Измерение – это один из способов познания. Это сравнение какой-либо величины (например, отрезка линии) с однородной величиной (например, сантиметром), принимаемым за единицу меры. Результат измерения выражается числом, показывающим, сколько раз выбранная единица содержится в измеряемой величине. - Малая Советская энциклопедия, том 3, 1929 г.
С другой стороны, измерения являются одними из важнейших информационных технологий. Развитие науки и техники тесно связано с измерениями. Научные исследования сопровождаются измерениями, позволяющими установить количественные соотношения и закономерности свойств изучаемых явлений.
Измерение физической величины – длины, площади, объема, веса, температуры - проводится опытным путем с помощью различных средств измерений, например, весов, термометра. В процессе измерения осуществляется нахождение опытным путем числового значения измеряемой величины, например длины, веса, температуры, в принятых единицах измерения. Сопоставление результатов измерения какой-либо величины и точек числовой прямой производится по шкале (лат. scala - лестница).
Например, мы смотрим, какому делению шкалы соответствует уровень жидкости в термометре и таким образом переводим замеренную температуру в число градусов (например, Цельсия или Реомюра), то есть кодируем ее - запоминаем или записываем в виде числа.
Д.И. Менделеев писал: "Наука начинается с тех пор, как начинают измерять: точная наука немыслима без меры".
Человек столкнулся с необходимостью измерений в глубокой древности, на раннем этапе своего развития – в практической жизни, в земледелии, строительстве своего жилья, дворцов своих властителей, храмов, в торговле. Людям потребовалось измерять расстояния, площади, объемы, веса, и, разумеется, время.
Первые единицы длины были весьма приблизительными. Они были связаны с размерами частей тела человека. В Англии и США до сих пор используются единицы длины "ступня" - фут (31 см), "большой палец" - дюйм (25,4 мм) и ярд (91 см.). Он был равен расстоянию от кончика носа короля Генриха I до конца пальцев его вытянутой руки. 1фут=12 дюймам.
Таковы и старинные русские единицы длины: сажень была равна расстоянию от конца пальцев одной руки до конца пальцев другой, локоть - расстоянию от локтевого сустава до конца вытянутого среднего пальца руки, пядь - расстоянию между концами вытянутых пальцев руки - большого и указательного.
Понятие площади известно человеку из повседневного опыта. Каждый понимает смысл слов: площадь комнаты равна 25 квадратным метрам, площадь дачного участка - двенадцати соткам и т.д. Площадь - это величина той части плоскости, которую занимает многоугольник. Измерение площадей проводится с помощью выбранной единицы измерения аналогично измерению длин отрезков. За единицу измерения площадей принимают квадрат, сторона которого равна единице измерения отрезков. Так, если за единицу измерения площадей принимают квадрат со стороной 1 см - такой квадрат называется квадратным сантиметром и обозначается квадратным сантиметром. Аналогично определяется квадратный метр, квадратный миллиметр и т.д.
По аналогии определяется объем – кубический сантиметр, кубический метр и т.д. Объем жидкости измеряется в литрах – объем жидкости в объеме одного кубического дециметра, а точнее, объем 1 кг чистой воды при нормальном атмосферном давлении (760 мм рт. ст.) и температуpe наибольшей плотности воды (4 °С). Таким образом, объем 1 литра в 1901 году был принят за 1,000028 дм3.
Очень рано человеку в процессе меновой торговли потребовалось измерять вес - силу воздействия тела на опору или подвес.
Весы - один из древнейших приборов. Они возникли и совершенствовались с развитием торговли, производства и науки. Весь ход развития общества - в первую очередь, возникновение торговли - настоятельно требовал, чтобы был изобретен прибор, способный взвешивать предназначенный для продажи товар. Первые простейшие весы в виде равноплечного коромысла с подвешенными чашами стали применяться в древнем Вавилоне за две с половиной тысячи лет до нашей эры и в Египте за две тысячи лет до нашей эры. Это: коромысло с подвешенными чашами, на одну кладется товар, на другую гири.
В основе самой первой в истории системы весовых единиц - древневавилонской - лежал вес одного хлебного зерна - грана. Не кусочек золота, платины, серебра, а зерно, получаемое с таким трудом и являющееся главным продуктом до сих пор. Сыграло свою роль то, что зерна самой природой были как бы стандартизированы и имели почти одинаковые размеры и массу. Позже появилась система гирь, изготовленная человеком. Гиря - специально изготовленный эталон (точная мера) массы, обладающий заданной формой и конструктивными особенностями, и применяемый во всех случаях человеческой деятельности, связанной с точным весом. Наборы гирь для определенных весов называются разновесом.
С появлением системы впервые возникла идея о стандартизации, которая получила свое полное развитие при других измерениях лишь через тысячи лет! Необходимость в стандартизации гирь настолько была очевидна, что торговцы безропотно ей подчинились.
"Порча" гирь, то есть сознательное занижение их веса, давала торговцам дополнительную прибыль. И они этим занимались весьма часто, да и занимаются до сих пор. Это уголовно наказуемое преступление.
Применялись весы и гири при меновой торговле. А позднее появились неравноплечные весы с передвижной гирей - безмен - простейшие рычажные весы, отсчет на которых ведется по нанесенной на стержень шкале.
Русский безмен - металлический стержень с постоянным грузом на одном конце и крючком или чашкой для взвешиваемого предмета на другом. Уравновешивают безмен перемещением вдоль стержня второго крючка обоймы или петли, служащих опорой стержня безмена.
Иногда ручные пружинные весы называют безменом. Они представляют собой жесткую пружину, которая помещается в корпус со шкалой. К пружине прикрепляется стрелка. Пока к пружине не приложено усилие, то-есть не подвешен измеряемый груз, она находится в сжатом состоянии. Под действием силы тяжести пружина растягивается, соответственно перемещается по шкале стрелка. На основании положения стрелки можно узнать массу взвешиваемого груза.
В древности существовали различные системы измерения – в Вавилоне, древнем Египте, древнем Израиле, древней Греции, Римской империи. Позднее в каждой стране использовалась своя система измерений. Существовали английская, русская, французская, китайская, японская и др.
Для определения длины Петр I предложил воспользоваться английскими мерами длины - ярд, фут и дюйм. Несмотря на указ царя, применялись самые разнообразные меры длины. Это затрудняло развитие науки, торговли между странами. Поэтому назрела необходимость введения единой системы мер, удобной для всех стран.
Такая система - ее назвали метрической системой мер - была разработана во Франции. 7 апреля 1795 Национальный Конвент принял закон о введении метрической системы во Франции и поручил комиссарам, в число которых входили Кулон, Лагранж, Лавуазье, Лаплас и другие ученые, выполнить работы по экспериментальному определению единиц длины и массы.
Метрическая система выросла из постановлений, принятых Национальным собранием Франции в 1791г. и 1795 г. по определению метра как одной десятимиллионной доли участка земного меридиана от Северного полюса до экватора.
Основная единица длины в метрической системе - 1 метр (от греческого слова " метрон"- мера). Первый прототип эталона метра был изготовлен из латуни в 1795 году.
Международный эталон метра, использовавшийся с 1889 по 1960 годы.
С 1960 года отказались от использования изготовленного людьми предмета в качестве эталона метра. Современное определение метра в терминах времени и скорости света было введено в 1983 году: метр - это длина пути, проходимого светом в вакууме за (1 / 299 792 458) секунды.
Метрическая система - общее название международной десятичной системы единиц, основанной на использовании метра и грамма. На протяжении последних двухсот лет, существовали различные варианты метрической системы, различающиеся выбором основных единиц. В настоящее время международно признанной является система СИ. При некоторых различиях в деталях, элементы системы одинаковы во всем мире. Метрические единицы широко используются по всему миру, как в научных целях, так и в повседневной жизни.
Килограмм (кг, kg) - единица измерения массы, одна из основных единиц СИ. Килограмм определяется как масса международного эталона килограмма, хранящегося в Международном бюро мер и весов (расположено в г. Севр близ Парижа) и представляющего собой цилиндр из платино-иридиевого сплава (90% платины, 10% иридия).
Основное отличие метрической системы от применявшихся ранее традиционных систем заключается в использовании упорядоченного набора единиц измерения. Для любой физической величины существует лишь одна главная единица и набор дольных и кратных единиц, образуемых стандартным образом с помощью десятичных приставок. Тем самым устраняется неудобство от использования большого количества разных единиц (таких, например, как дюймы, футы, мили и т. д.) со сложными правилами преобразования между ними. В метрической системе преобразование сводится к умножению или делению на степень числа 10, то есть к простой перестановке запятой в десятичной дроби.
Декретом от 4 июля 1837 года, метрическая система была объявлена обязательной к применению во Франции. Она постепенно вытеснила местные и национальные системы в других странах Европы и была законодательно признана как допустимая в Великобритании и США.
Английская система мер и сегодня применяется в Великобритании, США, Канаде и других странах. Постепенно меры английской системы вытесняются метрической системой мер.
Русская система мер была отменена в СССР в 1924 году.
Международная система единиц, система единиц физических величин, принята 11-й Генеральной конференцией по мерам и весам (1960 г.). Сокращенное обозначение - SI (франц. Systeme International, в русской транскрипции - СИ). Международная система единиц содержит 7 основных единиц: длины - метр, массы - килограмм, времени - секунда, силы электрического тока - ампер, термодинамической температуры - кельвин, силы света - кандела, количества вещества - моль.
Метрология (от греч. мера, измерительный инструмент) - наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.
Метрическая конвенция - международный договор, служащий для обеспечения единства метрологических стандартов в разных странах. Договор был подписан в 1875 г. в Париже 17-ю странами, в том числе Россией. В настоящее время к конвенции присоединилось 51 государство, в том числе все промышленно развитые страны.
В 1893 году Д.И. Менделеев создал в России Главную палату мер и весов (современное название: "Научно-исследовательский институт метрологии им. Менделеева"), которая занимается вопросами метрологии в нашей стране.
Призрачно все в этом мире бушующем.
Есть только миг, - за него и держись.
Есть только миг между прошлым и будущим,
Именно он называется жизнь.
Пространство и время – это философские категории. Пространство - форма сосуществования материальных объектов и процессов. Оно характеризует структурность и протяженность материальных систем; время - форма и последовательные смены состояний объектов и процессов, оно характеризует длительность их бытия. Пространство и время имеют объективный характер, неразрывно связаны друг с другом, бесконечны. Универсальные свойства времени - длительность, неповторяемость, необратимость; всеобщие свойства пространства - протяженность, единство прерывности и непрерывности. Идея пространства воспринимается человеком намного проще и нагляднее, чем идея времени. Это обусловлено тем, что пространство обозревается нами как бы все сразу в трехмерном виде, тогда как время ощущается только как миг между прошлым и будущим, последовательная смена событий.
Время наряду с пространством составляет сущность нашего мира, образует арену деятельности людей, является основным предметом их познания. С осознанием понятия времени связаны осознание безвозвратности прошлого, мимолетности настоящего, непознаваемости будущего.
Человек не может двигаться по шкале времени – от прошлого к будущему, и от будущего к прошлому. Он только живет в своем времени. Стрела времени направлена только от прошлого к будущему. Машины времени не существует. Человек не может освободиться от времени или управлять им. Он только научился "останавливать мгновенье" с помощью книг, граммофонных и магнитных записей звука, фотографии, кино и видеозаписей.
Но он не может жить, действовать, развиваться без ориентации во времени, без синхронизации своего поведения с изменениями окружающей среды, с поведением других людей и иных объектов.
Природа, создавшая человека, снабдила его и другие живые организмы специальным биологическим механизмом для ориентировочной интуитивной оценки времени – биологическими часами - способностью животного и человека ориентироваться во времени. Она основана на строгой периодичности физико-химических и физиологических процессов в клетках - биологических ритмах, циклических колебаниях интенсивности и характера биологических процессов и явлений.
Понятие о течении времени подсказала древнему человеку периодическая смена дня и ночи, времен года. События текущей жизни потребовали измерять время.
Летосчисление (или календарь) - это система исчисления больших промежутков времени. Во многих системах летосчисления счет велся от какого-либо исторического или легендарного события.
Каждый народ использовал свои способы датировки исторических событий. Одни вели отсчет лет от предполагаемого сотворения мира: так евреи датировали его 3761 до н. э., александрийская хронология считала этой датой 25 мая 5493 до н. э. Римляне начинали отсчет от легендарного основания Рима (753 до н. э.). Парфяне вели отсчет лет от вступления на трон первого царя, египтяне - с начала правления каждой следующей династии. Каждая мировая религия основывала свой календарь.
Христианская церковь приурочила начало летосчисления к рождению Иисуса Христа. Эта система летосчисления (новая эра) принята в настоящее время в большинстве стран. У народов, исповедующих ислам, летосчисление ведется от 622 н. э. (от даты переселения Мухаммеда - основателя ислама - в Медину).
Календарь (от лат. calendarium, букв. - долговая книжка; в др. Риме должники платили проценты в день календ) - основан на периодичности видимых движений небесных тел. Наиболее распространен солнечный календарь, в основу которого положен солнечный (тропический) год.
Никто точно не знает, почему год делится на 12 месяцев (такое деление не соответствует ни лунному, ни солнечному календарю). Считается, что деление часа на 60 минут связано с вавилонской системой счисления, в основе которой было не 10, а 60.
Перевод из одного летосчисления в другое представляет определенные трудности из-за различной продолжительности года в разных системах. Счет года с 1 января был введен в Риме Юлием Цезарем в 45 до н. э. В 325 году юлианский календарь был принят Византией. Реформа календаря, которую провел папа Григорий XIII, была признана в большинстве католических стран. Она устранила ошибку в исчислении времени: от момента введения юлианского календаря до конца XVI столетия "набежала" разница в 10 дней по сравнению с солнечным годом. Современный назван григорианским (новый стиль), введен при Григории XIII 4 октября 1582 года и заменил юлианский (старый стиль).
Петр I с 1 января 1700 года заменил действовавший в России так называемый календарь от "сотворения мира" на юлианский, разница между которыми 5508 лет. По указу царя от 20 декабря 1699 года следовало 1 января 1700 года "…в знак доброго начинания и нового столетнего века в веселии друг друга поздравлять с Новым годом… по знатным и проезжим улицам у ворот и домов учинить некоторое украшение от древ и ветвей сосновых, еловых и можжевеловых, чинить стрельбу из небольших пушечек и ружей, пускать ракеты сколько у кого случится, и зажигать огни". 28 декабря 1708 года был выпущен первый гражданский календарь.
В России григорианский календарь введен с 14 февраля 1918 г. Различие между старым и новым стилями составляет в 18 в. 11 суток, в 19 в. 12 суток и в 20 в. 13 суток.
Деление месяца на семидневные недели, возникшее на Древнем Востоке, в I веке до н. э. стало употребляться в Риме, откуда позднее распространилось по всей Европе.
В заимствованной римлянами семидневной неделе только один день имел особое название - "суббота" (др. евр. sabbath - отдых, покой), остальные дни назывались порядковыми номерами в неделе: первый, второй и т. д.; ср. в русском понедельник, вторник и т. д., где "неделя" означала первоначально нерабочий день (от "не делать"). Римляне назвали дни недели по семи светилам, носившим имена богов. Названия следующие: суббота - день Сатурна, дальше - день Солнца, Луны, Марса, Меркурия, Юпитера, Венеры. Латинские названия, видоизменившись, отчасти сохраняются до сих пор в названиях дней недели в Западной Европе.
Несовершенство естественных биологических часов заставило человека придумывать и создавать искусственные устройства, более эффективно выполняющие функции измерения времени в течение суток, дней, недель, месяцев, лет – часы.
Часы являются сегодня самым массовым измерительным прибором – их годовое производство в мире превышает 300 миллионов штук, а измерение времени – самым массовым измерением: ежедневно на земном шаре производится несколько десятков миллиардов таких измерений.
Измерение времени является в наши дни и самым точным видом измерений: предельная точность измерения времени определяется сейчас весьма малой величиной – погрешностью порядка 1·10–11 %, или 1 с за 300 тыс. лет. Даже обычные бытовые часы с погрешностью 20 с. в сутки (0,02%) сравнимы по точности с образцовыми измерительными приборами в других видах измерений, например в электроизмерениях.
Древнейшие способы измерения времени были известны за 2000 лет до нашей эры, и их развитие продолжалось до первых столетий нового времени. Сюда относятся многие типы солнечных, водяных, огневых, песочных и механических часов, которые сыграли важную роль в истории хронометрии – искусстве измерения времени.
Важнейшим и самым распространенным простейшим прибором измерения времени были солнечные часы – единственные из перечисленных видов часов, основанные на суточном движении Солнца. Древний человек осознал взаимосвязь между длиной и положением солнечной тени от предметов и положением Солнца на небе и поэтому ориентировался в текущем времени по Солнцу. Первые часы - приборы для измерения текущего времени в единицах, меньших, чем одни сутки, были солнечными. Точная дата возникновения солнечных часов, которые в своем первоначальном виде имели форму обелиска - гномона, неизвестна. Сообщение о них в рукописи китайца Чиу-пи периода около 1100 г. до н.э. считают самым первым упоминанием о солнечных часах.
В солнечных часах использовался постоянный
Гномон, вертикальный обелиск со шкалой, нанесенной на земле или плоском камне - кадране, был первыми солнечными часами, измерявшими время по длине отбрасываемой тени. Но солнечные часы работали только днем и только в ясную погоду, когда светит солнце, да и то недостаточно точно.
Водяные часы, огненные часы – свечи с нанесенными на них делениями, и песочные часы могли работать в любое время суток и в любую погоду. Они обеспечивали точность измерения времени уже ± 15-20 мин.
Клепсидра - древнейшие часы. В дне сосуда с водой просверлена дырочка, куда вставлена трубочка маленького диаметра. Вода по ней медленно стекает и падает в другой сосуд, на стенки которого нанесены деления. Роль часовой стрелки выполняет уровень воды. Чем выше он поднимается, тем больше "натекло" времени.
Ктезибий (ок. 2-1 вв. до н. э.) - древнегреческий механик из Александрии изобрел водяные поплавковые часы. У них циферблат и одна стрелка. Равномерная струя воды текла в сосуд высотой 3 метра, в котором поднимался поплавок – фигурка со стрелкой – палочкой в руке. Палочка направлялась на циферблат, на котором можно было отсчитывать текущее время.
Песочные часы - простейший прибор для отсчета промежутков времени, состоящий из двух сосудов, соединенных узкой горловиной, один из которых частично заполнен песком. Время, за которое песок через горловину пересыпается в другой сосуд, может составлять от нескольких секунд до нескольких часов.
В качестве так называемых "огненных" часов использовались свечи, на которые равномерно наносились метки. Расстояние между метками служило единицей времени.
Надежные часы были необходимы прежде всего церкви - для уточнения времени богослужения. Сначала с этой задачей более или менее успешно справлялись солнечные часы, со временем их заменили башенные часы с боем.
Следующий этап в измерении времени – изобретение механических – башенных колесных часов приписывается монаху Герберту Аврилакскому, позднее ставшему Римским папой Сильвестром II ((950- 1003 гг.). В механических часах использовался постоянный
На циферблатах таких часов была только одна стрелка - часовая, и еще эти часы каждый час били в колокол (английское слово "clock" - от латинского "clocca" - "колокол"). Позднее к часовой стрелке прибавилась вторая – минутная. Часы идут по часовой стрелке - слева направо - потому что именно в этом направлении движется тень солнечных часов. Однако существуют часы, у которых стрелки двигаются "против часовой стрелки".
В 1288 году уже ходили железные башенные Вестминстерские куранты.
(Биг-Бен - это название не башни, а 13-тонного колокола, который звонит внутри). В середине XIV в городах Европы строили городские колокольни с часами. Ее колокола отбивали церковные часы, время коммерческих сделок и работы ремесленников. Время необходимо было знать и в мануфактурах, где результат работы зависел от точного соблюдения продолжительности отдельных технологических процессов.
Механические колесные часы надежно работали только на суше, для морских путешествий они не были приспособлены.
В 1657 году голландский ученый Христиан Гюйгенс изготовил механические часы с маятником. Точность часов значительно возросла, но перевозить такие часы все равно было нельзя. В 1670 году был изобретен анкерный спуск, обеспечивавший равномерный ход часового механизма.
Компактные переносные механические хронометры стало возможным изготовлять после изобретения Гюйгенсом в 1675 году вращательного балансира и использования пружины вместо гирь. Сочетание крутильного маятника, спиральной пружины и анкерного спуска открыло дорогу созданию массовых малогабаритных часов, морских хронометров и значительно повысило точность астрономических наблюдений.
Точные часы – хронометры были необходимы для морской навигации. Их изготовил в 1735 году англичанин Джон Харрисон. Их точность была ± 5 секунд в сутки, и они уже были вполне пригодны для морских путешествий. А в 1764 году изобретатель довел точность своего хронометра до ±1 секунды в сутки. На этом возможности механических часов были исчерпаны.
В начале XIX века с проблемой хранения времени столкнулись почтовые службы, пытавшиеся обеспечить движение почтовых экипажей по расписанию. В результате они обзавелись часами, которые можно было возить с собой. А с появлением железных дорог часы получили и кондукторы поездов. Чем активнее развивалось трансатлантическое сообщение, тем важнее требовалось обеспечить единство отсчета времени по разные стороны океана. В этой ситуации механические часы уже не годились. И тут на помощь пришло электричество. Электрические часы решили проблему синхронизации на больших расстояниях - сначала на материках, а потом и между ними. В 1851 году кабель был проложен по дну Ла-Манша, в 1860-м - Средиземного моря, а в 1865-м - Атлантического океана. А с 1899 года началась передача сигналов точного времени по радио.
Электрические часы изобрел в 1847 году англичанин Александр Бэйн. Основой их был контакт, управляемый маятником, раскачиваемым электромагнитом. Колебания суммировал электромагнитный счетчик, соединенный колесной передачей со стрелками на циферблате.
В начале XX века электрические часы окончательно вытеснили механические в системах хранения и передачи точного времени. Наиболее точными часами, основанными на свободных электромагнитных маятниках, были часы Уильяма Шортта, установленные в 1921 году в Эдинбургской обсерватории. Их точность составляла 1 сек/год.
В 1918 году были впервые построены первые кварцевые часы.
В 1937-м кварцевые часы, разработанные Льюисом Эссеном, были установлены в Гринвичской обсерватории, их точность составляла около 2 мс/ сутки. В 1944 году точность кварцевых часов возросла уже до 0,1 мс/сутки.
Во второй половине ХХ века электронные часы начали вытеснять механические. Они основаны на подсчете периодов колебаний от стабильного кварцевого генератора (резонатора) с помощью счетчиков - делителей и выводом показаний на электронный дисплей: электро-люминисцентно - вакуумный, светодиодный или жидкокристалический посредством дешифраторов. В них вместо электрического контакта применили транзистор, а функции маятника выполняет кварцевый резонатор.
Сегодня именно кварцевые резонаторы в наручных часах, персональных компьютерах, стиральных машинах, автомобилях, сотовых телефонах формируют время с точностью, значительно превышающей точность механических часов: механические часы ошибаются на секунду в сутки, а бытовые электронные – на секунду в 1 год! Большая точность, достаточная для бытовых приборов.
Существуют часы-телевизор, часы-радиоприемник, часы-телефон, часы-приемник GPS, часы-компьютер, часы-метеостанция, часы-компас, часы-глубиномер. На рисунке – наручные цифровые электронные часы.
В 1972 году появились первые в мире электронные часы с жидкокристаллическим дисплеем. В начале ХХI века ежегодно производится уже более 1 миллиарда часовых механизмов. Большинство выпущенных часов - кварцевые с циферблатом со стрелками. А ведь часы с жидкокристаллическим цифровым дисплеем гораздо информативнее – на них указывается календарный день, день недели, текущий месяц и многое другое. Да и точность считывания у цифровых часов выше, чему стрелочных. Но, несмотря на это, доля чисто электронных часов с жидкокристаллическим цифровым индикатором времени - всего около 10% - за сотни лет люди привыкли к часам со стрелками.
Поэтому большая часть электронных часов – электромеханические, с кварцевым резонатором, с циферблатом с движущимися стрелками. Они приводятся в движение миниатюрным шаговым электродвигателем. Система шестерен передает вращение электродвигателя на стрелки. Источник энергии электронных часов – миниатюрные "часовые" батарейки, которых хватает на срок не менее года.
А чисто механических часов было произведено всего 18 млн.
Но астрономия и космические полеты к далеким мирам потребовали значительно большей точности.
В 1949-м были построены первые атомные часы, где в качестве источника колебаний выступил не маятник и не кварцевый генератор, а сигналы, связанные с квантовым переходом электрона между двумя энергетическими уровнями атома. Эта электромагнитная волна, то есть фотон радиоизлучения, характеризуется очень высокой стабильностью энергии и частоты колебаний. В 1955-м появились первые атомные часы на основе атомов цезия, используются атомы водорода и рубидия.
Со времени изобретения атомных часов их точность повышалась в среднем вдвое каждые 2 года. Этот процесс продолжается и сегодня.
В 1967 году перешли на атомный эталон времени.
В XXI веке в Интернете появилось электронное, Гринвичское, время. С 1 января 2001 года английским правительством было официально объявлено о новом стандарте времени Greenwich e-time (GET).
Глава компании Microsoft Билл Гейтс также внедряет новую технологию передачи персональной информации на наручные часы: SPOT (Smart Personal
С древнейших времен люди не просто существовали во времени, но и пытались осмыслить его суть. Гераклит Эфесский (VI и V веков до н. э.), считал, что мир полон противоречий и изменчивости, но время течет неизменно. Известно его знаменитое изречение "В одну и ту же реку нельзя войти дважды". Платон (427-347 годы до н. э.) провозгласил принцип его цикличности. Все в мире, согласно его учению, повторяется через некоторые промежутки времени, то есть идет по кругу.
А вот Аристотель (384-322 годы до н. э.), не нашел места понятию время в своей системе. Великого философа не интересовали динамические процессы мироздания.
Галилей и Ньютон считали, что мир бесконечен и однороден. В нем время обосновалось как одна из важнейших и особых координат. Все вокруг стали описывать как происходящее в непрерывном и бесконечном пространстве-времени. Механике Ньютона необходимо было абсолютное и единое время во всей Вселенной, поэтому точность его измерения стала для науки главной технической задачей.
Теория абсолютного пространства и времени просуществовала всего два столетия. На рубеже XIX-XX веков в физике произошли события, существенно изменившие представление человека об окружающем мире и времени в нем. Квантовая механика Шредингера и теория относительности Эйнштейна позволили осознать, что человек живет уже не в трехмерном, а четырехмерном мире, в котором время, взаимосвязанное с пространством, играет особую роль. Все вокруг стало относительным и вероятностным, многие точные понятия начали растворяться, и время стало зависеть от скорости и степени искривленности пространства.
В 1905 году Альберт Эйнштейн предложил специальную теорию относительности, суть которой заключается в том, что на быстро движущемся объекте время течет медленнее. То есть время стало величиной относительной. Такие понятия, как "сейчас", "сегодня", "завтра", имеют простой, общепринятый смысл только для событий, происходящих недалеко друг от друга. А если, например, сесть в космический корабль и разогнать его до скорости, близкой к скорости света, то можно и в будущее слетать посмотреть, что будет на Земле через сотни лет, только вот вернуться в свое настоящее уже не удастся…
В 1908 году немецкий математик Г. Минковский доказал неразрывное единство пространства и времени и ввел новое понятие пространство-время. Так мир стал четырехмерным. А в 1916 году Эйнштейн завершил создание общей теории относительности, согласно которой пространство-время может искривляться под действием сил тяготения (математически искривленные пространства ранее описал русский математик Н. Лобачевский). С тех пор геометрия искривленных пространств называется неевклидовой. Но самым интересным открытием в общей теории относительности является то, что в сильном поле тяготения время течет медленнее. Это означает, что часы у поверхности Солнца идут медленнее, чем у поверхности Земли, а часы на околоземной орбите, наоборот, быстрее.
Релятивистские эффекты учитываются сегодня не только учеными, астрономами, но и инженерами. Их влияние на навигационные спутники GPS (Global Positioning System) - системы глобального определения координат сказывается на вычислениях орбит, на распространении навигационных сигналов и, конечно, на ходе бортовых атомных часов. Последняя поправка наиболее существенна и выражается в искусственном "замедлении" атомных часов спутников системы GPS.
Многие люди отмечают, что с возрастом время течет быстрее. Но то же самое говорят и достаточно молодые люди.
Конечно, это можно объяснить постоянно ускоряющимся темпом жизни. Поезда и самолеты все быстрее доставляют нас в другие города, страны и континенты. Средства массовой информации обрушивают на наши бедные головы все возрастающий поток информации. Благодаря радио, телевидению и Интернету мы узнаем о событии практически сразу, после того как оно произошло.
Но швейцарские ученые находят кажущемуся ускорению времени и другое объяснение. Они считают, что с возрастом биологические часы человека начинают "отставать". И поэтому ему кажется, что события вокруг него бегут быстрее. По аналогии, постарайтесь идти по подземному переходу в метро медленнее темпа движения толпы вокруг вас. И вы сразу заметите, что вас со всех сторон обгоняют люди. Так и время обгоняет нас.
Стрела времени - это невозможность двигаться от будущего к прошлому. Вот почему мы не можем превратить яичницу в целые яйца, кубик льда не может сам собой превратиться в стакан воды, а разбитую чашку или вазу нельзя снова превратить в целую. Египетские фараоны строили пирамиды для сохранения памяти о себе на вечные времена. Существуют они уже около 5000 лет. Но и они не вечны. Постепенно ветры пустынь, среди которых они стоят, разрушат их и превратят в песок. Все это – проявление энтропии. Энтропия, на бытовом уровне - это мера беспорядка или мера неопределенности. В физике энтропия стоит в ряду таких фундаментальных понятий, как энергия или температура.
Теоретически обосновал существование стрелы времени как одностороннее движение от прошлого к будущему И.Р. Пригожин – бельгийский и американский физик и химик российского происхождения, лауреат Нобелевской премии 1977 г.
В середине ХХ века ученые – археологи, геологи, химики и физики нашли способы установления сроков жизни существовавших ранее живых организмов. Основой метода является радиоуглеродный анализ, основоположниками которого являются Пьер Кюри и Эрнест Резерфорд.
Радиоуглеродный анализ — физический метод датирования биологических останков, предметов и материалов биологического происхождения путём измерения содержания в материале радиоактивного изотопа 14C по отношению к стабильным изотопам углерода.
В 1946 году ученым Уиллардом Либби был представлен метод, основанный на радиоуглеродном анализе объектов биологического происхождения. За этот метод спустя пятнадцать лет ученый получил Нобелевскую премию, которая засвидетельствовала полезность радиоуглеродного анализа. Радиоуглеродный анализ распространяется только на предметы, имеющие биологическое происхождение, а также на останки людей и животных. Археологические объекты не биологического происхождения при помощи этого метода исследовать невозможно.
Радиоуглеродный анализ основан на том, что в основе всех живых организмов есть такой химический элемент, как углерод. При этом углерод имеет в качестве своих составляющих стабильные и радиоактивные изотопы. Стабильные изотопы – 12С и 13С присутствуют постоянно, а радиоактивный изотоп 14С может накапливаться под воздействием радиации, солнечного излучения и космоса в организме, но разрушаться постепенно после смерти биологического существа.
При жизни баланса разных изотопов углерода одинаковый, а вот при смерти такой баланс начинает нарушаться. Стабильные углероды так и остаются неизменными в организме и не испытывают распада, а вот число радиоактивного углерода постепенно уменьшается. Зная при этом время распада радиоактивного углерода, можно с достоверной точностью рассчитать возраст останков.. Максимальный возраст, который можно определить этим методом находится в пределах шестидесяти тысяч лет, при этом погрешность составляет от 70 до 300 лет.
Радиоуглеродный метод позволяет определять возраст египетских фараонов по их мумиям, ископаемых останков людей, животных, растений, микроорганизмов.
Данные о последовательности важнейших событий в истории планеты Земля, о смене геологических эпох обобщает историческая геология. Определением абсолютного возраста пород занимается ядерная геохронология. Это одна из самых молодых геологических наук, которая изучает закономерности естественных ядерных превращений в веществе Земли и их проявление в геологических процессах. Основоположник этой науки — академик В. И. Вернадский (1935 г.). Она опирается на явление радиоактивного распада урана, тория, калия, стронция и др. Геохронология устанавливает абсолютный возраст горных пород. Это возраст, выраженный в единицах времени, обычно составляет миллионы лет.
Измерение – это один из способов познания. Это сравнение какой-либо величины (например, отрезка линии) с однородной величиной (например, сантиметром), принимаемым за единицу меры. Результат измерения выражается числом, показывающим, сколько раз выбранная единица содержится в измеряемой величине. - Малая Советская энциклопедия, том 3, 1929 г.
С другой стороны, измерения являются одними из важнейших информационных технологий. Развитие науки и техники тесно связано с измерениями. Научные исследования сопровождаются измерениями, позволяющими установить количественные соотношения и закономерности свойств изучаемых явлений.
Измерение физической величины – длины, площади, объема, веса, температуры - проводится опытным путем с помощью различных средств измерений, например, весов, термометра. В процессе измерения осуществляется нахождение опытным путем числового значения измеряемой величины, например длины, веса, температуры, в принятых единицах измерения. Сопоставление результатов измерения какой-либо величины и точек числовой прямой производится по шкале (лат. scala - лестница).
Например, мы смотрим, какому делению шкалы соответствует уровень жидкости в термометре и таким образом переводим замеренную температуру в число градусов (например, Цельсия или Реомюра), то есть кодируем ее - запоминаем или записываем в виде числа.
Д.И. Менделеев писал: "Наука начинается с тех пор, как начинают измерять: точная наука немыслима без меры".
Человек столкнулся с необходимостью измерений в глубокой древности, на раннем этапе своего развития – в практической жизни, в земледелии, строительстве своего жилья, дворцов своих властителей, храмов, в торговле. Людям потребовалось измерять расстояния, площади, объемы, веса, и, разумеется, время.
Первые единицы длины были весьма приблизительными. Они были связаны с размерами частей тела человека. В Англии и США до сих пор используются единицы длины "ступня" - фут (31 см), "большой палец" - дюйм (25,4 мм) и ярд (91 см.). Он был равен расстоянию от кончика носа короля Генриха I до конца пальцев его вытянутой руки. 1фут=12 дюймам.
Таковы и старинные русские единицы длины: сажень была равна расстоянию от конца пальцев одной руки до конца пальцев другой, локоть - расстоянию от локтевого сустава до конца вытянутого среднего пальца руки, пядь - расстоянию между концами вытянутых пальцев руки - большого и указательного.
Понятие площади известно человеку из повседневного опыта. Каждый понимает смысл слов: площадь комнаты равна 25 квадратным метрам, площадь дачного участка - двенадцати соткам и т.д. Площадь - это величина той части плоскости, которую занимает многоугольник. Измерение площадей проводится с помощью выбранной единицы измерения аналогично измерению длин отрезков. За единицу измерения площадей принимают квадрат, сторона которого равна единице измерения отрезков. Так, если за единицу измерения площадей принимают квадрат со стороной 1 см - такой квадрат называется квадратным сантиметром и обозначается квадратным сантиметром. Аналогично определяется квадратный метр, квадратный миллиметр и т.д.
По аналогии определяется объем – кубический сантиметр, кубический метр и т.д. Объем жидкости измеряется в литрах – объем жидкости в объеме одного кубического дециметра, а точнее, объем 1 кг чистой воды при нормальном атмосферном давлении (760 мм рт. ст.) и температуpe наибольшей плотности воды (4 °С). Таким образом, объем 1 литра в 1901 году был принят за 1,000028 дм3.
Очень рано человеку в процессе меновой торговли потребовалось измерять вес - силу воздействия тела на опору или подвес.
Весы - один из древнейших приборов. Они возникли и совершенствовались с развитием торговли, производства и науки. Весь ход развития общества - в первую очередь, возникновение торговли - настоятельно требовал, чтобы был изобретен прибор, способный взвешивать предназначенный для продажи товар. Первые простейшие весы в виде равноплечного коромысла с подвешенными чашами стали применяться в древнем Вавилоне за две с половиной тысячи лет до нашей эры и в Египте за две тысячи лет до нашей эры. Это: коромысло с подвешенными чашами, на одну кладется товар, на другую гири.
В основе самой первой в истории системы весовых единиц - древневавилонской - лежал вес одного хлебного зерна - грана. Не кусочек золота, платины, серебра, а зерно, получаемое с таким трудом и являющееся главным продуктом до сих пор. Сыграло свою роль то, что зерна самой природой были как бы стандартизированы и имели почти одинаковые размеры и массу. Позже появилась система гирь, изготовленная человеком. Гиря - специально изготовленный эталон (точная мера) массы, обладающий заданной формой и конструктивными особенностями, и применяемый во всех случаях человеческой деятельности, связанной с точным весом. Наборы гирь для определенных весов называются разновесом.
С появлением системы впервые возникла идея о стандартизации, которая получила свое полное развитие при других измерениях лишь через тысячи лет! Необходимость в стандартизации гирь настолько была очевидна, что торговцы безропотно ей подчинились.
"Порча" гирь, то есть сознательное занижение их веса, давала торговцам дополнительную прибыль. И они этим занимались весьма часто, да и занимаются до сих пор. Это уголовно наказуемое преступление.
Применялись весы и гири при меновой торговле. А позднее появились неравноплечные весы с передвижной гирей - безмен - простейшие рычажные весы, отсчет на которых ведется по нанесенной на стержень шкале.
Русский безмен - металлический стержень с постоянным грузом на одном конце и крючком или чашкой для взвешиваемого предмета на другом. Уравновешивают безмен перемещением вдоль стержня второго крючка обоймы или петли, служащих опорой стержня безмена.
Иногда ручные пружинные весы называют безменом. Они представляют собой жесткую пружину, которая помещается в корпус со шкалой. К пружине прикрепляется стрелка. Пока к пружине не приложено усилие, то-есть не подвешен измеряемый груз, она находится в сжатом состоянии. Под действием силы тяжести пружина растягивается, соответственно перемещается по шкале стрелка. На основании положения стрелки можно узнать массу взвешиваемого груза.
В древности существовали различные системы измерения – в Вавилоне, древнем Египте, древнем Израиле, древней Греции, Римской империи. Позднее в каждой стране использовалась своя система измерений. Существовали английская, русская, французская, китайская, японская и др.
Для определения длины Петр I предложил воспользоваться английскими мерами длины - ярд, фут и дюйм. Несмотря на указ царя, применялись самые разнообразные меры длины. Это затрудняло развитие науки, торговли между странами. Поэтому назрела необходимость введения единой системы мер, удобной для всех стран.
Такая система - ее назвали метрической системой мер - была разработана во Франции. 7 апреля 1795 Национальный Конвент принял закон о введении метрической системы во Франции и поручил комиссарам, в число которых входили Кулон, Лагранж, Лавуазье, Лаплас и другие ученые, выполнить работы по экспериментальному определению единиц длины и массы.
Метрическая система выросла из постановлений, принятых Национальным собранием Франции в 1791г. и 1795 г. по определению метра как одной десятимиллионной доли участка земного меридиана от Северного полюса до экватора.
Основная единица длины в метрической системе - 1 метр (от греческого слова " метрон"- мера). Первый прототип эталона метра был изготовлен из латуни в 1795 году.
Международный эталон метра, использовавшийся с 1889 по 1960 годы.
С 1960 года отказались от использования изготовленного людьми предмета в качестве эталона метра. Современное определение метра в терминах времени и скорости света было введено в 1983 году: метр - это длина пути, проходимого светом в вакууме за (1 / 299 792 458) секунды.
Метрическая система - общее название международной десятичной системы единиц, основанной на использовании метра и грамма. На протяжении последних двухсот лет, существовали различные варианты метрической системы, различающиеся выбором основных единиц. В настоящее время международно признанной является система СИ. При некоторых различиях в деталях, элементы системы одинаковы во всем мире. Метрические единицы широко используются по всему миру, как в научных целях, так и в повседневной жизни.
Килограмм (кг, kg) - единица измерения массы, одна из основных единиц СИ. Килограмм определяется как масса международного эталона килограмма, хранящегося в Международном бюро мер и весов (расположено в г. Севр близ Парижа) и представляющего собой цилиндр из платино-иридиевого сплава (90% платины, 10% иридия).
Основное отличие метрической системы от применявшихся ранее традиционных систем заключается в использовании упорядоченного набора единиц измерения. Для любой физической величины существует лишь одна главная единица и набор дольных и кратных единиц, образуемых стандартным образом с помощью десятичных приставок. Тем самым устраняется неудобство от использования большого количества разных единиц (таких, например, как дюймы, футы, мили и т. д.) со сложными правилами преобразования между ними. В метрической системе преобразование сводится к умножению или делению на степень числа 10, то есть к простой перестановке запятой в десятичной дроби.
Декретом от 4 июля 1837 года, метрическая система была объявлена обязательной к применению во Франции. Она постепенно вытеснила местные и национальные системы в других странах Европы и была законодательно признана как допустимая в Великобритании и США.
Английская система мер и сегодня применяется в Великобритании, США, Канаде и других странах. Постепенно меры английской системы вытесняются метрической системой мер.
Русская система мер была отменена в СССР в 1924 году.
Международная система единиц, система единиц физических величин, принята 11-й Генеральной конференцией по мерам и весам (1960 г.). Сокращенное обозначение - SI (франц. Systeme International, в русской транскрипции - СИ). Международная система единиц содержит 7 основных единиц: длины - метр, массы - килограмм, времени - секунда, силы электрического тока - ампер, термодинамической температуры - кельвин, силы света - кандела, количества вещества - моль.
Метрология (от греч. мера, измерительный инструмент) - наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.
Метрическая конвенция - международный договор, служащий для обеспечения единства метрологических стандартов в разных странах. Договор был подписан в 1875 г. в Париже 17-ю странами, в том числе Россией. В настоящее время к конвенции присоединилось 51 государство, в том числе все промышленно развитые страны.
В 1893 году Д.И. Менделеев создал в России Главную палату мер и весов (современное название: "Научно-исследовательский институт метрологии им. Менделеева"), которая занимается вопросами метрологии в нашей стране.
Призрачно все в этом мире бушующем.
Есть только миг, - за него и держись.
Есть только миг между прошлым и будущим,
Именно он называется жизнь.
Пространство и время – это философские категории. Пространство - форма сосуществования материальных объектов и процессов. Оно характеризует структурность и протяженность материальных систем; время - форма и последовательные смены состояний объектов и процессов, оно характеризует длительность их бытия. Пространство и время имеют объективный характер, неразрывно связаны друг с другом, бесконечны. Универсальные свойства времени - длительность, неповторяемость, необратимость; всеобщие свойства пространства - протяженность, единство прерывности и непрерывности. Идея пространства воспринимается человеком намного проще и нагляднее, чем идея времени. Это обусловлено тем, что пространство обозревается нами как бы все сразу в трехмерном виде, тогда как время ощущается только как миг между прошлым и будущим, последовательная смена событий.
Время наряду с пространством составляет сущность нашего мира, образует арену деятельности людей, является основным предметом их познания. С осознанием понятия времени связаны осознание безвозвратности прошлого, мимолетности настоящего, непознаваемости будущего.
Человек не может двигаться по шкале времени – от прошлого к будущему, и от будущего к прошлому. Он только живет в своем времени. Стрела времени направлена только от прошлого к будущему. Машины времени не существует. Человек не может освободиться от времени или управлять им. Он только научился "останавливать мгновенье" с помощью книг, граммофонных и магнитных записей звука, фотографии, кино и видеозаписей.
Но он не может жить, действовать, развиваться без ориентации во времени, без синхронизации своего поведения с изменениями окружающей среды, с поведением других людей и иных объектов.
Природа, создавшая человека, снабдила его и другие живые организмы специальным биологическим механизмом для ориентировочной интуитивной оценки времени – биологическими часами - способностью животного и человека ориентироваться во времени. Она основана на строгой периодичности физико-химических и физиологических процессов в клетках - биологических ритмах, циклических колебаниях интенсивности и характера биологических процессов и явлений.
Понятие о течении времени подсказала древнему человеку периодическая смена дня и ночи, времен года. События текущей жизни потребовали измерять время.
Летосчисление (или календарь) - это система исчисления больших промежутков времени. Во многих системах летосчисления счет велся от какого-либо исторического или легендарного события.
Каждый народ использовал свои способы датировки исторических событий. Одни вели отсчет лет от предполагаемого сотворения мира: так евреи датировали его 3761 до н. э., александрийская хронология считала этой датой 25 мая 5493 до н. э. Римляне начинали отсчет от легендарного основания Рима (753 до н. э.). Парфяне вели отсчет лет от вступления на трон первого царя, египтяне - с начала правления каждой следующей династии. Каждая мировая религия основывала свой календарь.
Христианская церковь приурочила начало летосчисления к рождению Иисуса Христа. Эта система летосчисления (новая эра) принята в настоящее время в большинстве стран. У народов, исповедующих ислам, летосчисление ведется от 622 н. э. (от даты переселения Мухаммеда - основателя ислама - в Медину).
Календарь (от лат. calendarium, букв. - долговая книжка; в др. Риме должники платили проценты в день календ) - основан на периодичности видимых движений небесных тел. Наиболее распространен солнечный календарь, в основу которого положен солнечный (тропический) год.
Никто точно не знает, почему год делится на 12 месяцев (такое деление не соответствует ни лунному, ни солнечному календарю). Считается, что деление часа на 60 минут связано с вавилонской системой счисления, в основе которой было не 10, а 60.
Перевод из одного летосчисления в другое представляет определенные трудности из-за различной продолжительности года в разных системах. Счет года с 1 января был введен в Риме Юлием Цезарем в 45 до н. э. В 325 году юлианский календарь был принят Византией. Реформа календаря, которую провел папа Григорий XIII, была признана в большинстве католических стран. Она устранила ошибку в исчислении времени: от момента введения юлианского календаря до конца XVI столетия "набежала" разница в 10 дней по сравнению с солнечным годом. Современный назван григорианским (новый стиль), введен при Григории XIII 4 октября 1582 года и заменил юлианский (старый стиль).
Петр I с 1 января 1700 года заменил действовавший в России так называемый календарь от "сотворения мира" на юлианский, разница между которыми 5508 лет. По указу царя от 20 декабря 1699 года следовало 1 января 1700 года "…в знак доброго начинания и нового столетнего века в веселии друг друга поздравлять с Новым годом… по знатным и проезжим улицам у ворот и домов учинить некоторое украшение от древ и ветвей сосновых, еловых и можжевеловых, чинить стрельбу из небольших пушечек и ружей, пускать ракеты сколько у кого случится, и зажигать огни". 28 декабря 1708 года был выпущен первый гражданский календарь.
В России григорианский календарь введен с 14 февраля 1918 г. Различие между старым и новым стилями составляет в 18 в. 11 суток, в 19 в. 12 суток и в 20 в. 13 суток.
Деление месяца на семидневные недели, возникшее на Древнем Востоке, в I веке до н. э. стало употребляться в Риме, откуда позднее распространилось по всей Европе.
В заимствованной римлянами семидневной неделе только один день имел особое название - "суббота" (др. евр. sabbath - отдых, покой), остальные дни назывались порядковыми номерами в неделе: первый, второй и т. д.; ср. в русском понедельник, вторник и т. д., где "неделя" означала первоначально нерабочий день (от "не делать"). Римляне назвали дни недели по семи светилам, носившим имена богов. Названия следующие: суббота - день Сатурна, дальше - день Солнца, Луны, Марса, Меркурия, Юпитера, Венеры. Латинские названия, видоизменившись, отчасти сохраняются до сих пор в названиях дней недели в Западной Европе.
Несовершенство естественных биологических часов заставило человека придумывать и создавать искусственные устройства, более эффективно выполняющие функции измерения времени в течение суток, дней, недель, месяцев, лет – часы.
Часы являются сегодня самым массовым измерительным прибором – их годовое производство в мире превышает 300 миллионов штук, а измерение времени – самым массовым измерением: ежедневно на земном шаре производится несколько десятков миллиардов таких измерений.
Измерение времени является в наши дни и самым точным видом измерений: предельная точность измерения времени определяется сейчас весьма малой величиной – погрешностью порядка 1·10–11 %, или 1 с за 300 тыс. лет. Даже обычные бытовые часы с погрешностью 20 с. в сутки (0,02%) сравнимы по точности с образцовыми измерительными приборами в других видах измерений, например в электроизмерениях.
Древнейшие способы измерения времени были известны за 2000 лет до нашей эры, и их развитие продолжалось до первых столетий нового времени. Сюда относятся многие типы солнечных, водяных, огневых, песочных и механических часов, которые сыграли важную роль в истории хронометрии – искусстве измерения времени.
Важнейшим и самым распространенным простейшим прибором измерения времени были солнечные часы – единственные из перечисленных видов часов, основанные на суточном движении Солнца. Древний человек осознал взаимосвязь между длиной и положением солнечной тени от предметов и положением Солнца на небе и поэтому ориентировался в текущем времени по Солнцу. Первые часы - приборы для измерения текущего времени в единицах, меньших, чем одни сутки, были солнечными. Точная дата возникновения солнечных часов, которые в своем первоначальном виде имели форму обелиска - гномона, неизвестна. Сообщение о них в рукописи китайца Чиу-пи периода около 1100 г. до н.э. считают самым первым упоминанием о солнечных часах.
В солнечных часах использовался постоянный
Гномон, вертикальный обелиск со шкалой, нанесенной на земле или плоском камне - кадране, был первыми солнечными часами, измерявшими время по длине отбрасываемой тени. Но солнечные часы работали только днем и только в ясную погоду, когда светит солнце, да и то недостаточно точно.
Водяные часы, огненные часы – свечи с нанесенными на них делениями, и песочные часы могли работать в любое время суток и в любую погоду. Они обеспечивали точность измерения времени уже ± 15-20 мин.
Клепсидра - древнейшие часы. В дне сосуда с водой просверлена дырочка, куда вставлена трубочка маленького диаметра. Вода по ней медленно стекает и падает в другой сосуд, на стенки которого нанесены деления. Роль часовой стрелки выполняет уровень воды. Чем выше он поднимается, тем больше "натекло" времени.
Ктезибий (ок. 2-1 вв. до н. э.) - древнегреческий механик из Александрии изобрел водяные поплавковые часы. У них циферблат и одна стрелка. Равномерная струя воды текла в сосуд высотой 3 метра, в котором поднимался поплавок – фигурка со стрелкой – палочкой в руке. Палочка направлялась на циферблат, на котором можно было отсчитывать текущее время.
Песочные часы - простейший прибор для отсчета промежутков времени, состоящий из двух сосудов, соединенных узкой горловиной, один из которых частично заполнен песком. Время, за которое песок через горловину пересыпается в другой сосуд, может составлять от нескольких секунд до нескольких часов.
В качестве так называемых "огненных" часов использовались свечи, на которые равномерно наносились метки. Расстояние между метками служило единицей времени.
Надежные часы были необходимы прежде всего церкви - для уточнения времени богослужения. Сначала с этой задачей более или менее успешно справлялись солнечные часы, со временем их заменили башенные часы с боем.
Следующий этап в измерении времени – изобретение механических – башенных колесных часов приписывается монаху Герберту Аврилакскому, позднее ставшему Римским папой Сильвестром II ((950- 1003 гг.). В механических часах использовался постоянный
На циферблатах таких часов была только одна стрелка - часовая, и еще эти часы каждый час били в колокол (английское слово "clock" - от латинского "clocca" - "колокол"). Позднее к часовой стрелке прибавилась вторая – минутная. Часы идут по часовой стрелке - слева направо - потому что именно в этом направлении движется тень солнечных часов. Однако существуют часы, у которых стрелки двигаются "против часовой стрелки".
В 1288 году уже ходили железные башенные Вестминстерские куранты.
(Биг-Бен - это название не башни, а 13-тонного колокола, который звонит внутри). В середине XIV в городах Европы строили городские колокольни с часами. Ее колокола отбивали церковные часы, время коммерческих сделок и работы ремесленников. Время необходимо было знать и в мануфактурах, где результат работы зависел от точного соблюдения продолжительности отдельных технологических процессов.
Механические колесные часы надежно работали только на суше, для морских путешествий они не были приспособлены.
В 1657 году голландский ученый Христиан Гюйгенс изготовил механические часы с маятником. Точность часов значительно возросла, но перевозить такие часы все равно было нельзя. В 1670 году был изобретен анкерный спуск, обеспечивавший равномерный ход часового механизма.
Компактные переносные механические хронометры стало возможным изготовлять после изобретения Гюйгенсом в 1675 году вращательного балансира и использования пружины вместо гирь. Сочетание крутильного маятника, спиральной пружины и анкерного спуска открыло дорогу созданию массовых малогабаритных часов, морских хронометров и значительно повысило точность астрономических наблюдений.
Точные часы – хронометры были необходимы для морской навигации. Их изготовил в 1735 году англичанин Джон Харрисон. Их точность была ± 5 секунд в сутки, и они уже были вполне пригодны для морских путешествий. А в 1764 году изобретатель довел точность своего хронометра до ±1 секунды в сутки. На этом возможности механических часов были исчерпаны.
В начале XIX века с проблемой хранения времени столкнулись почтовые службы, пытавшиеся обеспечить движение почтовых экипажей по расписанию. В результате они обзавелись часами, которые можно было возить с собой. А с появлением железных дорог часы получили и кондукторы поездов. Чем активнее развивалось трансатлантическое сообщение, тем важнее требовалось обеспечить единство отсчета времени по разные стороны океана. В этой ситуации механические часы уже не годились. И тут на помощь пришло электричество. Электрические часы решили проблему синхронизации на больших расстояниях - сначала на материках, а потом и между ними. В 1851 году кабель был проложен по дну Ла-Манша, в 1860-м - Средиземного моря, а в 1865-м - Атлантического океана. А с 1899 года началась передача сигналов точного времени по радио.
Электрические часы изобрел в 1847 году англичанин Александр Бэйн. Основой их был контакт, управляемый маятником, раскачиваемым электромагнитом. Колебания суммировал электромагнитный счетчик, соединенный колесной передачей со стрелками на циферблате.
В начале XX века электрические часы окончательно вытеснили механические в системах хранения и передачи точного времени. Наиболее точными часами, основанными на свободных электромагнитных маятниках, были часы Уильяма Шортта, установленные в 1921 году в Эдинбургской обсерватории. Их точность составляла 1 сек/год.
В 1918 году были впервые построены первые кварцевые часы.
В 1937-м кварцевые часы, разработанные Льюисом Эссеном, были установлены в Гринвичской обсерватории, их точность составляла около 2 мс/ сутки. В 1944 году точность кварцевых часов возросла уже до 0,1 мс/сутки.
Во второй половине ХХ века электронные часы начали вытеснять механические. Они основаны на подсчете периодов колебаний от стабильного кварцевого генератора (резонатора) с помощью счетчиков - делителей и выводом показаний на электронный дисплей: электро-люминисцентно - вакуумный, светодиодный или жидкокристалический посредством дешифраторов. В них вместо электрического контакта применили транзистор, а функции маятника выполняет кварцевый резонатор.
Сегодня именно кварцевые резонаторы в наручных часах, персональных компьютерах, стиральных машинах, автомобилях, сотовых телефонах формируют время с точностью, значительно превышающей точность механических часов: механические часы ошибаются на секунду в сутки, а бытовые электронные – на секунду в 1 год! Большая точность, достаточная для бытовых приборов.
Существуют часы-телевизор, часы-радиоприемник, часы-телефон, часы-приемник GPS, часы-компьютер, часы-метеостанция, часы-компас, часы-глубиномер. На рисунке – наручные цифровые электронные часы.
В 1972 году появились первые в мире электронные часы с жидкокристаллическим дисплеем. В начале ХХI века ежегодно производится уже более 1 миллиарда часовых механизмов. Большинство выпущенных часов - кварцевые с циферблатом со стрелками. А ведь часы с жидкокристаллическим цифровым дисплеем гораздо информативнее – на них указывается календарный день, день недели, текущий месяц и многое другое. Да и точность считывания у цифровых часов выше, чему стрелочных. Но, несмотря на это, доля чисто электронных часов с жидкокристаллическим цифровым индикатором времени - всего около 10% - за сотни лет люди привыкли к часам со стрелками.
Поэтому большая часть электронных часов – электромеханические, с кварцевым резонатором, с циферблатом с движущимися стрелками. Они приводятся в движение миниатюрным шаговым электродвигателем. Система шестерен передает вращение электродвигателя на стрелки. Источник энергии электронных часов – миниатюрные "часовые" батарейки, которых хватает на срок не менее года.
А чисто механических часов было произведено всего 18 млн.
Но астрономия и космические полеты к далеким мирам потребовали значительно большей точности.
В 1949-м были построены первые атомные часы, где в качестве источника колебаний выступил не маятник и не кварцевый генератор, а сигналы, связанные с квантовым переходом электрона между двумя энергетическими уровнями атома. Эта электромагнитная волна, то есть фотон радиоизлучения, характеризуется очень высокой стабильностью энергии и частоты колебаний. В 1955-м появились первые атомные часы на основе атомов цезия, используются атомы водорода и рубидия.
Со времени изобретения атомных часов их точность повышалась в среднем вдвое каждые 2 года. Этот процесс продолжается и сегодня.
В 1967 году перешли на атомный эталон времени.
В XXI веке в Интернете появилось электронное, Гринвичское, время. С 1 января 2001 года английским правительством было официально объявлено о новом стандарте времени Greenwich e-time (GET).
Глава компании Microsoft Билл Гейтс также внедряет новую технологию передачи персональной информации на наручные часы: SPOT (Smart Personal
С древнейших времен люди не просто существовали во времени, но и пытались осмыслить его суть. Гераклит Эфесский (VI и V веков до н. э.), считал, что мир полон противоречий и изменчивости, но время течет неизменно. Известно его знаменитое изречение "В одну и ту же реку нельзя войти дважды". Платон (427-347 годы до н. э.) провозгласил принцип его цикличности. Все в мире, согласно его учению, повторяется через некоторые промежутки времени, то есть идет по кругу.
А вот Аристотель (384-322 годы до н. э.), не нашел места понятию время в своей системе. Великого философа не интересовали динамические процессы мироздания.
Галилей и Ньютон считали, что мир бесконечен и однороден. В нем время обосновалось как одна из важнейших и особых координат. Все вокруг стали описывать как происходящее в непрерывном и бесконечном пространстве-времени. Механике Ньютона необходимо было абсолютное и единое время во всей Вселенной, поэтому точность его измерения стала для науки главной технической задачей.
Теория абсолютного пространства и времени просуществовала всего два столетия. На рубеже XIX-XX веков в физике произошли события, существенно изменившие представление человека об окружающем мире и времени в нем. Квантовая механика Шредингера и теория относительности Эйнштейна позволили осознать, что человек живет уже не в трехмерном, а четырехмерном мире, в котором время, взаимосвязанное с пространством, играет особую роль. Все вокруг стало относительным и вероятностным, многие точные понятия начали растворяться, и время стало зависеть от скорости и степени искривленности пространства.
В 1905 году Альберт Эйнштейн предложил специальную теорию относительности, суть которой заключается в том, что на быстро движущемся объекте время течет медленнее. То есть время стало величиной относительной. Такие понятия, как "сейчас", "сегодня", "завтра", имеют простой, общепринятый смысл только для событий, происходящих недалеко друг от друга. А если, например, сесть в космический корабль и разогнать его до скорости, близкой к скорости света, то можно и в будущее слетать посмотреть, что будет на Земле через сотни лет, только вот вернуться в свое настоящее уже не удастся…
В 1908 году немецкий математик Г. Минковский доказал неразрывное единство пространства и времени и ввел новое понятие пространство-время. Так мир стал четырехмерным. А в 1916 году Эйнштейн завершил создание общей теории относительности, согласно которой пространство-время может искривляться под действием сил тяготения (математически искривленные пространства ранее описал русский математик Н. Лобачевский). С тех пор геометрия искривленных пространств называется неевклидовой. Но самым интересным открытием в общей теории относительности является то, что в сильном поле тяготения время течет медленнее. Это означает, что часы у поверхности Солнца идут медленнее, чем у поверхности Земли, а часы на околоземной орбите, наоборот, быстрее.
Релятивистские эффекты учитываются сегодня не только учеными, астрономами, но и инженерами. Их влияние на навигационные спутники GPS (Global Positioning System) - системы глобального определения координат сказывается на вычислениях орбит, на распространении навигационных сигналов и, конечно, на ходе бортовых атомных часов. Последняя поправка наиболее существенна и выражается в искусственном "замедлении" атомных часов спутников системы GPS.
Многие люди отмечают, что с возрастом время течет быстрее. Но то же самое говорят и достаточно молодые люди.
Конечно, это можно объяснить постоянно ускоряющимся темпом жизни. Поезда и самолеты все быстрее доставляют нас в другие города, страны и континенты. Средства массовой информации обрушивают на наши бедные головы все возрастающий поток информации. Благодаря радио, телевидению и Интернету мы узнаем о событии практически сразу, после того как оно произошло.
Но швейцарские ученые находят кажущемуся ускорению времени и другое объяснение. Они считают, что с возрастом биологические часы человека начинают "отставать". И поэтому ему кажется, что события вокруг него бегут быстрее. По аналогии, постарайтесь идти по подземному переходу в метро медленнее темпа движения толпы вокруг вас. И вы сразу заметите, что вас со всех сторон обгоняют люди. Так и время обгоняет нас.
Стрела времени - это невозможность двигаться от будущего к прошлому. Вот почему мы не можем превратить яичницу в целые яйца, кубик льда не может сам собой превратиться в стакан воды, а разбитую чашку или вазу нельзя снова превратить в целую. Египетские фараоны строили пирамиды для сохранения памяти о себе на вечные времена. Существуют они уже около 5000 лет. Но и они не вечны. Постепенно ветры пустынь, среди которых они стоят, разрушат их и превратят в песок. Все это – проявление энтропии. Энтропия, на бытовом уровне - это мера беспорядка или мера неопределенности. В физике энтропия стоит в ряду таких фундаментальных понятий, как энергия или температура.
Теоретически обосновал существование стрелы времени как одностороннее движение от прошлого к будущему И.Р. Пригожин – бельгийский и американский физик и химик российского происхождения, лауреат Нобелевской премии 1977 г.
В середине ХХ века ученые – археологи, геологи, химики и физики нашли способы установления сроков жизни существовавших ранее живых организмов. Основой метода является радиоуглеродный анализ, основоположниками которого являются Пьер Кюри и Эрнест Резерфорд.
Радиоуглеродный анализ — физический метод датирования биологических останков, предметов и материалов биологического происхождения путём измерения содержания в материале радиоактивного изотопа 14C по отношению к стабильным изотопам углерода.
В 1946 году ученым Уиллардом Либби был представлен метод, основанный на радиоуглеродном анализе объектов биологического происхождения. За этот метод спустя пятнадцать лет ученый получил Нобелевскую премию, которая засвидетельствовала полезность радиоуглеродного анализа. Радиоуглеродный анализ распространяется только на предметы, имеющие биологическое происхождение, а также на останки людей и животных. Археологические объекты не биологического происхождения при помощи этого метода исследовать невозможно.
Радиоуглеродный анализ основан на том, что в основе всех живых организмов есть такой химический элемент, как углерод. При этом углерод имеет в качестве своих составляющих стабильные и радиоактивные изотопы. Стабильные изотопы – 12С и 13С присутствуют постоянно, а радиоактивный изотоп 14С может накапливаться под воздействием радиации, солнечного излучения и космоса в организме, но разрушаться постепенно после смерти биологического существа.
При жизни баланса разных изотопов углерода одинаковый, а вот при смерти такой баланс начинает нарушаться. Стабильные углероды так и остаются неизменными в организме и не испытывают распада, а вот число радиоактивного углерода постепенно уменьшается. Зная при этом время распада радиоактивного углерода, можно с достоверной точностью рассчитать возраст останков.. Максимальный возраст, который можно определить этим методом находится в пределах шестидесяти тысяч лет, при этом погрешность составляет от 70 до 300 лет.
Радиоуглеродный метод позволяет определять возраст египетских фараонов по их мумиям, ископаемых останков людей, животных, растений, микроорганизмов.
Данные о последовательности важнейших событий в истории планеты Земля, о смене геологических эпох обобщает историческая геология. Определением абсолютного возраста пород занимается ядерная геохронология. Это одна из самых молодых геологических наук, которая изучает закономерности естественных ядерных превращений в веществе Земли и их проявление в геологических процессах. Основоположник этой науки — академик В. И. Вернадский (1935 г.). Она опирается на явление радиоактивного распада урана, тория, калия, стронция и др. Геохронология устанавливает абсолютный возраст горных пород. Это возраст, выраженный в единицах времени, обычно составляет миллионы лет.
Для получения официальных документов о завершении программы дополнительного профессионального образования (удостоверения о повышении квалификации, дипломов о профессиональной переподготовке и MBA) необходимо предоставить:
Внимание! Вы можете не заказывать доставку бумажной версии официального документы, а скачать его в электронном виде и распечатать самостоятельно. Информация о выданном документе в течение 1 месяца загружается в Федеральную информационную систему «Федеральный реестр сведений о документах об образовании и (или) о квалификации, документах об обучении» - ФИС ФРДО.
Доступ на новый сайт осуществляется с использованием адреса электронной почты, который был указан вами при регистрации на "старом". Мы постарались перенести все ваши данные с прежнего ресурса, однако не исключена вероятность потери части информации.
При возникновении проблемы со входом, воспользуйтесь функцией сброса пароля
Если вы обнаружите несоответствия, пожалуйста, сообщите нам.