Физическая энциклопедия - времени измерение

Отсчёт времени связан с периодич. процессами. Система исчисления времени, применяемая в повседневной жизни, основана на солн. сутках, а соответствующая ед. времени секунда солнечного времени определяется как 1/86400 ср. солн. суток (в году содержится 365,2422 ср. солн. суток). Длительность истинных солн.

суток меняется в течение года вследствие неравномерности орбит. движения Земли и наклона земной оси к плоскости орбиты; эти изменения достигают 50 с. По междунар. соглашению, земная поверхность разделена на 24 часовых пояса, в каждом из к-рых ведётся единый отсчёт времени, отличающийся на 1 ч от времени в соседнем поясе. Отсчёт долгот, а следовательно, и осн.

отсчёт времени, ведётся от меридиана, проходящего через Гринвичскую обсерваторию (Великобритания). Единое время, отсчитываемое внутри данного часового пояса, наз. гражданским временем, а время нулевого часового пояса (гринвичское время) наз. всемирным временем. Москва и Ленинград находятся во 2-м часовом поясе, самые восточные части нашей страны лежат в 12-м часовом поясе.

Для рационального использования светлого времени суток во многих странах (в СССР с 1981) часы на лето переводятся вперёд («летнее время»). Кроме того, в СССР с 1930 часы по всей территории страны сдвинуты на 1 ч вперёд относительно времени данного часового пояса (декретное время). Декретное московское время опережает гринвичское время на 3 ч.

Значительные видимые размеры Солнца и большой поток света и теплоты, излучаемый им, делают отсчёт времени по нему неудобным и неточным. Поэтому астр. измерение времени вплоть до сер. 20 в. велось на основе наблюдений видимого движения звёзд, обусловленного суточным вращением Земли. Длительность звёздных суток (промежутка времени между двумя последоват. прохождениями звезды через плоскость меридиана) не содержит вариаций, связанных с неравномерностью орбит. движения Земли и с наклоном земной оси к плоскости орбиты. Тем не менее оказалось неудобным введение звёздных суток для практич. счёта времени. Звёздные сутки приблизительно на 4 мин меньше солн. суток. (Это различие обусловлено тем, что за время каждого оборота Земли вокруг оси Солнце перемещается по небосводу прибл. на 1/365 оборота в направлении вращения Земли.) Отношение между ср. солнечными и звёздными сутками определено с чрезвычайно высокой точностью. Измерение меньших промежутков времени осуществляется с помощью астр. часов. Их ход определяется маятником (вес 10-12 кг), колеблющимся на спец. подвесе (длиной ок. 1 м) в вакууме. Для достижения высокой точности (относит. погрешность 10-8) маятник максимально защищён от вибраций, внеш. воздействий, изменений темп-ры, а его колебания поддерживаются эл.-магн. устройством. Большую точность отсчёта времени обеспечивают кварцевые часы, ход к-рых определяется колебаниями пластин из высококачественного крист. кварца.

Суточная относит. погрешность таких часов не превышает 10-11, а ошибка, накапливающаяся в течение года, не превышает 10-9 с. Кварцевые часы позволили установить неравномерность суточного вращения Земли. Сравнение длительности звёздных суток с показаниями многих независимых кварцевых часов показало, что длительность звёздных суток может изменяться на величину 10-8 от их ср.

величины. Океанские приливы и деформации земной коры, вызываемые притяжением Солнца и Луны, постепенно замедляют суточное вращение Земли, так что сутки удлиняются в ср. на 0,001 с за столетие. Наблюдаются и др. периодич, изменения скорости вращения Земли, вызванные притяжением Солнца и Луны, наклоном земной осп к плоскости её орбиты, сплющенностью Земли у полюсов.

На эти регулярные вариации налагаются хаотич. изменения, вызванные мощными возмущениями атмосферы, связанными с солн. активностью, тектонич. процессами и др. В результате длительность истинных звёздных суток непостоянна. Более регулярным процессом явл. обращение Земли вокруг Солнца, период к-рого весьма постоянен, а его возмущения под влиянием др.

планет малы. В 1960 Генеральная конференция по мерам и весам определила секунду как 1/31556925,9747 часть длительности тропич. года (эфемеридная секунда). Макроскопич. тела принципиально не могут служить абс. хранителем времени. Причина неустранимые и неконтролируемые изменения систем, состоящих из огромного числа атомов. Изменение упругости подвеса маятника или упругости кварцевой пластины (рекристаллизация), возникновение микротрещин, разрушение поверхностных слоев и др.

неизбежно ведут к изменению периода колебания маятника или пластины. Освободиться от таких медленных, но неизбежных изменений, можно лишь обратившись к ат. системам, состоящим из сравнительно небольшого числа ч-ц. Изменения числа ч-ц или их состояния ведут к резкому квант. изменению св-в системы и могут быть сразу замечены. Атом или молекула избирательно поглощает или излучает эл.-магн. волны определённых частот (см. СПЕКТРОСКОПИЯ). Эти частоты отличаются непревзойдённым постоянством, т. к. зависят от строения атома или молекулы.

Развитие радиоспектроскопии и квантовой электроники привело к созданию двух типов ат. эталонов частоты и времени цезиевого эталона и водородного генератора, позволяющих измерять и воспроизводить секунду с относит. погрешностью 10-13 (см. КВАНТОВЫЕ СТАНДАРТЫ ЧАСТОТЫ, КВАНТОВЫЕ ЧАСЫ). Взаимные сравнения цезиевых и водородных стандартов частоты разл.

конструкций показали расхождение в 3•10-13. Генеральная конференция по мерам и весам приняла в 1967 новую ед. времени атомную секунду, определив её как 9192631770,0 периодов эл.-магн. колебаний, соответствующих определ. квант. переходу атома 137Cs. Нуль после запятой означает, что эта величина, полученная из сравнений с эфемеридной секундой, принята за определение и не подлежит дальнейшему уточнению (если последующие астр.

наблюдения этого потребуют, то должна быть уточнена величина эфемеридной секунды). Частота, фиксируемая водородным генератором, определена из сравнений с цезиевым эталоном с погрешностью 30•10-12 и равна 1420405751,7860В±0,0046 Гц. Создание оптических стандартов частоты позволит объединить в одном физ. процессе эталоны времени и длины.

Период эл.-магн. колебаний, соответствующий избранной спектр. линии, станет основой эталона времени, а длина волны этой спектр. линии основой эталона длины. Однако создание любого нового эталона времени должно послужить лишь уточнению измерит. процедуры, но не должно изменять значения секунды, определённой при помощи цезиевого эталона.

Совр. состояние науки требует измерения отрезков времени от 10-12 с до 1010 лет. Этот огромный диапазон не может быть реализован в единой методике и аппаратуре. Пока не существует методов для точного измерения сверхкоротких импульсов, генерируемых нек-рыми лазерами. Процессы, длительность к-рых превосходит доли нс, могут изучаться при помощи скоростных электроннолучевых осциллографов.

Несколько более медленные процессы фиксируются при помощи хронографов. Измерение длительности геол. и астрофиз. процессов основано на изучении явлений, связанных с распадом и синтезом ат. ядер. Возраст горных пород определяется по измерению относительного содержания в них продуктов радиоакт. распада. Возраст археол. объектов определяется по относит.

содержанию радиоакт. изотопа углерода 13С или по намагниченности обожжённых глиняных черепков, соответствующей величине магн. поля Земли в месте и в момент обжига. Возраст звёзд определяется по относит. содержанию гелия и водорода в их атмосфере, а возраст Метагалактики характеризуется величиной красного смещения в спектрах наиб.

удалённых астр. объектов. Новейшие данные о возрасте Метагалактики получены из наблюдения реликтового излучения. .