Время (физика)

Сейчас — 9 июня 2009, 02:30 (UTC)

Время — одно из основных понятий физики и философии, одна из координат пространства-времени, вдоль которой протянуты мировые линии физических тел, а также сознание.

В диалектическом материализме время — это объективно реальная форма существования движущейся материи, характеризующая последовательность развёртывания материальных процессов, отделённость друг от друга разных стадий этих процессов, их длительность, их развитие.

В количественном (метрологическом) смысле понятие время имеет два аспекта:

• координаты события на временной оси (текущий момент времени). На практике это текущее время: календарное, определяемое правилами календаря и время суток, определяемое какой-либо системой счисления (шкалой) времени (примеры: местное время, универсальное координированное время);
• относительное время, временной интервал между двумя событиями

Свойства времени

В классической физике, время — непрерывная величина, априорная характеристика мира, ничем не определяемая. В качестве основы измерения просто берётся некая последовательность событий, про которую считается несомненно верным, что она происходит через равные промежутки времени, то есть периодична. Именно на этом принципе и основаны часы. Такая же роль времени и в квантовой механике: несмотря на квантование почти всех величин, время осталось внешним, неквантованным параметром. В обоих случаях «скорость течения времени» не может ни от чего зависеть, а потому тавтологически равна константе.

В релятивистской физике ситуация кардинально меняется. Время рассматривается как часть единого пространства-времени, и, значит, может меняться при его преобразованиях. Можно сказать, что время становится четвёртой координатой, правда, в отличие от пространственных координат, она обладает противоположной сигнатурой. «Скорость течения времени» становится понятием «субъективным», зависящим от системы отсчёта. Ситуация усложняется в общей теории относительности, где «скорость течения времени» зависит также и от близости к гравитирующим телам.

Физическая интерпретация вышеназванных теорий требует нового определения времени, как числа процессов в системе отсчёта, произошедших одновременно с данным процессом. Система отсчёта времени может быть неравномерная (как процесс вращения Земли вокруг Солнца) или равномерная. Эталон секунды — период излучения, соответствующий переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133 при отсутствии возмущения внешними полями.

В этом контексте в некоторых гипотезах выделяют такое элементарное «мгновение» — хронон^[1], соответствующее понятию планковское время и являющееся согласно этим гипотезам квантом времени, то есть его мельчайшей неделимой частицей, и составляющее примерно 5,3×10^-44 с.

Отсчёт времени

Как в классической, так и в релятивистской физике для отсчёта времени используется временна́я координата пространства-времени, причём (традиционно) принято использовать знак «+» для будущего, а знак «-» — для прошлого. Однако смысл временно́й координаты в классическом и релятивистском случае различен (см. Ось времени).

См. также:

• Единицы измерения времени
• Собственное время

Зависимость от времени

Поскольку состояния всего нашего мира зависят от времени, то и состояние какой-либо системы тоже может зависеть от времени, как обычно и происходит. Однако в некоторых исключительных случаях зависимость какой-либо величины от времени может оказаться пренебрежимо слабой, так что с высокой точностью можно считать эту характеристику независящей от времени. Если такие величины описывают динамику какой-либо системы, то они называются сохраняющимися величинами, или интегралами движения. Например, в классической механике полная энергия, полный импульс и полный момент импульса изолированной системы являются интегралами движения.

Различные физические явления можно разделить на три группы

• стационарные — явления, основные характеристики которых не меняются со временем. Фазовый портрет стационарного явления описывается неподвижной точкой.
• нестационарные — явления, для которых зависимость от времени принципиально важна. Фазовый портрет нестационарного явления описывается движущейся по некоторой траектории точкой. Они, в свою очередь, делятся на
  • периодические — если в явлении наблюдается чёткая периодичность (фазовый портрет — замкнутая кривая)
  • квазипериодические — если они не являются в строгом смысле периодическими, но в малом масштабе выглядят как периодические (фазовый портрет — почти замкнутая кривая)
  • хаотические — апериодические явления (фазовый портрет — незамкнутая кривая, заметающая некоторую площадь более или менее равномерно, аттрактор).
• квазистационарные — явления, которые, строго говоря, нестационарны, но характерный масштаб их эволюции много больше тех времён, которые интересуют в задаче.

Направленность времени

Большинство современных учёных полагают, что различие между прошлым и будущим является принципиальным. Согласно современному уровню развития науки, информация переносится из прошлого в будущее, но не наоборот. Второе начало термодинамики указывает также на накопление в будущем энтропии.

Впрочем, некоторые ученые думают немного иначе. Стивен Хокинг в своей книге «Краткая история времени: от Большого взрыва до чёрных дыр» оспаривает утверждение, что для физических законов существует различие между направлением «вперёд» и «назад» во времени. Хокинг обосновывает это тем, что передача информации возможна только в том же направлении во времени, в котором возрастает общая энтропия Вселенной. Таким образом, Второй закон термодинамики является тривиальным, так как энтропия растет со временем, потому что мы измеряем время в том направлении, в котором растет энтропия^[2].

Единственность прошлого считается весьма правдоподобной. Мнения учёных касательно наличия или отсутствия различных «альтернативных» будущих различны^[3].

Единицы измерения времени

• Тысячелетие
• Столетие
• Год
• Месяц
• Неделя
• Сутки
• Час
• Минута
• Секунда
• Терция — устар., в настоящее время не используется
• Миллисекунда, микросекунда, наносекунда

Хронологически обособленные временные отрезки

В геологии

• Эон
• Эра
• Эпоха
• Период
• Век (геологический) — не путать со столетием
• Фаза

В истории

• Эпоха (Эпоха Возрождения, Эпоха застоя)
• Эра
• Период
• Век — не путать со столетием (каменный век, бронзовый век)

Метрология

Средства отсчёта текущего времени (автономные)

• Календарь (печатное издание) — только дискретный счёт
• Часы
• Стандарт частоты

Централизованные способы определения текущего времени

• По телефону с помощью службы точного времени
• По телевизору или бытовому радиоприёмнику, используя аудио- или визуальные сигналы точного времени, передаваемые вещательными службами
• По приёмнику сигналов точного времени, используя особые сигналы, передаваемые специальными радиостанциями
• По компьютеру с помощью специальных сетевых сервисов в Интернете и локальных сетях (например, таких как