Время (физика)

определение времени с точки зрения физики

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 [источник не указан 326 дней] . 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. [источник не указан 326 дней]

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 (см. Преобразования Лоренца) . «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 человеческий пульс) или равномерная. Равномерная система отсчёта выбирается по определению, 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. Следует отметить, что это определение — не произвольное, а связанное с наиболее точными периодическими процессами, доступными человечеству на данном этапе развития экспериментальной физики [3].

одна из координат пространства-времени, вдоль которой протянуты мировые линии физических тел, а также сознание.

В классической физике под понятием время подразумевается ДЛИТЕЛЬНОСТЬ процесса. Вам стало БОЛЕЕ понятно? Я сомневаюсь! Время-это философская категория, в которой до сих пор никто не разобрался. Возможно, что ВРЕМЯ является ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ характеристикой (ТОЛЬКО ВОТ ЧЕГО??) . Еще никому не удалось повернуть время вспять. Правда, ЗАМЕДЛИТЬ ВРЕМЯ удалось. (СТО).

Официального научного определения что такое время не существует, есть только логические проекции и предположения

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

На самом деле Время — это процесс. Как мы замеряем время (Процесс)? Да как и всё. Берем эталон, желательно меньшей величины, чем измеряемый объект. И просто мерием кол-во эталонов в объекте измерения. Соответственно, чтобы замерить время, нужно две величины, эталон и кол-во. За эталон можно брать любые процессы, желательно более менее равные. К примеру, земля вращается и за один оборот мы получаем один день. День складывается в месяцы и потом в год и т. д. В данном случае эталонным процессом является полное вращение земпли вокруг своей оси (в ориентации нам помогает солнце). Т. е. таким образом получаем солнечные часы. В маятниковых часах берем за основу процесс передвижения маятника и просто механически считаем их. В песочных часах процессом является перетекание песка из одного сосуда в другой. В кварцевых часах процесс сжимания и разжимания кварца под воздействием электрического тока является эталоном, а к примеру в атомных часах это процесс излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133 при отсутствии возмущения внешними полями. И т. д.
Соответственно можно подумать так, что если время =(это) процесс, то что-же порождает время? А порождает время самые самые базовые взаимодействия, которые происходят на самых самых самых нижних уровнях строения нашей вселенной. т. е. когда самые мельчайшие частички начинают взаимодействовать, то они создают множество множество процессов на более высоких уровнях порождая так называемые физические или химические процессы. Но при движении в пространстве группы «частиц», самые мелкие процессы, между самыми самыми мелкими «частицами» начинают замедляться, таким образом та часть частиц которые перемещаются отрабатывают все хим или физ процессы уже не так быстро. А «частицы» которые более неподвижные делают эти процессы c более быстрой (по отношению к движущейся массе частиц) скоростью.
т. е. Вывод, время — это результат взаимодействия самых маленьких частиц, поэтому если частицы в этом месте перестанут взаимодействовать или замедлятся, то и «время «(процесс) в этом месте замедлится. Но заметят это только зрители ВНЕ этого места, у которых частицы взаимодействуют со своей скоростью.

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

Содержание

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.

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).

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).
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] .

Что такое время и можно ли изменить его скорость?

Время — оно как воздух. Мы живем в нем и даже не задумываемся над тем, что это такое и как им пользоваться. Тем не менее, это очень сложная вещь, которая лежит в основе всего. Не зря же есть словосочетание ”пространство и время”. С пространством все понятно — вот оно. До работы 10 километров на машине, а до магазина 300 метров пешком. Вот только время в этом пути будет очень относительным. Но что это вообще такое и справедливо ли говорить о том, что время бесконечно и оно было всегда? Можно ли потрогать время? Может быть его можно остановить или повернуть вспять? Все эти вопросы люди часто задают друг другу и сами себе. Давайте попробуем ответить хоть на какие-то из них.

Время есть у всех. Но только что такое время?

Что такое время?

Обычно под временем мы понимаем то, что отсчитывается стрелками часов и чего нам всегда не хватает. При этом, считается, что время делится на прошлое, настоящее и будущее. С первым и последним понятно, но существует ли настоящее?

Любая микроскопическая доля времени, про которую мы постараемся сказать, как про настоящее, уже будет прошлым. Получается, что настоящего, как такового, не существует. Оно является только тем, что мы привыкли так называть, то есть очень широкое понятие в духе ”наши дни”. Оно может включать периоды от нескольких месяцев до нескольких лет и даже тысяч лет, если мы говорим, к примеру, о существовании Вселенной или формировании нашей планеты.

Одно из определений времени гласит, что это то, заставляет все события происходить неодновременно.

При этом многие ученые все же воспринимают время, как прогрессию, в которой будущее становится настоящим, а настоящее — прошлым, и этот процесс непрерывен. Даже если взорвется наше Солнце, время все равно не остановится и продолжит существовать. Просто уже не для нас.

Почему во время карантина время идет быстрее?

Что дает понимание времени

А еще время является основной для понимания того, что такое динамика. Только имея представления о времени, можно говорить о событиях, которые развиваются с определенной скоростью. Ведь совершенно нормальным считается спросить, когда что-то произошло и сколько продлилось то или иное явление. Получается, что время похоже на пространство — это координаты, но не точки на карте того, когда это было. Отличие только одно. По карте можно ходить куда угодно, а по времени — только в одну сторону. Именно это свойство времени является главной загадкой, над которой бьются ученые и строят свои гипотезы фантасты.

Фантасты часто поднимают тему времени, так как полет фантазии в этом направлении невозможно остановить.

Люди воспринимают время более менее одинаково, так как привычные нам часы тикают с одной скорость. Однако, это справедливо только для классической физики. Квантовая же физика утверждает обратное и говорит о том, что система становится активной только в тот момент, когда за ней наблюдают. То есть, в некотором роде именно квантовая физика не исключает возможности движения времени вспять.

Немного юмора от физики, который кое-что объясняет.

Теория относительности Альберта Эйнштейна

В свое время Альберт Эйнштейн явил миру теорию относительности, о которой вы наверняка слышали. Она полностью меняет типичное представление о времени и взгляд на него. Согласно этой теории, прогрессия времени не универсальна. Если говорить совсем просто, то по этой теории часы идут с разной скоростью в зависимости от того, на чьей руке они надеты.

Если обладатель часов окажется в непривычной для него ситуации, например, будет перемещаться со скоростью света или окажется рядом с сильным источником гравитационных волн — например, рядом с черной дырой — время для него пойдет иначе. В некоторых ситуациях оно может даже остановиться или и вовсе повернутся вспять.

Теория относительности предполагает, что любые события могут влиять только на те события, которые происходят после них. Но это не противоречит движению времени, как вектора физической величины, в обратном направлении. В этом случае уже события будущего будут находится в прошлом относительно ”того, кто носит часы”.

Проще говоря, в такой ситуации восприятие привычных физических процессов меняется и человек оказавшийся в таком месте может не только наблюдать время, но и двигаться по нему как в обычном пространстве — влево, вправо, вперед, назад и так далее. То есть, относительность уравнивает время и пространство, наделяя их одними и теми же свойствами.

Величайшие умы мира бьются над разгадкой тайны времени, но они ничего пока так и не добились.

Возможно ли путешествие во времени

Есть еще понятие T-симметрии, когда явления и величины, коими они представлены, не зависят от шкалы координат, и при изменении положительного значения на отрицательное кривая на графике становится зеркальной. В теории относительности, несмотря на такие отличие от привычного мира, это правило тоже сохраняется.

Интересно, что в споры о возможности путешествия во времени в обратном направлении вмешивается термодинамика, которая говорит, что все процессы в мире стремятся из упорядоченной системы к хаосу, то есть увеличению энтропии. Этот процесс нельзя повернуться вспять. То есть, взорвавшиеся звезды нельзя ”склеить” обратно, а сгнивший лист железа превратить в новый. Проще говоря, ”фарш невозможно провернуть назад и мяса из него не восстановишь”.

Если они смогли, может и мы когда-то сможем?

В итоге, грубо можно сказать, что время для нас это то время, которое есть на Земле. Если мы начнем путешествовать в пространстве дальше ближайших планет, нам придется понимать, что такое время и как оно меняется. Хотя, формально, на незначительные доли секунд отклонения есть и на Земле. Это даже учитывается при создании некоторых сверхточных систем и атомных часов.

Понимаем ли мы время

Вообще, человечество пока плохо понимает, что такое время на самом деле и все сказанное является только теориями и гипотезами. Мы пока так и не смогли достичь источников гравитационных волн, хотя смогли зафиксировать их.

Как только люди научатся путешествовать во времени, очень не хотелось бы это пропустить. Поверьте, прежде чем бежать покупать билеты, мы напишем об этом в нашем новостном канале в Telegram. Присоединяйтесь, чтобы ничего не пропустить.

Пока о времени мы знам только то, что это геометрический параметр, характеризующий длительность процессов. Он является частью пространственно-временного континуума и четвертой осью привычного нам трехмерного мира. Ах да… Еще то, что это чертовски интересная и непонятная штука. Как у нас говорят — ничего непонятно, но очень интересно.

Физика для чайников: что такое время

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 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.

Представление о времени

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.

Солнечные часы в Китае

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.

Биг Бен — знаменитые башенные часы

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.

Релятивистское замедление времени

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.
- Контрольная работа от 1 дня / от 120 р. Узнать стоимость
- Дипломная работа от 7 дней / от 9540 р. Узнать стоимость
- Курсовая работа 5 дней / от 2160 р. Узнать стоимость
- Реферат от 1 дня / от 840 р. Узнать стоимость
Иван Колобков, известный также как Джони. Маркетолог, аналитик и копирайтер компании Zaochnik. Подающий надежды молодой писатель. Питает любовь к физике, раритетным вещам и творчеству Ч. Буковски.

Время, скорость, расстояние

Каждый день мы смотрим на часы, спидометр, фитнес-браслет и анализируем расстояние, скорость и время. Рассмотрим математические формулы, чтобы решать задачи на поиск времени, скорости и расстояния из учебников и реальной жизни.

О чем эта статья:

Расстояние

Мы постоянно ходим пешком и ездим на транспорте из одной точки в другую. Давайте узнаем, как можно посчитать это пройденное расстояние.

Расстояние — это длина от одного пункта до другого.
- Например: расстояние от дома до школы 3 км, от Москвы до Петербурга 705 км.
Расстояние обозначается латинской буквой s.

Единицы расстояния чаще всего выражаются в метрах (м), километрах (км).

Формула пути

Чтобы найти расстояние, нужно умножить скорость на время движения:

s = v × t

Скорость

Двигаться со скоростью черепахи — значит медленно, а со скоростью света — значит очень быстро. Сейчас узнаем, как пишется скорость в математике и как ее найти по формуле.

Скорость определяет путь, который преодолеет объект за единицу времени. Скорость обозначается латинской буквой v.

Проще говоря, скоростью называют расстояние, пройденное телом за единицу времени.

Впервые формулу скорости проходят на математике в 5 классе. Сейчас мы ее сформулируем и покажем, как ее использовать.

Формула скорости

Чтобы найти скорость, нужно разделить путь на время:

v = s : t

Показатели скорости чаще всего выражаются в м/сек или км/час.

Скорость сближения — это расстояние, на которое сблизились два объекта за единицу времени. Чтобы найти скорость сближения двух объектов, которые движутся навстречу друг другу, надо сложить скорости этих объектов.

Скорость удаления — расстояние, на которое отдалились друг от друга два объекта за единицу времени.

Чтобы найти скорость удаления объектов, которые движутся в противоположных направлениях, нужно сложить скорости этих объектов.

Чтобы найти скорость удаления при движении с отставанием или скорость сближения при движении вдогонку, нужно из большей скорости вычесть меньшую.

Онлайн-курсы по математике для детей — отличный способ разобраться в сложных темах под руководством внимательного преподавателя.

Время

Время — самое дорогое, что у нас есть. Но кроме философии, у времени есть важная роль и в математике.

Время — это продолжительность каких-то действий, событий.
- Например: от метро до дома — 10 минут, от дома до дачи — 2 часа.
Время движения обозначается латинской буквой t.

Чаще всего вам будут встречаться такие единицы времени, как секунды, минуты и часы.

Формула времени

Чтобы найти время, нужно разделить расстояние на скорость:

t = s : v

Эта формула пригодится, если нужно узнать, за какое время тело преодолеет то или иное расстояние.

Взаимосвязь скорости, времени, расстояния

Скорость, время и расстояние связаны между собой очень крепко. Одно без другого даже сложно представить.

Если известны скорость и время движения, то можно найти расстояние. Оно равно скорости, умноженной на время: s = v × t.

Задачка 1. Мы вышли из дома и направились в гости в соседний двор. Мы дошли до соседнего двора за 15 минут. Фитнес-браслет показал, что наша скорость была 50 метров в минуту. Какое расстояние мы прошли?

Если за одну минуту мы прошли 50 метров, то сколько таких пятьдесят метров мы пройдем за 10 минут? Умножив 50 метров в минуту на 15 минут, мы определим расстояние от дома до магазина:

s = v × t = 50 × 15 = 750 (м)

Ответ: мы прошли 750 метров.

Если известно время и расстояние, то можно найти скорость: v = s : t.

Задачка 2. Двое школьников решили проверить, кто быстрее добежит от двора до спортплощадки. Расстояние между двором и площадкой — 100 метров. Первый школьник добежал за 25 секунд, второй за 50 секунд. Кто добежал быстрее?

Быстрее добежал тот, кто за 1 секунду пробежал большее расстояние. Говорят, что у него скорость движения больше. В этой задаче скорость школьников — это расстояние, которое они пробегают за 1 секунду.

Чтобы найти скорость, нужно расстояние разделить на время движения. Найдем скорость первого школьника: для этого разделим 100 метров на время движения первого школьника, то есть на 25 секунд:

Если расстояние дано в метрах, а время движения в секундах, то скорость измеряется в метрах в секунду (м/с). Если расстояние дано в километрах, а время движения в часах, скорость измеряется в километрах в час (км/ч).

В нашей задаче расстояние дано в метрах, а время в секундах. Значит, будем измерять скорость в метрах в секунду (м/с).

100 м : 25 с = 4 м/с

Так мы узнали, что скорость движения первого школьника 4 метра в секунду.

Теперь найдем скорость движения второго школьника. Для этого разделим расстояние на время движения второго школьника, то есть на 50 секунд:

Значит, скорость движения второго школьника составляет 2 метра в секунду.

Сейчас можно сравнить скорости движения каждого школьника и узнать, кто добежал быстрее.

Скорость первого школьника больше. Значит, он добежал до спортивной площадки быстрее.

Ответ: первый школьник добежал быстрее.

Если известны скорость и расстояние, то можно найти время: t = s : v.

Задачка 3. От школы до стадиона 500 метров. Мы должны дойти до него пешком. Наша скорость будет 100 метров в минуту. За какое время мы дойдем до стадиона из школы?

Если за одну минуту мы будем проходить 100 метров, то сколько таких минут со ста метрами будет в 500 метрах?

Чтобы ответить на этот вопрос, нужно 500 метров разделить на расстояние, которое мы будем проходить за одну минуту, то есть на 100. Тогда мы получим время, за которое дойдем до стадиона:

t = s : v = 500 : 100 = 5 (мин)

Ответ: от школы до стадиона мы дойдем за 5 минут.

Специально для уроков математики можно распечатать или нарисовать самостоятельно такую таблицу, чтобы быстрее запомнить и применять формулы скорости, времени, расстояния.

О метре времени и секунде длины

Известно, что время физиков есть время пространственное, поскольку для его измерения (кроме секунд) используются еще и единицы длины. Преобразования Лоренца так же указывают на связь времени с пространством и, наоборот, пространства со временем. Например, в диаграммах Минковского в качестве меры времени используется ct вместо t, поэтому, на «оси времени» время измеряется в расстояниях, т.е. отрезок на оси t равен длине пути сt, пройденного светом за время t [1].

Таким образом, в метрах (единицах расстояния) можно измерять и время, а в секундах (единицах времени) можно измерять и расстояние. Например, сколько километров в часе? Раньше была узаконенная мера — 4,8 километра (здесь время измеряется расстоянием). В астрономии расстояние измеряется в единицах времени — световых годах. Другими словами, о свойствах времени мы можем судить через пространство, а о свойствах пространства, через время.

Рассмотрим пример. Через точку О (рис.1а) в направлении Х движется материальный объект (например, часы) со скоростью 1 метр в секунду. Примем эту скорость за единицу измерения скоростей. При прохождении точки О стрелка часов указывала на нуль. Через одну секунду, часы, пройдя расстояние в 1 метр, окажутся в точке А. Следовательно, начало секунды движущихся часов зафиксировано в точке О, а конец секунды зафиксирован в точке А. Учитывая это, можно говорить, что, в неподвижную систему отсчета, единица времени движущихся (со скоростью 1м/c) часов проектируется длиной в один метр. Длина секунды равна одному метру расстояния, т.е. время движущихся часов, проектируется в неподвижную систему отсчета в виде отрезка длины. Если скорость часов увеличить до двух метров в секунду, то начало секунды будет также совпадать с точкой О, а конец с точкой B. В этом случае, длина секунды в метрах будет уже равна двум.

Введем два понятия:

а) длина секунды в метрах (ДСМ) – есть расстояние, проходимое материальным объектом (в примере часами) за одну секунду (секундное расстояние), и

б) время метра в секундах (ВМС) – есть время, проходимое материальным объектом расстояние в один метр (метровое время). Заметим, что классическая скорость, определяемая в м / c (метров в секунду), как раз и определяет длину секунды в метрах, поскольку указывает, сколько метров вмещается в секунду. Известно, что метр времени, например, введен и используется в специальной теории относительности (СТО) [2].

При скорости часов V₁ = 1 м/с, длина секунды в метрах (как мы выяснили) будет равна одному метру, а время метра равно одной секунде. При увеличении скорости часов до двух метров в секунду (V₂=2м/с), длина секунды в метрах становится равной двум метра, а время метра становится равным 0.5 секунды. Если ввести коэффициент счета скоростей К = V₂/V₁ = 2, то «ДСМ» с ростом скорости будет расти пропорционально К, а «ВМС» будет уменьшаться пропорционально 1 / К.

На рис. 1б приведена динамика этих понятий в зависимости от скорости. Так, при скорости V₁=1.0, мы имеем квадрат со сторонами «ДСМ» и «ВМС», равными по единице. При изменении скорости, площадь квадрата не изменяется, а сам он переходит в прямоугольник, при этом, во сколько раз растет длина (по горизонтали), во столько раз уменьшается его высота. Если скорость стремится к нулю, то «ДСМ» также стремится к нулю, «ВМС» стремится к бесконечности. Произведение значений «ДСМ» на «ВМС» для любой скорости всегда равно единице, т.е. является инвариантом.

Видоизменим эксперимент, показанный на рис.1а. На неподвижной платформе (рис.1в), слева направо, в направлении S₁ перемещаются часы со скоростью 1м/с. Точка О означает начало секунды, а точка А её конец. Расстояние между точками О и А равно 1 метру. Следовательно, длина секунды в этом случае равна одному метру, а время метра равно одной секунде.

Как будет выглядеть этот процесс в неподвижной системе отсчета, если платформа будет двигаться в направлении Х₁ со скоростью 1.732 м/с? Движение часов будет проходить в направлении S₂ со скоростью 2 м/с. При этом, начало секунды движущихся часов будет в точке О, а конец в точке В. На рис.1в видно, что путь, пройденный часами, равен отрезку ОВ = 2 метра, т.е. длина секунды в метрах возросла в два раза. Итак, в этом случае, длина секунды равна двум метрам, а время метра равно 0.5 сек. Длина секунды в метрах (как видно на рис.1в) с ростом скорости изменяется по выражению OB = 1 / cosα = К = 2, а время метра в секундах c ростом скорости уменьшается по выражению ОF = cosα = 1/K =0.5.

Тригонометрический вариант описания рассмотренного движения (рис.1в) несложно преобразовать в гиперболический вариант (рис.1г), если выполнить правила перехода: tgα = sha, 1/cosα = cha, sinα = tha, cosα = 1/cha, при этом, коэффициент К = 1/cosα = cha является коэффициентом счета скоростей. При переходе от рис. 1в. к рис. 1г., прямая АВ переходит в гиперболу АВ, дуга окружности DCA , переходит в прямую DCA, а эллипс BFT, переходит в прямую BFT. Другими словами, если представить. что изображенные события на рис.1 в.г происходят на поверхности конуса, то рис.1в является видом на конус спереди (с вершины), а рис.1г является видом на конус сбоку.

Выводы. 1. Расстояние, в принципе, можно представлять как в единицах длины, так и в единицах времени, а время, как в единицах времени, так и в единицах длины. При сравнении одного представления (для секунды, либо метра) с другим (что и делают, в том числе, преобразования Лоренца) и рождаются известные, так называемые эффекты замедления времени и сокращения длины.

2. Так, с ростом скорости от единицы, единица времени (секунда) при изображении ее в метрах длины, растягивается пропорционально коэффициенту К в пределах от 1.0 до ∞. Подобный эффект растяжение секунды при движении трактуется в СТО, как замедление времени при движении.

3. С ростом скорости от единицы, метр времени уменьшается (сокращается) в К – раз и изменяется в пределах от 1.0 до 0. Такой эффект в СТО трактуется как сокращение длины при движении.

1. Борн М. Эйнштейновская теория относительности.- М.: »Мир», 1972.

2. Тейлор Э.Ф., Уилер ДЖ. А. Физика пространства-времени.- М.:»Мир», 1971.

Многомерное время

Многомерное время — гипотезы существования времени с размерностью T>1. Данные гипотезы имеют определенное распространение в физике, философии и фантастике.

Многомерное время — совокупность научных гипотез о возможности существования у времени дополнительных осей движения, кроме привычной от прошлого через настоящее в будущее. Теоретически в нашем мире возможно существование бесконечного числа временных измерений, а сама гипотеза многомерного времени пока не имеет существенных возражений [1] . Единственным критерием применимости теорий многомерного времени является их внутренняя логическая непротиворечивость и согласованность с законами и принципами физики (в частности, теории многомерного времени при применении в мире нашей размерности должны совпадать с наблюдаемой реальностью) [1] . Теории многомерного времени используются для объяснения явлений в макро и мегамире, которые не согласуются с нашим макроскопическим опытом [1] .

С точки зрения науки, время — это некий параметр, определяющий последовательность событий. Предполагается, что в мире с многомерным временем последовательность событий не ограничена только одним параметром (движением вдоль одной линии). Точное количество дополнительных временных осей является предметом споров ученых. Академик А. Д. Сахаров высказал идею миров с одной или двумя пространственными и несколькими временными переменными, а болгарский физик Н. Калицин выдвинул теорию бесконечного числа временных переменных, которые различаются силой воздействия в материальном мире [2] .

Содержание

[править] В физике

Специальная теория относительности описывает пространство-время в виде псевдориманового многообразия с отрицательным собственным значением метрического тензора, которое соответствует «временноподобному» направлению. Метрика с несколькими отрицательными собственными значениями будет соответственно подразумевать наличие нескольких временных направлений, то есть время будет многомерным, но в настоящее время нет консенсуса насчет связи этих дополнительных «времен» с временем в обычном понимании.

Гипотезы многомерного времени иногда выдвигаются в физике как теоретическое описание реальности или как любопытная возможность. Например, Itzhak Bars [en] ‘s опубликовал работу «Физика двухмерного времени» [3] , основанную на SO (10,2) симметрии расширенной структуры суперсимметрии М-теории, являющийся самой современной и систематизированной разновидностью данной теории (см. также F-theory [en] ).

Макс Тегмарк [4] рассматривает гипотезы миров с размерностью времени T>1 с точки зрения антропного принципа и приходит к выводу о невозможности существования разумной жизни в такой модели мира. В общем случае неизвестно функционирование физических законов в мире с многомерным временем. Если Т отлично от 1, поведение физических систем не может быть выведено из знания соотвектствующих дифференциальных уравнений в частных производных. Разумная жизнь, способная использовать технологии, в подобной вселенной не могла бы возникнуть. Более того Тегмарк утверждает, что если T>1, протоны и электроны были бы неустойчивы и могли бы распадаться на более массивные часицы. (Это не проблема, если частицы имеют достаточно низкую температуру.). При T>1 субатомные частицы, распадающиеся в течении определённого периода, вели бы себя непредсказуемо, геодезическая линия для времени не обязательно была бы максимальной. Случай мира с размерностью пространства N=1 и времени T=3 обладает интересным свойством: скорость света является нижней границей скорости материальных тел, а вся материя состоит из тахионов. Тем не менее, сигнатуры (1,3) и (3,1) физически эквивалентны. Положительная длина вектора в пространстве Минковского для интервалов во времени, это условность, зависящая от договорённости о знаке метрического тензора. Так некоторые физики как правило, используют метрику с сигнатурой (+—), что приводит к положительной «длине» Минковского для времениподобных интервалов и энергии в то время как пространственное расстояние будет иметь отрицательную «длину» Минковского . Релятивисты, однако, как правило, придерживаются противоположной конвенции (-+++), что даёт для пространственного расстояния положительную «длину» Минковского.

[править] В философии

В 1927 году было опубликовано эссе «Эксперимент со временем» Джона Уильяма Данна [en] . В этом эссе выдвигается гипотеза о существовании человека одновременно на двух уровнях: в субъективном течении времени (см. стрела времени) и вне временной оси с возможностью одновременно видеть прошлое, настоящее и будущее (см. этернализм).

Гипотеза многомерного времени также рассматривались в аналитической философии [5] .

Английский философ Джон Беннет рассматривает модель Вселенной с 6 измерениями: 3 пространственными и 3 временными (имеющими названия «время», «вечность» и «ипостась»). Под временем Джон Беннет понимает привычное для нас линейное течение событий. Гипервремени он относит вечность и ипостась, имеющие собственные, отличные от времени свойства. Вечность Джон Беннет называет космологическим временем и вневременным временем. Ипостась является состоянием бытия и действует в области квантовых процессов.

Соединение времени и вечности дает возможность создания многовариантной космологии с параллельными вселенными, дающими большой спектр возможностей. Существование такого временного измерения, как ипостась, делает возможным многие научно-фантастические идеи: путешествие во времени, перемещение между параллельными мирами и движение быстрее скорости света.

Хотя идеи Джона Беннета довольно любопытны, но они основаны на субъективных аспектах восприятия времени и не имеют полностью научной основы. Также остается открытым вопрос измерения этих гипотетических временных измерений.

[править] В фантастике
- В романе Роберта Хайнлайна «Число зверя» Вселенная имеет 6 измерений, в том числе 3 временных (обозначаемые t, tau and teh).
- В тетралогии «Обеспечение» (Ware) Руди Рюкераинопланетная раса метамарсиан происходит из области космоса с двухмерным временем [6] .
- В романе «Израненное небо» сериала «Звёздный путь» Дианы Дуэйн физик Hamalki K’t’lk утверждает, что время имеет 3 измерения («начало», «продолжение» и «конец»).
[править] Первые гипотезы многомерного времени

Со временем в науке происходит всё большая формализация и во главу угла ставятся геометрические построения моделей времени. Такие модели приводят к статической концепции времени. Это даёт нам право применять чисто математические преобразования и операции, что приводит нас к возможности применения такой матмодели, где время многомерно [1] .

Идея многомерного времени впервые была выдвинута английским философом Брэдли. Он обнаружил, что сны не имеют логической связи между собой, но каждое сновидение обладает собственными временными связями. Для объяснения этого феномена Брэдли выдвинул гипотезу о существовании во Вселенной «временных серий», протекающих независимо друг от друга [1] .

Хинтон выдвинул гипотезу о том, что время является четвертым пространственным измерением. По его мнению сам мир статичен и состоит из множества трехмерных сечений. В этой теории время (четвертое измерение) означает перемещение из одного трехмерного сечения в другое. Эту гипотезу использовал Герберт Уэллс в романе «Машина времени» [1] .

Гипотезы Хинтона и Брэдли развил Данн в своей теории многомерного времени, предназначенной для объяснения феномена предвидения. По мнению Данна, в мире не существует ни прошлого, ни настоящего, ни будущего (то есть он статичен в привычном нам определении слова время). Вместе с Хинтоном он понимает под временем процесс движения сознания в статичном мире. Но количество наблюдателей (а соответственно и индивидуальных сознаний) теоретически может быть бесконечным, соответственно и число дополнительных временных измерений не имеет ограничений [1] .

[править] Многомерное время в специальной теории относительности

В специальной теории относительности (СТО) время и пространство рассматриваются в качестве единого объекта (четырехмерного пространства-времени). В СТО принята идея относительности времени: вместо единого для всей Вселенной часового механизма введены индивидуальные хронометры для каждой точки пространства [2] .

Первым возможность существования иных миров с другими законами природы озвучил Ньютон в «Вопросах» в конце «Оптики» [1] . Артур Эддингтон предложил исследовать свойства гипотетических миров с другим типом метрики: вместо традиционного четырехмерного (3+1)-мерного до (2+2) и (4+0)-мерного мира [1] . По мнению В. С. Барашенкова, многомерное время существует в нашем мире, но 2 дополнительные временные координаты недоступны для восприятия человека [1] .

Развитие физики в последние десятилетия выявило теоретические проблемы, не имеющие решения в классической теории относительности. Речь идет о невозможности преодоления «светового барьера» материальными объектами в специальной теории относительности и «горизонта событий» в общей теории относительности. В целях преодоления ограничений общей теории относительности была создана концепция тахионов (частиц, перемещающихся со сверхсветовыми скоростями) и концепция «отонных миров» (появление которой связано с изучением черных дыр) [1] .

Введение сверсветовых объектов потребовало изменения в теории относительности и привело к появлению шестимерной модели мира (с тремя пространственными и тремя временными осями): [math]М_6=М_[/math] . В рамках данной модели любое событие описывается формулой:

[math]E = (x, y, z, t_x, t_y, t_z)[/math]

Для согласования данной гипотезы с наблюдаемой реальностью сделано допущение о доступности для наблюдения всех пространственных компонентов, а осознаваемое человеком время принято за модуль трех временных координат:

Человек воспринимает только 4 координаты (x, y, z, t), поэтому шестимерное пространство-время с 3-мерным временем используется только для интерпретации суперлюминальных преобразований [1] .

[править] Многомерное время и концепция множественности миров

Отличительной особенностью современной космологии является переход на неевклидовую геометрию и признание сложной топологической структуры вселенной с дополнительными временными и пространственными измерениями. Идею высших пространтсвенно-временных размерностей предложил Т.Калуцой в 1921 году в рамках разработки единой теории поля. В настоящее время его идею используют в теории Великого объединения и супергравитации. Количество размерностей в теориях неограниченно, но самой распространенной является модель с 10 или 11 измерениями. В привычных для человека маштабах размерность имеет вид 3+1, при этом остальные пространственные и временные измерения скомпактифицированы (свернуты) в 7-мерные сферы [1] .

[править] Проблема размерности времени в микромире

Квантовые объекты в микромире не имеют определенной, четко заданой траектории. Их поведение описывается волновой функцией вероятностного вида: в каждый момент времени нельзя однозначно определить состояние частицы. Частица одновременно существует в нескольких состояниях в зависимости от степени вероятности. Но по выводам Аскина, в микромире одномерное время: частица не может одновременно находиться в нескольких точках [1] .

Описывающее время в микромире волновая функция определяется дифференциальным уравнением Шрёдингера, то есть является детерминированной (предопределенной величиной). Но пространственные координаты в микромире определяются наблюдениями и имеют вероятностный разброс значений. Поэтому в квантовой механике наблюдается разрыв между пространством и временем. Другими словами, процесс времени происходит в сознании наблюдателя, а сами свойства времени (необратимостью и непрерывностью) не дают возможность установить связь между пространством и временем в микромире [1] .

Квант действия в микромире при наблюдениях дает следующий эффект. Хотя состояние частицы в момент наблюдения детерминируется (определяется) волновой функцией, но после перехода частицы в новое состояние для ее описания приходится вводить новую волновую функцию, не имеющую ничего общего с предыдущей. Таким образом отсутствует причинная связь между состояниями частицы в разные моменты времени. Это делает невозможным выстраивание причинно-следственных связей в микромире. В микромире не причинно-следственная связь определяет временной процесс, а наоборот временной процесс (последовательность наблюдений) определяет причинно-следственную связь (совокупность волновых функций в разные моменты времени). Поэтому классические представления о времени оказываются неприменимыми для квантовых закономерностей в микромире [1] .

На невозможность применения обыденных представлений о пространстве и времени в микромире первым указал Эйнштейн. Луи де Бройль высказал идею о необходимости введения новых фундаментальных определений термина время, которые будут адекватно отражать свойства микромира и, одновременно, при переходе в мир большего размера соответствовать традиционным представлениям о пространстве-времени [1] .

[править] Гипотезы многомерного времени Д. Г. Павлова

Д. Г. Павлов попытался рассмотреть концепцию многомерного времени путем замены квадратичных метрик специального вида финслеровыми, которые называются метриками Бервальда-Моора и могут иметь произвольную степень компонент вектора. Данный подход открывает возможность построения теоретической модели времени с любым натуральным числом измерений без единой пространственной координаты.

По мнению Д. Г. Павлова, примером реализации концепции двумерного времени может выступать псевдоевклидова плоскость, на которой оба ортогональных измерения совершенно равноправны и в определенных условиях могут играть роль собственного времени наблюдателя, тогда вторая координата становится субъективно пространственной. И наоборот.

В научно-популярном изложении концепция многомерного времени без объективно существующих пространственных измерений представлена в фильме «Многомерное время» [7] (Авторы сценария: Дмитрий Павлов, Андрей Скляров. Режисер: Андрей Скляров).
Похожие записи: