наука

Измерять время люди начали с незапамятных времен, мы даже точно не знаем когда. Не нужно иметь академическую степень, что бы увидеть свойство или способность окружающего мира изменяться. Но что интересно, до сих пор нет единой научной теории, которая бы объясняла и описывала это явление. Да, понятие времени присутствует во многих других теориях, как составляющая. К примеру, наука история вообще бессмысленна, если не затрагивать время и способы его измерения, а Теория Относительности нам рассказывает о пространственно-временном континууме, в которым мы имеем счастье обитать. Но своей собственной личной теории (пусть и хотя бы купленной в ипотеку) у времени нет. Существует несколько подходов к пониманию этого термина, но окончательно договориться ученые все еще не могут. Тем не менее, это не мешает как самому времени существовать, так и нам его использовать - причем очень широко. Настолько широко, что, например, если вы не знали - у нас сейчас не существует независимого понятия для единицы длины (метр), поскольку нынче оно зависит от определения единицы измерения времени (секунда). Если раньше метр определялся по эталону (платиново-иридиевая рельса, бережно хранимая в Парижской палате мер и весов - длиной, как ни трудно догадаться, ровно в один метр), то с 1983 года метр - это длина пути, проходимого светом в вакууме за интервал времени в 1/299 792 458 секунды (это инвертированная скорость света). Так что когда анон в очередной раз будет прикладывать линейку к члену - знай, ты фактически измеряешь его в секундах (точнее в наносекундах, лол!). 

Первые попытки измерить время были предприняты на заре цивилизации. Поскольку айфонов тогда еще не изобрели, то секундомеров не было. Приходилось использовать естественные периодические процессы. Самым стабильным из таких было движение Солнца по небосклону. Проблема была только в том, как его отследить. Хотя двигается оно в принципе с довольно заметной скоростью - за 2 минуты оно смещается по небу на расстояние своего видимого размера. Но, во-первых, оно яркое и смотреть на него продолжительное время - не очень хорошая идея, а во-вторых, на небе нет фиксированных ориентиров, относительно которых можно было бы четко отследить это движение. Но тут над нашими предками сжалилась наука оптика и явила свету такое явление, как тень. Так появились знаменитые солнечные часы - тень от Солнца постоянно двигалась аналогично самому светилу. Оставалось только разделить путь от восхода до заката на равные промежутки - и вуаля, теперь наш погонщик с хлыстом точно знает, насколько мы опоздали на работу по строительству пирамиды для очередного фараона. Причем скорость движения тени на глаз была постоянной вне зависимости от времени года и нашего местоположения (на самом деле нет, но не будем подробно об этом). И что самое главное - это движение всегда, каждый день было направлено в одну сторону. Для удобства те деления, на которые падала тень, наносились по полуокружности - так и получилось хорошо нам известное направление "по часовой стрелке". Хотя само это понятие возникло гораздо позже - первые часовщики просто скопировали привычное им движение тени от Солнца. Именно поэтому стрелки на наших часах вращаются именно в эту сторону, а не в другую. Это направление вращения настолько укоренилось в нашем сознании, что все большинство основных круговых движений в создаваемых людьми механизмах происходит именно по часовой стрелке. Как пример - завинчивание болтов и гаек. Так что в следующий раз, когда вы будете собирать очередной шведский конструктор из Икеи - отчасти вы будете почитать именно движение Солнца по небу, которое легло в основу нашего измерения времени. 

ссылка на гифку

С небольшими временными периодами мы разобрались, идем дальше. Для измерения средних интервалов времени использовались вполне естественные сутки и их комбинации (недели и декады). Но с более длинными интервалами первоначально была неразбериха. Зеленые человечки с Зеты Ретикули были слишком заняты контролем над древними цивилизациями и строительством пирамид, а поэтому забыли нам сказать - как эти дни группировать для измерения более продолжительных временных интервалов. Было понятно, что примерно через каждые три с половиной сотни дней природные циклы повторяются - так возникло понятие года. Но вот сколько именно дней было в году? Как стало известно гораздо позднее, планета своим вращением вокруг оси и орбитой вокруг звезды подложила нам свинью - в году содержится нецелое количество солнечных суток. Поэтому рано или поздно начинали накапливаться ошибки - принятые календари съезжали относительно тех природных сезонов, к которым они первоначально были привязаны. Сейчас среди всяких астрологов, шаманов и прочих альтернативно одаренных личностей принято дрочить на якобы высокую точность календарей майя, древних китайцев или египтян - что якобы доказывало их контакты с понаехавшими в Солнечную сириусянскими эммигрантами. На деле же, высокая точность объясняется только хорошими наблюдениями и вычислениями, а также зачастую простой удачей. Сами эти древние цивилизации отнюдь не гордились высокой точностью своих календарей, поскольку для них это был чисто практический инструмент, позволявший более успешно заниматься сельским хозяйством, да нормально вести хронологию. Никакие десятые чакры, знания от вымерших рептилоидов или астральных цивилизаций тут не причем. 

Но даже сегодня, после веков вычислений и наблюдений, когда точность одного года известна очень хорошо, с некоторых календарей и систем исчисления времени можно словить лулзы. К примеру, в небесной механике (это раздел астрономии, изучающий и вычисляющий движение небесных тел, например планет и астероидов в Солнечной системе) для измерения времени используется такой страшный зверь, как юлианская дата, или JD. Это прям как Звездная дата из сериала Star Trek, но только юлианская. Шоб вы знали, например, полдень по МСК 7-го сентября 2020 года (когда я начал писать всю эту херню) это JD=2459099.875, а 9:00 по МСК 8-го сентября JD=2459100.750. Рассчитывается она предельно "просто и рационально" - это всего-навсего число суток, прошедших начиная с полудня понедельника, 1 января 4713 до н. э. Почему? Да по кочану! Просто так захотел в 17 веке франко-итальянский ученый Жозеф Жюст Скалигер (кстати, мужик то все равно был головастый, его считают отцом исторической хронологии). Еще используются юлианские дни, это целая часть от JD без дроби - JDN (казалось бы, при чем тут евреи? ... кто сказал "юден"?), и более гуманный вариант - модифицированная юлианская дата JDM. JDM имеет в принципе тот же смысл, что и обычная юлианская дата, но расчет идет от полуночи 17 ноября 1858 года. Почему именно так? Тут объяснение логичнее - просто в этом случае от JD отнимается ровно 2400000,5. То есть вышеприведенная дата для 7 сентября в JDМ это всего-навсего 59099.375. В принципе это уже больше похоже на дату, которую называл капитан Джеймс Т. Кирк в своем бортовом журнале. 

Но и этого извращения оказалось мало. У небесных механиков есть такое понятие, как "дуга наблюдений". Это период, в течении которого велось наблюдение (т.е. определение координат на конкретный момент времени) за перемещением какого-то небесного объекта. Чем больше наблюдений, тем точнее можно вычислить орбиту. Причем важно, что бы между первым и последним наблюдением было как можно больше времени. То есть всего три наблюдения в течении месяца окажутся ценнее, чем десять наблюдений в течение только одной ночи. Но тут в славных рядах астрономов возникли перфекционисты - им, видите ли, хочется, что бы стандартная дуга наблюдений укладывалась в календарный год. Окей, сказали их коллеги, и ввели 0-е января. Как следует из логики, оно должно предшествовать 1-му января, т.е. это 31-декабря предыдущего года. Но нет, предыдущий год прошел, его не существует - у нас есть 0-е января и точка! 

Что интересно, эти предприимчивые люди пока что не догадались ввести 32-декабря (т.е. это 1-е января следующего года) для увеличения дуги наблюдений в противоположную сторону (хотя изредка подобным грешат программисты для каких-то там своих темных целей). Однако в компенсацию можно вспомнить несколько интересных исторических фактов, когда дата была несколько нестандартной.

В начале 18 века шведы захотели перейти с устаревшего юлианского календаря на новый григорианский (нам это больше знакомо под понятиями "по старому стилю" и "по новому стилю" - второе, собственно, и есть наша современная дата), но надумали сделать это по каким-то своим национальным особенностям. Вместо прибавления, как все нормальные люди, в 1700 году сразу 11 дней к текущей дате (именно настолько тогда отличались эти летоисчисления) потомки викингов решили в течение 40 лет тупо пропускать високосные дни, т.е. исключить на это время 29-е февраля. Реформу начали в 1700-м - он был не високосным в Швеции и високосным во всем остальном мире. Однако лет через десять король вдруг передумал менять календарь и захотел вернуться обратно к юлианскому исчислению. Но из-за пропуска високосного года в 1700-м на балансе был лишний день, который нужно было куда-то присунуть. Снова выбрали многострадальный февраль - поэтому в Швеции реально существовало 30-е февраля 1712 года. Попытка №2 была в 1756 году, в этот раз решили не извращаться и добавили сразу 11 дней - после 17 февраля сразу наступило 1 марта. 

Еще существует 31-е февраля, но только условно. Кое-где эта дата ставится на надгробья из-за каких-то суеверий или же в случае, если дата смерти неизвестна. 

Но еще круче 35-е мая. Его появлением мы обязаны справедливому и демократичному правительству Китайской Народной Республики, которое сурово цензурирует все, что связано с протестами на площади Тяньаньмэнь в 1989 году. 4-го июня толпу демонстрантов разогнали при помощи танков и автоматчиков, число погибших замалчивается до сих пор. Чтобы обойти цензуру на упоминание 4-го июня находчивые китайские анонимусы решили просто продлить месяц май, получив 35-е число. Ловкость рук и никакого мошенничества. 

Есть и обратный пример, когда власть имущие решили проявить понимание к насущным проблемам простого народа и для этого немного поковеркали календарь. Речь идет о самолете LearAvia Lear Fan 2100 - его создание финансировалось британским правительством при условии совершить первый полет в 1980-м году. В последний день уходящего года этот пепелац готовились было отправить в первый тестовый полет, но что-то там навернулось и птичка осталась на земле. Авиаинженеры всю ночь чинили самолет, в результате чего он благополучно взмыл ввысь 1-го января 1981 года. Однако сочувствующие британские бюрократы, видя печальные рожи авиаинженеров, пропустивших новогоднее бухалово, во всех официальных документах четко прописали: "Первый полет совершен 32-го декабря 1980 года." 

Но хватит об извращениях с календарями, давайте немного затронем физическую сторону вопроса. Как учат нас партия и школа, мы живем в 4-мерном пространственно-временном континууме. Причем время не может существовать без пространства и наоборот - они есть только в связке. Многие знают, что согласно Теории Относительности при движении с очень большими скоростями течение времени замедляется. Это вполне доказанный эффект - все процессы происходят медленнее, в том числе и старение человека. Например подсчитано, что рекордсмен по пребыванию на орбите (878 дней) космонавт Геннадий Падалка выиграл таким образом около 10 миллисекунд. Наиболее полно эта тема раскрывается в фантастическом фильме Интерстеллар, где главгерой в конце оказывается заметно моложе своей дочери. Но мало кто знает, что есть еще один вид замедления времени - гравитационное. Чем сильнее гравитационный потенциал, и чем ближе мы к нему находимся - тем медленнее будет для нас течь время. На Марсе время течет быстрее, чем на Земле, а на Солнце - медленнее. Так вот именно из-за этого эффекта земное ядро оказывается примерно на 2.5 года моложе, чем земная кора (если забыть тот факт, что она все же сформировалась позже ядра) - поскольку оно ближе к центру гравитационного потенциала планеты. Но это еще что! Солнечное ядро оказывается примерно на 40 тысяч лет моложе, чем ему следовало бы быть. Такие вот интересные последствия есть у игр с гравитацией.

В свое время в край упороться решили физики-теоретики. Они начали считать - а как бы выглядел мир не в 4-мерном пространстве-времени, а при других количествах размерностей. Если добавлять или убавлять размерности континуума, то иногда получаются любопытные вещи. Например доказано, при четырех пространственных измерениях планетные системы не смогли бы существовать - орбиты небесных тел не могли бы быть стабильными. Но самый прикол в том, что с точки зрения математического аппарата разницы между временными и пространственными координатами в уравнениях Теории Относительности нет. А значит, можно добавлять не только пространственные измерения, но и временные. Так появились концепции о многомерном времени. Не пытайтесь вообразить это себе в домашних условиях, это не безопасно. Но что любопытно - оказалось, что все наши физические законы могут успешно действовать в 4-мерном континууме, состоящем из 3 (трех!) временных измерений и одного пространственного. Единственное различие - скорость света там будет не верхней, а нижней границей возможной скорости. Т.е. все движение там будет выше скорости света и существовать там смогут только гипотетические тахионы. И если пространство с четырьмя измерениями (т.е. с длиной, шириной, высотой и еще одним направлением, которое перпендикулярно трем первым) человек представить себе с горем пополам еще как-то может, то сих пор неизвестно - сколько надо выкурить травы или сожрать грибов, что бы представить себе концепцию из трех независимых временных шкал. 

Кстати, если опять вспомнить про наше обычное пространство-время из СТО, то сделаем вывод, что мы никогда не сможем построить работающую машину времени. Дело даже не в нарушении фундаментального принципа причинности (это когда событие-следствие опережает во времени собственное событие-причину), от мысли о котором нобелевские лауреаты по физике падают в обморок. А в том, что Вселенная, мать ее, постоянно движется (точнее движется все, что внутри нее). И если мы захотим путешествовать во времени - нам нужно знать не только время прибытия, но и пространственные координаты места, куда нам следует прибыть (не говоря уже о том, что надо как-то определить абсолютную вселенскую систему координат). Ибо простая математика безжалостна. Солнце летит в пространстве относительно реликтового излучения со скоростью около 370 км/с. Марти Макфлай из фильма "Назад в будущее" прыгает из 26-го октября 1985-го года в 5-е ноября 1955-го - или же на 10948 дней. Умножаем скорость движения Солнечной системы на количество секунд в 10948 днях и получаем, что серебристый ДеЛориан выныривает из пространственно-временного континуума где-то в 0,037 световых годах от местоположения Земли (в ~60 раз дальше, чем орбита Плутона) - все потому, что до координат входа машины времени в это путешествие сама Земля доберется только через 30 лет. И поскольку доктор Эммет Браун забыл задать перемещение заодно и в пространстве - неприметный паренек из Калифорнии оказывается в космосе за 6 лет до Гагарина. Правда об этом уже никто никогда не узнает. 

Но хватит о печальном. Пора переходить к совсем грустному. А точнее - к нашему любимому 2020-му году. Многие говорят, что это был пиздец какой длинный год. Кажется, что США собирались воевать с Ираном, а Австралия горела уже лет 5 назад. Вы даже не представляете себе, насколько это все правда - причем буквально. Сейчас каждый год оказывается чуть длиннее предыдущего. Благодарить за это нужно Луну - приливными силами она тормозит вращение нашей планеты, одновременно отдаляясь от нас. Рано или поздно периоды вращения Земли вокруг оси и Луны вокруг Земли сравняются - т.е. Луна будет всегда видна только из одного полушария, и никогда не будет видна в другом. Но это будет не скоро, да и речь сейчас не о том. Факт же в том, что каждый год на доли секунд длиннее, чем предыдущий. Однако этот физический эффект не учитывается нашими атомными часами, которые для измерения времени используют фундаментальные физические процессы, а не наблюдательные данные за вращением нашей планеты. Поэтому опять же накапливается разница в истинном солнечном времени по сравнению с тем, что показывают наши часы. Что бы решить эту проблему Международная служба вращения Земли (да-да, есть и такая) периодически прибавляет одну лишнюю секунду 30 июня или 31 декабря. В эти дни после 23:59:59 идёт 23:59:60, а не 00:00:00 следующего дня. Теоретически возможно и ускорение вращения планеты, тогда нужно будет отнимать - после 23:59:58 следующая секунда будет 00:00:00, но на практике такого не случалось ни разу, начиная с 1972 года, когда начали заниматься этим самым делом. Теория говорит, что нужно прибавлять примерно по 64 лишние секунды в каждое столетие. Т.е. 2020 год будет длиться примерно на минуту больше, чем был 1920-й. И те аноны, кому в этом году исполняется 30 лет - на самом деле вы прожили чуточку дольше, чем точно такие же 30-летние бородатые девственники времен Гражданской войны. Дополнительные секунды вводятся неравномерно - в 70-х их вводили каждый год, потом чуть реже, а с 1999-го было введено вообще только 5 (последний раз в 2016-м). Будет ли введена еще одна секунда 31-го декабря 2020-го - пока не ясно, но по всеобщим ощущениям нужно запихнуть туда не секунду, а несколько месяцев. 

На этом все. Если это было интересно - может быть как-нибудь запилю еще простыню текста. Наука может быть очень интересной, если знать, как на нее посмотреть. :P