Что такое время кратко
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.
Значение слова «время»
1. Длительность существования всего происходящего, всех явлений и предметов, измеряемая веками, годами, часами, минутами и т. п. На позеленевших от времени стенах висели портреты предков. Чехов, Кривое зеркало. || Мера длительности всего происходящего, существующего. Среднее солнечное время. Звездное время. По московскому времени. || Последовательная смена минут, часов, дней, лет и т. п. Время идет. Время летит. Время тянется. Время терпит. Время не ждет. □ Через короткие промежутки времени стреляли орудия. Первенцев, Огненная земля.
2. Какой-л. отрезок, промежуток в последовательной смене часов, дней, лет и т. д. Терять время. Тратить время. Наверстать время. Выиграть время. Предоставить время. Провести время. □ — Он всего только полгода как переехал к нам жить; в такое время человека не узнаешь. Гоголь, Иван Федорович Шпонька и его тетушка. Не знаю, сколько времени я провел у него, должно быть, час или немного больше. Каверин, Два капитана. || обычно с определением. Пора дня, недели, года и т. д., характеризуемая чем-л., или в которую что-л. происходит. Вечернее время. Ненастное время. Дождливое время. □ Эти часы стали теперь для мальчика самым счастливым временем. Короленко, Слепой музыкант. С утра часа два-три он не отрывался от проекта. Эти первые часы были лучшим временем суток: голова свежая, меньше беспокоят посетители. Ажаев, Далеко от Москвы. || Свободные от обычных занятий часы, дни и т. п.; досуг. — Я, кажется, помешал вам: вы изволили читать. — Ничего, мой почтеннейший, ничего; у меня есть время для муз и есть для добрых приятелей. Герцен, Кто виноват? — Должность и дела отнимают у меня и время, и здоровье. И. Гончаров, Обыкновенная история.
4. ( мн. ч. может употребляться и в знач. ед. ч.). Период, эпоха (в жизни человечества, какого-л. народа, государства, общества и т. п.). Военное время. Дух времени. □ — Времена Вертеров и Шарлотт прошли. И. Гончаров, Обрыв. Во времена Екатерины слава русского флота прогремела на Черном море. А. Н. Толстой, Гордо реет советский флаг.
5. Филос. Всеобщая объективная форма существования материи, проявляющаяся в длительности и последовательности, неотъемлемо от движения. Пространство и время — основные формы всякого бытия. □ В мире нет ничего, кроме движущейся материи, и движущаяся материя не может двигаться иначе, как в пространстве и во времени. Ленин, Материализм и эмпириокритицизм.
6. Грамм. Форма глагола, выражающая отношение действия или состояния к моменту речи или к какому-л. другому моменту. Настоящее время. Прошедшее время. Будущее время.
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.
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?
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.
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.
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:
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.
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.
Что такое время?
Время — это характеристика нашего мира, которая нужна для того, чтобы описывать порядок и длительность различных явлений.
Мы говорим: «Раньше эта елочка была намного меньше». Раньше — позже — это порядок. Еще мы знаем, например, что цветок растет быстрее дерева. Быстрее — медленнее — это длительность. Для ее определения стали сравнивать различные процессы с некоторыми регулярными явлениями — например, считать, какое количество раз всходило Солнце за время роста цветка, а какое — за время роста дерева. Это сравнение и называется измерением времени. Время — это длящееся бытие, живущий мир.
Главное свойство времени состоит в том, что оно длится, течет непрестанно. Астроном, физик, любой другой специалист (и неспециалист) всегда отмечают с предельно доступной точностью моменты наблюдения: время начала и окончания явления или его продолжительность. Без пометки времени любой готовый результат астрономического наблюдения — рисунок, фото графия, регистрограмма самописца — не имеет практически никакой научной ценности. И наоборот, возрастающая точность измерения времени одних и тех же явлений природы иногда приводит к новым открытиям.
Время необратимо, то есть нельзя изменить порядок уже сделанных ходов, невозможно следствие поставить раньше его причины. Если бы Земля не испытывала никакого внешнего воздействия, тогда и планета вращалась бы вечно, и время Вселенной сделалось бы обратимым, но для этого только было бы надо, чтобы во Вселенной не осталось ничего, кроме вращающегося вокруг своей оси земного шара.
Научное знание строится на отыскании и сравнении сходных предметов и явлений, с тем, чтобы можно было предсказать их поведение в будущем. Сначала человек наблюдал простейшие, самые заметные периодические явления природы: суточное вращение звездного неба, месячное движение Луны и годовое движение Солнца по созвездиям. После этого люди принялись изучать другие повторяющиеся явления: фазы Луны, затмения Луны и Солнца, конфигурации планет — это и стало началом астрономии. Наблюдение небесных повторов оказало сильнейшее воздействие на мировоззрение человека. Но древний человек увидел в спирали времени только замкнутую круговерть — кольцо. Кольцо времен позволяло наглядно представить безграничность времени — вечность.
Еще в каменном веке людям удалось определить продолжительность года в 360–365 дней. Помог им в этом древнейший астрономический прибор гномон, который представлял собой врытый в землю вертикальный столб. Полуденная тень гномона всегда обращена на север, поэтому этот прибор был и первым компасом. А когда от столба прочертили направление на север, он стал первыми часами, показывавшими пока только один час — полдень. Когда вокруг гномона поставили визиры на точки восхода Солнца в День Первой Травы или в День Большой Воды, то получили прицел-календарь, позволяющий узнавать о возвращении даты через год. Правда, в каждой точке горизонта Солнце восходит дважды в году. Например, первый выгон коров на Руси был приурочен к Егорию (7 мая). В той же точке горизонта Солнце появится и 5 августа. Однако май от августа можно отличить и без прибора.
Звездные и солнечные сутки
Солнечные сутки примерно на 4 минуты длиннее звездных, потому что Земля одновременно вращается вокруг оси и обращается вокруг Солнца.
Чтобы самостоятельно определить продолжительность оборота Земли, нужно смастерить визир-прицел из двух гвоздей, вбитых в доску, и установить его на штативе. Далее как можно точнее навести визир на любую звезду, зафиксировать его положение и, отметив и записав время начала наблюдений, оставить прибор неподвижным на сутки. Вместо визира с еще большим успехом можно использовать телескоп или зрительную трубу, так же надежно закрепленные. Через 23 ч 56 мин (это и есть продолжительность оборота Земли — сутки) Земля, сделав оборот вокруг оси, сама нацелит визир на ту же звезду.
Солнечные сутки подобны «лунным». Вследствие движения вокруг Земли Луна каждые сутки смещается на фоне звезд на 13°, и Земля доворачивается до полного оборота относительно Луны еще 50 мин. Вследствие движения Земли вокруг Солнца оно для земного наблюдателя тоже смещается на фоне звезд — на 1° за сутки. А скорость вращения Земли — 1° в 4 мин. Потому-то Земля и завершает оборот относительно Солнца с опозданием на 4 мин.
За сутки звездный и солнечный обороты Земли расходятся на 4 мин, за месяц — на 120 мин за год — на 24 ч. Так же расходятся и часы, отмеряющие звездное и солнечное время. В году звездных суток на одни больше, чем солнечных. И только раз в год, а именно в момент осеннего равноденствия, звездное время совпадает с солнечным.
Человек живет днями и ночами, он живет солнечными сутками. Но в любой обсерватории есть часы, которые идут по звездному времени — каждые сутки на 4 мин вперед. Они нужны для организации наблюдений. По нижнему краю звездной карты проставлены часы и минуты. Это — прямое восхождение светил. Прямое восхождение Сириуса — 6 ч 45 мин. Это означает, что в указанное время по звездным часам в любой день года Сириус оказывается точно на юге, на меридиане. Взглянув на звездные часы и на карту, легко сообразить, какие звезды сейчас удобны для наблюдения.
Часовщик может отрегулировать механический будильник, заставив его спешить на 4 мин в сутки, т. е. идти по звездному времени. А в ежегодных астрономических календарях есть таблица «Звездное время в среднюю полночь», позволяющая правильно поставить стрелки звездных часов.
В поисках надежных часов
Уже через 25 лет после изобретения маятниковых часов удалось создать настолько точный часовой механизм, что его с успехом стали использовать для наблюдений в обсерваториях.
Первым его применил английский королевский астроном и первый директор Гринвичской обсерватории Джон Флемстид в 1676 г. при составлении большого звездного каталога «Британская история неба». От Флемстида идет традиция проверки и изучения хода астрономических часов. Он «наблюдал часы», изучая их ход, как наблюдают движение новой планеты.
Любые механические часы, даже если они наилучшим образом отрегулированы, непременно или спешат, или отстают. Кроме того, все часы идут неравномерно: иногда быстрее, иногда медленнее — в зависимости от качки, тряски, температуры, атмосферного давления, загрязнения и старения механизма, настройки и многих других причин. Так что часы надо регулярно проверять, желательно раз в сутки в одно и то же время. Раньше астрономы это делали по звездам, переводя потом звездное время в среднее солнечное, по которому и идут часы. Теперь они пользуются специальными сигналами времени, более точными, чем звуковые сигналы по радио или часы на телеэкране: астрономам нужна точность до тысячных долей секунды. Астрономам-любителям для большей части наблюдений достаточна точность порядка 1 с.
Последним усовершенствованным маятником были часы Федченко, созданные в 1954 г. Их точность составляла 3 ⋅ 10–4 с. Впрочем, часы Федченко появились на свет слишком поздно. В 1939 г. из часов была выброшена главная деталь — механический маятник. С этого года в обсерваториях стали использоваться кварцевые часы. В них роль маятника, т. е. регулятора хода, выполняет кварцевая пластинка, вырезанная из цельного кристалла. Если к ней подвести электрический ток, она начинает колебаться с заданной частотой. Хорошие часы, управляемые кварцевой пластинкой, имеют вариации хода 10–4—10–6 с в сутки. У кварцевых часов, повысивших точность астрономических измерений в 100 раз, есть свой недостаток. Кварцевая пластинка со временем стареет, и это ведет к неуклонному замедлению хода часов примерно на 10–6 с в сутки.
Придуманы и опробованы настроечные часы с другими атомами-маятниками: водородные, рубидиевые, но цезиевые атомные часы пока остаются главными.
Вникнуть в устройство атомных часов труднее, чем понять, как идут ходики. Современные сверхточные часы — сложные электронные приборы. Астрономы должны уметь грамотно пользоваться ими при наблюдениях как за небом, так и за Землей.
Вращение Земли
Веками с вращением Земли люди сверяли ход часов. Когда были созданы часы с фантастически равномерным ходом, появилась возможность проверить: а вращается ли Земля равномерно? Еще Иммануил Кант, развивая Ньютонову теорию приливов, доказал в 1754 г., что вращение Земли должно замедляться. В самом деле, притяжение Луны вздымает в Мировом океане два приливных «горба» — подлунный и противолунный. Земля, вращаясь, проворачивается между ними так, как если бы две громадные волны непрестанно перекатывались навстречу ее вращению. Таким образом, приливы должны тормозить Землю. Два века спустя часы Шорта и кварцевые часы подтвердили правоту Канта.
Более того, оказалось, что Луна в паре с Солнцем вызывают приливы еще и в атмосфере и в земной коре, поскольку под корой тело Земли ведет себя, как жидкость. Дважды в сутки Луна приподнимает людей над центром Земли на 50 см. Все виды приливов в сумме тормозят вращение нашей планеты так, что сутки удлиняются на 3,3 с каждые 100 тыс. лет. Зато другая причина, наоборот, заставляет планету вертеться быстрее — на 1 с за 100 тыс. лет. Эта причина — сжатие, уменьшение объема Земли, вызванное уплотнением вещества в ее недрах (возможно, здесь сказывается и таяние ледников). В результате действия приливов и «утрамбовки» Земли сутки удлиняются на 2,3 с за 100 тыс. лет.
Местное время
Звездное время определяют по взаимному расположению полярной звезды и большой медведицы, а солнечное — по солнечным часам. Солнечные часы почти всегда показывают время, не совпадающее с тем, по которому мы живем, на несколько минут.
Если бы достаточно равномерно вращающийся земной шар также равномерно обращался вокруг Солнца по круговой орбите, а ось Земли была перпендикулярна плоскости орбиты, тогда и Солнце по небу, и его часы на Земле тоже шли бы равномерно. Но, во-первых, Земля движется по эллипсу неравномерно, а во-вторых, наклон земной оси к экватору — это еще одна причина разной продолжительности суток.
Чтобы все сутки в году были одинаковы, люди придумали «среднее Солнце». Это воображаемое Солнце в отличие от настоящего движется вокруг Земли, и притом не по эклиптике, а по небесному экватору. Оно перемещается совершенно равномерно; «выравненное» время, по которому мы живем, называется средним солнечным временем. Если же быть совсем точным, к названиям этих времен надо добавлять слово «местное»: местное звездное время и т. д. Наиболее удобно в обиходе местное среднее солнечное время. Во-первых, оно связано с ритмом день-ночь, а во-вторых, это время — в отличие от истинного солнечного — равномерно и потому приспособлено и для обычных часов.
За всемирное время принято местное среднее солнечное время Гринвичской обсерватории в Лондоне, через которую проведен нулевой меридиан Земли. Все сигналы точного времени соответствуют минутам и секундам всемирного времени. При этом астрономическая Служба времени постоянно следит за неравномерностью вращения Земли по атомным часам и по мере необходимости добавляет, а иногда и отнимает «високосную» секунду в самом конце года, так же, как раз в четыре года в календарь вставляют лишний день — 29 февраля. Поэтому в последней минуте перед Новым годом (по всемирному времени) может быть и 59, и 60, и 61 с. Об этом астрономическая служба оповещает заранее.
В развитие хорошей идеи всемирного времени придумали поясное время. Для этого выбрали 24 главных земных меридиана с долготой 0°, 15°, 30°, 45° и т. д. На каждом из этих меридианов местное время отличается от всемирного на целое число часов, а минуты и секунды совпадают с гринвичскими. От каждого из этих меридианов отмерили влево и вправо по 7,5° и провели границы часовых поясов. На территории такой «мандариновой дольки» время всюду одинаковое и отличается от соседних поясов ровно на час. Нулевой часовой пояс лежит по обе стороны от Гринвичского меридиана. В системе поясного времени, принятой почти во всем мире, все часы показывают одинаковые минуты и секунды, а часовая стрелка при пересечении границы пояса переводится ровно на час вперед или назад в зависимости от направления движения. Во многих развитых странах весной к поясному времени добавляется один час (летнее время), а осенью это час убирается. В России с 2014 г. в большинстве регионов круглый год время на час больше поясного.
Если путешествовать с запада, навстречу Солнцу, то время у путешественника понемногу прибавляется, а если двигаться с востока, следом за Солнцем, то истинное солнечное время течет медленнее. Поэтому для путешествующего вокруг Земли непременно должна быть где-то граница, выпускающая странника в новую дату и день недели. Такая граница была проведена в XIX в. Международная линия смены даты проходит через Берингов пролив между островами Тихого океана от полюса до полюса.
Календарь
Главное назначение календаря — дать простой способ привязывать события к последовательности дней и легко фиксировать в одном и том же сезоне начало года. Если бы календарный год был постоянно равен 365 суткам, его начало всегда опережало бы начало истинного года на 5 ч 48 мин, и день Нового года проходил бы через все времена года за период около 1508 лет. Но такой год, некогда применявшийся в Египте, лишает календарь удобства. Поэтому в календаре чередуются годы продолжительностью 365 дней и 366 (високосные).
В римском календаре, введенном Юлием Цезарем, високосный год включается раз в четыре года. Персы в XI в. делали високосным годом каждый четвертый год семь раз подряд, а восьмой раз заменяли високосным лишь пятый год. В григорианском календаре (по новому стилю) метод несколько менее точен, чем у персов, но позволяет проще переводить годы и века в дни, а это и является одним из главных назначений календаря: он состоит в том, чтобы считать високосным каждый четвертый год, исключая его в конце каждого века, кроме каждого четвертого столетия. Средняя длина григорианского года равна 365,242500 суток, что на 0,0002581 суток — на 22 секунды — длиннее истинного года. Но если, следуя аналогии такого способа, исключать еще один високосный год каждые четыре тысячи лет, то длина года настолько приблизится к его длине, определенной из наблюдений, что можно пренебречь их разностью, учитывая к тому же, что длина года не совсем постоянна.