadagi tebranuvchi ranglarni namoyish etuvchi xabar berilgan.^[26] Bu muvozanatsiz termodinamik tarmoqlar a ga etadi bifurkatsiya nuqtasi, bu beqaror va uning o'rniga boshqa termodinamik filial barqaror bo'ladi.^[27]

Elektromagnetizm va yorug'lik tezligi

1864 yilda, Jeyms Klerk Maksvell (1831-1879) ning birlashgan nazariyasini taqdim etdi elektr energiyasi va magnetizm. U keyinchalik ushbu ikki hodisa bilan bog'liq bo'lgan barcha qonunlarni to'rtta tenglamaga birlashtirdi. Bular vektor hisobi dan foydalanadigan tenglamalar del operatori (${displaystyle abla}$) nomi bilan tanilgan Maksvell tenglamalari uchun elektromagnetizm.

Bo'sh joyda (ya'ni bo'sh joy mavjud emas) elektr zaryadlari ), tenglamalar shaklni oladi (foydalanib SI birliklari ):^[28]

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

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

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

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

qayerda

ε₀ va m₀ ular elektr o'tkazuvchanligi va bo'sh joyning magnit o'tkazuvchanligi;

v = ${displaystyle 1 / {sqrt {epsilon _ {0} mu _ {0}}}}$ bo'ladi yorug'lik tezligi bo'sh joyda, 299 792 458 m /s;

E bu elektr maydoni;

B magnit maydon.

Ushbu tenglamalar elektromagnit to'lqinlar ko'rinishidagi echimlarga imkon beradi. To'lqin bir-biriga va tarqalish yo'nalishiga perpendikulyar ravishda, elektr maydon va magnit maydon bilan birga tebranadi. Ushbu to'lqinlar doimo yorug'lik tezligida tarqaladi v, ularni hosil qilgan elektr zaryadining tezligidan qat'iy nazar.

Yorug'likning har doim tezlikda harakat qilishi bashorat qilinadi v Agar Maksvell tenglamalari biron biriga mos keladigan bo'lsa, Galiley nisbiyligi bilan mos kelmaydi inersial ramka (doimiy tezlik bilan mos yozuvlar tizimi), chunki Galiley transformatsiyalari nurga parallel (yoki antiparallel) harakat qilayotgan kuzatuvchining mos yozuvlar tizimida pasayish (yoki o'sish) tezligini taxmin qiladi.

Bitta mutlaq mos yozuvlar tizimi bo'lishi kutilgan edi nurli efir Maksvell tenglamalari ma'lum shaklda o'zgartirilmagan.

The Mishelson - Morli tajribasi Yerning nurli efirga nisbatan harakati tufayli yorug'likning nisbiy tezligidagi biron bir farqni aniqlay olmadi, bu Maksvell tenglamalari aslida hamma freymlarda ushlanganligini ko'rsatdi. 1875 yilda, Xendrik Lorents (1853–1928) kashf etgan Lorentsning o'zgarishi, bu Maksvell tenglamalarini o'zgarmagan holda qoldirdi, bu esa Mishelson va Morlining salbiy natijasini tushuntirishga imkon berdi. Anri Puankare (1854-1912) Lorentsning o'zgarishini muhimligini ta'kidlab, uni ommalashtirdi. Xususan, temir yo'l vagonining tavsifini topish mumkin Ilm-fan va gipoteza,^[29] Eynshteynning 1905 yildagi maqolalaridan oldin nashr etilgan.

Lorentsning o'zgarishi bashorat qilingan kosmik qisqarish va vaqtni kengaytirish; 1905 yilgacha birinchisi molekulalararo kuchlarning (elektr tabiatidagi) modifikatsiyasi tufayli efirga nisbatan harakatlanadigan jismlarning fizik qisqarishi deb talqin qilingan, ikkinchisi esa shunchaki matematik shart deb hisoblangan.^{[iqtibos kerak ]}

Eynshteyn fizikasi: kosmik vaqt

Albert Eynshteyn 1905 yil maxsus nisbiylik mutlaq vaqt tushunchasiga qarshi chiqdi va faqat ta'rifini shakllantirish mumkin edi sinxronizatsiya vaqtning chiziqli oqimini belgilaydigan soatlar uchun:

Agar fazoning A nuqtasida soat bo'lsa, A da kuzatuvchi qo'llarning shu hodisalar bilan bir vaqtda joylashgan joylarini topib, A ga yaqin bo'lgan joyda hodisalarning vaqt qiymatlarini aniqlay oladi. Agar bo'shliqning B nuqtasida hamma jihatdan A ga o'xshash soat bor bo'lsa, B da kuzatuvchi uchun B yaqin atrofidagi hodisalarning vaqt qiymatlarini aniqlash mumkin.

Ammo vaqt bo'yicha A dagi hodisani B dagi voqea bilan taqqoslash uchun qo'shimcha taxminlarsiz iloji yo'q. Biz hozirgacha faqat "A vaqt" va "B vaqt" ni aniqladik.

Biz A va B uchun umumiy "vaqt" ni aniqlamadik, chunki biz o'rnatmasak, ikkinchisini umuman aniqlash mumkin emas ta'rifi bo'yicha yorug'lik A dan B gacha harakat qilish uchun zarur bo'lgan "vaqt" B dan A gacha harakat qilish uchun kerak bo'lgan "vaqt" ga teng ekanligi, yorug'lik vaqti "A" vaqtidan boshlasin. t_A "A" dan "B" ga qadar t_B B yo'nalishida A yo'nalishi bo'yicha aks ettiriladi va "A vaqtida" yana A ga keladi. t′_A.

Ta'rifga muvofiq, agar ikkita soat sinxronlashtirilsa

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

Sinxronizmning ushbu ta'rifi qarama-qarshiliklardan xoli va har qanday nuqta uchun mumkin deb o'ylaymiz; va quyidagi munosabatlar umumbashariy kuchga ega ekanligi: -

1. Agar B da soat A bilan soat bilan sinxronlashsa, A da soat B bilan soat bilan sinxronlashadi.
2. Agar A da soat B bilan soat bilan, shuningdek C bilan soat bilan sinxronlashsa, B va C da ham bir-biri bilan sinxronlashadi.

— Albert Eynshteyn, "Harakatlanuvchi organlarning elektrodinamikasi to'g'risida"^[30]

Eynshteyn shuni ko'rsatdiki, agar yorug'lik tezligi mos yozuvlar tizimlari o'rtasida o'zgarmasa, bo'shliq va vaqt shunday bo'lishi kerakki, harakatlanuvchi kuzatuvchi statsionar bilan bir xil yorug'lik tezligini o'lchaydi, chunki tezlik belgilangan makon va vaqt bo'yicha:

${displaystyle mathbf {v} = {dmathbf {r} ustidan dt} {ext {,}}}$ qayerda r bu pozitsiya va t vaqt.

Darhaqiqat, Lorents kontseptsiyasi (nisbatan harakatdagi ikkita mos yozuvlar tizimi uchun kimning x o'qi nisbiy tezlik yo'nalishiga yo'naltirilgan)

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

kosmos va vaqtni "atrofida" Evklidning aylanishiga o'xshash tarzda "aralashtirish" deyish mumkin z eksa aralashmalari x va y koordinatalar. Buning oqibatlari quyidagilarni o'z ichiga oladi bir vaqtning o'zida nisbiylik.

V voqea A bilan bir vaqtning o'zida yashil mos yozuvlar tizimida bo'ladi, lekin u oldin ko'k ramkada sodir bo'lgan va keyinchalik qizil ramkada sodir bo'ladi.

Aniqrog'i, Lorentsning o'zgarishi giperbolik aylanishdir ${displaystyle {egin {pmatrix} ct ' x'end {pmatrix}} = {egin {pmatrix} cosh phi & -sinh phi -sinh phi & cosh phi end {pmatrix}} {egin {pmatrix} ct xend {pmatrix }} {ext {where}} phi = operatorname {artanh}, {frac {v} {c}} {ext {,}}}$ bu to'rt o'lchovli koordinatalarning o'zgarishi Minkovskiy maydoni, uning o'lchamlari ct. (In.) Evklid fazosi oddiy aylanish ${displaystyle {egin {pmatrix} x ' y'end {pmatrix}} = {egin {pmatrix} cos heta & -sin heta sin heta & cos heta end {pmatrix}} {egin {pmatrix} x yend {pmatrix} }}$ koordinatalarning tegishli o'zgarishi.) Yorug'lik tezligi v shunchaki zarur bo'lgan konversiya faktori sifatida qaralishi mumkin, chunki biz bo'shliq vaqtining o'lchamlarini turli birliklarda o'lchaymiz; beri metr hozirda ikkinchisiga ko'ra belgilanadi, unda mavjud aniq ning qiymati 299 792 458 m / s. Agar biz, masalan, dengiz millarida kenglik va oyoqlarda chuqurlik o'lchagan bo'lsak, biz Evklid kosmosida shunga o'xshash omilga muhtoj bo'lamiz. Ba'zan fizikada qaysi o'lchov birliklari v = 1 tenglamalarni soddalashtirish uchun ishlatiladi.

"Harakatlanuvchi" mos yozuvlar tizimidagi vaqt "statsionar" ga qaraganda sekinroq ishlayotgani quyidagi munosabat bilan ko'rsatilgan (Lorentsning konvertatsiyasi natijasida ∆ qo'yib, uni olish mumkin)x′ = 0, ∆τ = ∆t′):

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

qaerda:

• ∆τ bu bir joyda sodir bo'ladigan harakatlanuvchi mos yozuvlar tizimida o'lchangan ikkita hodisa orasidagi vaqt (masalan, harakatlanuvchi soat bo'yicha ikkita belgi); bunga deyiladi to'g'ri vaqt ikki voqea o'rtasida;
• ∆t bu xuddi shu ikki hodisa orasidagi vaqt, lekin statsionar mos yozuvlar tizimida o'lchangan;
• v harakatlanuvchi mos yozuvlar tizimining statsionarga nisbatan tezligi;
• v bo'ladi yorug'lik tezligi.

Shuning uchun harakatlanuvchi narsalar deyiladi vaqtning sekinroq o'tishini ko'rsating. Bu sifatida tanilgan vaqtni kengaytirish.

Ushbu transformatsiyalar at faqat ikkita kvadrat uchun amal qiladi doimiy nisbiy tezlik. Ularni boshqa holatlarda sodda tarzda qo'llash bundaylarni keltirib chiqaradi paradokslar sifatida egizak paradoks.

Ushbu paradoksni masalan, Eynshteyn misolida hal qilish mumkin Umumiy nisbiylik nazariyasi, ishlatadigan Riemann geometriyasi, tezlashtirilgan, noinertial mos yozuvlar tizimlarida geometriya. Ishlash metrik tensor tasvirlaydigan Minkovskiy maydoni:

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

Eynshteyn Lorentsning o'zgarishini saqlaydigan geometrik echimini ishlab chiqdi Maksvell tenglamalari. Uning maydon tenglamalari ning ma'lum bir mintaqasida makon va vaqt o'lchovlari o'rtasida aniq bog'liqlikni bering bo'sh vaqt va ushbu mintaqaning energiya zichligi.

Eynshteyn tenglamalari, vaqt mavjudligini hisobga olgan holda o'zgartirilishi kerakligini taxmin qiladi tortishish maydonlari (qarang Shvartschild metrikasi ):

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

Qaerda:

${displaystyle T}$ bo'ladi tortishish vaqtining kengayishi masofadagi ob'ektning ${displaystyle r}$.

${displaystyle dt}$ koordinata vaqtining o'zgarishi yoki koordinata vaqtining intervalidir.

${displaystyle G}$ bo'ladi tortishish doimiysi

${displaystyle M}$ bo'ladi massa maydonni yaratish

${displaystyle {sqrt {chap (1- {frac {2GM} {rc ^ {2}}} ight) dt ^ {2} - {frac {1} {c ^ {2}}} chap (1- {frac { 2GM} {rc ^ {2}}} ight) ^ {- 1} dr ^ {2} - {frac {r ^ {2}} {c ^ {2}}} d heta ^ {2} - {frac { r ^ {2}} {c ^ {2}}} sin ^ {2} heta; dphi ^ {2}}}}$ ning o'zgarishi to'g'ri vaqt ${displaystyle d au}$, yoki to'g'ri vaqt.

Yoki quyidagi oddiy taxminlardan foydalanish mumkin:

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

Ya'ni, tortishish kuchi qanchalik kuchli bo'lsa (va, demak, shunchalik katta bo'ladi tezlashtirish ), vaqt qanchalik sekin ishlaydi. Vaqt kengayishining bashoratlari tasdiqlangan zarrachalarning tezlashishi tajribalar va kosmik nur dalillar, bu erda harakatlanuvchi zarralar sekinroq parchalanadi kam baquvvat hamkasblariga qaraganda. Gravitatsiyaviy vaqt kengayishi hodisasini keltirib chiqaradi gravitatsiyaviy qizil siljish va Shapiro signalining harakatlanish vaqti kechikadi quyosh kabi ulkan narsalarning yaqinida. The Global joylashishni aniqlash tizimi shuningdek, ushbu ta'sirni hisobga olish uchun signallarni sozlashi kerak.

Eynshteynning umumiy nisbiylik nazariyasiga binoan, erkin harakatlanuvchi zarracha fazoviy vaqt ichida o'z vaqtini maksimal darajada oshiradigan tarixni izlaydi. Ushbu hodisa, shuningdek, maksimal qarish tamoyili deb ataladi va tomonidan tavsiflangan Teylor va Wheeler kabi:^[31]

"Ekstremal qarish printsipi: bo'sh vaqt oralig'ida ikki hodisaning o'rtasida erkin ob'ektning yurishi - bu ob'ektning qo'l soatlarida qayd etilgan ushbu hodisalar orasidagi vaqt o'tishi ekstremumdir".

Eynshteyn nazariyasi olamning har bir nuqtasiga "markaz" sifatida qaralishi mumkin va shunga mos ravishda fizika barcha mos yozuvlar tizimlarida bir xil harakat qilishi kerak degan fikrga asoslandi. Uning sodda va nafis nazariyasi vaqt an ga nisbatan ekanligini ko'rsatadi inersial ramka. Inertsional doirada, Nyutonning birinchi qonuni ushlaydi; u o'zining mahalliy geometriyasiga ega va shuning uchun ham Shaxsiy makon va vaqt o'lchovlari; "universal soat" yo'q. Sinxronizatsiya akti, hech bo'lmaganda, ikkita tizim o'rtasida amalga oshirilishi kerak.

Kvant mexanikasidagi vaqt

Ning tenglamalarida vaqt parametri mavjud kvant mexanikasi. The Shredinger tenglamasi^[32] bu

${displaystyle H (t) chap | psi (t) to'rtburchak = ihbar {qisman ustidan t} chap | psi (t) to'rtburchak}$

Bitta echim bo'lishi mumkin

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

qayerda ${displaystyle e ^ {- iHt / hbar}}$deyiladi vaqt evolyutsiyasi operatori va H bo'ladi Hamiltoniyalik.

Ammo Shredinger rasm yuqorida ko'rsatilgan. ga teng Heisenberg rasm, bu klassik mexanikaning Puasson qavslariga o'xshashlikdan xursand. The Poisson qavslari nol bilan almashtiriladi komutator, uchun [H, A] deb ayting kuzatiladigan A va Hamiltonian H:

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

Ushbu tenglama an-ni bildiradi noaniqlik munosabati kvant fizikasida. Masalan, bilan vaqt (kuzatiladigan A), energiya E (Hamiltoniyalik H dan) quyidagilarni beradi:

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

qayerda

${displaystyle Delta E}$ energiyadagi noaniqlik

${displaystyle Delta T}$ vaqtdagi noaniqlik

${displaystyle hbar}$ bu Plankning doimiysi

Ko'proq aniq bittasi a davomiyligini o'lchaydi voqealar ketma-ketligi, bu ketma-ketlik bilan bog'liq bo'lgan energiyani aniqroq o'lchash mumkin va aksincha. Ushbu tenglama standart noaniqlik printsipidan farq qiladi, chunki vaqt an emas operator kvant mexanikasida.

Muvofiq komutator munosabatlar ham tez sur'atlarda saqlanib kelmoqda p va pozitsiyasi q, qaysiki konjuge o'zgaruvchilar yuqoridagi energiya va vaqt munosabatlariga o'xshash momentum va holatdagi tegishli noaniqlik printsipi bilan bir-birining.

Kvant mexanikasi ning xususiyatlarini tushuntiradi davriy jadval ning elementlar. Bilan boshlanadi Otto Stern va Valter Gerlax bilan tajriba molekulyar nurlar magnit maydonda, Isidor Rabi (1898-1988), qodir edi modulyatsiya qilish nurning magnit-rezonansi. 1945 yilda Rabi ushbu texnikani soatning asosi bo'lishini taklif qildi^[33] yordamida rezonans chastotasi atom nurlari

Dinamik tizimlar

Qarang dinamik tizimlar va betartiblik nazariyasi, dissipativ tuzilmalar

Vaqt a deb aytish mumkin parametrlash a dinamik tizim bu tizimning geometriyasini namoyon qilish va ishlashga imkon beradi. Bu tasdiqlangan vaqt - bu yashirin natijadir tartibsizlik (ya'ni nochiziqli /qaytarilmaslik ): the xarakterli vaqt, yoki darajasi axborot entropiyasi ishlab chiqarish, a tizim. Mandelbrot tanishtiradi ichki vaqt uning kitobida Multifractals va 1 / f shovqin.

Signal

Signalizatsiya - bu bitta dastur elektromagnit to'lqinlar yuqorida tavsiflangan. Umuman olganda, signal bir qismdir aloqa partiyalar va joylar o'rtasida. Bir misol bo'lishi mumkin sariq lenta daraxtga bog'langan yoki a qo'ng'irog'i cherkov qo'ng'irog'i. Signal a ning bir qismi bo'lishi mumkin suhbat, o'z ichiga olgan protokol. Yana bir signal shahar soati yoki temir yo'l stantsiyasida soat yo'nalishi bo'lishi mumkin. Manfaatdor tomon ushbu soatni ko'rishni, vaqtni o'rganishni xohlashi mumkin. Qarang: Vaqt to'pi, ning dastlabki shakli Vaqt signali.

A evolyutsiyasi dunyo chizig'i tezlashtirilgan massiv zarrachaning Ushbu dunyo liniyasi cheklangan vaqtga o'xshash Buning yuqori va pastki qismlari bo'sh vaqt raqam; bu dunyo chizig'i tepadan o'tolmaydi (kelajak ) yoki pastki (o'tmish ) engil konus. Chap va o'ng qismlar (ular yorug'lik konuslaridan tashqarida) kosmosga o'xshash.

Biz kuzatuvchilar sifatida har xil partiyalar va joylarga o'zimiz yashab tursak ham signal berishimiz mumkin o'tmish engil konus. Ammo biz ushbu partiyalardan va biznikidan tashqaridagi joylardan signallarni qabul qila olmaymiz o'tmish engil konus.

Elektromagnit to'lqin uchun tenglamalarni shakllantirish bilan bir qatorda, ning maydoni telekommunikatsiya tashkil etilishi mumkin. 19-asrda telegraf, elektr zanjirlari, ba'zilari qit'alar va okeanlar, uzatishi mumkin kodlar - oddiy nuqtalar, chiziqlar va bo'shliqlar. Shundan kelib chiqib, bir qator texnik muammolar paydo bo'ldi; qarang Kategoriya: Sinxronizatsiya. Ammo shuni aytish mumkinki, bizning signalizatsiya tizimlarimiz faqat taxminan bo'lishi mumkin sinxronlashtirildi, a plesioxron holat, undan chayqalish yo'q qilish kerak.

Ya'ni, tizimlar mumkin kabi texnologiyalardan foydalangan holda sinxronlashtirilishi (muhandislik taxminida) GPS. GPS sun'iy yo'ldoshlari tortishish kuchi va boshqa relyativistik omillarning ta'sirini hisobga olishlari kerak. Qarang: O'z-o'zidan ishlaydigan signal.

Vaqtni saqlash standartlari texnologiyasi

The asosiy vaqt standarti hozirda AQShda NIST-F1, a lazer - sovutilgan CS favvora,^[34] dan bir qator vaqt va chastota standartlarining so'nggi ammiak -sozlangan atom soati (1949) sezyum -NBS-1 (1952) asosida NIST-7 (1993). Tegishli soat noaniqligi 5 o'n yil ichida kuniga 10 000 nanosekundadan kuniga 0,5 nanosekundgacha kamaydi.^[35] 2001 yilda NIST-F1 uchun soat noaniqligi kuniga 0,1 nanosekundaga teng edi. Borgan sari aniqroq chastota standartlarini ishlab chiqish davom etmoqda.

Ushbu vaqt va chastota standartida sezyum atomlari populyatsiyasi bir darajagacha bo'lgan haroratgacha lazer bilan sovutiladi mikrokelvin. Atomlar oltita lazer shaklidagi to'pga to'planadi, har bir fazoviy o'lcham uchun ikkitadan, vertikal (yuqoriga / pastga), gorizontal (chapga / o'ngga) va orqaga / orqaga. Vertikal lazerlar sezyum to'pini mikroto'lqinli bo'shliq orqali itarishadi. To'pni sovutganda, seziy populyatsiyasi avvalgi holatiga qadar soviydi va tabiiy chastotada yorug'lik chiqaradi. ikkinchi yuqorida. O'n bir jismoniy ta'sir sezyum populyatsiyasidan chiqadigan emissiyalarda hisobga olinadi va keyinchalik NIST-F1 soatida nazorat qilinadi. Ushbu natijalar haqida xabar beriladi BIPM.

Bundan tashqari, ma'lumotnoma vodorodli maser uchun chastota standarti sifatida BIPM-ga xabar beriladi TAI (xalqaro atom vaqti ).

Vaqt o'lchovi tomonidan nazorat qilinadi BIPM (International des Poids et Mesures byurosi), joylashgan Sevr, Frantsiya, bu o'lchovlarning bir xilligini va ularning izlanishini ta'minlaydi Xalqaro birliklar tizimi (SI ) butun dunyo bo'ylab. BIPM huzurida ishlaydi Meter konvensiyasi, ellik bir davlat, Konvensiyaga a'zo davlatlar, bir qator Konsultativ qo'mitalar orqali a'zolari tegishli milliy bo'lgan diplomatik shartnoma. metrologiya laboratoriyalar.

Kosmologiyadagi vaqt

Umumiy nisbiylik tenglamalari statik bo'lmagan olamni bashorat qiladi. Biroq, Eynshteyn faqat statik koinotni qabul qildi va Eynshteyn maydon tenglamasini qo'shib, buni aks ettirish uchun o'zgartirdi kosmologik doimiy, keyinchalik uni hayotidagi eng katta xato deb ta'riflagan. Ammo 1927 yilda, Jorj Lemetre (1894-1966) asoslanib, bahslashdi umumiy nisbiylik, koinot ibtidoiy portlashdan kelib chiqqan. Beshinchisida Solvay konferentsiyasi, o'sha yili, Eynshteyn uni "Vos calculs sont tuzatadi, mais votre physique juda jirkanch."^[36] ("Sizning matematikangiz to'g'ri, ammo fizikangiz jirkanch"). 1929 yilda, Edvin Xabbl (1889–1953) kashf etganligini e'lon qildi kengayayotgan koinot. Amaldagi umumiy qabul qilingan kosmologik model, Lambda-CDM modeli, ijobiy kosmologik doimiylikka ega va shu tariqa nafaqat kengayayotgan koinot, balki kengayib borayotgan koinot ham mavjud.

Agar koinot kengayib borayotgan bo'lsa, demak u ilgari ancha kichikroq va shuning uchun issiqroq va zichroq bo'lgan bo'lishi kerak. Jorj Gamov (1904-1968) "Elementlarning davriy jadvalidagi elementlarning ko'pligi, issiq zich olamdagi yadro reaktsiyalari bilan bog'liq bo'lishi mumkin" degan taxminni ilgari surdi. U tomonidan bahslashdi Fred Xoyl (1915-2001), kim 'atamasini ixtiro qilganKatta portlash 'uni yomonlash uchun. Fermi va boshqalar ta'kidlashlaricha, bu jarayon faqat engil elementlar yaratilgandan keyingina to'xtagan bo'lar edi va shu tariqa og'irroq elementlarning ko'pligi hisobga olinmadi.

WMAP tebranishlari kosmik mikroto'lqinli fon nurlanishi^[37]

Gamovning bashorati 5-10- edikelvin qora tanadagi nurlanish kengayish paytida soviganidan keyin koinot uchun harorat. Buni Penzias va Uilsonlar 1965 yilda tasdiqladilar. Keyingi tajribalar 2,7 kelvin haroratiga to'g'ri keldi. koinot asri Katta portlashdan keyingi 13,8 milliard yil

Ushbu keskin natija muammolarni tug'dirdi: Katta portlashning o'ziga xosligi va Plank vaqti o'rtasida sodir bo'lgan, bu eng kichik kuzatiladigan vaqt. Vaqt qachon bo'lishi mumkin kosmik vaqtdagi ko'pik;^[38] faqat buzilgan simmetriyalarga asoslangan maslahatlar mavjud (qarang O'z-o'zidan paydo bo'ladigan simmetriya, Katta portlashning xronologiyasi va maqolalar Kategoriya: Jismoniy kosmologiya).

Umumiy nisbiylik Katta portlashda boshlangan kengayib borayotgan olam haqidagi zamonaviy tushunchamizni bizga berdi. Nisbiylik va kvant nazariyasidan foydalangan holda biz koinot tarixini qayta tiklashga muvaffaq bo'ldik. Bizda davr, bu vaqtda elektromagnit to'lqinlar o'tkazgichlar yoki zaryadlar bilan bezovtalanmasdan tarqalishi mumkin, biz tungi osmonda bizdan uzoq masofada yulduzlarni ko'rishimiz mumkin. (Bu davrgacha, koinot sovib ketguncha, elektronlar va yadrolarning atomlarga birlashishi uchun 377000 yildan keyin) Katta portlash, bu vaqt ichida yulduzlar nuri uzoq masofalarda ko'rinmas edi.)

Qayta takrorlash

Ilya Prigojin Reprise - bu "Vaqt oldin mavjudlik ". Nyuton, Eynshteyn va vaqtning nosimmetrik ko'rinishini taklif qiladigan kvant fizikasi qarashlaridan farqli o'laroq (yuqorida aytib o'tilganidek), Prigojin statistik va termodinamik fizika tushuntirishi mumkinligini ta'kidladi. qaytarib bo'lmaydigan hodisalar,^[39] shuningdek vaqt o'qi va Katta portlash.

Shuningdek qarang

• Relativistik dinamika
• Kategoriya: birliklar tizimlari

Adabiyotlar

Qo'shimcha o'qish

• Borshteyn, Daniel J., Kashfiyotchilar. Amp. 1985 yil 12 fevral. ISBN  0-394-72625-1
• Diter Zeh, H., Vaqt yo'nalishining jismoniy asoslari. Springer. ISBN  978-3-540-42081-1
• Kun, Tomas S., Ilmiy inqiloblarning tuzilishi. ISBN  0-226-45808-3
• Mandelbrot, Benoit, Multifractals va 1 / f shovqin. Springer Verlag. 1999 yil fevral. ISBN  0-387-98539-5
• Prigojin, Ilya (1984), Xaosdan buyurtma bering. ISBN  0-394-54204-5
• Serres, Mishel va boshq. "Ilm-fan, madaniyat va vaqt haqidagi suhbatlar (adabiyot va fan sohasidagi tadqiqotlar)". 1995 yil mart. ISBN  0-472-06548-3
• Stengerlar, Izabel va Ilya Prigojin, Chegaradan tashqaridagi nazariya. Minnesota universiteti matbuoti. 1997 yil noyabr. ISBN  0-8166-2517-4

Tashqi havolalar

• Bilan bog'liq ommaviy axborot vositalari Fizikadagi vaqt Vikimedia Commons-da