Доклад: Время

их называли эпагоменами. Вот и всё описание поразительно чёткого и простого

календаря древних египтян. К сожалению год с его 365 днями был слишком

коротким. Периоды разлива, посева и сбора урожая все больше «обгоняли»

календарь. В 1300 г. до н. э. период наводнения пришелся на первый месяц тот,

500 годами позже на пятый месяц тиби, а еще 500 лет спустя на 9 месяц пахон.

И наконец, через 1461 год разлив Нила вновь начался в месяце тот. Хотя в 238

году до Р.Х. было предложено изменить календарь, консервативные египтяне все-

таки сохранили традицию, ведь Сириус независимо от календарной даты сообщал о

предстоящем разливе Нила. В день, который мы называем сейчас 18 июля, Сириус

после периода невидимости вновь появляется на восточном небосклоне незадолго

до восхода Солнца. А вскоре после этого выходит из берегов Нил. Зачем же

менять простой практичный календарь, если Сириус надежно оповещает о

важнейшем событии года.

Было бы не сложно привести Египетский календарь в соответствие с разливами

Нила. Уже в 238 г. до Р.Х. фараон Птолемей III Эвергет попытался

реформировать календарь. Он издал декрет Канопуса, в котором приказывал,

чтобы короткий год через каждые 3 года удлинялся на 1 день, т.е. составлялся

366 дней, как это делаем теперь мы. К сожалению, тогда эта гениальная идея не

прижилась. И только римский полководец Цезарь вновь вернулся в 48 г. до Р.Х.

к этой мысли и повелел, когда стал римским императором, к каждому 4-му году

добавлять по 1-му дню. Такие годы стали называть високосными. Солнечный год

длится 365 1/4 дня. 4 солнечных года длятся на 1 день дольше, чем 4

календарных года по 365 дней, что можно скомпенсировать включением одного дня

раз в 4 года. Поэтому у нас раз в 4 года - в високосный год - в феврале

месяце не 28, а 29 дней. Кто родился 29 февраля, у того день рождения бывает

только раз в 4 года!

Современные названия месяцев заимствованы от древних римлян, которые задолго

до нашего летоисчисления ввели обычный год с 12 месяцами 365 днями и

високосный год с 366 днями. в 46 г. Р.Х. Кай Юлий Цезарь возвратился в Рим.

Здесь полководец и диктатор обнаружил беспорядок в делах, в которых отсчет

времени не составлял исключения. В последние годы существования Римской

республики священники, как только им представлялось это необходимым,

вставляли дополнительные месяцы, чтобы календарь привести хоть в

приблизительное соответствие с Солнцем. А за хорошую мзду священники просто

продлевали год, чтобы чиновники могли подольше сохранить свою должность -

ведь это было очень выгодно. Так что исчисление времени находилось в

совершеннейшем беспорядке. Для начала, чтобы избежать больших отклонений и

ошибок в календаре, Цезарь удлинил год, который мы теперь называем 46-м годом

до Р.Х., на 3 месяца. В этом году было 445 дней. Таким образом, он стал самым

длинным годом в истории. Затем год должен был длиться 365 дней, а каждый

четвертый - 366. Тогда-то и появились известные нам високосные годы, хотя эта

идея была высказана еще за 200 лет до того в Египте. Число дней месяца

заимствовано в основном из календарей времен Цезаря. Тогда не было 29

февраля. В високосном году 2 раза было 23 февраля. Имя Кая Юлия Цезаря

сохранилось в названии июля («юлиус» по - латыни), который до этого называли

квинтилисом. Позднее месяц секстилис переименовали в август (поскольку

римский император Август также пожелал иметь «свой» месяц).

Названный в честь римского императора Кая Юлия Цезаря «юлианский» год имеет

среднюю длину 365 1/4 дня, потому что каждый 4-ый год на 1 день длиннее трех

предыдущих. Однако между истинным солнечным годом существует заметное

расхождение. Истинный солнечный год длится 365 дней 5 часов и 49 минут, так

что юлианский год оказался немного длиннее. Вначале на эту временную разницу

не обращали внимания, но постепенно начало весны в календаре все больше

смещалось к февралю. В XVI веке астрономическая весна началась не 21-го, а

11-го марта. Необходимо было задуматься о новой реформе календаря!

В 1572-1585 гг. папский престол занимал папа Григорий XIII. Его очень

интересовали проблемы календаря. В 1576 г. он создавал комиссию астрономов,

которые должны были разработать проект реформы календаря. В 1581 г. работа

была завершена. 24 февраля 1582 г. была издана папская булла «Интер

грависсимас», которая содержала следующие изменения:

1.Чтобы вновь привести календарь в соответствие с истинным временем, 10

дней опускались. После 4 октября 1582 г. сразу следовало 15 октября.

2. Правила включения високосного года изменялись так, что годы

1700, 1800, 1900, 2100, 2200, и 2300 стали считать обычными, т.е.

насчитывающими по 365 дней, хотя они должны были быть високосными. В то же

время високосными остаются годы 2000 и 2400. И впредь все годы, которые

делятся на 100, должны оставаться простыми, если только этот год не делится

на 400. Введением этого правила средняя длина года несколько сокращалась,

ведь за 400 лет 3 високосных года выпадают. Теперь у нас принято такое

исчисление длины года :

средний юлианский год - 365,2500 дня

средний григорианский год - 365,2425 дня

солнечный год - 365,2422 дня.

Так что григорианский год лишь очень ненамного отличается от подлинного. Лишь

в 3300 году разница составит 1 день, но календарное начало весны потихонечку

все-таки сдвигается назад, и, скажем в 2000 году, возможно, придется подумать

о совершенствовании календаря.

В 1582 году григорианский календарь был введен в Испании, Португалии, Италии,

немного позднее во Франции и Голландии. Поскольку эта идея исходила от

папского престола, многие протестантские страны сопротивлялись реформе

календаря, да и некоторые католические князья не хотели его принимать. Папу

упрекали в том, что он хочет украсть у людей 10 дней и обмануть перелетных

птиц. Григория XIII обвиняли также в том, что он хочет сбить с толку Иисуса

Христа, который теперь не знает, в какой день он должен появиться на Страшном

суде. Некоторые возражения высказывали и ученые, но они были опровергнуты в

1603 г. папским астрономом Клавиусом. Постепенно сопротивление было сломлено.

Самые длительные споры по этому вопросу происходили в странах, где рядом жили

католики и протестанты, особенно в Германии. В Швеции григорианский календарь

был принят только в 1844 г., а в 1875 г. он был введен в Египте, на родине

солнечного календаря.

В России, где ранее существовал только юлианский календарь, григорианский

календарь был введен в 1918 г. После его введения даты (по «новому стилю»)

изменились на 13 дней, ведь разница между этими календарями к этому времени

составляла уже не 10, а 13 дней. Например Новый год в России многие стали

праздновать дважды: 1 и 14 января - по старому и новому стилю. Православная

церковь все еще пользуется юлианским календарем, так что в России как бы

существует 2 типа исчисления времени.

Наше теперешнее исчисление времени, например в 1995 или 2001 год новой эры,

ведет свое начало от аббата Дионисия Эксигууса. В VI веке он попытался с

помощью доступных ему источников определить год Рождения Христа. При этом он

допусти небольшую ошибку. Теперь-то мы знаем, что Иисус жил задолго до 1 года

новой эры. Например, царь Ирод умер в 4 г. до Р.Х., а он еще жил, когда

Христос родился. Небесное знамение, которое называют «Вифлеемской звездой», -

соединение Юпитера и Сатурна, имело место в том году, который мы называем

сейчас 7 годом до Р.Х. Волхвы считали небесное знамение вестью о Рождении

Господа. Так что Христос родился, по-видимому, в 7 г. до начала нового

летоисчисления, или , как говорят верующие, до Рождества Христова (до Р.Х.).

Конечно, никто не собирается всерьез называть вдруг 2000 г. 2007 годом, тем

более, что предложение Дионисия Эксигууса оказалось очень практичным.

Согласно ему каждый год, который делится на 4, считается високосным. Примерно

к 1000 году нашей эры исчисление лет после Рождества Христова было принято

повсеместно, но папы начали использовать его только с 1431 года. Кстати,

перед 1 годом Р.Х. следует не 0 г., а сразу 1 год до Р.Х. Правда, есть и

астрономическое исчисление, согласно которому между + 1 годом до Р.Х.

вставляется 0 год. Астрономический 0 год соответствует, таким образом,

историческому 1 году до Р.Х. По принятому в настоящее время летоисчислению 1

десятилетие эры Р.Х. началось 1 января 1 года и закончилось 31 декабря 10

года. 2 десятилетие началось 1.1.11, последнее десятилетие нашего века

началось 1.1.1991, а не 1.1.1990. Это десятилетие закончится 31.12.2000, так

что, строго говоря, новое тысячелетие начнётся только 1.1.2001, однако это

обстоятельство никак не помешает нам соответствующим образом отменить 2000 г.

Всё же пойдёт отсчет третьего тысячелетия!

Измерение времени вчера и сегодня

За много тысячелетий до изобретения современных часов люди пытались измерять

время. Наши предки подметили, что равномерно горящее пламя за равное время

потребляет всегда одно и то же количество масла или воска. Тогда и стали

использовать свечи, масляные лампы или фитили для измерения времени. В

древнем Китае существовали, например, «часы», которые были сделаны из

пропитанных маслом веревок, на которых были завязаны узлы. Такой шнурок

поджигали, и каждый раз, когда пламя достигало узла, проходил определенный

отрезок времени. Позднее стали использовать свечи с отметками, по которым

можно было узнать время, пока свеча горела. Всякий раз когда верхний край

свечи доходил до одной из отметок, проходил определенный период времени.

Такие маркированные свечи продаются и по сей день. в качестве часов

использовались масляные лампы. Прозрачный сосуд имел вертикальную шкалу, по

которой можно было отсчитывать уровень масла. Поскольку в час всегда

расходовалось одинаковое количество масла, уровень его в сосуде был мерой

времени, прошедшего с момента, когда лампа была зажжена.

Для измерения времени можно использовать не только равномерное сгорание свечи

или масляной лампы, но также истечение из сосуда воды или песка. Песочные

часы используются и по сей день. они состоят из двух грушевидных емкостей,

соединенных между собой узкими концами. Песок перетекает из верхней части

сосуда в нижнюю за определенное время. В песочных часах, которые раньше часто

использовали при варке яиц, этот процесс обычно занимал 5 минут. Если после

перетекания песка в нижнюю часть часы перевернуть, снова начнется отсчет 5

минутного периода. Для измерения времени использовали медленное истечение

воды из сосуда. Так же как и в масляных часах, измерялся уровень воды.

Поскольку вода вытекала с постоянной скоростью, по уровню воды можно было

измерять время. В некоторых странах и сейчас встречаются водяные часы разного

рода, но их вытесняют дешевые наручные часы.

На ряду с медленно горящей свечёй и сосудами, из которых вытекает вода или

высыпается песок, в течении многих тысячелетий в качестве измерителя времени

использовали Солнце. Принцип солнечных часов очень прост. Наше дневное

светило восходит утром на востоке, за тем, как нам кажется, начинает

перемещаться по небу, достигает днём на юге максимально высокой точки и

вечером заходит на западе. Поскольку Солнце медленно меняет своё положение,

то меняется и направление и тени стержня. Утром она довольно длинная и

указывает на запад, днём - короткая и указывает на север. Когда Солнце в 12

часов истинного местного времени достигает самого высокого положения, тень

короче всего. Потом она снова удлиняется. По положению тени можно судить о

времени дня. Если вокруг точки, где вертикально вкопан стержень, нарисовать

циферблат, то перемещающаяся тень каждый час будет падать на соответствующее

деление циферблата, так что по нему можно узнавать время, как по наручным

часам. На солнечных часах стержень установлен наклонно, так, чтобы он был

параллелен земной оси, т.е. указывал на Полярную звезду. Солнечные часы,

которые при самом высоком стоянии Солнца на юге и при самой короткой тени

показывают 12 часов, градуированы на истинное солнечное время. Конечно не

трудно изготовить солнечные часы, которые показывали бы среднеевропейское

время. Чтобы отградуировать такой циферблат, берут наручные или маятниковые

часы и отмечают на циферблате, где остановится тень в 9, 10, 11, 12 часов.

Рядом с соответствующими штрихами записывают время. Однако через некоторое

время возникают расхождения, а за тем пропадают. У хороших солнечных часов

есть корректирующие таблицы, по которым в любое время года можно определить,

на сколько минут нужно уточнить время, которое показывают часы. Имеются даже

специальные конструкции, в которых эти коррекции учтены. Правда по ним сейчас

уже не определяют время, они сегодня лишь романтическая деталь в парках или

на стенах церквей. Уже в древнем Вавилоне были солнечные часы; они

упоминаются и в библии. Существовали и маленькие карманные солнечные часы, и

подлинные монстры, как, например, огромные часы в Джайпуре в Индии, с

диаметром циферблата в 30 метров. Из многочисленных вариантов солнечных часов

упомянем лишь часы с линзой, сделанные в XVIII веке. Ровно в полдень лучи

солнца, сфокусированные линзой, падали на пороховой заряд небольшой пушки - и

раздавался выстрел.

Пожалуй, самым значительным шагом вперёд в истории измерения времени было

введение механических часов, которые с XII века начали устанавливать на

башнях церквей. В качестве приводного механизма в них использовались грузы,

укреплённые на металлической цепи. При опускании груза цепь сматывалась и

вращала цилиндр, соединённый с системой колёс и стрелкой. В XIV веке

механические башенные часы использовались повсеместно, а в 1657 г. голландец

Христиан Гюйгенс построил первые маятниковые часы. Ещё в 1583 г. великий

итальянский физик Галилей открыл, что полное качание маятника всегда

происходит за одно и то же время, т.е. маятник идеально задаёт такт для

часов. Можно, на пример, изготовить такой маятник, одно колебание которого

продолжается ровно секунду. Если какое либо устройство подсчитает число

колебаний маятника с того момента, как он был запущен, то можно узнать,

сколько секунд прошло.

На любых применяемых в наши дни часах мы находим систему, способную колебаться,

её называют также регулятором хода. Это может быть маятник, 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.

[U1] [U1]

Страницы: 1, 2