Время и современная физика - Зайцева Г.А.
Скачать (прямая ссылка):
Такие измерения, естественно, очень ненадежны. Инструменты были выполнены без соблюдения единых строгих правил, так что сравнить их между собой было невозможно. Изменение роста и относительных положений наблюдателей меняло, в частности, все измерения.
Впоследствии вместо того, чтобы определять время по звездам, движения которых предполагались постоянными и точными, стали изготовлять инструменты, использующие такие равномерные и непрерывные явления, которые легко воспроизвести в земных условиях, но продолжительность которых, естественно, ограничена. Клепсидра — градуированный цилиндрический сосуд, в который стекает вода из резервуара; его использовали вавилоняне, греки и египтяне. Этот инструмент наглядно иллюстрирует успехи и трудности техники подобных приборов: в то время как в астрономии изучались предполагавшиеся равномерными изменения положения, в клепсидрах старались осуществить такое изменение масс, чтобы последние линейно зависели от времени.
Клепсидры, найденные в Египте, выполнены в форме усеченного конуса. Так египтяне старались компенсировать уменьшение расхода воды в результате непрерывного уменьшения давления. Но такая компенсация не была достаточно точной для равномерного понижения уровня воды. Поскольку расположение отметок на найденных клепсидрах предполагает наличие такой равномерности, измерения египтян были очень неточны. Во всех приве-
2—545
33
денных примерах ученые стремились установить соответствие .между отрезками пространства и промежутками времени: но когда отрезки пространства оказывались равными, соответствующие им промежутки времени не были равны между собой.
В то время как большие промежутки времени измерялись при астрономических наблюдениях, клепсидры служили для «сохранения» малых отрезков времени, начиная с самых коротких периодов. И наоборот, клепсидры, используемые для астрономических измерений, позволяли определить промежуток времени между двумя наблюдениями, осуществленными с помощью меркета. Таким образом, клепсидры — это первые образцы хранителей времени, подобных нашим современным часам.
В заключение подчеркнем следующую мысль: астрономы и физики пытались обосновать измерение времени, исходя из предположения о существовании постоянной скорости, с тем чтобы измерение времени можно было сводить к измерению непрерывно протекающих явлений. Между тем во Вселенной не существует постоянной скорости 1. Наличие движения с постоянной скоростью предполагало бы существование Вселенной без сил, а следовательно, пустой. Можно было бы попытаться использовать собственное движение звезд, но постоянство такого движения лишь приближенное; кроме того, соответствующие масштабы времени были бы непригодны для практического использования.
Измерение времени с помощью явлений, предполагаемых периодическими
В неявном виде мы уже показали, что можно измерять время с помощью либо непрерывных, либо прерывистых движений. В случае непрерывного движения сначала делается конечное число отметок, затем производится интерполяция между ними. Второй способ состоит в подсчете событий, происходящих одно за другим в условиях, по-видимому, тождественных: период по опре-
1 Здесь речь идет о скорости движения тел, а не о скорости передачи световых и радио-сигналов, которая в пустом пространстве строго постоянна. В пределе при очень больших (релятивистских) энергиях скорость частиц вещества стремится к тому же постоянному значению.— Прим. перев.
34
делению рассматривается как промежуток между двумя такими событиями ?1 и Е2. Если Ей Е2 и ?3 — три события такого типа, то продолжительность Е\ЕЪ равна сумме времен Е{Е2 + Е2Ег.
Этот способ не дает указания, как определять моменты времени, заключенные между ?1 и Е2 или между Е2 и ?з« Поэтому мы, вообще говоря, находимся в области прерывности.
На практике все измерения производятся обычно при помощи сконструированных инженерами механизмов, для которых физик, абстрагируясь от способов подсчета, может использовать понятие непрерывного действия, по крайней мере с макроскопической точки зрения. Хронометрист должен определить момент, когда маятник изменяет направление движения, и точность этого определения всегда будет оставаться проблемой. Однако астрономы древности отсчитывали относительно большие периоды, они должны были также довольно точно определять начальные моменты этих периодов.
Проследим за тенью, отбрасываемой гномоном в течение дня, отмечая крайние точки Оь 02...Оз, О4, как показано на рис. 1. Тень перемещается противоположно движению Солнца, то есть с запада на восток. Самая длинная при восходе, тень укорачивается по мере поднятия Солнца, а затем постепенно удлиняется вплоть до захода светила. Из рис. 1 видно, что кривая, на которой отмечены точки Оь 02} 03 и О4, симметрична относительно направления вМ самой короткой тени, соответствующей полудню. Проведем это наблюдение спустя несколько дней и получим новую кривую 0[ 0'2 0'ъ 04. Мы видим, что новое направление наименьшей тени вМ' совпадает с направлением вМ. Это общее направление самой короткой тени называется полуденной линией. На плитах вокруг гномона зубилом были высечены окружности и градусы. Самая короткая тень в году указывала на летнее солнцестояние, самая длинная — на зимнее солнцестояние, Гномон позволял определить продолжитель-ность года, а следовательно, установить связь между солнечной мерой длительности и временем, измеренным в годах. Мгновения счета были определены достаточно хорошо.
