Физика как можно найти время

У этого термина существуют и другие значения, см. Время (значения).

время
,
Размерность	T
Единицы измерения
СИ	с
СГС	с

Классическая механика
История…
Фундаментальные понятия Пространство Время Масса Скорость Сила Механическая работа Энергия Импульс
Формулировки Ньютоновская механика Лагранжева механика Гамильтонова механика Формализм Гамильтона — Якоби Уравнения Рауса Уравнения Аппеля Теория Купмана — фон Неймана
Разделы Прикладная механика Небесная механика Механика сплошных сред Геометрическая оптика Статистическая механика
Учёные Галилей Кеплер Ньютон Эйлер Лаплас Д’Аламбер Лагранж Гамильтон Коши
См. также: Портал:Физика

Вре́мя — форма протекания физических и психических процессов, условие возможности изменения^[1]. Одно из основных понятий философии и физики, мерило длительности существования всех объектов, характеристика последовательной смены их состояний в процессах и самих процессов, изменения и развития^[2], а также одна из координат единого пространства-времени, представления о котором развиваются в теории относительности.

В философии — это необратимое течение (протекающее лишь в одном направлении — из прошлого, через настоящее в будущее)^[3].

В метрологии — физическая величина, одна из семи основных величин Международной системы величин (англ. International System of Quantities, фр. Système International de grandeurs, ISQ)^[4], а единица измерения времени «секунда» — одна из семи основных единиц в Международной системе единиц (СИ) (фр. Le Système International d’Unités, SI, англ. International System of Units, SI).

Используемые обозначения

Для обозначения времени обычно используется символ латинского алфавита t — от лат. tempus («время») или символ греческого алфавита τ^[5]. В математических формулах часто дифференцирование по времени обозначается точкой над дифференцируемой переменной (например, в формуле лагранжиана где  — обобщённые координаты).

Свойства времени

Время характеризуется своей однонаправленностью (см. Стрела времени), одномерностью, наличием ряда свойств симметрии^[6].

Также время как физическая величина определяется периодическими процессами в некой системе отсчёта, шкала времени которой может быть как неравномерной (процесс вращения Земли вокруг Солнца или человеческий пульс), так и равномерной. Равномерная эталонная система отсчёта выбирается «по определению»; ранее, например, её связывали с движением тел Солнечной системы (эфемеридное время), а в настоящее время таковой локально считается атомное время, а эталон секунды — 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133 при отсутствии возмущения внешними полями. Это определение — не произвольное, а связанное с наиболее точными периодическими процессами, доступными человечеству на данном этапе развития экспериментальной физики^[7].

Направленность времени

Большинство современных учёных полагает, что различие между прошлым и будущим является принципиальным.

Стивен Хокинг в своей книге «Краткая история времени» пишет:

Единственность прошлого считается весьма правдоподобной. Мнения учёных относительно наличия или отсутствия различных «альтернативных» вариантов будущего различны^[9].

Также существует гипотеза о космологической направленности времени, где «начало» времени — Большой взрыв, а течение времени зависит от расширения Вселенной^[8].

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.

Концепции времени

Единой общепризнанной теории, объясняющей и описывающей такое понятие, как «время», не существует. Выдвигается множество теорий (они также могут быть частью более общих теорий и философских учений), пытающихся обосновать и описать это явление.

Принятые в науке концепции

Классическая физика

В классической физике время — это непрерывная величина, априорная характеристика мира, ничем не определяемая. В качестве основы измерения используется некая, обычно периодическая, последовательность событий, которая признаётся эталоном некоторого промежутка времени. На этом основан принцип работы часов.

Время как поток длительности одинаково определяет ход всех процессов в мире. Все процессы в мире, независимо от их сложности, не оказывают никакого влияния на ход времени. Поэтому время в классической физике называется абсолютным.

Абсолютность времени математически выражается в инвариантности уравнений ньютоновской механики относительно преобразований Галилея. Все моменты времени в прошлом, настоящем и будущем между собой равноправны, время однородно. Течение времени всюду и везде в мире одинаково и не может изменяться. Каждому действительному числу может быть поставлен в соответствие момент времени, и, наоборот, каждому моменту времени может быть поставлено в соответствие действительное число. Таким образом, время образует континуум. Аналогично арифметизации (сопоставлению каждой точки числу) точек евклидового пространства, можно провести арифметизацию всех точек времени от настоящего неограниченно назад в прошлое и неограниченно вперед в будущее. Для измерения времени необходимо только одно число, то есть время одномерно. Промежуткам времени можно поставить в соответствие параллельные векторы, которые можно складывать и вычитать как отрезки прямой^[11][12]. Важнейшим следствием однородности времени является закон сохранения энергии (теорема Нётер)^[13][14]. Уравнения механики Ньютона и электродинамики Максвелла не изменяют своего вида при смене знака времени на противоположный. Они симметричны относительно обращения времени (T-симметрия).

Время в классической механике и электродинамике — обратимо. Математическим выражением обратимости времени в классической механике является то, что в формулы классической механики время входит через оператор ^[15].

В классической физике связь между понятиями времени и пространства проявляется посредством взаимосвязи свойств импульса и энергии. Изменение импульса (сохранение которого связано со свойством симметрии пространства — однородностью) определяется временной характеристикой силы — её импульсом , а изменение энергии (сохранение которой связано с аналогичным свойством времени) определяется пространственной характеристикой силы — её работой ^[16].

Термодинамика и статистическая физика

Согласно второму началу термодинамики, в изолированной системе энтропия остаётся либо неизменной, либо возрастает (в неравновесных процессах). Однако понятие времени в термодинамике не рассматривается вовсе, и связь между направлением течения процессов и направлением течения времени выходит за рамки данной области физики.

В неравновесной статистической механике связь поведения энтропии со временем обозначается более явно: с течением времени энтропия изолированной неравновесной системы будет возрастать, вплоть до достижения статистического равновесия^[17], то есть направление течения процессов постулируется совпадающим с направлением течения времени.

В отношении ускорения протекания времени не отдельных явлений или объектов, а Вселенной в целом, высказывались различные предположения. Установление расширения Вселенной с положительным ускорением, позволяет заключить, что объективной реальности в наибольшей степени соответствует предположение о «нагревающейся» Вселенной, пространство которой расширяется одновременно с усложнением как отдельных объектов, так и Вселенной как таковой.

Наблюдаемое положительное ускорение расширения Вселенной одновременно с усложнением её объектов неизбежно приводит к выводу о наличии постоянного притока энергии, выражением которого являются эти взаимосвязанные процессы. Таким образом, время, как воспринимаемое нами с внешней стороны как последовательность событий, так и данное в качестве внутреннего ощущения, является притоком в объём Вселенной энергии, усваиваемой всеми её составляющими.

Собственное время объектов возникает в результате различной скорости и возможного количества усвоения этой энергии. Этим же объясняется связь необратимости, или «полумерности», времени и ускорение его хода — концентрация энергии в объёме Вселенной постоянно нарастает. Для ускорения хода времени в этом случае достаточно того, что объём Вселенной увеличивается пропорционально кубу её размеров, а поверхность, через которую возможно рассеяние энергии, пропорциональна только их квадрату. В результате относительная поверхность и возможность рассеяния через неё поступающей энергии сокращаются пропорционально увеличению размеров Вселенной. Это приводит к возрастанию доли энергии, выводимой объектами не путём её рассеяния, а путём образования новых уровней внутренних связей.

Таким образом, время является физическим явлением, вызывающим усложнение объектов и их разрушение при невозможности вывести избыточную энергию из своей структуры, а его необратимость и ускорение связаны с постоянным нарастанием концентрации энергии^[18].

Квантовая физика

Такова же, как и в термодинамике, роль времени и в квантовой механике: несмотря на квантование почти всех величин, время осталось внешним, неквантованным параметром. Введение оператора времени запрещается основами квантовой механики^[19]. Хотя основные уравнения квантовой механики сами по себе обладают симметрией по отношению к знаку времени, время необратимо, благодаря взаимодействию в процессе измерения квантовомеханического объекта с классическим измерительным прибором.
Процесс измерения в квантовой механике несимметричен по времени: по отношению к прошлому он даёт вероятностную информацию о состоянии объекта; по отношению к будущему он сам создаёт новое состояние^[20].

В квантовой механике имеется соотношение неопределенности для времени и энергии: закон сохранения энергии в замкнутой системе может быть проверен посредством двух измерений, с интервалом времени между ними в , лишь с точностью до величины порядка ^[21].

Точность квантовых часов ограничена фундаментальными законами термодинамики. Чем выше точность измерения времени, тем больше свободной энергии переходит в тепло, то есть быстрее увеличивается энтропия. Этот эффект демонстрирует связь между квантовой физикой, термодинамикой и концепцией стрелы времени^[22][23].

Специальная теория относительности

Симметрия в физике
Преобразование	Соответствующая инвариантность	Соответствующий закон сохранения
↕ Трансляции времени	Однородность времени	…энергии
⊠ C, P, CP и T-симметрии	Изотропность времени	…чётности
↔ Трансляции пространства	Однородность пространства	…импульса
↺ Вращения пространства	Изотропность пространства	…момента импульса
⇆ Группа Лоренца (бусты)	Относительность Лоренц-ковариантность	…движения центра масс
~ Калибровочное преобразование	Калибровочная инвариантность	…заряда

В релятивистской физике (Специальная теория относительности, СТО) постулируются два основных положения:

1. скорость света в вакууме одинакова во всех системах координат, движущихся прямолинейно и равномерно друг относительно друга^[24];
2. законы природы одинаковы во всех системах координат, движущихся прямолинейно и равномерно друг относительно друга^[24].

Также СТО использует общефилософский постулат причинности: любое событие может оказывать влияние только на события, происходящие позже него и не может оказывать влияние на события, произошедшие раньше него^[25][26]. СТО есть утверждение об инвариантности пространственно-временного интервала по отношению к группе трансляций в пространстве-времени)^[27] и изотропии (инвариантность по отношению к группе вращений)^[27] пространства и времени в инерциальных системах отсчёта^[28]. Из постулата причинности и независимости скорости света от выбора системы отсчёта следует, что скорость любого сигнала не может превышать скорость света^[29][30][26]. Эти постулаты позволяют сделать вывод, что события, одновременные в одной системе отсчёта, могут быть неодновременными в другой системе отсчёта, движущейся относительно первой. Таким образом, ход времени зависит от движения системы отсчёта. Математически эта зависимость выражается через преобразования Лоренца^[24]. Пространство и время теряют свою самостоятельность и выступают как отдельные стороны единого пространственно-временного континуума (пространство Минковского). Взамен абсолютного времени и расстояния в трёхмерном пространстве, сохраняющихся при преобразованиях Галилея, появляется понятие инвариантного интервала, сохраняющегося при преобразованиях Лоренца^[31]. Причинно-следственный порядок событий во всех системах отсчёта не изменяется^[32]. Каждая материальная точка имеет собственное время, вообще говоря, не совпадающее с собственным временем других материальных точек.

Пространство-время четырёхмерно, непрерывно (множество всех событий в мире обладает мощностью континуума) и связно (его нельзя разбить на две топологически несвязанные части, то есть на части, ни одна из которых не содержит элемента, бесконечно близкого к другой части)^[27].

В физике элементарных частиц время обратимо во всех процессах, кроме процессов слабого взаимодействия, в частности, распада нейтральных -мезонов и некоторых других тяжёлых частиц (нарушение CP-инвариантности при сохранении CPT-инвариантности)^[33].

Общая теория относительности

Общая теория относительности (ОТО), опираясь на принцип эквивалентности сил гравитации и инерции, обобщила понятие четырёхмерного пространства-времени Минковского на случай неинерциальных систем отсчёта и полей тяготения^[34]. Метрические свойства пространства-времени в каждой точке под влиянием поля тяготения становятся различными. Влияние гравитационного поля на свойства четырёхмерного пространства-времени описывается метрическим тензором. Относительное замедление времени для двух точек слабого постоянного гравитационного поля равно разности гравитационных потенциалов, делённой на квадрат скорости света (гравитационное красное смещение)^[35]. Чем ближе к массивному телу находятся часы, тем медленнее они отсчитывают время, на горизонте событий шварцшильдовской чёрной дыры, с точки зрения шварцшильдовского наблюдателя, ход времени полностью останавливается^[36]. Интервал времени между двумя событиями, имеющий определённую конечную длительность в одной системе отсчёта (например, время падения в чёрную дыру по собственным часам падающего объекта), может оказаться бесконечным в другой системе отсчёта (например, время падения в чёрную дыру по часам удалённого наблюдателя).

Квантовая теория поля

Наиболее общая взаимосвязь свойств пространства, времени и материи в квантовой теории поля формулируется в виде CPT-теоремы. Она утверждает, что уравнения квантовой теории поля не изменяются при одновременном применении трёх преобразований: зарядового сопряжения C — замена всех частиц им соответствующими античастицами; пространственной инверсии P — замена знаков всех пространственных координат на противоположные; обращения времени T — замены знака времени на противоположный^[37].

В силу CPT-теоремы, если в природе происходит некоторый процесс, то с той же вероятностью может происходить и CPT-сопряжённый процесс, то есть процесс, в котором частицы заменены соответствующими античастицами (С-преобразование), проекции их спинов поменяли знак (P-преобразование), а начальные и конечные состояния процесса поменялись местами (T-преобразование)^[33].

При применении метода диаграмм Фейнмана античастицы рассматриваются как частицы, распространяющиеся вспять по времени^[38].

Синергетика

Синергетика, в ходе разрешения парадокса стрелы времени (почему обратимые процессы приводят к необратимым явлениям?) на основе изучения процессов в неравновесной статистической механике при помощи применения к ним основанной Пуанкаре и Колмогоровым теории хаоса, выдвинула понятие несводимого к отдельным траекториям (классическая механика) или волновым функциям (квантовая механика) вероятностного описания хаотических классических или квантовых систем путём применения неунитарных преобразований с комплексными собственными значениями^[39][40]. Данная формулировка уравнений динамики включает в себя нарушение симметрии во времени и необратимость уже на уровне уравнений движения. И. Пригожин: «время приобретает свой истинный смысл, связанный с необратимостью или даже с „историей“ процесса, а не является просто геометрическим параметром, характеризующим движение»^[41].

Некоторые теории оперируют т. н. «мгновением», хрононом^[42] — мельчайшим, элементарным и недробимым «квантом времени» (соответствующим понятию «планковское время» и равным примерно 5,4⋅10⁻⁴⁴ с).

Психология

В психологии время является субъективным ощущением и зависит от состояния наблюдателя. Различают линейное и круговое (циклическое) время.

Философские концепции

Одним из первых философов, которые начали размышлять о природе времени, был Платон. Время (греч. χρόνος) он характеризует в своем трактате Тимей как «движущееся подобие вечности». Оно является характеристикой несовершенного динамического мира, где нет блага, но есть лишь стремление им обладать. Время, таким образом, обнаруживает момент неполноты и ущербности (никогда нет времени). Вечность (греч. αἰών), напротив, является характеристикой статического мира богов. Аристотель развил это понимание времени, определив его как «меру движения». Такое толкование было закреплено в его «Физике», и оно заложило основу естественнонаучного понимания времени.

В начале Средневековья Августин развивает концепцию субъективного времени, где оно становится психическим феноменом смены восприятий (растяжением души — лат. distentio animi)^[43]. Августин различает три части времени: настоящее, прошлое и будущее. Прошлое дано в памяти, а будущее в ожидании (в том числе в страхе или в надежде). Августин отмечает такой аспект времени, как необратимость, поскольку оно наполняется свершающимися событиями (время проходит). Помимо души человека, время обнаруживает себя в человеческой истории, где оно линейно.

В дальнейшем оба толкования времени развиваются параллельно. Естественнонаучное понимание времени углубляет Исаак Ньютон, введя концепцию «абсолютного времени», которое течёт совершенно равномерно и не имеет ни начала, ни конца. Готфрид Лейбниц следует за Августином, усматривая во времени способ созерцания предметов внутри монады. За Лейбницем следует Иммануил Кант, которому принадлежит определение времени как «априорной формы созерцания явлений»^[44]. Однако как естественнонаучная, так и субъективная концепции времени обнаруживают в себе нечто общее, а именно момент смены состояний, ибо если ничего не изменяется, то и время никак себя не обнаруживает. А. Бергсон в этой связи отрицает «отдельное» существование времени и предметов, утверждая реальность «длительности». Время является одной из форм проявления длительности в нашем представлении. Познание времени доступно лишь интуиции. А. Бергсон: «Ведь наша длительность не является сменяющими друг друга моментами: тогда постоянно существовало бы только настоящее, не было бы ни продолжения прошлого в настоящем, ни эволюции, ни конкретной длительности. Длительность — это непрерывное развитие прошлого, вбирающего в себя будущее и разбухающего по мере движения вперед»^[45]

Схожие представления развиваются в столь различных философских направлениях, как диалектический материализм (время как форма всякого бытия)^[46] и в феноменологии. Время уже отождествляется с бытием (например, в работе Хайдеггера «Бытие и время» 1927 г.) и его противоположностью уже становится не вечность, но небытие. Онтологизация времени приводит к его осознанию как экзистенциального феномена.

Религиозно-мифологические концепции

В мифологии, преимущественно архаической, время разделяется на мифическое («начальное», сакральное время, «правремя», время появления мира) и эмпирическое (обычное, реальное, историческое, «профанное»). В мифическое время тотемные, племенные первопредки, демиурги, культурные герои создавали нынешний мир: рельеф, небесные светила, животных и растения, людей, образцы (парадигмы) и санкции хозяйственного и религиозно-ритуального социального поведения и др. Представления о таком периоде отражены прежде всего в мифах творения — космогонических, антропогонических, этиологических. Мифическое время представляется сферой первопричин последующих действительных эмпирических событий. Изменения, происходившие в историческое профанное время (формирование социальных отношений и институтов, эволюция в развитии техники, культуры), проецируются в мифическое время, сводятся к однократным актам творения^[47].

В индуизме имеется божество Махакала (в переводе с санскрита означает «Великое время») который первоначально был одной из двух ипостасей бога Шивы. Согласно индуистской космогонии, особой энергией, или формой Шивы, признаётся Время (Кала), которым^{[источник не указан 2833 дня]}, или в котором, создаётся вселенная, и которое, обратившись в грозное пламя, уничтожает её в ходе светопреставления. Но когда «огонь Времени» (кала-агни) затухает, Время «пожирает само себя» и превращается в Махакалу — абсолютное «Время над Временем», Вечность. Это совпадает с началом периода небытия вселенной (пралая). Концепция Махакалы возможно восходит к «Атхарваведе» (сер. I тысячелетия до н. э.).

Нерешённые проблемы физики времени

• Почему вообще течёт время?^[48]
• Почему время всегда течёт в одном направлении?^[49]
• Существуют ли кванты времени?^[50]
• Почему время одномерно?^[51]
• В некоторых решениях уравнений Эйнштейна присутствуют замкнутые времениподобные линии. Вероятно, это свидетельствует о неполноте геометрического описания времени в общей теории относительности и необходимости дополнения общей теории относительности топологическими аксиомами, задающими свойства времени как порядкового отношения^[52].

Отсчёт времени

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

История измерения времени

Первым измерителем времени стала тень, которую на землю отбрасывал отвесно поставленный прут. Длина тени постепенно укорачивается к полудню, а затем снова удлинялась до заката солнца. Затем по этому принципу были созданы сначала гномон, а затем и солнечные часы, которые указывали время по передвигающейся с запада на восток тени. Но недостатком солнечных часов было то, что при при облачном небе и ночью ими нельзя пользоваться. Поэтому кроме солнечных часов в древности также использовались водяные часы (клепсидры) и песочные часы.

Механические часы появились в Европе в Средние века. В XVII веке были изобретены часы с маятником, что увеличило их точность^[53].

Пока не появилась единая система часовых поясов, каждый населенный пункт жил по собственному солнечному времени. Появление в XIX веке железных дорог потребовало унификации времени. В 1884 году на конференции в Вашингтоне в качестве точки отсчета мирового времени был выбран Гринвичский нулевой меридиан.

Но практическая унификация измерения времени представляла немалую проблему. Так, в Лондоне семья Бельвиль занималась «продажей времени». Суть бизнеса заключалась в ежедневной сверке своих часов с часами Гринвичской обсерватории, после чего по ним выставляли точное время подписанные на эту услугу клиенты^[54].

Появление радио позволило усовершенствовать способ распространения сообщений о точном времени, что было особенно важно для навигационных целей (определения долготы). Первые радиосигналы времени для навигации начала передавать осенью 1904 года радиослужба ВМС США. Корабли в море получили возможность устанавливать свои хронометры по этим сигналам. В России регулярные передачи в эфир сигналов точного времени из Главной астрономической обсерватории АН СССР в Пулкове начались с 1 декабря 1920 года через радиостанцию «Новая Голландия»^[55].

С древности точное время определялось путём астрономических наблюдений. Но в XX веке развитие науки привело к тому, что техническими средствами стало возможно обеспечить измерение времени с большей точностью, чем из астрономических наблюдений. В 1964 году Международный комитет мер и весов в качестве эталона времени принял атомные цезиевые часы. Теперь сигналы точного времени, передаваемые по радио, соответствуют «атомному времени»^[56]. Ежедневное вращение Земли нерегулярно (см. ΔT) и постоянно замедляется, поэтому атомные часы представляют собой гораздо более стабильную временную базу. Основанный на них стандарт UTC почти в миллион раз точнее астрономического среднего времени по Гринвичу. Но атомные часы — это достаточно сложное и дорогостоящее устройство, требующее квалифицированного обслуживания. По этой причине пользователи вынуждены обращаться к услугам удаленных эталонов. Всеобщее распространение Интернета потребовало синхронизации работы различных процессов в серверах и программах клиента. Для этого используется сетевой протокол задания времени NTP. Он предусматривает возможности работы с иерархически распределенными первичными эталонами (такими как синхронизуемые радиочасы)^[57].

Время в астрономии, навигации и в социальной жизни

Время в астрономии и навигации связано с суточным вращением земного шара. Для отсчёта времени используются несколько понятий.

• Местное истинное солнечное время (local apparent solar time) — полдень определяется по прохождению Солнца через местный меридиан (наивысшая точка в суточном движении). Используется, в основном, в задачах навигации и астрономии. Это то время, которое показывают солнечные часы.
• Местное среднее солнечное время (local mean solar time) — в течение года Солнце движется слегка неравномерно (разница ±15 мин), поэтому вводят условное равномерно текущее время, совпадающее с солнечным в среднем. Это время своё собственное для каждой географической долготы.
• Всемирное время (Гринвичское, GMT) — среднее солнечное время на начальном меридиане (проходит около Гринвича). Уточнённое всемирное время отсчитывается при помощи атомных часов и называется UTC (англ. Universal Time Coordinated, Всемирное координированное время). Это время принято одинаковым для всего земного шара. Используется в астрономии, навигации, космонавтике и т. п.
• Звёздное время — отмечается по верхней кульминации точки весеннего равноденствия. Используется в астрономии и навигации.
• Астрономическое время — общее понятие для всех вышеперечисленных.
• Поясное время — из-за неудобства в каждом населённом пункте иметь собственное местное солнечное время, земной шар размечен на 24 часовых пояса, в пределах которых время считается одним и тем же, а с переходом в соседний часовой пояс меняется ровно на 1 час.
• Декретное время — порядок исчисления времени «поясное время плюс один час». В 1930 году стрелка часов на всей территории СССР была переведена на 1 час вперёд. Например, Москва, формально находясь во втором часовом поясе, стала применять время, отличающееся от Гринвича на +3 часа. В течение многих лет декретное время являлось основным гражданским временем в СССР и России.
• Летнее время (daylight saving time, summer time) — сезонный перевод стрелок, весной на 1 час вперёд, осенью на 1 час назад.
• Местное время (standard time, local standard time) — время часовой зоны, в которой расположена соответствующая территория. Понятие введено в России федеральным законом в 2011 году вместо понятий поясное время и декретное время.

Единицы измерения времени

Название	Длительность
Гигагод	1 000 000 000 лет (возраст Солнца и Земли составляет примерно 4,5 гигагода)
Тысячелетие (Миллениум)	1000 лет
Век, столетие	100 лет
Индикт	15 лет
Десятилетие	10 лет
Год	365/366 суток
Квартал	3 месяца — 1/4 года
Месяц	≈ 3 декады — 28-31 суток, но чаще всего используют 30 суток
Декада	10 суток
Неделя	7 суток
Шестидневка	6 суток
Пятидневка	5 суток
Сутки	1/7 недели
Час	1/24 суток
Минута	1/60 часа
Секунда	1/60 минуты
Терция	1/60 секунды
Сантисекунда	10−2 секунды
Миллисекунда	10−3 секунды (движение пули на коротком отрезке)
Микросекунда	10−6 секунды (поведение перешейка при отрыве капли)
Наносекунда	10−9 секунды (диффузия вакансий на поверхности кристалла)
Пикосекунда	10−12 секунды (колебания кристаллической решетки, образование и разрыв химических связей)
Фемтосекунда	10−15 секунды (колебания атомов, ЭМ-поля в световой волне)
Аттосекунда	10−18 секунды (период ЭМ-колебаний рентгеновского диапазона, динамика электронов внутренних оболочек многоэлектронных атомов)
Зептосекунда	10−21 секунды (динамика ядерных реакций)
Иоктосекунда	10−24 секунды (рождение/распад нестабильных элементарных частиц)

В геологии

• Эон (др.-греч. αἰών «век, эпоха») в геологии — отрезок времени геологической истории, в течение которого формировалась эонотема; объединяет несколько эр.
• Эра — участок геохронологической шкалы, подынтервал эона, например Кайнозой (кайнозойская эра). Большинство геологических эр разделяются на меньшие единицы, которые называются геологическими периодами.
• Эпоха — единица геохронологической шкалы, часть геологического периода, подразделяется на геологические века. В стратиграфии соответствует геологическому отделу, то есть геологическая эпоха — это тот промежуток времени в палеонтологической и геологической истории Земли, в течение которого отложился или образовался слой пород, образующих соответствующий геологический отдел.
• Период — участок геохронологической шкалы, подынтервал геологической эры.
• Век — стратиграфическое подразделение, единица общей стратиграфической шкалы, подчинённая геологическому отделу. Подразделяется на стратиграфические зоны. Объединяет толщу горных пород, образовавшуюся в течение одного геологического века и отвечающего определённому этапу геологического развития Земли. Характеризуется типичными для него и только ему свойственными родами, подродами и группами видов.
• Стратиграфия (от лат. stratum «настил, слой» и др.-греч. γράφω• (gráfo) «пишу, черчу, рисую») — наука, раздел геологии, об определении относительного геологического возраста осадочных горных пород, расчленении толщ пород и корреляции различных геологических образований. Один из основных источников данных для стратиграфии — палеонтологические определения. В археологии стратиграфией называют взаимное расположение культурных слоев относительно друг друга и перекрывающих их природных пород. Установление этого расположения имеет критическую важность для датирования находок (стратиграфический метод датирования, планиграфия).

В истории

• Эпоха (эпоха Возрождения, эпоха Застоя)
• Эра
• Период
• Век

В музыке

Для задания точного соответствия между протяжённостью такта в музыке и абсолютными единицами измерения времени может использоваться частота ударов метронома, обычно указываемая в единицах BPM (англ. beats per minute — «ударов в минуту»)^[58].

В интернете

• Бит^{[значимость?]} — ¹/₁₀₀₀ суток, то есть около 1 мин 26 сек. Величина предложена для использования при указании единого для всех часовых поясов времени суток компанией Swatch в рамках рекламной кампании новой серии хронометров в 1998 году. Название происходит от англ. beat «удар, отбивать такт и время» (не путать с битом, англ. bit).

В индуизме

• Кальпа — «день Брахмы», продолжающийся 4,32 миллиарда лет и состоящий из 1000 маха-юг (периодов по 4 юги).

Метрология

Время количественно характеризуется некоторыми числами. Под промежутком времени в количественном смысле этого слова понимают разность показаний часов в рассматриваемые моменты времени. Часами может служить любое тело или система тел, в которых совершается периодический процесс, служащий для измерения времени^[59].

Эталоны

• Государственный первичный эталон единиц времени, частоты и национальной шкалы времени ГЭТ 1-98 — находится во ВНИИФТРИ.
• Эталон-копия государственного эталона частоты и времени ВЭТ 1-5 (Находится в Иркутске в восточно-сибирском филиале ВНИИФТРИ).
• Вторичный эталон единицы времени и частоты ВЭТ 1-10-82 — находится в СНИИМ (Новосибирск).
• Международные эталоны.

Средства отсчёта текущего времени (автономные)

• Календарь (печатное издание) (дневной/годичный отсчёт).
• Часы.
• Стандарт частоты.

Средства воспроизведения временных интервалов

• Таймер.
• Песочные часы.
• Метроном.
• Калиброванная линия задержки.

Средства измерения временных интервалов

Для измерения времени применяются различные калиброванные приборы, имеющие в составе средство воспроизведения временных интервалов — стабильный генератор импульсов (маятник, кварцевый или иной генератор):

• Секундомер
• Электронно-счётный частотомер с блоком измерения интервалов
• Осциллограф

Централизованные способы определения текущего времени

• По телефону с помощью службы точного времени.
• В теле- или радиопрограмме, передающей аудио- или визуальные сигналы точного времени.
• По приёмнику сигналов точного времени, используя особые сигналы, передаваемые специальными радиостанциями (например, таких, как RWM, DCF77).
• По компьютеру с помощью специальных сетевых сервисов в Интернете и локальных сетях (например, таких, как NTP).
• С помощью технических средств, позволяющих узнать время через GPS.

Открытия и изобретения

• Открытие огня. Огонь был первым орудием человека, заставившим человека в процессе его поддержания следить за ходом времени^[60].
• Ок. 1500 лет до н. э. Изобретены солнечные часы. Древний Египет^[61].
• Ок. 800 года. Были вновь изобретены водяные часы в странах арабского Востока^[62].
• Ок. 1500 года. Изобретены карманные (пружинные) часы. Петер Хенляйн, Германия^[61].
• 1656 год. Изобретены маятниковые часы^[en] (Христиан Гюйгенс, Нидерланды)^[63].
• 1686 год. Опубликованы «Математические начала натуральной философии» И. Ньютона. В них сформулировано учение о абсолютном времени ньютоновской механики.
• 1865 год. Открыто второе начало термодинамики Р. Клазиусом. Установлено наличие в природе фундаментальной асимметрии во времени всех происходящих в ней самопроизвольных процессов^[17].
• 1905 год. Сформулированы основные положения специальной теории относительности^[64].
• 1916 год. Сформулированы основные положения общей теории относительности^[65].
• 1918 год. Установлено, что закон сохранения энергии является следствием однородности времени (теорема Нётер)^[14].
• 1927 год. Сформулирован квантовомеханический принцип неопределённости для энергии и времени^[66].
• 1946 год. Разработан радиоуглеродный метод определения возраста ископаемых останков органического происхождения в археологии, Уиллард Фрэнк Либби, США. Нобелевская премия по химии 1960 года^[67].
• 1949 год. Показана теоретическая возможность существования замкнутых времениподобных линий^[68].
• 1954 год. Доказана CPT-теорема^[69][70].
• 1960 год. Проведён эксперимент Паунда и Ребки по измерению влияния поля тяготения Земли на ход времени^[71].
• 1964 год. Обнаружено явление нарушения CP-инвариантности и T-инвариантности при распаде K₀ мезона. Нобелевская премия по физике 1980 года^[72].
• 1970 год. Изобретены цифровые наручные часы. Джон М. Берже, США^[61].

Восприятие времени людьми

Самая простая форма восприятия времени у человека — восприятие собственных «биологических часов». Например, деление людей по хронотипам на «сов» и «жаворонков» зависит от согласования их оптимального физиологического и психического бодрствования с циклом суток.

Однако индивидуальная оценка времени человеком может быть разной. При оценке продолжительности деятельности, которая была приятной, людям свойственно преувеличивать временной интервал, а если деятельность была неприятной — преуменьшать его^[73].

С возрастом людям кажется, что время идет быстрее. Самое распространенное объяснение этому заключается в том, что большинство ощущений для ребенка являются новыми, в то время как для взрослых эти ощущения уже несколько раз повторялись в течение жизни. Другим объяснением является изменение содержания нейротрансмиттеров в мозге с возрастом, вследствие чего человек начинает недооценивать продолжительность какого-либо временного интервала^[74].

Длительность процессов в природе

Основной источник: ^[75]

	Длительность (в сек)	Длительность (в годах)
Возраст Солнца и Земли
Возраст существования жизни на Земле
Возраст каменного угля
Период обращения Солнца вокруг центра Галактики
Время, прошедшее после вымирания динозавров
Возраст человека как вида
Время, прошедшее после конца последнего оледенения Земли
Средняя продолжительность жизни человека
Период обращения Земли вокруг Солнца (год)
Период обращения Земли вокруг своей оси (сутки)
Время, за которое свет проходит расстояние от Солнца до Земли
Промежуток времени между двумя ударами сердца человека
Минимальный интервал времени между событиями, который человеческий глаз может воспринимать раздельно
Время одного взмаха крыла колибри
Время, в течение которого атом излучает свет
Время одного оборота электрона вокруг протона в атоме водорода
Время жизни короткоживущих элементарных частиц
Процессы в начале формирования Вселенной (время после Большого взрыва)[76]
Конфайнмент кварков
Завершение стадии инфляции
Завершение рождения классического пространства-времени

См. также

Примечания

Литература

Ссылки

• Институт исследований природы времени при МГУ
• Как расщепляют мгновение
• Передачи Гордона про время
• Парадокс времени — видеолекция Филиппа Зимбардо
• Проект И. Иванова «Масштабы: Времена» на сайте «Элементы»

Попробуйте сходу дать точное определение: что такое время? Мысль вертится вокруг этого понятия, пытается ухватиться, но вот сформулировать однозначное определение сложно. Есть разные концепции и трактовки времени в философии, физике, метрологии.

В классической механике и теории относительности используются совершенно разные концепции времени. В первом случае время характеризует последовательность событий, происходящих в трехмерном пространстве. Во втором рассматривается еще и как четвертая координата.

Но обо всем по порядку. Давайте узнаем, как люди измеряли время, почему секунда – его мельчайшая принятая единица. Также определим понятие времени в физике, рассмотрим явления релятивистского и гравитационного замедления времени.

Что такое время?

Течение времени – совершенно естественное явление. Время идет, все вокруг меняется, происходят разные события. Именно поэтому о времени с точки зрения физики, в первую очередь, стоит говорить в контексте событий.

Если бы вокруг ничего не происходило, понятие времени не имело бы традиционного смысла. Другими словами, без событий времени не существует. Итак:

Время – мера того, как меняется окружающий мир. Время определяет длительность существования объектов, изменение их состояний и процессы, протекающие в них.

В системе СИ время измеряется в секундах и обозначается буквой t.

Как люди измеряли время?

Для измерения времени нужны какие-либо повторяющиеся с одинаковым периодом события. Например, смена дня и ночи. Солнце каждый день встает на востоке и садится на западе, а Луна каждый синодический месяц проходит весь цикл фаз освещенности солнцем – от тоненького серпа полумесяца до полнолуния.

Синодический месяц – время от одного новолуния до другого. За синодический месяц Луна совершает оборот вокруг Земли.

Древним людям ничего не оставалось, как привязать отсчет времени к движению небесных тел и событиям, связанным с ним. А именно – к смене дней, ночей и сезонов года.

В году 4 сезона и 12 месяцев. Именно столько раз за весну, лето, осень и зиму Луна меняет свои фазы.

По мере развития прогресса методы измерения времени совершенствовались, появились солнечные, водяные, песочные, огненные, механические, электронные и, наконец, молекулярные часы.

Часы FOCS 1 в Швейцарии измеряют время с погрешностью хода около одной секунды за 30 миллионов лет. Это очень точные часы, но через 30 миллионов лет их все же придется “подвести”.

Почему в часе 60 минут, в минуте – 60 секунд, а в сутках – 24 часа?

Сразу оговоримся, что изложенное ниже во многом является личными предположениями автора, сделанными на основе исторических сведений. Если у наших читателей появятся уточнения или вопросы, мы будем рады видеть их в обсуждениях.

Древним народам нужна была какая-то основа, чтобы строить свои системы счисления. В Вавилоне за такую основу было взято число 60. 

Именно благодаря шестидесятеричной системе счисления, придуманной шумерами и позже распространившейся в Древнем Вавилоне, окружность содержит 360 градусов, градус – 60 минут, а минута – 60 секунд.

Год можно представить в виде окружности, содержащей 360 градусов. Возможно, число 360 в данном контексте взялось оттого, что в году 365 дней, и эту цифру просто округлили до 360.

Когда-то самой короткой единицей измерения времени был час. Древние вавилоняне были сильными математиками и решили ввести меньшие единицы времени, используя свое любимое число 60. Поэтому, в часе 60 минут, а в минуте 60 секунд.

Но почему день делится на 12 часов? За это нужно сказать спасибо древним египтянам и их двенадцатиричной системе.  День и ночь делились на 12 раных частей, считаясь разными царствами бытия. Скорее всего, первоначально использование числа 12 связано с количеством оборотов Луны вокруг Земли за год.

Самая большая единица измерения времени

Самая большая единица измерения времени – кальпа.  Кальпа является понятием из индуизма и буддизма. Она равняется примерно 4,32 миллиардам лет, что совпадает с возрастом Земли с точностью до 5%.

Как в голову древним индуистам пришли такие цифры? Ответа на этот вопрос мы не знаем, но вся система как будто говорит нам, что тогда люди знали о Вселенной немного больше, чем мы.

Кальпу в индуизме еще называют «днем Брахмы». День сменяется ночью, равной ему по продолжительности. 30 дней и ночей составляют месяц, а год  состоит из 12 месяцев. Вся жизнь Брахмы – 100 лет, по прошествии которых мир погибает вместе с ним.

Если перевести сто лет Брахмы в наши традиционные годы, получится 311 триллионов и 40 миллиардов лет! Нынешнему Брахме 51 год.

Вывод: если все это правда, то беспокоится не стоит – Вселенная будет существовать еще долгое время.

Кальпа – самая большая единица измерения времени согласно книге рекордов Гиннеса.

Первые часы

Сначала было достаточно палочки, на которой каменным топором можно делать зарубки и тем самым отсчитывать прошедшие дни. Но это скорее был календарь, а не часы.

Первые и самые древние часы – солнечные. Их действие основано на изменении длины тени предметов по мере того, как солнце движется по небосводу.  Такие часы представляли собой гномон – длинный шест, воткнутый в землю.  Солнечные часы применялись в Древнем Египте и Китае. О них было доподлинно известно уже в 1200 году до нашей эры.

Затем появились водяные, песочные и огненные часы. Работа этих механизмов не была привязана к движению небесных светил. Долгое время водяные часы были главным инструментом для измерения времени.

Первые механические часы были изготовлены китайскими мастерами в 725 году нашей эры. Однако широкое распространение они получили относительно недавно.

В средневековой Европе механические часы устанавливались в башнях соборов и имели только одну стрелку – часовую. Карманные часы появились только в 1675 году (изобретение запатентовал Гюйгенс), а наручные – намного позже.

Первые наручные часы были исключительно женским аксессуаром. Они представляли собой богато украшенные изделия, точность хода которых отличалась огромными погрешностями. У уважающего себя мужчины не могло быть и мысли о том, чтобы носить наручные часы.

Современные часы

Сейчас механические или электронные часы есть у каждого. Они измеряют время с относительно небольшими погрешностями.  Однако самыми точными часами в мире являются атомные часы. Их еще называют молекулярными или квантовыми.

Как мы помним, для определения единицы времени необходим какой-то периодический процесс. Когда-то самой короткой единицей был день. То есть единица измерения время была привязана к периодичности восхода и заката солнца. Потом минимальной единицей стал час, и так далее.

С 1967 года, согласно международной системе СИ, определение одной секунды привязано к периоду электромагнитного излучения, возникающего при переходе между сверхтонкими уровнями основного состояния атома Цезия-133. А именно: одна секунда равна 9 192 631 770 таким периодам.

Время в физике

На данный момент не существует определенной и единой концепции определения времени в физике.

В классической механике время считается  непрерывной, априорной и ничем не определяемой характеристикой мира.

Для измерения времени используется какая-либо периодическая последовательность событий. В классической физике время инвариантно относительно любой системы отсчета. То есть во всех системах события происходят одновременно.

Как найти время в физике? Простейшая формула, определяющая связь между  пройденным путем, скоростью и временем, известна каждому школьнику и имеет вид:

Это формула времени для равномерного и прямолинейного движения. Здесь t – время, S – пройденное расстояние, v – cкорость.

Более подробно об основах классической механики читайте в нашей отдельной статье.

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

Термодинамика говорит, что время необратимо. Необратимо по причине возрастания энтропии замкнутой системы. Кстати, в нашем тематическом материале читайте о том, что такое энтропия.

Но самое интересное начинается в релятивистской физике. Приведем цитату Стивена Хокинга, физика, написавшего краткую историю времени.

Нам приходится принять, что время не отделено полностью от пространства и не независимо от него, но вместе с ним образует единый объект, который называется пространством-временем

Также в релятивистской физике время перестает быть инвариантом и можно говорить об относительности времени.  Другими словами, ход времени зависит от движения системы отсчета.

Это так называемое релятивистское замедление времени. Если часы находятся в неподвижной системе отсчета, то в движущемся теле все процессы происходят медленнее, чем в неподвижном. Именно поэтому космонавт, путешествующий в космосе на супер скоростном корабле, практически не постареет по сравнению со своим братом близнецом, оставшимся на Земле.

Помимо релятивистского существует гравитационное замедление времени. Что это такое? Гравитационное замедление времени – изменение хода часов в гравитационном поле. Чем сильнее поле гравитации, тем сильнее замедление.

Вспомним о том, что секунда – это время, за которое атом изотопа цезия совершает 9 192 631 770 квантовых переходов.  В зависимости от того, где находится атом (на земле, в космосе, вдали от любого объекта или у черной дыры) секунда будет иметь разные значения.

Поэтому и время процессов, связанных с данной системой отсчета, будет отличаться. Так, для наблюдателя у горизонта событий Шварцшильдовской черной дыры время практически остановится, а для наблюдателя на Земле все произойдет почти мгновенно.

Людей всегда волновала тема путешествий во времени. Предлагаем вам посмотреть научно-популярный фильм на эту тему и напоминаем, что если у вас совершенно нет времени на учебные дела, наш студенческий сервис всегда поможет справится с актуальными задачами и проблемами.

Содержание:

• Определение и формула времени
• Особенности времени как физической величины
• Особенности времени как физической величины
• Единицы измерения времени
• Примеры решения задач

Определение и формула времени

В понятие времени отражаются такие свойства мира как постоянное развитие, изменение его в сознании человека. Процессы идут в определенной последовательности, при этом имеют определённую продолжительность.

Особенности времени как физической величины

Время неотделимо от материи и ее движения, так как является ее формой существования. Нет смысла говорить о времени самом по себе, так как в отрыве от материальных процессов течение времени становится бессодержательным. Только исследование процессов, происходящих в материальном мире и их взаимосвязей, делает понятие времени физически содержательным.

В череде процессов, происходящих в природе, особенное место занимают повторяющиеся процессы (повторение дней и ночей, дыхание, перемещение звезд по небосводу и т. д). Исследование и сравнение подобных процессов между собой ведет к идее о длительности материальных процессов, сравнение их длительности приводит к идее об их измерении.

Эталоном измерения является периодический процесс, который называют часами. Существуют системы отсчета, в которых возможно введение единого времени с достаточной для практики точностью. Введение единого времени хорошо подтверждается экспериментом. Теория дает возможность предсказать отклонения единого времени, что можно проверить эмпирически.

Длительность физического процесса, который происходит в некоторой точке, определяют при помощи часов, которые располагают в той же точке. При этом применяется прямое сравнение, сравниваются длительности процессов, которые текут в одной точке. Измерение длительности сводят к фиксации начала и окончания рассматриваемого процесса на шкале процесса, который принимают за эталонный. При этом говорят как о фиксации показаний часов в момент начала и окончания процесса, и это не имеет отношения к фактическому месту нахождения часов (процесса) в точке рассмотрения.

Синхронизация часов и изучения законов распространения физических сигналов развивались параллельно, при этом происходили взаимные уточнения и дополнения. Синхронизацию проводят при помощи сигналов, которые распространяются с конечной скоростью. Этот метод использует определение постоянной скорости: если из точки, в которой часы показывают t₀, исходит сигнал, перемещающийся со скоростью v=const, то тогда, когда сигнал придет в точку на расстоянии s, часы в этой точке должны показать время:

$$t=t_{0}+frac{s}{v}(1)$$

Такая синхронизация согласуется с синхронизацией с использованием световых сигналов. Тогда часы синхронизируются по формуле:

$$t=t_{0}+frac{s}{c}(2)$$

где c=299792,4562 км/с – скорость света, которая не зависит от скорости источника и приемника по всем направлениям пространства одинакова.

Особенности времени как физической величины

Перемещение ($bar{s}$), равно:

$$bar{s}left(t_{2}, t_{1}right)=bar{s}left(t_{2}right)-bar{s}left(t_{1}right)(3)$$

где $bar{s}(t_2)$ – радиус-вектор в момент времени
$t_2, bar{s}(t_1)$ – радиус-вектор в момент времени
$t_1$ .

Мгновенная скорость ($bar{v}$):

$$bar{v}=frac{d bar{s}}{d t}(4)$$

Мгновенное ускорение ($bar{a}$):

$$bar{a}=frac{d bar{v}}{d t}(5)$$

Единицы измерения времени

Основной единицей измерения момента силы в системах СИ и СГС является: [t]=c

Единицы измерения времени основываются на периоде вращения Земли около своей
оси и вокруг Солнца, Луни вокруг Земли. Внесистемные единицы измерения времени: час, минута, сутки и т.д.

Примеры решения задач

Читать дальше: Формула длины волны.

Физика как наука немыслима без использования понятия времени. При описании любого физического явления или процесса используется понятие времени. При этом считается, что все отлично понимают, что имеется в виду. Поэтому точное определение времени в физике отсутствует.

Вре́мя – форма протекания физических и психических процессов, условие возможности изменения.

В классической физике время – это непрерывная величина, априорная характеристика мира, ничем не определяемая.

https://ru.wikipedia.org/wiki/Время

Этот факт позволяет трактовать понятие времени абсолютно произвольным образом, приписывая времени различные свойства, совершенно ему неприсущие.

В первой публикации на эту тему «Часть 5.1. Что такое Время?» я привёл определение времени с философской точки зрения:

Время есть последовательность причинно обусловленных событий.

Такое понимание времени избавляет от разнообразных надуманных парадоксов, связанных с теорией относительности. Поскольку причинно-следственные связи сохраняются при рассмотрении любого явления из любой системы отсчета, то последовательность событий остаётся неизменной, независимо от системы отсчета.

Вместе с тем, необходимо отметить, что такая трактовка времени имеет один заметный недостаток. В этом подходе вообще отсутствует понятие скорости. Все события рассматриваются как некие изменения, следующие одно за другим. Скорость этих изменений не имеет никакого значения. Но является ли это недостатком? Возможно это отражение реального положения дел в природе?

Мне могут возразить, что всё в природе, и человек в том числе, ощущает течение времени. Да, безусловно, у человека есть чувство времени. Этот вопрос я обсуждаю в публикации «Часть 5.2. Время это шестое чувство человека?». Но есть ли чувство времени у атома? Я думаю, что на этот вопрос может ответить только атом. Нуждается ли природа в понятии скорости течения времени? Навряд ли.

Так для чего мы используем понятие времени? Прежде всего, отмечу, что человек ввёл это понятие для использования в своей повседневной хозяйственной деятельности. Но и в этом случае скорость течения времени обычно не имеет значения. Время понимается как некий момент, связанный с каким-либо событием. Например, время посева, время сбора урожая, время восхода или захода солнца. Однако для планирования своей деятельности человеку необходимо определение длительности того или иного явления, промежутка времени между двумя событиями. Для этого необходимо выражать эту длительность через сопоставление с другими общеизвестными явлениями. В качестве таких явлений наиболее удобно выбрать природные периодические процессы. Так возникли единицы измерения времени: год, месяц, сутки. Ну а для измерения более коротких промежутков времени пришлось вводить часы, минуты и секунды.

В этом месте сделаю небольшое отступление. Почему-то многие полагают, что для измерения времени можно применять только периодические процессы. Это не так. Просто так удобнее, понятнее и нагляднее. Но вполне возможно измерять время на основе других физических явлений, имеющих определенный темп изменения какой-либо характеристики. Для этой цели вполне подходит радиоактивный распад. Например, неделей можно назвать промежуток времени, за который распадается половина атомов урана-237. Такой метод измерения времени ничем не будет отличаться от любого прочего. В этом случае измерение времени будет заключаться в подсчёте количества распавшихся и оставшихся атомов, а не в количестве прошедших циклов периодического процесса. В любом случае мы просто считаем количество чего-либо.

На этих принципах основаны все часы – приборы для измерения времени. Но можно ли сказать, что часы измеряют время? Конечно, нет. Дело в том, что часы не измеряют ничего. Они просто подсчитывают, как правило, количество совершённых периодических процессов. Это всё равно, что говорить, что линейка измеряет расстояние. Нет. Расстояние измеряет человек с помощью линейки. Для этого он совмещает первую точку отрезка с началом шкалы линейки, а вторая точка отрезка указывает на точку шкалы, определяющую значение расстояния. Часы могут быть использованы для измерения длительности временно́го отрезка. В этом случае, всё обстоит так же, но гораздо сложнее. Основная трудность заключается в том, как совместить начало и конец измеряемого промежутка времени с показанием часов. Именно с решением этой задачи связано большинство временны́х парадоксов и заблуждений.

Время измерить невозможно. Существует понятие времени, но не существует времени как субстанции. Человек ввёл единицы измерения времени, но не определил, что такое время. Когда мы говорим об измерении времени, то всё-таки мы понимаем, что речь идёт об измерении длительности временны́х отрезков. При этом мы предполагаем, что все природные явления происходят с определённой скоростью, которая может быть соотнесена с эталоном. Но как выбрать такой эталон? В принципе, в качестве эталона можно выбрать любой периодический процесс и измерять время относительно длительности этого процесса. Так и делается в современной физике. При этом мы естественным образом приходим к принципам относительности при измерении времени. Длительность физического процесса измеряется в длительности временны́х отрезков выбранного эталона.

Но как быть в том случае, если длительность эталонного процесса изменяется в зависимости от физических условий? Это не очень простой вопрос.

С моей точки зрения логично было бы сказать, что период (или частота) эталонного процесса изменяется определенным образом в определенных физических условиях. То есть изменяется скорость протекания физических процессов. Но в современной физике приняли абсолютно неожиданное и поразительное утверждение о том, что в этом случае изменяется скорость течения времени. Например, при движении тела с релятивистской скоростью, скорость течения времени в его собственной системе отсчета замедляется. Я считаю это кошмаром физики, подрывающим любое философское осмысление природы.

Я попробую пояснить свою мысль, почему нельзя говорить об изменении скорости течения времени.

Во-первых. С методологической точки зрения. В ситуации, когда не определено само понятие времени, мы основываемся на интуитивном понимании этого явления. В этом случае следует использовать бритву Оккама и не вводить дополнительные понятия и свойства, если можно объяснить явление в рамках существующих положений. Поэтому, зачем говорить о замедлении времени при релятивистском движении, если можно сказать об увеличении длительности физических процессов?

Во-вторых. С математической точки зрения. В физике важно понятие скорости. Скорость движения представляет собой производную от координаты по времени. Аналогично этому скорость течения времени представляет собой производную от времени по времени. Что тождественно равно единице. То есть скорость течения времени является константой, неизменной величиной.

В-третьих. С философской точки зрения. Время является мерой движения и изменения в природе. И негоже этой мере изменяться в ходе измерений. Иначе, какая это мера? Мера должна быть стабильной и неизменной. Следовательно, скорость течения времени не должна меняться.

Мне кажется, что все разговоры о замедлении и ускорении времени являются просто PR-акцией, направленной на привлечение внимания к теории. Это можно было допустить на начальном этапе становления теории для привлечения сторонников. Но в настоящее время, когда теория доказала свою справедливость, такая трактовка вызывает не только недоумение, но и протест. Тем самым происходит обратный эффект, приводящий к уменьшению сторонников теории и заслуженной критике её положений.

Очень часто приводят высказывание Аристотеля «Время – это мера движения». Но при этом имеют в виду движение, как изменение положения в пространстве. Я рассматриваю движение в более широком смысле. Как изменение состояния вообще. Поэтому можно сказать, что

Время – это мера изменения.

Под изменением понимается изменение координат тела в пространстве, изменение энергии системы, изменение любых прочих характеристик системы. Время проявляется только в изменениях. В случае если никаких изменений нет, то говорить о времени нет смысла. Так же бессмысленно рассматривать время, как координату пространства. Время просто есть. Оно едино для всего. И мы все находимся в этом времени. И это время – настоящее. Оно течёт неумолимо, спокойно и равномерно.

Время невозможно измерить. Время можно только ощутить. Чувства измерить невозможно. Можно попробовать сопоставить это ощущение с показанием часов. Но невозможно доказать, что эти показания имеют какое-либо отношение к нашим чувствам.

In physics, time is defined by its measurement: time is what a clock reads.^[1] In classical, non-relativistic physics, it is a scalar quantity (often denoted by the symbol ) and, like length, mass, and charge, is usually described as a fundamental quantity. Time can be combined mathematically with other physical quantities to derive other concepts such as motion, kinetic energy and time-dependent fields. Timekeeping is a complex of technological and scientific issues, and part of the foundation of recordkeeping.

Markers of time[edit]

Before there were clocks, time was measured by those physical processes^[2] which were understandable to each epoch of civilization:^[3]

• the first appearance (see: heliacal rising) of Sirius to mark the flooding of the Nile each year^[3]
• the periodic succession of night and day, seemingly eternally^[4]
• the position on the horizon of the first appearance of the sun at dawn^[5]
• the position of the sun in the sky^[6]
• the marking of the moment of noontime during the day^[7]
• the length of the shadow cast by a gnomon^[8]

Eventually,^[9][10] it became possible to characterize the passage of time with instrumentation, using operational definitions. Simultaneously, our conception of time has evolved, as shown below.^[11]

The unit of measurement of time: the second[edit]

In the International System of Units (SI), the unit of time is the second (symbol: ). It is a SI base unit, and has been defined since 1967 as “the duration of 9,192,631,770 [cycles] of the radiation corresponding to the transition between the two hyperfine levels of the ground state of the caesium 133 atom”.^[12] This definition is based on the operation of a caesium atomic clock. These clocks became practical for use as primary reference standards after about 1955, and have been in use ever since.

The state of the art in timekeeping[edit]

The UTC timestamp in use worldwide is an atomic time standard. The relative accuracy of such a time standard is currently on the order of 10^−15[13] (corresponding to 1 second in approximately 30 million years). The smallest time step considered theoretically observable is called the Planck time, which is approximately 5.391×10⁻⁴⁴ seconds – many orders of magnitude below the resolution of current time standards.

The caesium atomic clock became practical after 1950, when advances in electronics enabled reliable measurement of the microwave frequencies it generates. As further advances occurred, atomic clock research has progressed to ever-higher frequencies, which can provide higher accuracy and higher precision. Clocks based on these techniques have been developed, but are not yet in use as primary reference standards.

Conceptions of time[edit]

Main article: Time

Galileo, Newton, and most people up until the 20th century thought that time was the same for everyone everywhere. This is the basis for timelines, where time is a parameter. The modern understanding of time is based on Einstein’s theory of relativity, in which rates of time run differently depending on relative motion, and space and time are merged into spacetime, where we live on a world line rather than a timeline. In this view time is a coordinate. According to the prevailing cosmological model of the Big Bang theory, time itself began as part of the entire Universe about 13.8 billion years ago.

Regularities in nature[edit]

In order to measure time, one can record the number of occurrences (events) of some periodic phenomenon. The regular recurrences of the seasons, the motions of the sun, moon and stars were noted and tabulated for millennia, before the laws of physics were formulated. The sun was the arbiter of the flow of time, but time was known only to the hour for millennia, hence, the use of the gnomon was known across most of the world, especially Eurasia, and at least as far southward as the jungles of Southeast Asia.^[15]

In particular, the astronomical observatories maintained for religious purposes became accurate enough to ascertain the regular motions of the stars, and even some of the planets.

At first, timekeeping was done by hand by priests, and then for commerce, with watchmen to note time as part of their duties.
The tabulation of the equinoxes, the sandglass, and the water clock became more and more accurate, and finally reliable. For ships at sea, boys were used to turn the sandglasses and to call the hours.

Mechanical clocks[edit]

Richard of Wallingford (1292–1336), abbot of St. Albans Abbey, famously built a mechanical clock as an astronomical orrery about 1330.^[16][17]

By the time of Richard of Wallingford, the use of ratchets and gears allowed the towns of Europe to create mechanisms to display the time on their respective town clocks; by the time of the scientific revolution, the clocks became miniaturized enough for families to share a personal clock, or perhaps a pocket watch. At first, only kings could afford them. Pendulum clocks were widely used in the 18th and 19th century. They have largely been replaced in general use by quartz and digital clocks. Atomic clocks can theoretically keep accurate time for millions of years. They are appropriate for standards and scientific use.

Galileo: the flow of time[edit]

In 1583, Galileo Galilei (1564–1642) discovered that a pendulum’s harmonic motion has a constant period, which he learned by timing the motion of a swaying lamp in harmonic motion at mass at the cathedral of Pisa, with his pulse.^[18]

In his Two New Sciences (1638), Galileo used a water clock to measure the time taken for a bronze ball to roll a known distance down an inclined plane; this clock was:^[19]

…a large vessel of water placed in an elevated position; to the bottom of this vessel was soldered a pipe of small diameter giving a thin jet of water, which we collected in a small glass during the time of each descent, whether for the whole length of the channel or for a part of its length; the water thus collected was weighed, after each descent, on a very accurate balance; the differences and ratios of these weights gave us the differences and ratios of the times, and this with such accuracy that although the operation was repeated many, many times, there was no appreciable discrepancy in the results.

Galileo’s experimental setup to measure the literal flow of time, in order to describe the motion of a ball, preceded Isaac Newton’s statement in his Principia, “I do not define time, space, place and motion, as being well known to all.”^[20]

The Galilean transformations assume that time is the same for all reference frames.

Newton’s physics: linear time[edit]

In or around 1665, when Isaac Newton (1643–1727) derived the motion of objects falling under gravity, the first clear formulation for mathematical physics of a treatment of time began: linear time, conceived as a universal clock.

Absolute, true, and mathematical time, of itself, and from its own nature flows equably without regard to anything external, and by another name is called duration: relative, apparent, and common time, is some sensible and external (whether accurate or unequable) measure of duration by the means of motion, which is commonly used instead of true time; such as an hour, a day, a month, a year.^[21]

The water clock mechanism described by Galileo was engineered to provide laminar flow of the water during the experiments, thus providing a constant flow of water for the durations of the experiments, and embodying what Newton called duration.

In this section, the relationships listed below treat time as a parameter which serves as an index to the behavior of the physical system under consideration. Because Newton’s fluents treat a linear flow of time (what he called mathematical time), time could be considered to be a linearly varying parameter, an abstraction of the march of the hours on the face of a clock. Calendars and ship’s logs could then be mapped to the march of the hours, days, months, years and centuries.

Thermodynamics and the paradox of irreversibility[edit]

By 1798, Benjamin Thompson (1753–1814) had discovered that work could be transformed to heat without limit – a precursor of the conservation of energy or

• 1st law of thermodynamics

In 1824 Sadi Carnot (1796–1832) scientifically analyzed the steam engine with his Carnot cycle, an abstract engine. Rudolf Clausius (1822–1888) noted a measure of disorder, or entropy, which affects the continually decreasing amount of free energy which is available to a Carnot engine in the:

• 2nd law of thermodynamics

Thus the continual march of a thermodynamic system, from lesser to greater entropy, at any given temperature, defines an arrow of time. In particular, Stephen Hawking identifies three arrows of time:^[22]

• Psychological arrow of time – our perception of an inexorable flow.
• Thermodynamic arrow of time – distinguished by the growth of entropy.
• Cosmological arrow of time – distinguished by the expansion of the universe.

With time, entropy increases in an isolated thermodynamic system. In contrast, Erwin Schrödinger (1887–1961) pointed out that life depends on a “negative entropy flow”.^[23] Ilya Prigogine (1917–2003) stated that other thermodynamic systems which, like life, are also far from equilibrium, can also exhibit stable spatio-temporal structures that reminisce life. Soon afterward, the Belousov–Zhabotinsky reactions^[24] were reported, which demonstrate oscillating colors in a chemical solution.^[25] These nonequilibrium thermodynamic branches reach a bifurcation point, which is unstable, and another thermodynamic branch becomes stable in its stead.^[26]

Electromagnetism and the speed of light[edit]

In 1864, James Clerk Maxwell (1831–1879) presented a combined theory of electricity and magnetism. He combined all the laws then known relating to those two phenomenon into four equations. These equations are known as Maxwell’s equations for electromagnetism; they allow for solutions in the form of electromagnetic waves and propagate at a fixed speed, c, regardless of the velocity of the electric charge that generated them.

The fact that light is predicted to always travel at speed c would be incompatible with Galilean relativity if Maxwell’s equations were assumed to hold in any inertial frame (reference frame with constant velocity), because the Galilean transformations predict the speed to decrease (or increase) in the reference frame of an observer traveling parallel (or antiparallel) to the light.

It was expected that there was one absolute reference frame, that of the luminiferous aether, in which Maxwell’s equations held unmodified in the known form.

The Michelson–Morley experiment failed to detect any difference in the relative speed of light due to the motion of the Earth relative to the luminiferous aether, suggesting that Maxwell’s equations did, in fact, hold in all frames. In 1875, Hendrik Lorentz (1853–1928) discovered Lorentz transformations, which left Maxwell’s equations unchanged, allowing Michelson and Morley’s negative result to be explained. Henri Poincaré (1854–1912) noted the importance of Lorentz’s transformation and popularized it. In particular, the railroad car description can be found in Science and Hypothesis,^[27] which was published before Einstein’s articles of 1905.

The Lorentz transformation predicted space contraction and time dilation; until 1905, the former was interpreted as a physical contraction of objects moving with respect to the aether, due to the modification of the intermolecular forces (of electric nature), while the latter was thought to be just a mathematical stipulation.^{[citation needed]}

Einstein’s physics: spacetime[edit]

Albert Einstein’s 1905 special relativity challenged the notion of absolute time, and could only formulate a definition of synchronization for clocks that mark a linear flow of time:

If at the point A of space there is a clock, an observer at A can determine the time values of events in the immediate proximity of A by finding the positions of the hands which are simultaneous with these events. If there is at the point B of space another clock in all respects resembling the one at A, it is possible for an observer at B to determine the time values of events in the immediate neighbourhood of B.

But it is not possible without further assumption to compare, in respect of time, an event at A with an event at B. We have so far defined only an “A time” and a “B time.”

We have not defined a common “time” for A and B, for the latter cannot be defined at all unless we establish by definition that the “time” required by light to travel from A to B equals the “time” it requires to travel from B to A. Let a ray of light start at the “A time” t_A from A towards B, let it at the “B time” t_B be reflected at B in the direction of A, and arrive again at A at the “A time” t′_A.

In accordance with definition the two clocks synchronize if

We assume that this definition of synchronism is free from contradictions, and possible for any number of points; and that the following relations are universally valid:—

1. If the clock at B synchronizes with the clock at A, the clock at A synchronizes with the clock at B.
2. If the clock at A synchronizes with the clock at B and also with the clock at C, the clocks at B and C also synchronize with each other.

— Albert Einstein, “On the Electrodynamics of Moving Bodies”^[28]

Einstein showed that if the speed of light is not changing between reference frames, space and time must be so that the moving observer will measure the same speed of light as the stationary one because velocity is defined by space and time:

where r is position and t is time.

Indeed, the Lorentz transformation (for two reference frames in relative motion, whose x axis is directed in the direction of the relative velocity)

can be said to “mix” space and time in a way similar to the way a Euclidean rotation around the z axis mixes x and y coordinates. Consequences of this include relativity of simultaneity.

More specifically, the Lorentz transformation is a hyperbolic rotation which is a change of coordinates in the four-dimensional Minkowski space, a dimension of which is ct. (In Euclidean space an ordinary rotation is the corresponding change of coordinates.) The speed of light c can be seen as just a conversion factor needed because we measure the dimensions of spacetime in different units; since the metre is currently defined in terms of the second, it has the exact value of 299 792 458 m/s. We would need a similar factor in Euclidean space if, for example, we measured width in nautical miles and depth in feet. In physics, sometimes units of measurement in which c = 1 are used to simplify equations.

Time in a “moving” reference frame is shown to run more slowly than in a “stationary” one by the following relation (which can be derived by the Lorentz transformation by putting ∆x′ = 0, ∆τ = ∆t′):

where:

• ∆τ is the time between two events as measured in the moving reference frame in which they occur at the same place (e.g. two ticks on a moving clock); it is called the proper time between the two events;
• ∆t is the time between these same two events, but as measured in the stationary reference frame;
• v is the speed of the moving reference frame relative to the stationary one;
• c is the speed of light.

Moving objects therefore are said to show a slower passage of time. This is known as time dilation.

These transformations are only valid for two frames at constant relative velocity. Naively applying them to other situations gives rise to such paradoxes as the twin paradox.

That paradox can be resolved using for instance Einstein’s General theory of relativity, which uses Riemannian geometry, geometry in accelerated, noninertial reference frames. Employing the metric tensor which describes Minkowski space:

Einstein developed a geometric solution to Lorentz’s transformation that preserves Maxwell’s equations. His field equations give an exact relationship between the measurements of space and time in a given region of spacetime and the energy density of that region.

Einstein’s equations predict that time should be altered by the presence of gravitational fields (see the Schwarzschild metric):

Where:

is the gravitational time dilation of an object at a distance of .

is the change in coordinate time, or the interval of coordinate time.

is the gravitational constant

is the mass generating the field

is the change in proper time , or the interval of proper time.

Or one could use the following simpler approximation:

That is, the stronger the gravitational field (and, thus, the larger the acceleration), the more slowly time runs. The predictions of time dilation are confirmed by particle acceleration experiments and cosmic ray evidence, where moving particles decay more slowly than their less energetic counterparts. Gravitational time dilation gives rise to the phenomenon of gravitational redshift and Shapiro signal travel time delays near massive objects such as the sun. The Global Positioning System must also adjust signals to account for this effect.

According to Einstein’s general theory of relativity, a freely moving particle traces a history in spacetime that maximises its proper time. This phenomenon is also referred to as the principle of maximal aging, and was described by Taylor and Wheeler as:^[29]

“Principle of Extremal Aging: The path a free object takes between two events in spacetime is the path for which the time lapse between these events, recorded on the object’s wristwatch, is an extremum.”

Einstein’s theory was motivated by the assumption that every point in the universe can be treated as a ‘center’, and that correspondingly, physics must act the same in all reference frames. His simple and elegant theory shows that time is relative to an inertial frame. In an inertial frame, Newton’s first law holds; it has its own local geometry, and therefore its own measurements of space and time; there is no ‘universal clock’. An act of synchronization must be performed between two systems, at the least.

Time in quantum mechanics[edit]

There is a time parameter in the equations of quantum mechanics. The Schrödinger equation^[30] is

One solution can be

.

where
is called the time evolution operator, and H is the Hamiltonian.

But the Schrödinger picture shown above is equivalent to the Heisenberg picture, which enjoys a similarity to the Poisson brackets of classical mechanics. The Poisson brackets are superseded by a nonzero commutator, say [H,A] for observable A, and Hamiltonian H:

This equation denotes an uncertainty relation in quantum physics. For example, with time (the observable A), the energy E (from the Hamiltonian H) gives:

where

is the uncertainty in energy

is the uncertainty in time

is Planck’s constant

The more precisely one measures the duration of a sequence of events, the less precisely one can measure the energy associated with that sequence, and vice versa. This equation is different from the standard uncertainty principle, because time is not an operator in quantum mechanics.

Corresponding commutator relations also hold for momentum p and position q, which are conjugate variables of each other, along with a corresponding uncertainty principle in momentum and position, similar to the energy and time relation above.

Quantum mechanics explains the properties of the periodic table of the elements. Starting with Otto Stern’s and Walter Gerlach’s experiment with molecular beams in a magnetic field, Isidor Rabi (1898–1988), was able to modulate the magnetic resonance of the beam. In 1945 Rabi then suggested that this technique be the basis of a clock^[31] using the resonant frequency of an atomic beam.
In 2021 Jun Ye of JILA in Boulder Colorado observed time dilatation in the difference in the rate of optical lattice clock ticks at the top of a cloud of strontium atoms, than at the bottom of that cloud, a column one millimeter tall, under the influence of gravity.^[32]

Dynamical systems[edit]

See dynamical systems and chaos theory, dissipative structures

One could say that time is a parameterization of a dynamical system that allows the geometry of the system to be manifested and operated on. It has been asserted that time is an implicit consequence of chaos (i.e. nonlinearity/irreversibility): the characteristic time, or rate of information entropy production, of a system. Mandelbrot introduces intrinsic time in his book Multifractals and 1/f noise.

Time crystals[edit]

Khemani, Moessner, and Sondhi define a time crystal as a “stable, conservative, macroscopic clock”.^[33]: 7

Signalling[edit]

Signalling is one application of the electromagnetic waves described above. In general, a signal is part of communication between parties and places. One example might be a yellow ribbon tied to a tree, or the ringing of a church bell. A signal can be part of a conversation, which involves a protocol. Another signal might be the position of the hour hand on a town clock or a railway station. An interested party might wish to view that clock, to learn the time. See: Time ball, an early form of Time signal.

We as observers can still signal different parties and places as long as we live within their past light cone. But we cannot receive signals from those parties and places outside our past light cone.

Along with the formulation of the equations for the electromagnetic wave, the field of telecommunication could be founded.

In 19th century telegraphy, electrical circuits, some spanning continents and oceans, could transmit codes – simple dots, dashes and spaces. From this, a series of technical issues have emerged; see Category:Synchronization. But it is safe to say that our signalling systems can be only approximately synchronized, a plesiochronous condition, from which jitter need be eliminated.

That said, systems can be synchronized (at an engineering approximation), using technologies like GPS. The GPS satellites must account for the effects of gravitation and other relativistic factors in their circuitry. See: Self-clocking signal.

Technology for timekeeping standards[edit]

The primary time standard in the U.S. is currently NIST-F1, a laser-cooled Cs fountain,^[34] the latest in a series of time and frequency standards, from the ammonia-based atomic clock (1949) to the caesium-based NBS-1 (1952) to NIST-7 (1993). The respective clock uncertainty declined from 10,000 nanoseconds per day to 0.5 nanoseconds per day in 5 decades.^[35] In 2001 the clock uncertainty for NIST-F1 was 0.1 nanoseconds/day. Development of increasingly accurate frequency standards is underway.

In this time and frequency standard, a population of caesium atoms is laser-cooled to temperatures of one microkelvin. The atoms collect in a ball shaped by six lasers, two for each spatial dimension, vertical (up/down), horizontal (left/right), and back/forth. The vertical lasers push the caesium ball through a microwave cavity. As the ball is cooled, the caesium population cools to its ground state and emits light at its natural frequency, stated in the definition of second above. Eleven physical effects are accounted for in the emissions from the caesium population, which are then controlled for in the NIST-F1 clock. These results are reported to BIPM.

Additionally, a reference hydrogen maser is also reported to BIPM as a frequency standard for TAI (international atomic time).

The measurement of time is overseen by BIPM (Bureau International des Poids et Mesures), located in Sèvres, France, which ensures uniformity of measurements and their traceability to the International System of Units (SI) worldwide. BIPM operates under authority of the Metre Convention, a diplomatic treaty between fifty-one nations, the Member States of the Convention, through a series of Consultative Committees, whose members are the respective national metrology laboratories.

Time in cosmology[edit]

The equations of general relativity predict a non-static universe. However, Einstein accepted only a static universe, and modified the Einstein field equation to reflect this by adding the cosmological constant, which he later described as the biggest mistake of his life. But in 1927, Georges Lemaître (1894–1966) argued, on the basis of general relativity, that the universe originated in a primordial explosion. At the fifth Solvay conference, that year, Einstein brushed him off with “Vos calculs sont corrects, mais votre physique est abominable.“^[36] (“Your math is correct, but your physics is abominable”). In 1929, Edwin Hubble (1889–1953) announced his discovery of the expanding universe. The current generally accepted cosmological model, the Lambda-CDM model, has a positive cosmological constant and thus not only an expanding universe but an accelerating expanding universe.

If the universe were expanding, then it must have been much smaller and therefore hotter and denser in the past. George Gamow (1904–1968) hypothesized that the abundance of the elements in the Periodic Table of the Elements, might be accounted for by nuclear reactions in a hot dense universe. He was disputed by Fred Hoyle (1915–2001), who invented the term ‘Big Bang’ to disparage it. Fermi and others noted that this process would have stopped after only the light elements were created, and thus did not account for the abundance of heavier elements.

Gamow’s prediction was a 5–10-kelvin black-body radiation temperature for the universe, after it cooled during the expansion. This was corroborated by Penzias and Wilson in 1965. Subsequent experiments arrived at a 2.7 kelvins temperature, corresponding to an age of the universe of 13.8 billion years after the Big Bang.

This dramatic result has raised issues: what happened between the singularity of the Big Bang and the Planck time, which, after all, is the smallest observable time. When might have time separated out from the spacetime foam;^[38] there are only hints based on broken symmetries (see Spontaneous symmetry breaking, Timeline of the Big Bang, and the articles in Category:Physical cosmology).

General relativity gave us our modern notion of the expanding universe that started in the Big Bang. Using relativity and quantum theory we have been able to roughly reconstruct the history of the universe. In our epoch, during which electromagnetic waves can propagate without being disturbed by conductors or charges, we can see the stars, at great distances from us, in the night sky. (Before this epoch, there was a time, before the universe cooled enough for electrons and nuclei to combine into atoms about 377,000 years after the Big Bang, during which starlight would not have been visible over large distances.)

Reprise[edit]

Ilya Prigogine’s reprise is “Time precedes existence”. In contrast to the views of Newton, of Einstein, and of quantum physics, which offer a symmetric view of time (as discussed above), Prigogine points out that statistical and thermodynamic physics can explain irreversible phenomena,^[39] as well as the arrow of time and the Big Bang.

See also[edit]

• Relativistic dynamics
• Category:systems of units
• Time in astronomy

References[edit]

Further reading[edit]

• Boorstein, Daniel J., The Discoverers. Vintage. February 12, 1985. ISBN 0-394-72625-1
• Dieter Zeh, H., The physical basis of the direction of time. Springer. ISBN 978-3-540-42081-1
• Kuhn, Thomas S., The Structure of Scientific Revolutions. ISBN 0-226-45808-3
• Mandelbrot, Benoît, Multifractals and 1/f noise. Springer Verlag. February 1999. ISBN 0-387-98539-5
• Prigogine, Ilya (1984), Order out of Chaos. ISBN 0-394-54204-5
• Serres, Michel, et al., “Conversations on Science, Culture, and Time (Studies in Literature and Science)“. March, 1995. ISBN 0-472-06548-3
• Stengers, Isabelle, and Ilya Prigogine, Theory Out of Bounds. University of Minnesota Press. November 1997. ISBN 0-8166-2517-4

External links[edit]

• Media related to Time in physics at Wikimedia Commons