Laiks — definīcija, mērīšana, horoloģija, vēsture un fizika

Uzzini, kas ir laiks, kā to mēra — no saules pulksteņiem līdz atompulksteņiem; horoloģijas vēsture, Einšteina fizika un laika mērījumu precizitāte.

Autors: Leandro Alegsa

Laiks ir nebeidzams, nepārtraukts eksistences un notikumu progress. Tas notiek šķietami neatgriezeniskā veidā no pagātnes caur tagadni uz nākotni.

Lai mērītu laiku, varam izmantot jebko, kas regulāri atkārtojas. Viens no piemēriem ir jaunas dienas sākums (Zemei rotējot ap savu asi). Vēl divi piemēri ir Mēness fāzes (kad tas riņķo ap Zemi) un gadalaiki (kad Zeme riņķo ap Sauli). Jau senos laikos cilvēki izstrādāja kalendārus, lai sekotu līdzi dienu skaitam gadā. Viņi izstrādāja arī saules pulksteņus, kas izmantoja saules mestās ēnas dienas laikā, lai izmērītu laiku, kas mazāks par vienu dienu. Mūsdienās ar ļoti precīziem pulksteņiem var izmērīt laiku, kas mazāks par miljardajām sekundes daļām. Laika mērīšanas pētniecība ir horoloģija.

SI (Starptautiskās mērvienību sistēmas) laika vienība ir viena sekunde, kas tiek rakstīta kā s.

Einšteina fizikā laiku un telpu var apvienot vienā jēdzienā. Sk. telpas un laika kontinuums.

Mērīšana un mērvienības

Ikdienā lietojamās laika mērvienības ietver:

  • sekunde (s) — pamatvienība SI;
  • minūte — 60 sekundes;
  • stunda — 60 minūtes;
  • diena — apmēram 24 stundas (atkarīga no definīcijas: astronomiskā diena, saules diena vai zvaigžņu diena);
  • gads — laika periods, kurā Zeme veic vienu pilnu apgriezienu ap Sauli (parastais gads ~365 dienas, ieskaitot pārejas gadus kalendāros).

Precizitātes ziņā mūsdienu referencepulksteņi ir atompulksteņi, kuri izmanto atomu pāreju frekvences (piemēram, cezija-133). Starptautiski definētā SI sekunde pašlaik ir saistīta ar cezija atomu hiperfīnskāri — konkrētu elektroniskās pārejas skaitu atomā (9 192 631 770 svārstības). Atomu un modernākas optiskās frekvences pulksteņu attīstība nodrošina tik lielu precizitāti, ka tās izmanto GPS, telekomunikācijās, zinātniskos eksperimentus un laika sinhronizāciju.

Horoloģija — pulksteņu māksla un zinātne

Horoloģija aptver gan pulksteņu izgatavošanu, gan laika mērīšanas metožu izpēti un precizēšanu. Vēsturiski galvenie pulksteņu tipi:

  • saules pulksteņi un senie ūdens pulksteņi;
  • mehāniskie pulksteņi ar svariem un atsperi mehānismiem (no viduslaikiem līdz industriālajam laikmetam);
  • svārsta pulksteņi (17. gs., Huygens) — liels uzlabojums precizitātē;
  • jūras kronometri (18. gs., Džons Harisons) — nodrošināja precīzu laika mērījumu jūrā, kas bija izšķiroši, lai noteiktu garumu;
  • kvartzpulksteņi — elektroniskie pulksteņi ar stabilu rezonatoru;
  • atomu pulksteņi un optiskie pulksteņi — mūsdienu precizitātes galvenie rīki.

Horologi (pulksteņmeistari) papildus mehānismu izgatavošanai pēta arī temperatūras, gravitācijas un relatīvā kustības ietekmi uz precizitāti, kā arī veidus, kā sinhronizēt laiku starp attālām vietām.

Vēsture

Cilvēces attieksme pret laiku attīstījās no cikliskiem dabas novērojumiem (diennakts, mēneša fāzes, gadalaiki) līdz lineāram uzskatam un precīzai mērīšanai. Svarīgi vēsturiski momenti:

  • senie saules pulksteņi un ģeofiziskie novērojumi (lieli kultūras centri izmantoja saules pozīciju un zvaigžņu novērojumus);
  • kalendāru izstrāde un kalendāru reformas (piem., Gregora kalendāra ieviešana, lai labotu Juliāna kalendāra novirzes);
  • mehānisko pulksteņu attīstība Eiropā viduslaikos;
  • Huygensa svārsta pulksteņa izgudrošana 1656. gadā un Harisona jūras kronometra risinājums 18. gs.;
  • 20. gs. — atomu pulksteņu ieviešana un starptautisko laika mērvienību sistēmu attīstība.

Fizika — laiks kā fizisks jēdziens

Laiks nav tikai praktisks mērījums; tas ir arī fundamentāls jēdziens fizikā. Galvenie aspekti:

  • Relatīvisms: Einšteina īpašā relativitāte apgalvo, ka laiks nav absolūts — kustība tuvinās vai tālinās novērotājam, izraisot laika dilatāciju (kustīgiem objektiem laiks rit lēnāk). Vispārējā relativitāte rāda, ka gravitācija ietekmē laiku — spēcīgāks gravitācijas lauks "palēnina" laiku (gravitācijas laika dilatācija).
  • Telpa-laiks: laiku un trīs telpas dimensijas apvieno četru dimensiju kontinums — laika un telpas izmaiņas ir savstarpēji saistītas.
  • Termodinamisks laika bultas jēdziens: makroskopiskā neatliekamība (cikla neizdošanās atgriezties sākotnējā stāvoklī) saistīta ar entropijas pieaugumu (otro termodinamikas likumu). Šī entropijas izmaiņa tiek dēvēta par "laika bultu", kas nosaka virzienu no pagātnes uz nākotni.
  • Kvantu aspekti: kvantu mehānikā laika loma un tās attiecības ar mērijumiem un nelineāriem procesiem joprojām ir diskusiju objekts. Kvantu gravitācijas teorijās laiks var tikt interpretēts citādi nekā klasiskajā fizikā.

Laika filozofiskie un praktiskie aspekti

Laiks ir tiesiska, sociāla un kultūras kategorija: darba un brīvā laika ierobežojumi, laika plānošana un laika uztvere psiholoģijā. Filozofiski domātāji diskutē par to, vai laiks ir neatkarīga "lieta" (absolūta) vai attiecība starp notikumiem (relatīva). Laika uztvere atšķiras starp sugām un indivīdiem, un daudzos kultūras aspektos (piem., ritma, mija, svētku laiki) laiks tiek regulēts pēc sociālajām normām.

Pielietojumi

Precīza laika mērīšana ir būtiska daudzās jomās:

  • GPS un navigācija (satellītu sistēmām nepieciešama sinhronizācija ar atomu pulksteņiem);
  • telekomunikācijas un tīklu sinhronizācija;
  • eksperimentālā fizika (piem., daļiņu fizikas eksperimentiem un astrofizikā nepieciešama ļoti precīza laika atzīme);
  • industriālās procesu vadība un finanšu tirgi (laika zīmogi, transakciju laiki).

Kopsavilkumā — laiks ir gan ikdienišķs instruments, lai sakārtotu dzīvi un darbības, gan dziļš fizisks un filozofisks jēdziens. Tā mērīšana un izpratne attīstās līdzi tehnoloģijām un teorētiskajai fizikai, atverot jaunas iespējas precizitātei un jaunas diskusijas par laika dabu.

Laika vienības

  • 1 tūkstošgade = 10 gadsimti = 100 desmitgades = 200 lustrumi = 250 četrgades = 333,33 trīsgades = 500 divgades = 1000 gadi.
  • 1 gadsimts = 10 desmitgades = 20 lustrumi = 25 četrgades = 33,33 trīsgades = 50 divgades = 100 gadi.
  • 1 desmitgade = 2 lustrumi = 2,5 četrgadi = 3,33 trigadi = 5 divgadi = 10 gadi
  • 1 gads = 12 mēneši = 52 nedēļas = 365 dienas (garajos gados - 366 dienas)
  • 1 mēnesis = 4 nedēļas = 2 divnedēļas = 28 līdz 31 diena
  • 1 divas nedēļas = 2 nedēļas = 14 dienas
  • 1 nedēļa = 7 dienas
  • 1 diena = 24 stundas
  • 1 stunda = 60 minūtes
  • 1 minūte = 60 sekundes
  • 1 sekunde = SI laika pamatvienība
  • 1 milisekunde = 1/1000 sekundes
  • 1 mikrosekunde = 1/1 000 000 sekunde
  • 1 nanosekunde = 1/1 000 000 000 000 sekunde
  • 1 pikosekunde = 1/1,000,000,000,000,000,000 sekundes daļa.
  • 1 femtosekunde = 1/1,000,000,000,000,000,000,000,000 sekundes daļa.
  • 1 atosekunde = 1/1,000,000,000,000,000,000,000,000,000 sekundes daļa
  • 1 Planka laiks = mazākā izmērāmā laika vienība

Lietas, lai izmērītu laiku

Dienas laiks

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir laiks?


A: Laiks ir eksistences un notikumu attīstība, kas notiek neatgriezeniskā veidā no pagātnes caur tagadni uz nākotni.

J: Kā mēs varam izmērīt laiku?


A: Mēs varam mērīt laiku, izmantojot jebko, kas regulāri atkārtojas, piemēram, jaunas dienas sākumu, mēness fāzes un gadalaikus.

J: Ko cilvēki senatnē izstrādāja, lai noteiktu dienu skaitu gadā?


A: Senatnē cilvēki izstrādāja kalendārus, lai sekotu līdzi dienu skaitam gadā.

J: Ko cilvēki senatnē izstrādāja, lai mērītu laiku, kas ir mazāks par dienu?


A: Senatnē cilvēki izstrādāja saules pulksteņus, kas izmantoja saules mestās ēnas dienas laikā, lai mērītu laiku, kas mazāks par vienu dienu.

J: Cik precīzi mūsdienās pulksteņi mēra laiku?


A: Ļoti precīzi pulksteņi mūsdienās var mērīt laiku ar precizitāti, kas ir mazāka par miljarddaļu sekundes.

J: Ko sauc par laika mērīšanas zinātni?


A: Laika mērīšanas pētījumus sauc par horoloģiju.

J: Kāda ir SI laika mērvienība?


A: SI laika mērvienība ir viena sekunde, ko apzīmē ar s.


Meklēt
AlegsaOnline.com - 2020 / 2025 - License CC3