Час — це ілюзія. Як чорні діри впливають на сприйняття часу, а також до чого тут спагетті і безсмертя

Час — одне з найбільш важкопоясненних понять, що існують у світі. Але ще складнішим воно стає, якщо вирушити далеко в космос.

Можливо, коли-небудь хто-небудь вам казав, що «час відносний»? Напевно ніхто і не замислюється над справжньою природою цих слів, адже насправді час дійсно відносний. Це досить загальна конструкція, завдяки якій ми усвідомлюємо своє дорослішання, зміни в світі і навколо нас. Однак час не рухається всюди однаково.

У нашому Всесвіті є три просторових виміри — висота, довжина, ширина і один часовий вимір. Разом вони зв’язуються в єдину модель простір-час. І ця модель працює по-різному залежно від спостерігача і його положення.

Загальну теорію відносності (ЗТВ), проголошену Альбертом Ейнштейном, часто називають одним з найбільших відкриттів в історії людства. На ній засновані безліч інших теорій і припущень, що визначають наше життя і місце у Всесвіті. Час також не зміг уникнути всюдисущого ока Ейнштейна — саме він передбачив гравітаційне уповільнення часу. Час рухається повільніше для рухомих об’єктів у порівнянні зі стаціонарним спостерігачем, і дослідження з часом підтвердили це передбачення.

Якщо ви знайшли помилку в тексті, виділіть її мишкою і натисніть Ctrl + Enter

Що таке час: визначення, теорії та його вимірювання?

Важко преоцінити що таке час і що він для нас означає. Час навколо нас — він завжди присутній і є основою того, як ми фіксуємо життя на Землі. Це константа, яка підтримує світ, Сонячну систему і навіть Всесвіт.

Цивілізації з’явилися й занепадали, зірки народжувалися й згасали, і наш єдиний спосіб відстежувати кожну подію у Всесвіті та на Землі — порівнювати їх із сьогоденням із закономірним плином часу. Але чи справді час це константа? Чи справді час такий простий, як рух від секунди до секунди?

Приблизно 13,8 мільярдів років тому зародився Всесвіт, і з тих пір час пролетів до наших днів, спостерігаючи за створенням галактик і розширенням космосу. Але коли справа доходить до порівняння часу, страшно усвідомлювати, наскільки мало його ми насправді пережили.

Вік Землі може бути біля 4,5 мільярда років, але сучасні люди населяють планету приблизно протягом 300 000 років — це лише 0,002% віку Всесвіту. Відчуваєте себе маленьким і нікчемним? Ми пережили так мало часу на Землі, що в астрономічних термінах ми зовсім незначні.

Що таке час?

Теорія Ньютона

У 17 столітті фізик Ісаак Ньютон бачив час як стрілу, випущену з лука, що рухається по прямій прямій і ніколи не відхиляється зі свого шляху. Для Ньютона одна секунда на Землі була такою ж тривалістю, як та сама секунда на Марсі, Юпітері або в глибокому космосі.

Він вважав, що абсолютний рух неможливо виявити, а це означає, що ніщо у Всесвіті не має постійної швидкості, навіть світло. Застосовуючи цю теорію, він зміг припустити, що якщо швидкість світла може змінюватися, то час має бути постійним. Час має йти від однієї секунди до наступної, без різниці між довжиною будь-яких двох секунд. Це те, про що легко подумати, що це правда. Кожен день має приблизно 24 години; у вас немає одного дня з 26 і одного з 23 годинами.

Теорія Ейнштейна

Однак у 1905 році Альберт Ейнштейн стверджував, що швидкість світла не змінюється, а скоріше є постійною, світло рухається зі швидкістю приблизно 186 282 милі на секунду (299 792 кілометри на секунду). Він стверджував, що час більше схожий на річку, яка тече залежно від впливу гравітації та простору-часу. Час прискорювався б і сповільнювався навколо космологічних тіл з різною масою і швидкістю, і тому одна секунда на Землі була не однаковою проміжком часу всюди у Всесвіті.

Що таке час (Photo: www.express.co.uk)

Це створило проблему. Якщо швидкість світла дійсно була постійною, то мала бути якась змінна величина, яка змінювалася на великих відстанях у Всесвіті. Оскільки Всесвіт розширюється, а планети й галактики рухаються у величезних масштабах, треба було щось дати, щоб урахувати ці невеликі коливання. І цією змінною мав бути час.

Що таке час та його постійність – експеремент Гафеле і Кітінга

Зрештою, теорія Ейнштейна не тільки вважалася правдою, але й виявилася цілком точною. У жовтні 1971 року два фізики на ім’я Дж. К. Гафеле і Річард Кітінг вирішили довести її справедливість. Для цього вони літали з чотирма цезієвими атомними годинниками на літаках по всьому світу, на схід, а потім на захід.

Неймовірно, але годинники дійсно зареєстрували різницю під час подорожей на схід і захід навколо світу — приблизно на 59 наносекунд повільніше і на 273 наносекунди швидше, відповідно, порівняно з місцем відправлення. Це довело, що Ейнштейн був правий, зокрема зі своєю теорією сповільнення часу , і що час дійсно коливався по всьому Всесвіту.

Згідно з теорією Ейнштейна, у порівнянні з наземними атомними годинниками повітряні годинники Гафеле та Кітінга будуть приблизно на 40 наносекунд повільнішими після їхньої подорожі на схід і приблизно на 275 наносекунд швидше після подорожі. захід, через гравітаційний вплив Землі на швидкість літаків.

Що таке час та його постійність – експеремент Гафеле і Кітінга (Photo: http://www.conspiracyoflight.com/)

Що відбувається під час розширення часу?

Що означає теорія спеціальної відносності з точки зору часу? Спершу ознайомтеся з нашим поясненням спеціальної теорії відносності, щоб по-справжньому зрозуміти загальмованість часу.

Однак Ньютон і Ейнштейн були одностайні в одному — час рухається вперед. Поки що немає жодних доказів у Всесвіті, що могло б дозволити часу рухатися вперед і назад за бажанням.

Зрештою, все рухається вперед у часі, будь то з регулярним темпом або злегка деформованим, якщо воно наближається до швидкості світла. Але чому час пливе вперед?

Вчені не впевнені, але у них є кілька теорій, щоб пояснити це. Одна з них наводить закони термодинаміки, зокрема другий закон. Він стверджує, що все у Всесвіті хоче перейти від низької до високої ентропії або від однорідності до безладу, починаючи з простоти під час Великого вибуху і переходячи до майже випадкового розташування галактик та їхніх об’єктів у наш час. Це відоме як «стріла часу», ймовірно, придумане британським астрономом Артуром Еддінгтоном у 1928 році.

Еддінгтон припустив, що час не є симетричним: «Якщо, слідуючи за стрілкою, ми знаходимо все більше й більше випадкових елементів у стані світу, то стрілка вказує на майбутнє; якщо випадковий елемент зменшується, стрілка вказує у минуле», — писав він у « Природі фізичного світу » у 1928 році. Наприклад, якби ви спостерігали майже однорідну зірку, але пізніше побачили, як вона вибухнула у вигляді наднової і стала розсіяною туманністю, ви б дізналися той час перейшов від однорідності до хаосу.

Інша теорія припускає, що плин часу пов’язаний з розширенням Всесвіту. Оскільки Всесвіт розширюється, він тягне за собою час, оскільки простір і час пов’язані як одне ціле; але це означало б, що якщо Всесвіт досягне теоретичної межі розширення й почне стискатися, то час повернеться назад — невеликий парадокс для вчених та астрономів. Чи справді час повернеться назад, коли все повернеться в епоху простоти і закінчиться Великим вибухом? Навряд чи ми зможемо це з’ясувати, але вчені можуть припустити, що може статися.

Неймовірній прогрес досягнуто людством у нашому розумінні часу за минуле століття. Ми перейшли від стародавніх сонячних годинників, що показують час, до сучасних атомних годинників, ми навіть можемо відстежувати плин секунди точніше, ніж будь-коли раніше. Питання що таке ча залишається складною темою, але завдяки науковим провидцям ми стаємо ближчими до розкриття таємниць цієї не дуже постійної універсальної константи.

Значення спеціальної теорії відносності Ейнштейна

Ейнштейнова теорія відносності спирається на один ключовий факт: Швидкість світла однакова незалежно від того, як ви дивитеся на нього. Щоб застосувати це на практиці, уявіть, що ви їдете в автомобілі зі швидкістю 20 миль/год (32 км/год) і проїжджаєте повз друга, який стоїть на місці. Коли ви проїзджаєте його, ви кидаєте м’яч перед автомобілем зі швидкістю 10 миль/год (16 км/год).

Для вашого друга швидкість м’яча поєднується зі швидкістю автомобіля, тому здається, що він рухається зі швидкістю 30 миль/год (48 км/год). Однак щодо вас м’яч рухається лише зі швидкістю 10 миль на годину, оскільки ви вже рухаєтеся зі швидкістю 20 миль на годину.

А тепер уявіть собі той самий сценарій, але цього разу ви повз нерухомого друга рухаєтеся з половиною швидкості світла. Цього разу ви світите промінь світла з лобового скла автомобіля.

У нашому попередньому розрахунку ми додали швидкість м’яча і автомобіля, щоб дізнатися, що бачив ваш друг, тож у цьому випадку, чи бачить ваш друг промінь світла, що рухається зі швидкістю в півтора рази більшою від швидкості світла?

За словами Ейнштейна, відповідь – ні. Швидкість світла завжди залишається постійною, і ніщо не може рухатися швидше за неї. У цьому випадку ви і ваш друг спостерігаєте швидкість світла, що рухається на загальноприйнятому значенні приблизно 186 282 милі на секунду. Це теорія спеціальної відносності, і вона дуже важлива, коли говорити про час.

Час – четвертий вимір Всесвіту

Колись на запитання що таке час – вам би відповіли, що простір і час розділені, і що Всесвіт — це просто набір космічних тіл, розташованих у трьох вимірах. Але Ейнштейн ввів концепцію четвертого виміру – часу — це означало, що простір і час були нерозривно пов’язані. Загальна теорія відносності припускає, що простір-час розширюється і стискається залежно від імпульсу і маси довколишньої матерії. Теорія була вірною, але все, що було потрібно, це докази.

Перший доказ був наданий гравітаційним зондом NASA B , який продемонстрував, що простір і час дійсно пов’язані. Чотири гіроскопи були спрямовані в напрямку далекої зірки, і якби гравітація не впливала на простір і час, вони залишалися б заблокованими в тому ж положенні. Проте вчені чітко помітили ефект «перетягування кадру» через гравітацію Землі. Це доводить, що саму тканину простору можна змінити, і якщо простір і час пов’язані, то сам час може бути розтягнутий і стиснутий під дією гравітації.

Що таке час: скільки триває секунда?

Існує два основних способи вимірювання часу: динамічний і атомний час. Перший покладається на рух небесних тіл, включаючи Землю, для відстеження часу, будь то час обертання далекої зірки, рух зірки по нашому нічному небу чи обертання Землі. Однак, ці методи не завжди є цілком точними.

Старе визначення секунди було засноване на обертанні Землі. Оскільки сонцю потрібно один день, щоб зійти на сході, зайти на заході і знову зійти, день майже довільно розділили на 24 години, годину на 60 хвилин і хвилину на 60 секунд. Однак Земля обертається нерівномірно. Її обертання зменшується зі швидкістю приблизно 30 секунд кожні 10 000 років. Вчені винайшли способи врахувати зміну швидкості обертання Землі, вводячи високі секунди», але для найточнішого часу потрібно брати ще менше.

Атомний час залежить від переходу енергії всередині атома певного елемента, зазвичай цезію. Визначаючи секунду, використовуючи кількість цих переходів, час можна виміряти з точністю, що втрачає крихітну частину секунди за мільйон років. Визначення секунди тепер визначається як 9 192 631 770 переходів всередині атома цезію, повідомляє Scientific American.

Атомні годинники: найточніше відстеження часу (Photo: www.timeanddate.com)

Атомні годинники: найточніше відстеження часу

Найточнішим годинником у Всесвіті, ймовірно, буде зірка, що обертається, як пульсар, але на Землі атомні годинники забезпечують найточніший відстеження часу. Вся система GPS на орбіті навколо Землі використовує атомні годинники для точного відстеження позицій і передачі даних на планету, тоді як цілі наукові центри створені для обчислення найточнішої міри часу — зазвичай, вимірюючи переходи всередині атома цезію.

У той час як більшість атомних годинників покладаються на магнітні поля, сучасні годинники використовують лазери для відстеження та виявлення енергетичних переходів у атомах цезію та більш точного вимірювання часу. Хоча цезієві годинники в даний час використовуються для вимірювання часу в усьому світі, стронцієві годинники обіцяють вдвічі більшу точність, тоді як експериментальний дизайн, заснований на заряджених атомах ртуті, може ще більше зменшити розбіжності до менш ніж 1 секунди, втраченої або отриманої за 400 мільйонів років.

Швидкість, час і відстань: як пов’язані ці поняття і за якими формулами знаходити

Швидкість, час і відстань часто аналізують автомобілісти або спортсмени. Ці поняття застосовують у складних задачах у фізиці, математиці, механіці. Їхній взаємозв’язок відображено у формулах.

Швидкість, час, відстань – це поняття, що пов’язані з рухом і характеризують його. Задачі на рух входять до числа найскладніших для школярів і студентів. У взаємозв’язку швидкості, часу і відстані допомагають розібратися розділи фізики і математики. Популярні визначення цих термінів дано на освітньому онлайн-ресурсі Libre Texts Physics.

Що таке відстань

Довжина шляху від однієї точки в просторі до іншої або від одного пункту до іншого називається відстанню. Інакше кажучи, це проміжок між чим-небудь або відстань між двома об’єктами в просторі.

Загальноприйняте позначення відстані латинською прописною літерою s, але можуть бути й інші позначення, про що повідомляється в умовах. Одиниці відстані – це міри довжини, які виражаються сантиметрами, метрами, кілометрами, милями. Їх вимірюють за допомогою лінійки, вимірювальної стрічки, рулетки, крокоміра. Великі відстані вимірюють особливими приладами, а на карті – за допомогою масштабу.

Що таке швидкість

Швидкістю вважається шлях (відстань), який якийсь об’єкт долає за одиницю часу. Це швидкість, з якою об’єкт переміщується в просторі. Позначається швидкість латинською літерою v. Вимірюється ця величина в м/сек, у км/год. Для вимірювання швидкості застосовуються спеціальні прилади – спідометри або радари.

У задачах на рух фігурують такі види швидкості:

• Швидкість зближення. Це відстань, на яку зблизилися два об’єкти за одиницю часу, при цьому їхні швидкості складаються.
• Швидкість віддалення. Показує, на яку відстань віддалилися об’єкти один від одного, але обчислюється теж шляхом додавання їхніх швидкостей.
• Середня швидкість. Її дізнаються, якщо на різних ділянках шляху вона була різною.

Є складні завдання, у яких рух відбувається з відставанням або навздогін. У таких випадках із більшої швидкості віднімається менша.

Що таке час

Під часом у точних науках мають на увазі тривалість якоїсь дії або події. Іншими словами, скільки часу потрібно, щоб відбулася якась дія.

Час у задачах заведено позначати латинською літерою t (іноді використовують велику Т). Одиниці вимірювання часу – секунди, хвилини, години, дні, місяці, роки. Але в задачах на рух фігурують одиниці від секунд до годин. Вимірюється час за допомогою механічного, електронного, пісочного, атомного годинника.

Взаємозв’язок відстані, швидкості та часу

Розглянуті поняття характеризують рух, вони тісно пов’язані одне з одним. Важко уявити одне з них окремо від інших. У розумінні швидкості нерозривні витрачений на рух час і відстань, яку було подолано. Якщо відомі швидкість і час руху, то легко визначити відстань. Якщо відомі відстань і швидкість руху, то можна визначити час, за який буде пройдено цю відстань.

Як відстань залежить від часу та швидкості руху

Якщо протягом якогось часу об’єкт рухався з відомою швидкістю, легко визначити, яку він подолав відстань за цей час. Припустимо, автомобіль їхав з одного міста в інше 4 години, його середня швидкість при цьому була 100 км/год. Тобто щогодини він проїжджав 100 км, а їхав 4 години. Стає очевидним, що за 4 години він проїде в 4 рази більшу відстань, ніж за годину.

Як знайти відстань? Відстань дорівнюватиме швидкості, помноженій на час: s=v×t. За цією формулою розраховують відстань за відомими швидкістю і часом руху: s=100 км/год×4 години=400 км. Такою виявляється відстань від одного міста до іншого у взятому прикладі.

Як обчислити час, якщо відома швидкість і відстань

Якщо відома швидкість руху і відстань, яку було подолано, можна дізнатися, скільки для цього знадобилося часу. Приміром, турист вирушив до табору, який розташований на відстані 20 км від міста. Він ішов зі швидкістю 5 км/год. Потрібно розрахувати, скільки часу він витратив на дорогу.

Вважаємо, що кожну годину він долав 5 км і пройшов усього 20 км. За якою формулою знайти час? Час руху дорівнюватиме відстані, поділеній на швидкість: t=s÷v. Тож якщо швидкість туриста 5 км/год, а загалом він пройшов до табору 20 км, тоді t=20 км÷5 км/год=4 години. Стільки часу туристові знадобиться на дорогу до табору.

Як обчислити швидкість, якщо дано відстань і час

Як розрахувати швидкість, знаючи час і відстань? Щоб дізнатися швидкість руху, треба пройдену відстань поділити на час, протягом якого вона була подолана. Формула буде такою: v=s÷t.

Припустимо, поїзд від однієї станції до іншої, відстань між якими 210 км, їхав 3 години. Потрібно дізнатися, з якою швидкістю він рухався. Швидкість – це рух за одиницю часу, у цьому прикладі – за годину. Якщо поїзд їхав 3 години, то його швидкість буде такою: v=210 км÷3 години=70 км/год.