В русском языке имена существительные имеют категорию рода: мужского, среднего, женского или общего, могут быть одушевленными или неодушевленными, собственными или нарицательными, а также изменяться по числам и падежам. Изменение падежных окончаний соответствует определенному типу склонения, в котором учитываются все перечисленные характеристики. Правописание существительного время в форме косвенных падежей подчиняется особым правилам. Знание этих правил позволит избежать ошибки в ответе на вопрос о том, как нужно писать: время или времени ?
Существительное время относится к среднему роду, но в единственном числе изменяется по падежам не по II типу склонения, как, например, существительные море, окно, озеро , а по так называемому разносклоняемому типу. Он объединяет 10 существительных среднего рода, оканчивающихся на –мя : время, темя, вымя, стремя, знамя, семя, имя, пламя, племя, бремя, и одно существительное мужского рода путь. В родительном, дательном, творительном и предложном падежах, кроме устойчивых окончаний -и , -ем , они приобретают суффикс –ен -, а в именительном и винительном полностью совпадают по форме написания:
| Падеж, вопрос | Существительные на -мя | ||
| И. (что?) | время | темя | знамя |
| Р. (чего?) | времени | темени | знамени |
| Д. (чему?) | времени | темени | знамени |
| В. (что?) | время | темя | знамя |
| Т. (чем?) | временем | теменем | знаменем |
| П. (о чем?) | (о) времени | (о) темени | (о) знамени |
В зависимости от того, в каком падеже употребляется существительное время , в предложении оно может иметь только одну из трех форм: время , времени или временем.
Пришло время собирать урожай яблок. (Им. п.)
Несмотря на позднее время, все еще было светло. (Вин. п.)
Сколько времени утекло с тех пор! (Род. п.)
Надо доверять своему времени . (Дат. п.)
Тем временем в зрительном зале происходило что-то странное. (Твор. п.)
Что вспоминать о былом времени ! (Пр. п.)
При выборе нужной падежной формы время или времени следует обращать внимание на вопрос, который можно поставить к слову. Вопросу что? соответствует форма время , вопросам чего? чему? о чем? – форма времени .
сайт дает следующие рекомендации по образованию и употреблению в речи падежных форм время и времени:
- В именительном и винительном падежах правильно употреблять форму время . В родительном, дательном и предложном употребляется форма времени .
- Существительное время в предложении выступает в роли подлежащего или прямого дополнения. Форма времени может быть дополнением или обстоятельством.
- С вопросительным местоимением сколько и наречием много сочетается форма родительного падежа: сколько времени; много времени .
Время. Что такое время?
Вот, казалось бы, простое понятие - время . Взяли часы и посмотрели, вот минутная стрелка, вот часовая, вот секундная. В часе - шестьдесят минут, в минуте - шестьдесят секунд, в сутках двадцать четыре часа. Всем это известно, понятно и привычно.
Так же привычно стало, в наше время, жаловаться на то, что времени постоянно не хватает, ничего не успеваем, вот бы пару часов добавить в сутки, или ещё чего-нибудь придумать, чтобы времени было побольше.
Вот и получается эдакая безвыходная ситуация, эдакая безнадёга, когда сделать надо многое, а времени так мало, вот и бегаем, суетимся, переживаем, пытаемся втиснуть свои дела в небольшие рамки отведённых суток.
Вот было бы здорово, чтобы можно было бы по своему желанию эти рамки раздвигать до нужных размеров, помещать туда сколько хочешь мероприятий, задач, и прочего, чего сделать часто просто не успеваем.
Где бы научиться такому умению, где бы найти такую информацию, чтобы можно было управлять своим временем .
Знакомые слова, не правда ли. Когда-то, каждый из нас обдумывал такой вариант, но, как всегда, всё это остаётся в разделе мечтаний, так как время - величина постоянная, и ничего тут не поделаешь.
А теперь, давайте поговорим, так ли это на самом деле. Действительно ли невозможно управлять своим временем? И, может быть, можно тут что-то придумать, найти ключик к этой постоянной величине?
Давайте попробуем разобраться с этим вопросом, и начинать будем, как всегда с начала.
Что же такое время? Что это за зверь такой постоянный и неизменный?
Что такое время?
Что такое время?
Начнём с того, что понятие время придумали люди. Для чего? Для того, чтобы было понятно, как измерять происходящие события, ориентироваться в них, иметь некую постоянную всем понятную величину.
Для этого и придумали единицы измерения - тысячелетие, век, год, месяц, день, час, минута, секунда. Договорились, как и чем измерять, и всем стало понятно, когда происходило то или иное событие, те или иные мероприятия, и так далее. Тут всё просто.
Так же с помощью этих величин можно знать, когда что-то произойдет, чтобы можно было поучаствовать, когда начинать те или иные совместные действия. Это тоже понятно.
Но есть одно интересное свойство во всём этом деле. И поможет нам в этом, всё тот же пример с яичницей.
Если мы берём все необходимые ингредиенты: сковородку, масло, яйца, соль, перец, плиту, спички, то мы знаем, что для приготовления этого блюда понадобится минут 5 - 10. Правильно? Все согласны. Тут у нас есть время, как постоянная величина.
Но ведь эту постоянную величину можно изменить. Как, спросите вы? Очень просто, надо изменить одну из составляющих процесса .
Если изменить температуру для готовки. Взять, к примеру, мартеновскую печь, то сколько понадобится времени для приготовления яичницы? Я не пробовал, но, думаю секунд 10 будет достаточно, и то, наверное, многовато.
А если взять сковородку с толщиной стенок сантиметров 10. То сколько это всё дело будет нагреваться на обыкновенной плите? Думаю, и часа не хватит.
Тут можно ещё много чего придумать, но, всё это сводится к одному простому выводу:
Да, да, именно управлять. Меняя качество составляющих процесса можно изменить время течения этого процесса. Его можно ускорить, его можно замедлить, им можно управлять. Для этого надо просто знать, что и как менять .
И времени, как постоянной величины, имеющей определяющее влияние, не существует. Есть лишь то, чем можно измерить те или иные стадии процессов, не более. И то, это измерение необходимо лишь для понимания, для ориентации между происходящим, для согласования этого понимания.
Всё это не так просто принять и понять с первого раза, но, рекомендую, не торопиться и не делать поспешных выводов. Это очень важный момент для управления процессами.
Для размышления несколько примеров:
За секунду, в момент клинической смерти, человек вспоминает всю свою жизнь.
В экстремальных ситуациях, человек может сделать за секунду столько и таким образом, что, в обычных условиях не сделает никогда.
Один и тот же процесс один человек делает пять минут, другой - несколько часов.
В детстве - каждый день, это множество различных событий, а в возрасте - годы летят, как один день.
И, для начала, не надо торопиться, не надо пытаться сразу понять всю глубину этого вопроса, не получится, только лишняя путаница появится. Для начала, более чем достаточно будет просто сдвинуть с мертвой точки само понимание такого понятия, как время, и просто принять то, что с этим вопросом, при желании, можно научиться правильно взаимодействовать.
Вы можете превратить яйцо в омлет, но невозможно сделать из омлета яйцо. Поразмыслите над этим примером и его связью с таким понятием, как время.
Канадский музыкант Сэм Робертс поёт: «Время - увёртливая рыбка». Понимание времени сложно сформулировать. Философы и даже лингвисты имеют право на свою трактовку в равной степени с физиками.
Ниже приводятся некоторые попытки сформулировать концепцию времени, некоторые интересные факты о времени и взгляд на мир без времени.
Время и хаос
Австрийский физик Людвиг Больцман в 1870 г. высказал идею, в которой время ассоциировалось с беспорядком. Физик Шон Кэрролл в 2010 г. пояснил: «Если вы аккуратно разложите листы бумаги на своём столе и уйдёте, то рано или поздно на столе возникнет беспорядок. Вы бы очень удивились, если бы наоборот разбросанные листы сами собой легли ровными стопочками.
Физик Шон Кэрролл: «Если вы аккуратно разложите листы бумаги на своём столе и уйдёте, то рано или поздно на столе возникнет беспорядок. Вы бы очень удивились, если бы наоборот разбросанные листы сами собой легли ровными стопочками». Фото: Shutterstock*
Фактически наблюдаемая нами Вселенная зародилась 13,7 миллиарда лет назад из состояния идеального порядка... Вселенная напоминает заводную игрушку, которая медленно движется по инерции на протяжении последних 13,7 миллиарда лет, постепенно останавливаясь».
Четвёртое измерение
Альберт Эйнштейн представлял время-пространство как четвёртое измерение, отдельное от нашего трёхмерного пространства.
Альберт Эйнштейн. Фото: Oren Jack Turner
Конец времени
Д-р. Джулиан Барбур, независимый физик, считает, что следующим большим шагом в физике могло бы стать упразднение времени.
«Объединение общей теории относительности и квантовой механики могут сыграть в этом свою роль... Мы придём к пониманию, что времени не существует, - пишет он в своей книге "Конец времени". - Безусловно, многие люди посчитают абсурдной идею о том, что времени не существует. Я не отрицаю могущественного явления, которое мы наделили названием время. Но что это такое на самом деле? Я считаю, что настоящее явление слишком отличается от представлений людей о нём. Без упоминаний слово "время", вам бы не пришло в голову называть его так».
Он продолжает: «Размышления о личной жизни навели меня на мысль, что мы должны ценить настоящее. Оно действительно существует и гораздо прекраснее, чем мы осознаём. Как говорили римляне: "Carpe diem - живи одним днём"».
Как будет выглядеть мир без времени? «Совсем не так, что мы вдруг ощутим, что время остановилось, - пишет д-р. Барбур. - Наоборот, новые, не подвластные времени принципы объяснят, почему мы ощущаем течение времени. Я думаю, мы должны перейти в другую, более высокую реальность, где ничто: ни Небо, ни Земля - не движутся. Царство покоя».
Какую роль играет восприятие? Существуют ли культуры, в которых нет концепции о времени?
Время не движется одинаково для всех в самом буквальном смысле этого слова. Если поместить сверхточные часы на каждом этаже высотного здания, окажется, что на нижних этажах время идёт медленнее, чем на верхних. Эта разница во времени составляет сущее мгновение, одну миллиардную долю секунды, такой пример приводится в докладе National Geographic.
Особенности восприятия также порождают различия.
В языке племени амондава отсутствует слово «время»
Племя амондава, живущее в Амазонии, имеет уникальное восприятие времени. У них отсутствует представление о событиях, происходивших в прошлом или которые должны произойти в ближайшем будущем. В их языке не существует слова «время» и слов, обозначающих временные промежутки, например «месяц» или «год».
«Нельзя сказать, что это «люди без времени» или «вне времени, - говорит Крис Синха, профессор психологии языка из Университета Портсмута в Англии, в интервью Би-би-си 2011 г. - Представители племени амондава, как и другие люди, могут говорить о событиях и их последовательности.
Чего мы не смогли обнаружить у них - это представления о времени, как о чём-то независимом от событий, которые происходят одновременно с ним; у них нет понятия о времени, как нечто таком, что сопровождает события».
Индейцы хопи
Индейцы хопи. Фото: Shutterstock*
Лингвист Бенджамин Ли Уорф (1897-1941) был большим сторонником относительного времени. В работе «Наука и лингвистика» он пишет, что язык индейцев племени хопи «может быть назван безвременным языком... он не делает различий между настоящим, прошлым и будущим».
Утверждения Ворфа позднее были подвергнуты сомнениям, но многие лингвисты согласились, что в языке хопи другое представление о времени, чем в индоевропейских языках.
В китайском языке нет настоящего, прошедшего и будущего времён, но есть слова, указывающие на время, например «раньше» и «позже». Лингвисты расходятся во мнении, определяет ли язык, на котором говорит человек, его паттерн мышления.
Африканцы и будущее
Кенийский философ Мбити считает, что восприятие времени у африканцев негативно влияет на развитие континента. «В традиционном африканском мышлении отсутствует концепция о том, что история движется «вперёд» по нарастающей... В результате у жителей Африки отсутствует «вера в прогресс», идея о том, что развитие человеческой деятельности и достижения движутся от нижней точки к высшим ступеням. Люди не делают планов на будущее и «не строят воздушные замки», говорит он.
Африканцы понимает смену сезонов или другие подобные естественные явления, но у них нет представления о долговременном планировании или мыслей о будущем, считает Мбити. Он говорит, что его идеи несовершенны и требуют дополнительного анализа, но с его точки зрения, если позволить африканцам понять такую концепцию, как «будущее», это могло бы способствовать развитию континента.
Философ Аврелий Августин: «Если никто меня не спрашивает, я знаю, что такое время, но когда мне задают такой вопрос, мне нечего ответить». Картина Юстуса ван Гента, 1474 г., Лувр.
Установили бы Вы себе на телефон приложение для чтения статей сайта epochtimes?
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.
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.
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.
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 статьи
ВРЕМЯ, понятие, позволяющее установить, когда произошло то или иное событие по отношению к другим событиям, т.е. определить, на сколько секунд, минут, часов, дней, месяцев, лет или столетий одно из них случилось раньше или позже другого. Измерение времени подразумевает введение временнóй шкалы, пользуясь которой можно было бы соотносить эти события. Точное определение времени базируется на дефинициях, принятых в астрономии и отличающихся высокой точностью.
Сейчас используются три основные системы измерения времени. В основе каждой из них конкретный периодический процесс: вращение Земли вокруг своей оси – всемирное время UT; обращение Земли вокруг Солнца – эфемеридное время ЕТ; и излучение (или поглощение) электромагнитных волн атомами или молекулами некоторых веществ при определенных условиях – атомное время АТ, определяемое с помощью высокоточных атомных часов. Всемирное время, обычно обозначаемое как «гринвичское среднее время», представляет собой среднее солнечное время на нулевом меридиане (с долготой 0° ), который проходит через город Гринвич, входящий в конурбацию Большого Лондона. На основе всемирного времени определяется поясное время, используемое для счета гражданского времени. Эфемеридное время – временнáя шкала, используемая в небесной механике при исследовании движения небесных тел, где требуется высокая точность расчетов. Атомное время – физическая временнáя шкала, применяемая в тех случаях, когда требуется чрезвычайно точное измерение «временн х интервалов» для явлений, связанных с физическими процессами.
Поясное время.
В повседневной практике на местах используется поясное время, которое отличается от всемирного на целое число часов. Всемирное время используется для счета времени при решении гражданских и военных задач, в астронавигации, для точного определения долготы в геодезии, а также при определении положения искусственных спутников Земли относительно звезд. Поскольку скорость вращения Земли вокруг своей оси не является абсолютно постоянной величиной, всемирное время не является строго равномерным по сравнению с эфемеридным или атомным временем.
Системы счета времени.
Единицей используемого в повседневной практике «среднего солнечного времени» являются «средние солнечные сутки», которые, в свою очередь, делятся следующим образом: 1 средние солнечные сутки = 24 средним солнечным часам, 1 средний солнечный час = 60 средним солнечным минутам, 1 средняя солнечная минута = 60 средним солнечным секундам. Одни средние солнечные сутки содержат 86 400 средних солнечных секунд.
Принято, что сутки начинаются в полночь и продолжаются 24 часа. В США для гражданских нужд принято сутки делить на две равные части – до полудня и после полудня, и соответственно в этих рамках вести 12-часовой счет времени.
Поправки к всемирному времени.
Сигналы точного времени по радио передаются в системе координированного времени (UTC), аналогичного среднему гринвичскому времени. Однако в системе UTC ход времени не вполне равномерен, там возникают отклонения с периодом ок. 1 года. В соответствии с международным соглашением в передаваемые сигналы вводится поправка, учитывающая эти отклонения.
На станциях службы времени определяется местное звездное время, по которому вычисляется местное среднее солнечное время. Последнее преобразуется в единое всемирное время (UT0) путем прибавления соответствующего значения, принятого для долготы, на которой расположена станция (к западу от Гринвичского меридиана). Таким образом устанавливается координированное всемирное время.
С 1892 известно, что ось земного эллипсоида испытывает колебания по отношению к оси вращения Земли с периодом примерно 14 мес. Расстояние между этими осями, измеренное на любом полюсе, составляет ок. 9 м. Следовательно, долгота и широта любой точки на Земле испытывают периодические вариации. Для получения более однородной шкалы времени в вычисленную для конкретной станции величину UT0 вводится поправка за изменение долготы, которая может достигать 30 мс (в зависимости от положения станции); таким образом получается время UT1.
Скорость вращения Земли подвержена сезонным изменениям, вследствие которых время, измеряемое вращением планеты, оказывается то «впереди», то «позади» звездного (эфемеридного) времени, причем отклонения в течение года могут достигать 30 мс. UT1, в которое внесена поправка, учитывающая сезонные изменения, обозначается UT2 (предварительное равномерное, или квазиравномерное, всемирное время). Время UT2 определяется на основе средней скорости вращения Земли, но на нем сказываются долгопериодные изменения этой скорости. Поправки, позволяющие рассчитать время UT1 и UT2 по UТ0, вводятся в унифицированной форме Международным бюро времени, находящимся в Париже.
АСТРОНОМИЧЕСКОЕ ВРЕМЯ
Звездное время и солнечное время.
Для определения среднего солнечного времени астрономы используют наблюдения не самого солнечного диска, а звезд. По звездам же определяется т.н. звездное, или сидерическое (от лат. siderius – звезда или созвездие), время. С помощью математических формул по звездному времени рассчитывается среднее солнечное время.
Если воображаемую линию земной оси продлить в обе стороны, она пересечется с небесной сферой в точках т.н. полюсов мира – Северного и Южного (рис. 1). На угловом расстоянии 90° от этих точек проходит большой круг, называемый небесным экватором, который является продолжением плоскости земного экватора. Видимый путь движения Солнца называется эклиптикой. Плоскости экватора и эклиптики пересекаются под углом ок. 23,5° ; точки пересечения носят название точек равноденствия. Ежегодно, примерно 20–21 марта, Солнце пересекает экватор при движении с юга на север в точке весеннего равноденствия. Эта точка почти неподвижна по отношению к звездам и используется в качестве репера для определения положения звезд в системе астрономических координат, а также звездного времени. Последнее измеряется величиной часового угла, т.е. угла между меридианом, на котором находится объект, и точкой равноденствия (отсчет производится на запад от меридиана). В пересчете на время один час соответствует 15 дуговым градусам. По отношению к наблюдателю, находящемуся на определенном меридиане, точка весеннего равноденствия ежедневно описывает на небосводе замкнутую траекторию. Промежуток времени между двумя последовательными пересечениями этого меридиана называется звездными сутками.
С точки зрения наблюдателя, находящегося на Земле, Солнце каждый день перемещается по небесной сфере с востока на запад. Угол между направлением на Солнце и небесным меридианом данной местности (измеряемый в западном направлении от меридиана) определяет «местное видимое солнечное время». Именно такое время показывают солнечные часы. Промежуток времени между двумя последовательными пересечениями Солнцем меридиана называется истинными солнечными сутками. За год (примерно 365 дней) Солнце «совершает» полный оборот по эклиптике (360° ), а значит за сутки смещается по отношению к звездам и точке весеннего равноденствия почти на 1° . Вследствие этого истинные солнечные сутки длиннее звездных на 3 мин 56 с среднего солнечного времени. Поскольку видимое движение Солнца по отношению к звездам неравномерно, истинные солнечные сутки также имеют неодинаковую продолжительность. Эта неравномерность движения светила происходит вследствие эксцентриситета земной орбиты и наклона экватора к плоскости эклиптики (рис. 2).
Среднее солнечное время.
Появление в 17 в. механических часов привело к необходимости введения среднего солнечного времени. «Среднее (или среднее эклиптическое) солнце» – это фиктивная точка, равномерно движущаяся по небесному экватору со скоростью, равной средней за год скорости движения истинного Солнца по эклиптике. Среднее солнечное время (т.е. время, протекшее от нижней кульминации среднего солнца) в любой момент на данном меридиане численно равно часовому углу среднего солнца (выраженному в часовой мере) минус 12 ч. Разность между истинным и средним солнечным временем, которая может достигать 16 мин, называется уравнением времени (хотя фактически уравнением не является).
Как отмечалось выше, среднее солнечное время устанавливается с помощью наблюдений за звездами, а не за Солнцем. Среднее солнечное время строго определяется угловым положением Земли относительно ее оси, вне зависимости от того, постоянна или переменна скорость ее вращения. Но именно потому, что среднее солнечное время является мерой вращения Земли, оно используется для определения долготы местности, а также во всех других случаях, когда требуются точные данные о положении Земли в пространстве.
Эфемеридное время.
Движение небесных тел описывается математически уравнениями небесной механики. Решение этих уравнений позволяет установить координаты тела в виде функции времени. Время, входящее в эти уравнения, по определению, принятому в небесной механике, является равномерным, или эфемеридным. Существуют специальные таблицы эфемеридных (теоретически вычисленных) координат, которые дают расчетное положение небесного тела через определенные (обычно одинаковые) промежутки времени. Эфемеридное время может быть установлено по движению любой планеты или ее спутников в Солнечной системе. Астрономы определяют его по движению Земли по орбите вокруг Солнца. Оно может быть найдено путем наблюдений за положением Солнца по отношению к звездам, но обычно для этого следят за движением Луны вокруг Земли. Видимый путь, который Луна проходит в течение месяца среди звезд, может рассматриваться как своеобразные часы, в которых звезды образуют циферблат, а Луна служит часовой стрелкой. При этом эфемеридные координаты Луны должны быть вычислены с высокой степенью точности, и столь же точно должно быть определено ее наблюдаемое положение.
Положение Луны обычно определялось по времени прохождения через меридиан и покрытию звезд лунным диском. Наиболее современный метод представляет собой фотографирование Луны среди звезд с помощью специальной фотокамеры. В этой камере используется плоскопараллельный светофильтр из темного стекла, которому во время 20-секундной экспозиции придается наклон; вследствие этого изображение Луны смещается, и это искусственное смещение как бы компенсирует действительное движение Луны по отношению к звездам. Таким образом, Луна сохраняет строго фиксированное положение относительно звезд, и все элементы на снимке получаются отчетливыми. Поскольку положение звезд известно, измерения по снимку позволяют точно определить координаты Луны. Эти данные сводятся в виде эфемеридных таблиц Луны и позволяют рассчитать эфемеридное время.
Определение времени с помощью наблюдений за вращением Земли.
В результате вращения Земли вокруг оси происходит кажущееся движение звезд с востока на запад. В современных методах определения точного времени используются астрономические наблюдения, заключающиеся в регистрации моментов прохождения звезд через небесный меридиан, положение которого строго определено по отношению к астрономической станции. Для этих целей обычно использовался т.н. «малый пассажный инструмент» – телескоп, смонтированный таким образом, что его горизонтальная ось ориентирована по широте (с востока на запад). Труба телескопа может быть направлена в любую точку небесного меридиана. Для наблюдения прохождения звезды через меридиан в фокальной плоскости телескопа помещается крестообразная тонкая нить. Время прохождения звезды фиксируется с помощью хронографа (устройства, регистрирующего одновременно сигналы точного времени и импульсы, возникающие внутри самого телескопа). Таким образом определяется точное время прохождения каждой звезды через данный меридиан.
Значительно бóльшую точность измерения времени вращения Земли дает использование фотографической зенитной трубы (ФЗТ). ФЗТ представляет собой телескоп с фокусным расстоянием 4,6 м и входным отверстием диаметром 20 см, обращенным прямо в зенит. Небольшая фотографическая пластинка размещается под линзой на расстоянии ок. 1,3 см. Еще ниже, на расстоянии, равном половине фокусного, расположена ванна с ртутью (ртутный горизонт); ртуть отражает свет звезд, фокусирующийся на фотопластинке. И линза, и фотопластинка могут поворачиваться как единый блок на 180° вокруг вертикальной оси. При фотографировании звезды делается четыре 20-секундных экспозиции при различных положениях линзы. Пластинка перемещается с помощью механического привода таким образом, чтобы компенсировать видимое суточное движение звезды, удерживая ее в поле зрения. При движении каретки с фотокассетой автоматически регистрируются моменты прохождения ее через определенную точку (например, путем замыкания контакта часов). Отснятая фотопластинка проявляется, и полученное на ней изображение измеряется. Данные измерений сопоставляются с показаниями хронографа, что дает возможность установить точное время прохождения звезды через небесный меридиан.
В другом инструменте для определения звездного времени – призменной астролябии (не следует путать этот прибор со средневековым угломерным инструментом того же названия), 60-градусная (равносторонняя) призма и ртутный горизонт помещаются перед линзой телескопа. В призменной астролябии получаются два изображения наблюдаемой звезды, которые совпадают в момент, когда звезда находится на высоте 60° над горизонтом. При этом автоматически регистрируется показание часов.
Во всех этих инструментах используется один и тот же принцип – для звезды, координаты которой известны, определяется время (звездное или среднее) прохождения через определенную линию, например небесный меридиан. При наблюдениях специальными часами фиксируется время прохождения. Разность между вычисленным временем и показаниями часов дает поправку. Величина поправки показывает, сколько минут или секунд нужно прибавить к показаниям часов, чтобы получить точное время. Например, если расчетное время 3 ч 15 мин 26,785 с, а на часах 3 ч 15 мин 26,773 с, то часы отстают на 0,012 с и поправка составляет 0,012 с.
Обычно за ночь проводится наблюдение за 10–20 звездами, и по ним вычисляется средняя поправка. Последовательная серия поправок позволяет определить точность хода часов. При помощи таких инструментов, как ФЗТ и астролябия, за одну ночь устанавливается время с точностью ок. 0,006 с.
Все эти инструменты предназначены для определения звездного времени, по которому устанавливается среднее солнечное время, а последнее переводится в поясное время.
ЧАСЫ
Чтобы следить за течением времени, необходим простой способ его определения. В древности для этого использовались водяные или песочные часы. Точное определение времени стало возможным после того, как Галилей в 1581 установил, что период колебаний маятника почти не зависит от их амплитуды. Однако практическое использование этого принципа в маятниковых часах началось лишь спустя сто лет. Самые совершенные маятниковые часы сейчас имеют точность хода ок. 0,001–0,002 с в сутки. Начиная с 1950-х годов, маятниковые часы перестали использоваться для точных измерений времени и уступили место кварцевым и атомным часам.
Кварцевые часы.
Кварц обладает т.н. «пьезоэлектрическими» свойствами: при деформации кристалла возникает электрический заряд, и наоборот под действием электрического поля происходит деформация кристалла. Контроль, осуществляемый с помощью кристалла кварца, позволяет получить почти постоянную частоту электромагнитных колебаний в электрическом контуре. Пьезокварцевый генератор обычно создает колебания с частотой 100 000 Гц и выше. Специальное электронное устройство, известное под названием «делитель частоты», позволяет снизить частоту до 1000 Гц. Сигнал, полученный на выходе, усиливается и приводит в действие синхронный электромотор часов. Фактически, работа электромотора синхронизирована с колебаниями пьезокристалла. С помощью системы зубчатых передач мотор может быть соединен со стрелками, показывающими часы, минуты и секунды. По существу, кварцевые часы представляют собой сочетание пьезокварцевого генератора, делителя частоты и синхронного электромотора. Точность хода лучших кварцевых часов достигает нескольких миллионных долей секунды в сутки.
Атомные часы.
Для отсчета времени могут быть использованы также процессы поглощения (или излучения) электромагнитных волн атомами или молекулами некоторых веществ. Для этого применяется сочетание атомного генератора колебаний, делителя частоты и синхронного мотора. Согласно квантовой теории, атом может находиться в различных состояниях, каждое из которых соответствует определенному энергетическому уровню Е , представляющему дискретную величину. При переходе с более высокого энергетического уровня на более низкий возникает электромагнитное излучение, и наоборот, при переходе на более высокий уровень излучение поглощается. Частота излучения, т.е. число колебаний в секунду, определяется формулой:
f = (E 2 – E 1)/h ,
где E 2 – начальная энергия, E 1 – конечная энергия и h – постоянная Планка.
Многие квантовые переходы дают очень высокую частоту, примерно 5ґ 10 14 Гц, и возникающее излучение находится в диапазоне видимого света. Для создания атомного (квантового) генератора необходимо было найти такой атомный (или молекулярный) переход, частота которого могла бы быть воспроизведена с помощью электронной техники. Микроволновые устройства, подобные используемым в радиолокаторе, способны генерировать частоты порядка 10 10 (10 млрд.) Гц.
Первые точные атомные часы, в которых использовался цезий, были разработаны Л.Эссеном и Дж.В.Л.Парри в Национальной физической лаборатории в Теддингтоне (Великобритания) в июне 1955. Атом цезия может существовать в двух состояниях, причем в каждом из них он притягивается или одним, или другим полюсом магнита. Атомы, выходящие из нагревательной установки, проходят по трубке, расположенной между полюсами магнита «А». Атомы, находящиеся в состоянии, условно обозначаемом 1, отклоняются магнитом и ударяются о стенки трубки, тогда как атомы, находящиеся в состоянии 2, отклоняются в другую сторону таким образом, что проходят вдоль трубки через электромагнитное поле, частота колебаний которого соответствует радиочастоте, и затем направляются ко второму магниту «В». Если радиочастота подобрана правильно, то атомы, переходя в состояние 1, отклоняются магнитом «В» и улавливаются детектором. В противном случае атомы сохраняют состояние 2 и отклоняются в сторону от детектора. Частота электромагнитного поля изменяется до тех пор, пока счетчик, присоединенный к детектору, не покажет, что генерируется нужная частота. Резонансная частота, генерируемая атомом цезия (133 Cs), составляет 9 192 631 770 ± 20 колебаний в секунду (эфемеридного времени). Эта величина называется цезиевым эталоном.
Преимущество атомного генератора перед кварцевым пьезоэлектрическим заключается в том, что его частота не меняется со временем. Однако он не может непрерывно функционировать столь же долго, как кварцевые часы. Поэтому принято комбинировать в одних часах пьезоэлектрический кварцевый генератор с атомным; частота кварцевого генератора время от времени проверяется по атомному генератору.
Для создания генератора используется также изменение состояния молекул аммиака NH 3 . В устройстве, называемом «мазер» (микроволновом квантовом генераторе), внутри полого резонатора генерируются колебания в радиодиапазоне с почти постоянной частотой. Молекулы аммиака могут находиться в одном из двух энергетических состояний, различно реагирующих на электрический заряд определенного знака. Пучок молекул проходит в поле электрически заряженной пластины; при этом те из них, которые находятся на более высоком энергетическом уровне, под воздействием поля направляются в небольшое входное отверстие, ведущее в полый резонатор, а молекулы, находящиеся на более низком уровне, отклоняются в сторону. Часть молекул, попавших в резонатор, переходит на более низкий энергетический уровень, испуская при этом излучение, на частоту которого оказывает воздействие конструкция резонатора. По результатам экспериментов в Невшательской обсерватории в Швейцарии, полученная частота составила 22 789 421 730 Гц (в качестве эталона при этом использовалась резонансная частота цезия). Проводившееся в международных масштабах с помощью радио сопоставление частот колебаний, измеренных для пучка атомов цезия показало, что величина расхождений частот, получаемых в установках различной конструкции, составляет примерно две миллиардных. Квантовый генератор, в котором используется цезий или рубидий, известен под названием газонаполненного фотоэлемента. В качестве квантового генератора частот (мазера) применяется также водород. Изобретение (квантовых) атомных часов в значительной степени способствовало исследованиям изменений скорости вращения Земли и разработке общей теории относительности.
Секунда.
Использование атомной секунды в качестве эталонной единицы времени было принято 12-й Международной конференцией по мерам и весам в Париже в 1964. Она определяется на основе цезиевого эталона. С помощью электронных устройств осуществляется подсчет колебаний цезиевого генератора, и время, за которое происходит 9 192 631 770 колебаний, принимается за эталон секунды.
Гравитационное (или эфемеридное) время и атомное время. Эфемеридное время устанавливается по данным астрономических наблюдений и подчиняется законам гравитационного взаимодействия небесных тел. Определение времени с помощью квантовых стандартов частоты основано на электрических и ядерных взаимодействиях внутри атома. Вполне возможно несовпадение масштабов атомного и гравитационного времени. В таком случае частота колебаний, генерируемых атомом цезия, будет изменяться по отношению к секунде эфемеридного времени в течение года, и это изменение нельзя отнести за счет ошибки наблюдения.
Радиоактивный распад.
Хорошо известно, что атомы некоторых, т.н. радиоактивных, элементов самопроизвольно распадаются. В качестве показателя скорости распада используется «период полураспада» – промежуток времени, за который число радиоактивных атомов данного вещества уменьшается вдвое. Радиоактивный распад также может служить мерой времени – для этого достаточно подсчитать, какая часть от общего числа атомов подверглась распаду. По содержанию радиоактивных изотопов урана оценивается возраст горных пород в пределах нескольких миллиардов лет. Большое значение имеет радиоактивный изотоп углерода 14 С, образующийся под воздействием космического излучения. По содержанию этого изотопа, имеющего период полураспада 5568 лет, можно датировать образцы возрастом несколько более 10 тыс. лет. В частности, его используют для определения возраста объектов, связанных с деятельностью человека, как в историческое, так и в доисторическое время.
Вращение Земли.
Как предполагали астрономы, период вращения Земли вокруг своей оси изменяется во времени. Поэтому оказалось, что течение времени, отсчет которого ведется на основе вращения Земли, иногда бывает ускоренным, а иногда – замедленным по сравнению с тем, которое определяется по орбитальному движению Земли, Луны и других планет. За последние 200 лет ошибка в отсчете времени на основе суточного вращения Земли по сравнению с «идеальными часами» достигала 30 с.
За сутки отклонение составляет несколько тысячных долей секунды, однако за год накапливается ошибка в 1–2 с. Различают три типа изменения скорости вращения Земли: вековые, являющиеся следствием приливов под воздействием лунного притяжения и приводящие к увеличению продолжительности суток примерно на 0,001 с в столетие; малые скачкообразные изменения продолжительности суток, причины которых точно не установлены, удлиняющие или укорачивающие сутки на несколько тысячных долей секунды, причем такая аномальная продолжительность может сохраняться на протяжении 5–10 лет; наконец, отмечаются периодические изменения, главным образом с периодом в один год.
