Реферат
"Часі його вивчення у фізиці "
Введення
Якщосучасній людині поставити запитання про те, як тече час, то більшістьлюдей Уподібнити це поняття якоїсь річці, що тече лише вперед, з минулого вмайбутнє. Але, наприклад, стародавні греки вважали, що час не є безконечноюпрямий, а з'єднує кінець з початком. Взаємодія нескінченних простору ічасу, виявляється, робить їх не нескінченними, оскільки є певниймежа. А коли відомому в давнину любителю парадоксів Зенон Елейськийпоставили запитання про те, як, на його думку, рухається час: по колу або по прямій,прозвучав цікавий відповідь: В«Ніяк, оскільки ніякого руху немаєВ».
Звичайно,стародавні багато в чому помилялися. Але і зараз сучасна наука навряд чи точно зможевідповісти на всі питання про часу, ключовою з яких В«що таке час?В». Алевсе ж сучасна наука знає про сутність часу чимало. Більш того, навітьвідомі деякі види В«машин часуВ», здавна існують в природі.
Як же вонипрацюють? Що ж все-таки таке час? Як воно рухається? Чи існуєоборотність часу? Чи можливі подорожі в часі? Який час у Всесвіті?Про все це і піде мова нижче.
Поняття часу та його вимірювання
Перш за все,відзначимо, що час - поняття фізичне, а тому тісно пов'язане з конкретнимизаконами фізики. Наприклад, згідно із законами фізики, період обертання Земліповинен залишатися постійним. Цей факт дозволяє визначити одиницю вимірюваннячасу, звану сонячними цілодобово. Або, наприклад, закони фізикистверджують, що період коливання кварцової пластинки в генераторі з кварцовоюстабілізацією теж можна застосовувати для вимірювання часу, причому дуже точно.Можна домогтися ще більш точного підрахунку часу, якщо використовувати частотиколивань електронів в атомах. Найбільш точними вважаються атомні годинники,засновані на частоті випромінювання атомів цезію-133.
В данийчас використовуються три основні системи вимірювання часу. В основі кожної зних лежить конкретний фізичний періодичний процес: 1). обертання Землі навколосвоєї осі, 2). звернення Землі навколо Сонця і 3). випромінювання (або поглинання)електромагнітних хвиль атомами або молекулами деяких речовин (наприклад, тогож цезію) за певних умов.
Найчастіше, вповсякденній практиці використовують таку одиницю виміру, як В«середнєсонячний час В», основою якої єВ« середні сонячні добу В», які,у свою чергу, діляться наступним чином: 1 середні сонячні добу = 24середнім сонячним годинником [1], 1 середнійсонячний година = 60 середнім сонячним хвилинах, 1 середня сонячна хвилина = 60середнім сонячним секундам. Одні середні сонячні добу містять 86 400середніх сонячних секунд.
В той же часвідзначимо, що засновуючи поняття часу на фізичних законах, ми не можемо бутиточно впевнені в їх абсолютній правильності.
Погляди вчених на поняття часу
Часє одним з понять, яке повсюдно застосовується у фізиці. Розвитокпогляду на поняття часу пов'язано з іменами кількох відомих учених:Галілей, Ньютон і Ейнштейн. Почнемо з Галілея.
Глибокіроздуми про рух тіл в природі привели його до принципу відносності,де все залежить від точки відліку. Наприклад, мандрівник, що знаходиться в каютіпливе корабля, може точно сказати, що книга на його столі в каютізнаходиться в стані спокою. Але в той же час людина на березі бачить, щокорабель пливе, а тому книга всередині корабля також здійснює рух разом зкораблем. Галілею вдалося виявити силу інерції, яка об'єднує тіла вабсолютному і відносному спокої. Ця сила не проявляє себе, поки тілознаходиться в стані спокою або в рівномірному прямолінійному русі. Але вартотрохи пригальмувати його, як починає проявлятися прискорення, а тіло за інерцієюпрагне відновити втрачений спокій.
З цієювідправної точки вирушив далі Ньютон, який народився в рік смерті Галілея.Ньютон встановив, що існує зв'язок між силою та прискоренням, але щобзробити цей зв'язок повністю визначеною довелося ввести поняття маси тіла.Тоді з'явився другий закон Ньютона, який виражається формулою F = ma. Першим законом бувзакон інерції [2], а третій -сила дії дорівнює силі протидії. З цих законів і з'явиласякласична механіка Ньютона. Але щоб знати швидкості і прискорення в ціймеханіці, треба було знати час, протягом якого вони діяли. Механікане може існувати без часу, як геометрія без простору.
Вимірюватичасу було б добре ідеально точними годинами, хід яких не залежав би відякого небудь руху, а тому не можна визначити, знаходяться вони в спокої аборухаються. Такі годинники прийнято називати інерційних. Вони змогли б показувати якесьабсолютне час, однакове для всього Всесвіту.
Грунтуючисьна працях Ньютона і Галілея, А. Ейнштейн почав досліджувати Всесвіт засвоєму розумінню. Ейнштейн задавався питаннями, тече чи час однаково скрізьі хто це контролює. Відповідь допомогла дати створена ним теорія відносності,ядром якої стала аксіома про там, що в порожнечі швидкість світла однакова увсіх ІСО. У вакуумі ж, міркував Ейнштейн, швидкість світла абсолютна, а значить,дорівнює 300 000 км/с [3]. Крім того,швидкість світла є гранично можливою швидкістю в природі.
З логічнихпобудов Ейнштейна послідували практичні розрахунки залежності течіїчасу від швидкості руху. У рухомій системі координат час сповільнюєтьсяпо відношенню до нерухомої системі залежно від близькості швидкості рухуоб'єкта до швидкості світла. Звідси випливає знаменитий парадокс близнюків.
Цей парадоксвиглядає так. Уявімо собі двох братів-близнюків. Якщо один з близнятвідправиться у віці, наприклад, 20 років в космічну подорож до якої-небудьзірці зі швидкістю світла, то, пролетівши, скажімо, туди і назад за 40 світловихроків, він повернеться через приблизно 11 років по корабельному часу. На Землі ж зацей час пройде приблизно 80 років! Тому той із братів, який відправився вподорож до зірки виявиться молодше свого брата майже на 80 років! Чому,запитаєте ви? У цьому і полягає одна із загадок часу.
Відстань докосмосі не випадково вимірюється в світлових роках. Світловий рік - це шлях,який світловий промінь може подолати, поки на Землі пройде рік. Виходячи зцього, можна точно сказати, що дивлячись на зірки в нічне небо ми бачимо їх нетакими, які тільки є в даний момент, а такими, якими вони були 40 і більшесвітлових років тому [4].
Чотиривимірний простір і час Всесвіту
Виявляється,математикам зручно користуватися поняттям чотиривимірного простору, декрім довжини, ширини і висоти присутній ще один напрямок - час. Та йми самі часто вдаємося до цього четвертому напрямку в повсякденномупрактиці. Наприклад, коли пішохід переходить дорогу, а повз нього по нійпроїжджає автомобіль, то три з чотирьох координат простору збігаються, колиавтомобіль, а потім людина (або навпаки) проходять через одну і ту ж точку.Не збігається лише четверта координата - час, оскільки хтось із них - абоавтомобіль, або пішохід - повинні перейти раніше через це місце. Звідсислід цікавий висновок: класична фізика В«об'єднуєВ» простір і часза допомогою руху.
Є й іншийцікавий висновок, витікаючий з теорії відносності Ейнштейна і знань прошвидкості світла. Як вже сказано вище, зірки ми можемо бачити не такими, яківони є в даний момент. Світло поширюється не відразу, а за певний,нехай і нікчемно малий проміжок часу, і тому сприймається людськимоком теж не відразу. Світло від лампи поширюється за соту частку секунди,світло від сонця доходить до нас за вісім хвилин і т.д. А адже саме за допомогоюсвітла ми можемо бачити навколишній нас світ. Виходить, ми бачимо тільки те, що вжевідбулося, оскільки поки світлові промені донесуть до ока якусь інформацію,пройде певний час. Стало бути, ми живемо в минулому. А раз ми бачимоминуле, тоді як одна з координат простору може бути негативною. Засуті, ми живемо в минулому.
А яке жтоді час у Всесвіті? І чи є там взагалі час?
Довгий часвважалося, що Всесвіт статична і незмінна, а всі тіла в ній знаходяться встані спокою.
