Что такое время

баланс в карманных часах, камертон  или  кварцевый  кристалл  .  В  качестве

регулятора  хода  можно  использовать  также  атомы  и  молекулы.  При  этом

обязательно должно соблюдаться условие - период  колебаний  регулятора  хода

должен  быть  постоянным.  Ещё  один  важнейший  элемент  каждых   часов   -

накопитель энергии. Чтобы  запасти  энергию,  используют  поднятый  на  верх

груз, натянутую пружину  или  электрические  батарейки.  Наконец,  необходим

передаточный механизм, чтобы передавать накопленную энергию в  колебательной

системе. Для этого используют шестеренные  передачи или электронные схемы.  И

последнее - необходимо устройство, которое  подсчитывало бы  число  колебаний

и показывало их  в  удобной  для  нас  форме.  Здесь  применяются  различные

циферблаты и электронные индикаторы. Цифровые показания,  которые  мы  видим

на  некоторых  часах,  например,  12:45   или   23:18,   нередко   вытесняют

«аналоговые» показания, к которым  мы привыкли.

      Нам уже знакомы  часы с маятником как регулятором  хода. Но  в  наручных

или карманных часах маятник  не разместить. Для  них  в  качестве  регулятора

хода  используют  баланс,  небольшое   качающее   колесо,   скрепленное   со

спиральной пружиной. Этот баланс колеблется обычно 5 раз в секунду  назад  и

вперед, т.е. частота колебаний 5 Гц. Некоторые современные  часы  имеют  еще

более  быстрый  регулятор  хода,  например,  небольшие  камертоны,   частота

которых составляет 360 Гц, т.е. они колеблются 360 раз в секунду. Еще  более

высокую частоту имеют кварцевые  часы с колеблющимся кварцевым кристаллом.  В

современных кварцевых часах обычно используют кварцевые  пластинки,  которые

колеблются с частотой  32  768  раз  в  секунду,  другими  словами,  частота

колебаний составляет 32 768  Гц.  Регулируемые  таким  колеблющимся  кварцем

часы  имеют  точность  хода,  на  много  опережающую  возможность  точнейших

механических часов. В лаборатории  при соблюдении надлежащих условий  удалось

получить отклонение всего в 1 сек.  за  30  лет.  На  всех  кварцевых  часах

колеблющийся    кварцевый    кристалл    задает    частоту    колебательного

электрического контура и поддерживает ее при постоянном значении.  Абсолютно

равномерные электромагнитные колебания  «подсчитываются» часами и  приводятся

в показания, которые мы видим на циферблате. Однако  со  временем  кварцевые

кристаллы стареют и точность часов  теряется.

      Еще в первые  десятилетия нашего века вращение  Земли было самым  точным

из известных науке периодических  процессов и  поэтому  служило  основой  для

измерения времени. В наше время  вращение  Земли  перестало  быть  стандартом

времени. Его  место  заняли  атомы,  «колебания»  которых  используются  как

регулятор хода для атомных часов. Атомы цезия могут  находится  в  различном

энергетическом состоянии - (+) и (-). Если атомы переходят о (+) к (-),  они

испускают электромагнитное излучение  с  частотой  9  192  631  770  Гц.  Эта

частота  -  абсолютно   постоянный   периодический   процесс,   она   служит

регулятором   хода   атомных   часов.   с   помощью   электронных    средств

обеспечивается постоянство микроволновой  частоты. Таким  образом  достигнуто

то, о чем всю жизнь мечтали  конкурсанты  часовых  механизмов,  а  именно  -

найден абсолютно постоянный периодический  процесс. Оба состояния (+)  и  (-)

физики  называют  гипертонкими  структурными  уровнями  основного  состояния

атома с цезиевым ядром  (цезий  -  133).  Теперь  на  основе  международного

соглашения секунда как единица  времени определяется таким  образом:  секунда

- это  умноженный  на  9  192  631  770  период  излучения,  соответствующий

переходу между двумя гипертонкими структурными уровнями основного  состояния

атома  изотопа  цезия-133.  Конечно  же,  в  качестве  точных  часов   можно

использовать и колебания других атомов и молекул.

      В Германии, например,  в  1978  г.  был  принят  закон   о  времени.  В

соответствии с этим законом  физикотехническому  институту  в  Брауншвейге  и

Берлине дано поручение определять  точное  время  в  Германии.  В  настоящее

время в институте в Брауншвейге  построено 2 высокоточных часовых прибора  на

атомах цезия. Их считают одними из самых  точных  часов  в  мире.  В  России

сигналы точного времени  передаются  по  радио  шестью  короткими  звуковыми

сигналами  (например,  радиостанцией  «Маяк»).   Сигналы   точного   времени

используются для управления сложными процессами и для научных наблюдений.  В

1967 году единица времени «секунда»  была определена  заново.  Во  всем  мире

ввели шкалу атомного времени, которая  сменила  «мировое  время»,  полученное

на основе астрономических наблюдений. Это время называли «среднее  время  по

Гринвичу», а временная шкала, принятая в  настоящее  время,  называется  UTC

(от слов «Universal Tim Coordinator»). Секунды,  которые включаются 1  раз  в

год в шкалу UTC, используются для  того, чтобы UTC не более  чем  на  секунду

отличалось от времени, ориентированного на движение Солнца.

 

                     Ощущение времени и относительность

 

      Нормальный человек  ночью спит 8 часов, 16 часов бодрствует.  Все  наши

органы имеют  24-часовой жизненный  ритм. Однако это  не  доказывает,  что  у

нас есть  биологические  часы,  регулирующие  процессы  тела  независимо  от

внешних  событий.  ведь  могло  бы  быть  так,  что  человек  лишь  пассивно

реагирует  на  смену  дня  и  ночи.  Опыты,  проведенные  с   добровольцами,

спустившимися под землю, показали,  что  у  человека  есть  внутренние,  или

«биологические», часы, которые, однако, если  их  не  корректировать  сменой

света и темноты, идут несколько  медленнее, чем  ожидалось:  24-часовой  ритм

навязан нам сменой дня и ночи и социальными сигналами.

      Не смотря на  то,  что  мы  можем  очень   точно  измерять  определённые

отрезки  времени,  ощущаются  они  нами  совершенно  не  одинаково.  Минута,

проведённая  в  кресле  зубного  врача,  кажется  значительно  длиннее,  чем

минута, проведённая в кино или  на дне рождения. Как быстро  проходит  неделя

для взрослого и как долго  длятся  она  для  маленького  ребенка!  Психологи-

исследователи могут привести вам  немало интересных примеров того,  как  люди

по-разному воспринимают абсолютно  равные промежутки времени в  воспоминаниях

или наяву.

      Хотя время во  всем мире протекает одинаково  быстро, минута или  неделя

могут иметь для нас различную  продолжительность в зависимости  от  жизненной

ситуации. Это обстоятельство было известно еще в древности. Но до начала  XX

века господствовало убеждение, что  время течет  независимо  от  наблюдателя.

Так называемый здравый смысл подсказывал, что  для  космонавта,  летящего  в

межпланетном корабле или попавшего  в сильное  гравитационное  поле,  секунда

длятся ровно столько же, как  и  у  нас  на  земле.  Великий  физик  Альберт

Эйнштейн   в   своей   теперь   уже   многократно   подтвержденной    теории

относительности показал, что при  очень большой  скорости  и  вблизи  больших

масс  законы  физики  противоречат  здравому  смыслу,  а  точнее  -   нашему

житейскому опыту. Так, например, часы, которые перемещаются  в  воображаемом

космическом суперкорабле, для земного  наблюдателя идут медленнее, чем  такие

же часы на Земле. Если космический  корабль  летит,  скажем,  со  скоростью,

составляющей 99,9 % от скорости света, на Земле пройдут 22 секунды, пока  на

корабле пройдет всего  1  секунда.  Другими  словами,  часы  на  космическом

корабле для земного наблюдателя  будут идти  в  22  раза  медленнее,  чем  на

Земле!   Это   «относительное»   замедление   времени   недолго   оставалось

неизвестным человеку, ведь оно проявляется  только при скоростях,  близких  к

скорости света, составляющей  300  000  км/сек.  теперь  этот  эффект  легко

доказать  с   помощью   быстрых   элементарных   частиц,   продолжительность

существования которых для нас  составляет 80 микросекунд,  а  для  них  самих

лишь 1 микросекунду. Их  «часы»  идут  для  земного  наблюдателя  в  80  раз

медленнее, чем на поверхности Земли.

       Нет  и   не  может  существовать  абсолютного,  одинакового  для  всех

наблюдателей времени. Многие учёные даже полагают , что то, что мы  называем

временем, было не всегда. Часы, которые  движутся почти со  скоростью  света,

идут чрезвычайно медленно. Однако они, как  и  все  предметы,  состоящие  из

материи, никогда не смогут достичь  той  этой  предельной  скорости.  «Часы»

световых частиц, или квантов, которые  не  состоят  из  вещества  и  движутся

точно со скоростью света, вообще не отмеряют время.  Для световых частиц,  в

отличие  от  состоящих  из  вещества  космических   кораблей,   времени   не

существует. Понятие «время» имеет  смысл только тогда, когда  есть  вещество.

Но если вещество образовалось в  момент  Большого  взрыва,  то  время  только

тогда и возникло. Таким  образом,  есть  точка  отсчёта  времени,  а  именно

Большой взрыв, для которой ни какого «до того» не существует.

      Никто не знает,  перестанет ли когда-нибудь  расширятся  Вселенная  или

будет расширятся всегда. Может быть, она когда-нибудь  начнёт  снова  падать

внутрь самой себя. Материя будет  становится всё более  плотной  и,  наконец,

образует чёрную дыру с бесконечной  плотностью вещества. Но в этом  случае  и

сила притяжения стала бы бесконечно большой  и  время  текло  бы  бесконечно

медленно, т.е. перестало бы существовать. Может,  однако,  случится  и  так,

что Вселенная будет расширятся и становится всё  более  разряжённой.  Многие

физики полагают, однако, что когда-нибудь всё вещество распадётся,  и  тогда

будут существовать только световые частицы, для которых нет времени.  Распад

последней частицы  вещества  означал  бы  конец  времени.  Это  трудно  себе

представить, но это так: время,  которое  казалось  превыше  всего  в  мире,

превыше физики, оказалось  вторичной  величиной,  которая  имеет,  вероятно,

начало  и  конец.  Оно  пришло  к  нам  из  Вселенной  и   исчезнет   с   её

исчезновением.