поиск по сайту

Измерение пространства и времени


Для естественных наук важно уметь определять численные характеристики пространства и времени — расстояние между объектами и длительность процессов, и описывать те их свойства, которые поддаются экспериментальному изучению.

Измерение расстояний. Измерить расстояние между двумя объектами — значит сравнить его с эталоном. До недавнего времени в качестве эталона использовалось тело, сделанное из твердого сплава, форма которого слабо изменялась при изменении внешних условий. В качестве единицы длины был выбран метр — отрезок, сравнимый с размерами человеческого тела. В большинстве случаев эталон не укладывается целое число раз на длине измеряемого отрезка. Поэтому оставшаяся часть измеряется при помощи 1/10, 1/100, 1/1000 ит. д. эталона. Считалось, что такую процедуру можно продолжать до бесконечности, в результате чего получилось бы точное значение длины, выражаемое бесконечной десятичной дробью.

На практике многократное деление исходного эталона невозможно. Поэтому для повышения точности измерения и измерения малых отрезков потребовался эталон существенно меньших размеров, в качестве которого в настоящее время используются стоячие электромагнитные волны оптического диапазона. Однако в природе существуют объекты, значительно меньшие по размерам длин волн оптического диапазона: многие молекулы, атомы, элементарные частицы. При их измерении возникает принципиальная проблема: объекты, размеры которых меньше длины волны электромагнитного излучения, перестают отражать свет по законам геометрической оптики и, следовательно, перестают восприниматься в форме привычных зрительных образов. Для оценки размеров таких мелких объектов свет заменяют потоком каких-либо элементарных частиц. Величина объектов оценивается по так называемым сечениям рассеяния, определяемым отношением числа частиц, изменивших направление своего движения, к плотности падающего потока. Наименьшим расстоянием, известным в настоящее время, является характерный размер элементарной частицы: 10 с степени -15 м. Говорить о меньших размерах бессмысленно.

При измерении расстояний, значительно превышающих 1 м, пользоваться эталоном длины тоже оказывается неудобным. Для измерения расстояний, сравнимых с размерами Земли, применяют методы триангуляции и радиолокации. Метод триангуляции состоит в том, что, зная величины одной стороны треугольника и двух прилегающих к ней углов, можно рассчитать величины двух других сторон. Суть метода радиолокации состоит в измерении времени задержки отраженного сигнала, скорость распространения и время отправления которого известны. Однако для очень больших расстояний, например для измерения расстояний до других галактик, указанные методы оказываются неприменимыми, так как отраженный сигнал слишком слаб, а углы, под которыми виден объект, практически неизменны. На очень больших расстояниях наблюдаемыми оказываются только самосветящиеся объекты (звезды и их скопления). Расстояние до них оценивается исходя из наблюдаемой яркости. В настоящее время наблюдаемая часть Вселенной имеет размеры 10 в 24 степени м.
Измерение интервалов времени. Измерение длительности процесса означает сравнение его с эталоном. В качестве последнего удобно выбрать какой-либо периодически повторяющийся процесс. Долгое время в качестве эталона использовались колебания маятника. За единицу измерения времени выбрали секунду — интервал, примерно равный периоду сокращения сердечной мышцы человека.

Для измерения значительно более коротких периодов времени возникла необходимость в новых эталонах. В их роли выступали колебания кристаллической решетки и движение электронов в атоме. Еще меньшие периоды времени можно измерить, если сравнивать их со временем прохождения света через заданный промежуток. Поэтому наименьшим осмысленным интервалом является время прохождения света через минимально возможное расстояние.

При помощи маятниковых часов возможно измерение временных интервалов, значительно превосходящих 1 с, но и здесь возможности метода небеспредельны. Времена, сравниваемые с возрастом Земли (10 в 17 степени), обычно оцениваются по полураспаду атомов радиоактивных элементов.

По мнению большинства современных естествоиспытателей, максимальным промежутком времени, о котором имеет смысл говорить, является возраст Вселенной, оцениваемый как период 10 в 18 степени с.

Началом существования нашего мира принято считать Большой взрыв, который произошел в очень малой области пространства, в результате чего возник наблюдаемый сейчас мир, представляющий собой совокупность объектов, разлетающихся от начальной точки. События, происходившие до Большого взрыва, никак не влияют на настоящее, и, следовательно, говорить осмысленно о них невозможно.





Если Вам необходимо написание реферата, курсовой или дипломной работы по данной теме, Вы можете

Позвонить:

Ещё из раздела Естествознание

    Биотический круговорот обеспечивается взаимодействием трех основных групп организмов: - продуцентов — зеленых растений, осуществляющих фотосинтез, и бактерий, способных к хемосинтезу, — они создают первичное органическое вещество; - консументов, ...
      Среди всех естественных наук наиболее интенсивно сейчас развивается биология. Научные успехи в этом направлении довольно быстро используются для решения практических проблем в области здравоохранения. Например, установлено, что слабоумие (болезнь ...
        Литосферой называют верхнюю твердую оболочку Земли, которая включает в себя земную кору и верхнюю часть мантии. Толщина литосферы, по одним данным, составляет 30-70 км, по другим — 50-200 км. В верхней своей части она слагается гранитами, в нижней — ...
          Земля — третья по порядку от Солнца планета, удаленная от него на 150 млн км. Вращение Земли вокруг своей оси с периодом 23 ч 56 мин и 4,1 с обеспечивает смену дня и ночи, а обращение вокруг Солнца с периодом 365,24 суток при наклоне оси Земли к ...
            Второе начало термодинамики первоначально было сформулировано в середине XIX в. как эмпирический закон теплопередачи, полученный из практики конструирования тепловых машин. В формулировке Р. Клаузиса закон звучал так: «Теплота не может сама собой ...
              Самым существенным отличием человека от животных является наличие у него чрезвычайно развитой нервной системы и, как следствие этого, наличие сознания. Однако такие явления нервной деятельности, как рефлексы, инстинкты, навыки и внимание, присущи не ...
                Термин «биосфера» впервые ввел в 1875 г. австрийский геолог Э. Зюсс. По его мнению, в области взаимодействия литосферы, гидросферы и атмосферы можно выделить самостоятельную оболочку — биосферу. В. Вернадский, определяя биосферу, ввел понятие «живое ...
                  Гипотеза о тепловой смерти Вселенной является следствием второго начала термодинамики. Одним из первых эту гипотезу в середине XIX в. высказал Р. Клаузиус на основании расширенного толкования второго начала термодинамики. Из второго начала следует, ...
                    Главная задача любой научной теории состоит в том, чтобы по заданному состоянию рассматриваемой системы предсказать ее будущее или восстановить прошлое состояние. Процессы, происходящие в веществе, могут быть описаны на основе динамического и ...
                      Культура — это совокупность всех материальных и духовных ценностей, создаваемых человечеством. Культура — это очень широкое понятие, так как оно включает все то, что имеет искусственное происхождение, т. е. создано человеком для удовлетворения своих ...
                        Со времен Античности и вплоть до XV в. считалось, что Земля неподвижна и находится в центре Вселенной. Н. Коперник и Г. Галилей одними из первых в Новое время высказали идею, что наша планета вращается вокруг Солнца. Эта концепция была встречена ...
                          Первый закон Ньютона утверждает, что всякое тело в отсутствии действия на него сил или при взаимном уравновешивании последних находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения. По существу, этот закон постулирует существование ...




                          © 2006-2023 ИП Антонович А.С.
                          +375-29-5017588
                          +375-29-1438110
                                                  
                          zavtrasessiya.com

                          Сайт работает на платформе Nestorclub.com