Фейнман - 01. Современная наука о природе. Законы механики (1055659), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Таким образом, изучение процесса движения (основы современной физики) начинается с вопросов: где и когда? 9 М. В?эвл»Я Разберем сначала, что мы понимаем под словом время. Что же»п»о такое? Неплохо было бы найти подходящее определение понятия «времям В толковом словаре Вебстера, например, «время» определяется как «период», а сам «период» вЂ” как «время». Однако пользы от этого определения мало. Но и в определении «время — это то, что меняется, когда больше ничего не изменяется» не больше смысла. Быть может, следует признать тот факт, что время — это одно из понятии, которое определить невозможно, и просто сказать, что зто нечто известяое нам: это то, что отделяет два последовательных события! Дело, однако, не в том, как дать определение понятия «время», а в том, как его измерить.
Один из способов намерить время— зто испольэовать нечто регулярво повторяющееся, нечто пери<>- дическое. Например, день. Казалось бы, дни регулярно следуют один за другим. Но, поразмыслив немного, сталкиваешься с вопросом: периодичны лн они? Все ли дни имеют одинаковую длительность? Создается впечатление, что летние дяи длиннее зимних.
Впрочем, некоторые зимние дни кажутся ужасно длинными, особенно если они скучны. О них обычно говорят: «Ужасно длинный день!» Однако, по-видимому, все днп в среднем одинаковы. Можно ли проверить, действительно ли онн одинаковы и от одного дня до другого, хотя бы в среднем, проходит ли одно и то же время? Для этого необходимо произвести сравнение с каким-то другим периодическим процессом. Давайте посв«стрик, как такое сравнение можно, например, провести с помощью песочных часов. С помощью таких часов мы можем создатьпериодический процесс, если будем стоять возле них день и ночь и переворачивать каждый раз, когда высыпятся последние крупинки песка. Коли затем подсчитать число переворачиваний песочных часов от каждого утра до следучощего, то можно обнаружить, что число «часов» (т.
е. число переворачиваний) в разные дни различно. Кто же виноват в этом? Может быть, Солнце? Может быть, часы? Л может, и то и другое? После некоторых размышлений можно прийти к мысли, что следует считать «часы» не от утра до утра, а от полудня до полудня (полдень — это, конечно, не 12 часов, а момент, когда Солнце находится в наивысшем положении). На этот раз оказывается, что в каждых сутках число «часов» одинаково. Теперь конно утверждать, что «час» и «сутки» имеют регулярную периодичность, т. е.
отмечают последовательные равные интервалы времени, хотя намиинедовазано,чтокаждыйиз процессов действительно периодичен. Нас могут спросвтгд а вдруг есть некое всемогущее существо, которое замедляет течение песка ночью и убыстряет днем? Наш эксперимент, конечно, не может дать ответа на такого рода вопросы. Очевидно лишь то, что периодичность одного процесса согласуется с периодичностью другого. Поэтому при определении понятия «время» мы просто будем исходить из повторения некоторых очевидно периодических событий. ф' '». Корон»м««е вре»«ен<» Заметим, что в процессе проверки «воспроизводимости» дней мы нашли метод измерения части дня, т. е. метод измерения меньших промежутков времена. Нельзя ли этот процесс продолжить и научиться измерять еще меньшие промежутки времени? Галилей предположил, что каждый маятник отклоняется п возвращается назад за равные интервалы времени (если отклонении невелики).
Сравнение числа отклонений маятника с «часом» показывает, что это действительно так. Таким способом можно измерять доли «часа». Еслидля подсчета числа колебаний маятника применить механический счетчик, то мы получим маятниковые часы наших дедов. Договоримся теперь, что если маятник отклонится 3600 раз в час (и если в сутках 24 часа), то период колебаний такого 87 ЗЕ и г. д.о. Дге осциллограммы, сияреые с гкрапа осциллографа.
и — при о циллогрп«и, подклнменном к одному оециллямору; а — при осииллогрпфе, подклюини м к осцилллпеору, период ко дони« коепороео е десяепо рог мепгые пергого. маятника мы назовем «секуя дой». Итак, нашу первоначальную единицу «сутки» мы разделилн приблизительно на 10» частей. Используя тот же принцип сравнения, можно и секунду разделить на все меныкие и л«еньпгие части.
Для этого оказывается более удооным использовать не простой механический, а эыктричеекий маятник, называемый осциллятором, период колебаний которого может быть очень малым. В таких электронных осцилляторах роль маятника выполняет электрический ток, который течет то в одном, то в другом направлении. Давайте представим себе целый ряд таких осцилляторов, что период колебаний каждого последующего в десять раз меньше предыдущего.
Это можно проверить путем простого подсчета числа колебаний последующего осциллятора за одно колебание предыдущего; ~ольке теперь этот подсчет трудно провести без устройства, расширяющего возможности наблюдения, своеобразного «микроскопа времени». Таким устройство»» »«ожет слу;кить электронно-лучевой осциллограф, ка светящеыся экране которого строится график зависимости электрического тока (или напряжения) от времени. Соединяя осциллограф сначала с одним осциллятором, а затем с другим, мы получим на экране графини зависимости тока от времени в одном н в другом осцплляторе (фиг. 5.2). Л теперь нетрудно подсчитать, какое число периодов «быстрого» осциллятора укладывается в едком периоде «медленного».
Современная электроника позволяет создавать осцилляторы с периодами 10 "еек, которые выверяются (калибруются) методом сравнения, подобным вышеописанному, на стандартную единицу времени — секунду. В последние несколько лет в связи с изобретением и усовершенствованием «лазера», пли усилителя света, появилась возможность сделать осцилляторы с еще более коротким периодом. Пока еще невозможно калибровать 88 нх тем я«е методом, однако, несомненно, что и это скоро будет достигнуто. Можно измерять промежутка времени, гораздо более короткие, чем 10 " сек, но для этого используются совершенно другие методы.
В сущности используется другое определение понятия «время». Один из таких методов — это измерение расстояния мея«ду двумя событиями, происходящими на движущемся объекте. Например, пусть в движущемся автомобиле сначала включают, а затем выключают фары. Если известно, где были включены и выключены фары и какова была скорость автомобиля, то можно вычислить, сколько времени онп горели.
Для этого нужно расстояние, на протяжении которого горели фары, разделить на скорость автомобиля. Именно таким методом в последние годы измерялось время жизни л'-мезона. При наблюдении в микроскоп мельчайших следов, оставленных на фотоэмульсии, в которой родился я'-мезон, было обнаружено следующее: я'-мезон, двигаясь со скоростью, близкой к скорости света, прежде чем распасться, проходит в среднем расстояние около 10 ' м.
Таким образом, время жизни и'-мезоиа составляет всего лишь 10 1«сев( Необходимо подчеркнуть, что здесь было использовано несколько другое определение понятия <время», но, поскольку оно пе приводит к каким-либо противоречиям, можно быть уверенным в толп что эти определения в достаточной мере эквивалентны друг другу. Развивая технику эксперимента, а если необходимо, меняя определение понятия «время», можно обнаружить еще более быстрые физические процессы. Мы, например, можем говорить о периоде вибраций ядра или о времени жизни недавно обнаруженных «странных» рсэонансов (частиц), которые уже упоминались в гл. 2.
Время жизни этих частиц лишь ненамного больше 10 '4 с«к! Приблизительно столько времени требуется свету (который имеет наибольшую скорость распространения), чтобы пройти расстояние, равное диаметру ядра водорода (наименьший из известных обьектов). Что можно сказать о ещеболее коротких интервалах времени? Имеет ли смысл вообще говорить о них, если невозможно не только измерить, но даже разумно судить о процессах, происходящих в течение столь коротких интервалов? Возможно, нет. Это один из тех вопросов, на которые нот ответа.
Может быть, кому-нибудь вз вас посчастлпвптся ответить на него в ближайшие 20 — 30 лет. й' 4. Боль«««не времена Рассмотрим теперь промежутки времени, большие «суток». Измерять большие времена легко: нужно просто считать дни, пока яе придумаем что-нибудь лучшего.
Первое, с чем мы тдвлицд врк,пкп голы сеиупды Период полу- распада у у » ? 101е Возраст Вселенной Возраст Земли Пгм 1О' 10" Первый человек 10' 10п Возраст пирамид Взеее 10е Возраст СШЛ 10' Человеческая жизнь П' 10' Сутки Свет проходит расетоявве от Солнца до Земли Одпп удар сердца Период звуковой водны Период радповолвы 1О' Нейтроп !О 10 и-ыезоп яь-пезов 10 10-1е Свет проходит расстоявпе 1 м Период мсдекулдрвых зращеПерпод атомпых колебаний 10 я'-мезоп 10 10 Свет проходит через атом Период ядерных колебаний Свет проходит через ядро 10 Странные частицы сталкиваемся, это год — вторая естественная периодичность, состоящая приблизительно из 365 дней. Интересно, что в природе существуют естественные счетчики лет в виде годовых колец у деревьев или отложении речного ила.
В некоторых случаях можно использовать эти естественные счетчики для определения времени, отделяюп1его нас от какого-либо отдаленного события в прошлом. Но, когда невозможно считать годы для очень больших отрезков времени, нужно искать какие-то другие способы измерения. Одним из наиболее эффективных методов является использование в качестве «часов» радиоактивного вещества.
Здесь мы сталкиваемся с «регулярностью» иного рода, чем в случае, скажем, маятника. Радиоактивность любого вещества для последовательных равных интервалов времени изменяется в одно Ф и в. В.В. Уненьшение радиоактивности со временем. Радиоопвпивпость падает в два рава ва пиосдий период полураспада Т. лх Уд I/В и то же число раз. Если начертить график зависимости радиоактивности от времени, то мы получим кривую типа иаображенпой на фиг.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
