Реферати

Реферат: Час і його вивчення в фізиці

Структура владних відносин. МГТУ “СТАНКИН” КАФЕДРА СУСПІЛЬНИХ НАУК РЕФЕРАТ НА ТЕМУ: Структура владних відносин. Виконав: студент групи Перевірив: викладач

Додаткові дискові утиліти. Андрій Юсупов “ ДОДАТКОВІ ДИСКОВІ УТИЛІТИ ” ЧОМУ І НАВІЩО? Багато хто можуть запитати: "Навіщо ще потрібні якісь там дискові утиліти, коли на світі їхній існує і так уже чимало, і до того ж є дуже навіть могутні?"

Арттерапия. Доповідь на тему "Арттерапия" ерапії мистецтвом (арттерапії) коротенько Терапія мистецтвом є відносно новим методом психотерапії. У Сполучених Штатах однієї з перші початки займатися терапією мистецтвом Маргарет Наумбург. Вона спиралася на ідею Фрейда про те, що внутрішнє "Я" може бути виражене у візуальній формі за допомогою спонтанних малювання, ліплення і живопису.

Діоди. Напівпровідники сталі справжньої золотої житлової техніки, коли з них навчилися робити структури, схожі на шаруватий пиріг. Вирощуючи шар n-напівпровідника на пластинці p-напівпровідника, ми отримаємо двошаровий напівпровідник. Перехідний шар між ними називається

Соціологія девиантного поводження. УВЕДЕННЯ. Життя людей протікає в спілкуванні один з одним, тому ним необхідно поєднувати і координувати свої дії. Будь-яку потребу їжі, сексі, роботі, утворенні, дружбі, славі - людин може вирішити через інших людей шляхом взаємодії з ними, займаючи визначене положення в складних і організованих групах і інститутах- у родині, школі, колективі підприємства, політичних партіях, спортивній команді.

Реферат

"Час і його вивчення в фізиці"

Введення

Якщо сучасній людині задати питання про те, як тече час, то більшість людей уподібнить це поняття некой ріці, поточній тільки уперед, з минулого в майбутнє. Але, наприклад, древні греки вважали, що час не є нескінченною прямою, а з'єднує кінець з початком. Взаємодія нескінченних простору і часу, виявляється, робить їх не нескінченними, оскільки є певна межа. А коли відомому в древності любителю парадоксів Зенону Елейському задали питання про те, як, на його думку, рухається час: по колу або по прямій, прозвучала цікава відповідь: «Ніяк, оскільки ніякого руху немає».

Звісно, древні багато в чому помилялися. Але і зараз сучасна наука навряд чи точно зможе відповісти на всі питання про час, ключової з яких «що такий час?». Але все ж сучасна наука знає про суть часу немало. Більш того навіть відомі деякі види «машин часу», здавна існуючі в природі.

Як же вони працюють? Що ж все-таки такий час? Як воно рухається? Чи Існує оборотність часу? Чи Можливі подорожі у часі? Який час у Всесвіті? Про все це і піде мова нижче.

Поняття часу і його вимірювання

Передусім, відмітимо, що час - поняття фізичне, а тому тісно пов'язано з конкретними законами фізики. Наприклад, згідно із законами фізики, період обертання Землі повинен залишатися постійним. Цей факт дозволяє визначити одиницю вимірювання часу, звану сонячними добами. Або, наприклад, закони фізики затверджують, що період коливання кварцової пластинки в генераторі з кварцовою стабілізацією також можна застосовувати для вимірювання часу, причому дуже точно. Можна добитися ще більш точного підрахунку часу, якщо використати частоти коливань електронів в атомах. Найбільш точними вважаються атомні години, засновані на частоті випромінювання атомів цезія-133.

У цей час використовуються три основні системи вимірювання часу. У основі кожній з них лежить конкретний фізичний періодичний процес: 1). обертання Землі навколо своєї осі, 2). звертання Землі навколо Сонця і 3). випромінювання (або поглинання) електромагнітних хвиль атомами або молекулами деяких речовин (наприклад, того ж цезія) при певних умовах.

Частіше за все, в повсякденній практиці використовують таку одиницю вимірювання, як «середній сонячний час», основою якої є «середні сонячні доби», які, в свою чергу, діляться таким чином: 1 середні сонячні доби = 24 середнім сонячним годинам [1], 1 середня сонячна година = 60 середнім сонячним хвилинам, 1 середня сонячна хвилина = 60 середнім сонячним секундам. Одні середні сонячні доби містять 86 400 середніх сонячних секунд.

У той же час відмітимо, що засновуючи поняття часу на фізичних законах, ми не можемо бути точно упевнені в їх абсолютній правильності.

Погляди вчених на поняття часу

Час є одним з понять, яке повсюдно застосовується в фізиці. Розвиток погляду на поняття часу пов'язаний з іменами трохи відомих вчених: Галилей, Ньютон і Ейнштейн. Почнемо з Галілея.

Глибокі роздуми про рух тіл в природі привели його до принципу відносності, де все залежить від точки відліку. Наприклад, мандрівник, що знаходиться в каюті пливучого корабля, може точно сказати, що книга на його столі в каюті знаходиться в стані спокою. Але в той же час чоловік на березі бачить, що корабель пливе, а тому книга всередині корабля також здійснює рух разом з кораблем. Галилею вдалося виявити силу інерції, яка об'єднує тіла в абсолютному і відносному спокої. Ця сила не виявляє себе, поки тіло знаходиться в стані спокою або в рівномірному прямолінійному русі. Але варто трохи притормозить його, як починає виявлятися прискорення, а тіло через інерцію прагне відновити втрачений спокій.

З цієї відправної точки відправився далі Ньютон, що народився в рік смерті Галілея. Ньютон встановив, що існує зв'язок між силою і прискоренням, але щоб зробити цей зв'язок повністю визначеним довелося ввести поняття маси тіла. Тоді з'явився другий закон Ньютона, що виражається формулою F=ma. Першим законом був закон інерції [2], а третій - сила дії рівна силі протидії. З цих законів і з'явилася класична механіка Ньютона. Але щоб знати швидкості і прискорення в цій механіці, треба було знати час, протягом якого вони діяли. Механіка не може існувати без часу, як геометрія без простору.

Вимірювати часу було б добре ідеально точними годинами, хід яких не залежав би від якого небудь руху, а тому не можна визначити, знаходяться вони в спокої або рухаються. Такі години прийнято називати инерциальними. Вони змогли б показувати деякий абсолютний час, однаковий для всього Всесвіту.

Засновуючись на трудах Ньютона і Галілея, А. Ейнштейн прийнявся дослідити Всесвіт по своєму розумінню. Ейнштейн задавався питаннями, чи тече час однаково скрізь і хто це контролює. Відповідь допомогла дати створена ним теорія відносності, ядром якої стала аксіома про там, що в пустоті швидкість світла однакова у всіх ИСО. У вакуумі ж, міркував Ейнштейн, швидкість світла абсолютна, а означає, рівна 300 000 км/з [3]. Крім того, швидкість світла є гранично можливою швидкістю в природі.

З логічних побудов Ейнштейна пішли практичні розрахунки залежності течії часу від швидкості руху. У рухомій системі координат час сповільнюється по відношенню до нерухомої системи в залежності від близькості швидкості руху об'єкта до швидкості світла. Звідси витікає славнозвісний парадокс близнюків.

Цей парадокс виглядає так. Уявимо собі двох братів-близнюків. Якщо один з близнюків відправиться у віці, наприклад, 20 років в космічну подорож до якої-небудь зірки з швидкістю світла, то, пролетівши, скажемо, туди і зворотно за 40 світлових років, він повернеться через приблизно 11 років за корабельним часом. На Землі ж за цей час пройде приблизно 80 років! Тому той з братів, який відправився в подорож до зірки виявиться молодше за свого брата майже на 80 років! Чому, спитаєте ви? У цьому і укладається одна із загадок часу.

Відстань в космосі не випадково вимірюється в світлових роках. Світловий рік - це шлях, який світловий промінь може подолати, поки на Землі пройде рік. Виходячи з цього, можна точно сказати, що дивлячись на зірки в нічне небо ми бачимо їх не такими, які ні є в даний момент, а такими, якими вони були 40 і більш світлових років тому [4].

Четирехмерное простір і час Всесвіту

Виявляється, математиці зручно користуватися поняттям четирехмерного простору, де крім довжини, ширини і висот присутній ще один напрям - час. Так і ми самі часто вдаємося до цього четвертого напряму в повсякденній практиці. Наприклад, коли пішохід переходить дорогу, а мимо нього по ній проїжджає автомобіль, то три з чотирьох координат простору співпадають, коли автомобіль, а потім людина (або навпаки) проходять через одну і ту ж точку. Не співпадає лише четверта координата - час, оскільки хтось з них - або автомобіль, або пішохід - повинні перейти раніше через це місце. Звідси слідує цікавий висновок: класична фізика «об'єднує» простір і час за допомогою руху.

Є і інший цікавий висновок, вихідний з теорії відносності Ейнштейна і знань про швидкість світла. Як вже сказано вище, зірки ми можемо бачити не такими, які вони є в даний момент. Світло розповсюджується не відразу, а за визначений, нехай і нікчемно малий проміжок часу, і тому сприймається людським оком також не відразу. Світло від лампи розповсюджується за соту частку секунди, світло від сонця доходить до нас за вісім хвилин і т. д. Адже саме за допомогою світла ми можемо бачити навколишній нас світ. Виходить, ми бачимо тільки те, що вже сталося, оскільки поки світлові промені донесуть до ока якусь інформацію, пройде певний час. Отже, ми живемо в минулому. А раз ми бачимо минуле, то час як одна з координат простору може бути негативною. По суті, ми живемо в минулому.

А по-якому ж тоді час у Всесвіті? І чи є там взагалі час?

Довгий час вважався, що Всесвіт статичний і незмінний, а всі тіла в ній знаходяться в стані спокою.

З створеної теорії відносності Ейнштейн склав свою модель Всесвіту. Одним з постулатів в його моделі був постулат про те, що Всесвіт однорідний і перебуває в незмінному стані. Якщо, наприклад, десь згасла зірка, то на зміну їй в іншому місці з'являється нова. Це також відповідало класичній механіці Ньютона - Галілея.

Виявилося, однак, що це не так. Всесвіт не статичний, а навпаки, динамічна. Речовина Всесвіту, як показали формули і математичні викладення Фрідмана [5], повинна або розширятися, або стискуватися. Крім того, не може Всесвіт бути статичною і тому, що на всі тіла у Всесвіті діє сила небесного тяжіння, нічим що не зрівноважується [6], а тому тіла у Всесвіті знаходяться в стані руху: планети, зірки, галактики і т. д. Значить, цей рух можна вимірювати з допомогою чотирьох мірної системи координат.

Таким чином, час у Всесвіті є, але рухається воно неспішно. Проходять мільярди і мільйони років, поки стають видно якісь зміни. Але якщо Всесвіт має тенденцію до розширення (адже давно встановлено, що галактики в космосі віддаляються один від одного), то десь в далекому минулому був момент, коли весь Всесвіт був стислий в одну точку (цей стан називається «комічної сингулярностью»). Момент початку розширення Всесвіту і є початок відліку часу в ній. Чи Є межа цього розширення? Відповідь на це питання ми навряд чи коли-небудь взнаємо. Хоч існує припущення, що час сам по собі циклічний, а значить всі події повторюються. Тому цілком ймовірно, що в якийсь момент Всесвіт почне стискуватися в точку. Що при цьому станеться з Землею і з людством на ній, не знає ніхто.

Чорні діри і час. Оборотність

Уявимо собі таку картину. У яблуці поселився черв'як. Замість того щоб переміщатися з однієї точки в іншу по поверхні яблука, він просто прогризає ходи всередині нього, роблячи більш короткий шлях. Виявляється, подібні тунелі існують у Всесвіті.

Суть теорії відносності Ейнштейна тут полягає в тому, що простір не плоский, а зігнене і деформоване під впливом маси і енергії. Інакше говорячи, наш простір загинається в четверте вимірювання. Простір і час в нашому розумінні втрачають свій звичний вигляд. З'являється поняття искривленности простору і часу [7].

У той же час виникає можливість з'єднати дві точки, які не мають собою просторово-часового зв'язку. Суть же «тунеля», який може з'єднати їх, полягає в можливості скорочення собі шляхи.

Існування таких «тунелів» було передбачене теоретиками ще в 1916 році, а в кінці 50-х. рр. фізик Джон Уїллер уперше ясно змалював, що такі «мости» можуть бути знайдені в тих районах Всесвіту, де простір сильно зігнений. Такі тунелі отримали назву «чорні діри».

Чи Можлива їх транспортна функція? Важко дати однозначну відповідь на це питання. По-перше, невідомо, чи буде відчувати опір всередині діри предмет, що попав в неї. По-друге, неясно, куди цей тунель може привести. Нам також не відома природа цих дір. Не відомий механізм їх освіта і не відомо, мабуть, головне: яка сила діє всередині діри, якщо вона затягує в себе навіть світло?

Чорні діри надають можливість подорожі у часі. Але тут виникають дві складності. Перша: щоб попасти в минуле, доведеться заздалегідь рухати чорну діру з околосветовой швидкістю протягом приблизно 100 років. І друга складність - це порушення причинно-слідчого ланцюга. Ніхто не знає, що станеться, якщо слідство вплине на причину...

Є припущення, що процес поглинання речовини чорними дірами може припинитися. Те, що нам відомо про будову Всесвіті сьогодні, дозволяє вважати, що енергія не йде безповоротно. Якщо чорні діри перестануть поглинати речовину, то, очевидно, буде відбуватися зворотний процес - вихід енергії і речовини назовні. Може виникнути і таке неймовірне в фізиці явище, як негативна маса. Можливо, що і час тоді піде назад, оскільки воно також стане негативним.

Однак наше повсякденне життя свідчить про те, що ніякі події не володіють оборотністю. Але чому ж тоді оборотні закони руху? Питання непросте. Тому про нього говорять не інакше, як про парадокс оборотності.

Але в той же час хаотичний броунівський рух молекул речовини, як і будь-який рух, цілком оборотно. Тому також цілком ймовірно, що, наприклад, розділення газів, змішаних з двох судин в одному, також може бути можливе, т. е. процес змішування газів звернемо. Якщо є хаотичний рух молекул речовини, то, значить, є оборотність усього їх співтовариства. Тому можлива оборотність різних процесів. Значить, «чорну діру», як і світло, також можна вважати природною «машиною часу».

Чи Можливо подорожувати у часі?

Вище ми вже говорили про те, що своєрідною «машиною часу» є телескоп, через який ми дивимося на зірки. А чи можна реально переміщатися у часі в майбутнє або минуле? Для відповіді на це питання знадобиться розібратися з деякими природними частинками.

Всім відомо, що світло складається з фотонів. Причому в одних випадках фотон - це матеріальна частинка, а в інших - електромагнітна хвиля. Але взагалі говорячи, ці поняття про світло як частинку або електромагнітну хвилю введені для зручності розрахунків. Насправді положення світла тут досі спірно. А як бути з гравітацією і часом?

Існує припущення, що існують гравітаційні хвилі - хвилеподібні коливання простору-часу, які додають часу искривленность і які розповсюджуються в четирехмерном просторі також, як розповсюджується в повітрі звук. При цьому гравітаційні і електромагнітні хвилі розповсюджуються з однаковою швидкістю - 300 000 км/з.

Однак зареєструвати гравітаційні хвилі поки не вдалося. Є поки тільки припущення, що гравітаційні хвилі можуть цілком поводитися як потоки частинок. Тому гравітаційні хвилі можуть бути родинні електромагнітним коливанням.

Далі нам слід би шукати кванти (частинки) часу. Але ми не можемо ні підтвердити, ні спростувати їх наявність. Спираючись на досвід фізики, можна лише сказати, що немає ніякого часу, існуючого саме по собі. Воно завжди пов'язане з яким-небудь явищем.

Для того щоб говорити про можливість подорожей у часі, необхідні експерименти. Причому поставити такий експеримент ми поки також не можемо. Справа в тому, що для проведення подібного експерименту кожна з микрочастиц повинна володіти енергією приблизно в 109 джоулів! А всі земні прискорювачі можуть забезпечити лише одну мільярдну частку цієї енергії. Проте, якщо ми не можемо провести експеримент на Землі, то треба шукати умови для його проведення у Всесвіті. Багато які дослідники тут пропонують звернути пильну увагу на вакуум - космічну пустоту [8], навколишню тіла в космосі. Зрозумівши механізм перетворень, що відбуваються всередині вакууму, ми, можливо, у віддаленій перспективі зуміємо подорожувати у часі.

Висновок

Будь-яка людина напевно чудово знає, що такий час, поки не думає про нього. Але варто задуматися, і відразу ж перестаєш розуміти, що час з себе представляє. Але це зовсім не означає, що не треба думати про нього. Зовсім навпаки! Саме на цьому шляху і лежить можливість створення фантастичних машин часу.

Нам ще дуже багато що має бути зрозуміти в суті навколишнього нас світу, в тому числі такої дивної і загадкової на сьогоднішній день одиниці, як час. І в цьому нам завжди будуть допомагати знання і досвід попередніх поколінь і, звичайно ж, наука. Тому, рухаючись кожну хвилину уперед, ми будемо заглиблюватися в суть часу все глибше.

час чорний діра чотиривимірний

Список використаної літератури

1. Чернин А. Д. Фізіка часу. - М.: Наука, 1987.

[1] Взагалі говорячи, сонячні доби насправді не складають рівне 24 години, а становлять приблизно 23 ч. 58 мін. 43 з. Поняття двадцатичетирехчасових діб є округленим, а означає, більш простим у використанні.

2Появление якого, до речі, належить не Ньютону, а Галілею; Ньютон лише уточнив його формулювання.

3Известно також, що древні взагалі вважали швидкість світла нескінченною. Наприклад, Герон Александрійський міркував так: «Підіймаючи голову вночі до неба, ви побачите зірки. Закриєте очі - вони зникнуть. Відкриєте - відразу з'являться. Оскільки між моментом відкриття очей і баченням зірок немає ніякого проміжку часу, то світло розповсюджується вмить». Сучасне ж значення швидкості світла вдалося виявити за допомогою експериментів із застосуванням атомних годин. За результатами цих експериментів становить 299 799 456 м/з.

[4] Тому телескоп може служити своєрідною «машиною часу», через який ми бачимо саме минуле, а не нинішній стан зірок.

[5] Олександр Олександрович Фрідман - радянський вчений-математик. У 1924-1925 рр. керував Головною геофизической обсерваторією. Відомий за створення математичних співвідношень для атмосферних вихорів, що мають головне значення в теорії прогнозу погоди. У той же час відомий по роботі над теорією хаотичних турбулентних рухів. У той же час вніс великий внесок в справу дослідження Всесвіту і часу в ній.

[6] Механіка Ньютона - Галілея передбачає, що тіло знаходиться в стані спокою тоді, коли на нього або не діють ніякі сили, або сили, діючі на нього, врівноважують один одну.

[7] Найкраще цей факт демонструє неевклидовая геометрія Лобачевського. У ній, наприклад, сума кутів трикутника може не рівнятися 180 градусам, або, наприклад, найкоротшою відстанню між двома точками необов'язково може бути відрізок. Однак така геометрія незручна для стандартного поняття простору.

[8] Судячи за деякими даними, ця пустота може виявитися зовсім не пустотою. Під вакуумом розуміють стан фізичної системи, при якій в ній немає ні полів, ні частинок. Цей стан найменшої можливої енергії, але це не означає, що в системі енергії немає зовсім. У вакуумі також протікають різні процеси.