Čas vo fyzike: definícia, meranie a význam v časopriestore

Objavte, čo je čas, ako ho meráme od slnečných hodín po atómové hodiny a prečo je kľúčový v časopriestore — definícia, meranie a význam. Čítajte viac.

Autor: Leandro Alegsa

Čas je nikdy nekončiaci, nepretržitý vývoj existencie a udalostí. Odohráva sa zdanlivo nezvratným spôsobom od minulosti cez prítomnosť až po budúcnosť. V bežnom uvažovaní čas poriadkuje udalosti podľa príčiny a následku; vo fyzike je však pojem času komplexnejší a spája sa s meraním, symetriami a dynamikou systémov.

Čo je to „meranie času“

Na meranie času používame čokoľvek, čo sa pravidelne opakuje. Príkladom je začiatok nového dňa (keď sa Zem otáča okolo svojej osi). Ďalšími dvoma sú fázy Mesiaca (ako obieha okolo Zeme) a ročné obdobia (ako Zem obieha okolo Slnka). Takéto pravidelné javy tvoria cykly, ktoré umožňujú vytvoriť opakovateľné „úseky“ času.

Už v staroveku si ľudia vytvorili kalendáre na sledovanie počtu dní v roku. Vyvinuli tiež slnečné hodiny, ktoré využívali pohyblivé tiene vrhané Slnkom počas dňa na meranie času kratšieho ako jeden deň. Postupom času vznikali mechanické hodinové stroje, kyvadlové hodiny a neskôr elektrické a kvarcové hodiny. Dnes dokážu veľmi presné hodiny merať časy kratšie ako miliardtina sekundy. Štúdia o meraní času je horológia.

Jednotky času a štandardizácia

Jednotkou času v sústave SI (Medzinárodná sústava jednotiek) je jedna sekunda, ktorá sa zapisuje ako s. Moderná definícia sekundy je založená na atómovej frekvencii: sekunda je doba 9 192 631 770 periód žiarenia, zodpovedajúcich prechodu medzi dvoma hyperjemnými hladinami základného stavu atómu cézia-133. Táto definícia umožňuje extrémne presné a reprodukovateľné meranie času pomocou atómových hodín.

Medzinárodné koordinované svetové časovanie (UTC) sa udržiava a kazifikuje pomocou súboru atómových hodín v rôznych národných laboratóriách a riadi ho BIPM (Bureau International des Poids et Mesures). Pre praktické účely sa používajú aj bežnejšie jednotky, napr. minúta (60 s), hodina (3600 s), deň (~86 400 s) a rok (~31,56 mil. s).

Typy „hodin“ a presnosť merania

  • Mechanické hodiny a kyvadlové hodiny – historicky dôležité, presnosť do sekúnd až minút denne.
  • Kvarcové hodiny – využívajú vibrácie kremíkového kryštálu, presnosť rádovo 10^-9 až 10^-10.
  • Atómové hodiny (céziumové, vodíkové, rubídium, atď.) – referenčný štandard; presnosť 10^-15 a lepšia.
  • Optické hodiny (napr. so strontiom alebo erbium) – nové technológie s presnosťou lepšou než 10^-17, posúvajú hranice merania času.

Čas v modernej fyzike: časopriestor a relativita

V Einsteinovej fyzike možno čas a priestor spojiť do jedného pojmu. Pozri časopriestorové kontinuum. V špeciálnej relativite sú čas a priestor prepojené do štyrochrozmerného časopriestoru (Minkowského priestor), pričom interval medzi udalosťami sa zachováva pri Lorentzových transformáciách.

Niektoré dôležité dôsledky relativity:

  • Dilácia času: pohybujúci sa pozorovateľ meria pomalší priebeh hodín iného pozorovateľa (experimentálne overené, napr. pri atómoch v lietadlách alebo časticiach pri vysokých rýchlostiach).
  • Gravitačná dilácia času (všeobecná relativita): čas beží pomalšie v silnejšom gravitačnom poli; tento efekt je merateľný a musí sa zohľadniť napr. pri fungovaní GPS satelitov.
  • Rozdiel medzi „správnym časom“ (proper time) pozdĺž dráhy častice a koordinátnym časom v určitej sústave súvisí s geometriou časopriestoru.

Šíp času a termodynamika

Aj keď základné rovnice klasickej mechaniky a kvantovej mechaniky sú pri časovej inverzii symetrické, v makroskopickom svete vnímame jednoznačný „šíp času“ od minulosti k budúcnosti. Dôležitú úlohu pri tom hrá entropia – v izolovanom systéme entropia všeobecne narastá (druhý zákon termodynamiky), čo dáva fyzikálny základ pre nerovnakosť časových šípov (príčina → následok).

Praktické dôsledky a aplikácie

Presné meranie času je kľúčové pre navigáciu (GPS, GLONASS), telekomunikácie, finančné trhy (časové značky transakcií), synchronizáciu sietí a mnohé vedecké experimenty (časovanie častíc, spektroskopia, pozorovania pulzorov). Relativistické korekcie sú nevyhnutné v systémoch založených na satelitoch, pretože rozdiely v chode hodín by rýchlo viedli k chybám v pozičných výpočtoch.

Zhrnutie

Čas je základný pojem, ktorý spája pozorovania a teórie vo fyzike. Meranie času sa vyvíjalo od slnečných hodín k atómovým a optickým hodinám, čo umožnilo výrazné zlepšenie presnosti. V modernej fyzike je čas súčasťou časopriestoru a jeho správanie je ovplyvnené rýchlosťou a gravitáciou. Súčasné výzvy zahŕňajú ešte presnejšie časové štandardy a ich aplikáciu v technológiách a vedeckom výskume.

Jednotky času

  • 1 tisícročie = 10 storočí = 100 desaťročí = 200 lustrálnych období = 250 štvorročí = 333,33 trojročí = 500 dvojročí = 1 000 rokov
  • 1 storočie = 10 desaťročí = 20 lustrácií = 25 štvorročí = 33,33 trojročí = 50 dvojročí = 100 rokov
  • 1 desaťročie = 2 lustrá = 2,5 štvorročia = 3,33 trojročia = 5 dvojročí = 10 rokov
  • 1 rok = 12 mesiacov = 52 týždňov = 365 dní (366 dní v priestupných rokoch)
  • 1 mesiac = 4 týždne = 2 týždne = 28 až 31 dní
  • 1 dva týždne = 2 týždne = 14 dní
  • 1 týždeň = 7 dní
  • 1 deň = 24 hodín
  • 1 hodina = 60 minút
  • 1 minúta = 60 sekúnd
  • 1 sekunda = základná jednotka času SI
  • 1 milisekunda = 1/1 000 sekundy
  • 1 mikrosekunda = 1/1 000 000 sekundy
  • 1 nanosekunda = 1/1 000 000 000 sekunda
  • 1 pikosekunda = 1/1 000 000 000 000 sekundy
  • 1 femtosekunda = 1/1 000 000 000 000 000 000 sekundy
  • 1 attosekunda = 1/1 000 000 000 000 000 000 000 000 sekundy
  • 1 Planckov čas = najmenšia merateľná jednotka času

Veci na meranie času

Denný čas

Otázky a odpovede

Otázka: Čo je to čas?


Odpoveď: Čas je postup existencie a udalostí, ktoré sa odohrávajú nezvratným spôsobom od minulosti cez prítomnosť až po budúcnosť.

Otázka: Ako môžeme merať čas?


Odpoveď: Čas môžeme merať pomocou čohokoľvek, čo sa pravidelne opakuje, ako napríklad začiatok nového dňa, fázy mesiaca a ročné obdobia.

Otázka: Čo ľudia v staroveku vyvinuli na sledovanie počtu dní v roku?


Odpoveď: Ľudia v staroveku vyvinuli kalendáre na sledovanie počtu dní v roku.

Otázka: Čo ľudia v staroveku vyvinuli na meranie času kratšieho ako deň?


Odpoveď: Ľudia v staroveku vyvinuli slnečné hodiny, ktoré používali pohyblivé tiene vrhané slnkom počas dňa na meranie času kratšieho ako deň.

Otázka: Ako presne dokážu hodiny merať čas dnes?


Odpoveď: Veľmi presné hodiny dnes dokážu merať čas s presnosťou menšou ako jedna miliardtina sekundy.

Otázka: Ako sa nazýva štúdia o meraní času?


Odpoveď: Štúdia o meraní času sa nazýva horológia.

Otázka: Čo je jednotkou času v sústave SI?


Odpoveď: Jednotkou času v sústave SI je jedna sekunda, ktorá sa zapisuje ako s.


Prehľadať
AlegsaOnline.com - 2020 / 2025 - License CC3