Laikas: apibrėžimas, matavimas, horologija ir reliatyvumas

Sužinokite, kas yra laikas: matavimas, horologija ir reliatyvumas — nuo senovinių laikrodžių iki atominių standartų ir Einšteino erdvėlaikio.

Laikas - tai nesibaigianti nuolatinė egzistencijos ir įvykių raida. Jis vyksta negrįžtamu būdu nuo praeities per dabartį iki ateities.

Laikui matuoti galime naudoti bet ką, kas reguliariai kartojasi. Vienas iš pavyzdžių - naujos dienos pradžia (kai Žemė sukasi aplink savo ašį). Dar du pavyzdžiai - Mėnulio fazės (jam skriejant aplink Žemę) ir metų laikai (Žemei skriejant aplink Saulę). Jau senovėje žmonės sukūrė kalendorius, kad galėtų sekti dienų skaičių per metus. Jie taip pat sukūrė saulės laikrodžius, kurie, naudodamiesi per dieną judančiais Saulės metamais šešėliais, matuodavo laiką, trumpesnį nei diena. Šiandien labai tikslūs laikrodžiai gali matuoti laiką, trumpesnį nei milijardinė sekundės dalis. Mokslas apie laiko matavimą yra horologija.

SI (Tarptautinės vienetų sistemos) laiko vienetas yra viena sekundė, rašoma s.

Einšteino fizikoje laiką ir erdvę galima sujungti į vieną sąvoką. Žr. erdvėlaikio kontinuumas.

Laiko prigimtis ir rodyklė

Laikas dažnai suvokiamas kaip nuosekli įvykių grandinė. Filosofijoje ir fizikoje nagrinėjama, kodėl laikas atrodo „einantis į priekį“ — tai vadinama laiko rodykle. Vienas svarbus paaiškinimas kyla iš termodinamikos: entropijos didėjimas nurodo procesų kryptį ir suteikia laiko asimetriją. Taip pat egzistuoja psichologinė laiko samprata — žmonių subjektinis laiko pojūtis gali skirtis priklausomai nuo dėmesio, emocijų ir amžiaus.

Laiko matavimo būdai ir horologija

Horologija — tai ne tik laikrodžių kūrimo menas, bet ir mokslas apie laiko matavimą ir jo standartizavimą. Laiko matavimui naudojamos įvairios periodinės fenomenų formos:

• astronominės ciklos — diena, mėnuo, metai;
• mechaniniai svyravimai — svyravimai svorio ar balanso ratuko mechaniniuose laikrodžiuose;
• elektroniniai osciliatoriai — kvarciniai kristalai;
• atominiai procesai — atominiai laikrodžiai (dabartiniai tiksliausi laikrodžiai).

Atominiai laikrodžiai, dažniausiai naudojantys cezio-133 atomo perėjimus, leidžia apibrėžti sekundę labai tiksliai: pagal SI sekundė atitinka tam tikrą elektromagnetinės spinduliuotės periodų skaičių, susijusių su cezio atomo pereinamuoju energijos lygiu. Tokie laikrodžiai pasiekia ilgalaikę stabilumą, leidžiančią laiką sinchronizuoti visame pasaulyje.

Laiko vienetai ir pasauliniai standartai

Laiko lygiavimas ir koordinavimas atliekami per tarptautinius standartus:

• SI sekundė — pagrindinis laiko vienetas;
• UTC (Coordinated Universal Time) — pagrindinis civilinis laikas, sinchronizuojamas naudojant atominius laikrodžius ir priderinamas įterpiamomis sekundėmis (leap seconds), kad būtų suderintas su astronominiu laiku;
• laiko zonos — geografinės sritys, kurioms nustatytas vieningas laikas, dažnai koreguojamos vasaros laiku.

Praktinėje taikymo srityje svarbu atsižvelgti į laiko tikslumą ir neapibrėžtumą: navigacijoje, ryšių tinkluose, finansuose ir moksluose mažos laiko klaidos gali turėti didelę reikšmę.

Reliatyvumas: Einšteinas ir erdvėlaikis

Pagal Einšteino reliatyvumo teorijas laikas nėra absoliutus. Specialioji reliatyvumo teorija rodo, kad laikas priklauso nuo stebėtojo judėjimo — judant labai dideliu greičiu, laikrodžiai „lėtėja“ (laiko dilatacija). Bendroji reliatyvumo teorija priduria, kad laikas priklauso nuo gravitacinio lauko: stipresniame gravitaciniame lauke laikas teka lėčiau (gravitacinė laiko dilatacija).

Šie reiškiniai nėra tik teoriniai: jie matomi praktikoje ir turi būti koreguojami, pavyzdžiui, pasaulinėje palydovinėje navigacijos sistemoje (GPS). Palydovų laikrodžiai privalo koreguoti tiek specialiosios, tiek bendrosios reliatyvumo poveikį, kad užtikrintų tikslų vietos nustatymą.

Laiko sampratos istorija ir civilinė organizacija

Žmonija ilgainiui vystė įvairius kalendorius ir laiko suskirstymus, pritaikytus žemės judėjimams, religinėms reikmėms ir žemės ūkiui. Iki atominių laikrodžių eros civilinis laikas dažniau priklausė nuo astronominių stebėjimų. Šiuolaikiniuose visuomenėse laikas yra standartizuotas, reguliuojamas ir pravertamas teisėje, ekonomikoje ir kasdieniame gyvenime.

Praktiniai pavyzdžiai ir kasdienybė

Kasdienėje praktikoje laikas reiškiasi per:

• darbo ir poilsio grafikus;
• transporto tvarkaraščius;
• kompiuterių sinchronizaciją ir tinklų laiko žymėjimą;
• mokslinius matavimus, kur reikalingas didelis laiko tikslumas (pvz., eksperimentinė fizika, astrofizika).

Apibendrinimas

Laikas yra fundamentali visatos dimensija, kurią galime matuoti įvairiais lygmenimis — nuo paprastų astronominių ciklų iki itin tikslių atominių laikrodžių. Horologija užsiima laiko matavimo technologija ir praktika, o fizikos atradimai (ypač Einšteino teorijos) pakeitė mūsų supratimą apie laiko prigimtį. Laiko samprata apima tiek objektyvius fizinius reiškinius, tiek subjektyvius žmogaus pojūčius, o jo matavimas ir standartizavimas yra būtini tiek moksle, tiek kasdieniame gyvenime.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra laikas?

K: Kaip galime išmatuoti laiką?

K: Ką senovėje žmonės sukūrė, kad galėtų skaičiuoti dienų skaičių per metus?

K: Ką senovėje žmonės sukūrė, kad galėtų matuoti laiką, trumpesnį už dieną?

K: Kokiu tikslumu šiandien laikrodžiai gali matuoti laiką?

K: Kaip vadinamas laiko matavimo mokslas?

K: Koks yra SI laiko matavimo vienetas?

Paieška pagal raidę