1611143552-c3ed591b411092ad1bd4ae28e513c63e (825011), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Для измерения более коротких времен надо придумывать новые методы и строить новые приборы, Так, время жизни атомных частиц, движущихся со скоростью, близкой к скорости света, определяют по длине пробега их в фотозмульсии и известной скорости света В качестве часов для измерения больших интервалов времени следует воспользоваться процессами, продолжительность которых сравнима с длительностью измеряемых интервалов.
Здесь подходящими оказываются процессы радиоактивного распада, дающие в наше распоряжение богатейший набор скоростей распада. Закон радиоактивного распада прост: доля атомов, распадающихся за единицу времени, постоянна. Это значит, что если за время Т распадается половина атомов, то за следующий интервал времени длительностью Т распадется еще половина от оставшихся атомов, т.е. количество не распавшихся атомов 1ч по истечении г сек от начала распала будет ж='3' (1) Здесь № - количество радиоактивных атомов в начальный момент времени. Величина Т называется периодом полураспада радиоактивного атома.
График зависимости 1чl№ от гуТ приведен на рис.1. Из него можно, зная отношение Хl№, найти отвечающую ему величину 1/Т и тем самым у становить возраст образца, содержащего радиоактивный материал. Описанный метод называется ралиоизотопным. Он был с успехом применен для датировки абсолютного возраста археологических находок, геологических пород и самой Земли. В археологии для этого был использован Ф/ХО м~ изотоп радиоактивного углерода Ом с периодом полураспада 5730 лет. Этот изотоп гзхуг постоянно образуется в верхних слоях атмоАг=ле(ц сферы под действием нейтронов космического излучения из стабильного изотопа азота №е. Дальнейшая судьба радио-углерода: сначала окислится, затем с помощью ц, растений войти в состав того или иного ор- ганического соединения и там начать распаг/Т даться.
Процентное содержание радио-уг- 1 15 3 Риац. Заеаеамосень холичеетеа лерода в начальный момент времени во вся- Раоаоаетаеяеетатомоеот ком органическом соединении равно доле времени.г-аериооаолураелооа радио-углерода в атмосфере в тот же мо- мент времени. Если предположить, что интенсивность космического излучения, а вместе с ней н относительное содержание радио-углерода в атмосфере за последние несколько десятков тысячелетий не изменялись (к этому есть все основания), то, измерив соотношение интенсивности радиоактивного излучения нз 1 кг угля, найденного на стоянке первобытного человека, к интенсивности излучения из 1 кг угля, полученного из столько что сгоревшего костра, можно тем самым сразу определить отношение №№ и установить возраст первобытной стоянки.
Возраст древних геологических пород определяют по долгоживущим изотопам урана сузы (Т =4.5 10' лет), результатом распада которых в конечном итоге является возникновение одного атома свинца вместо одного атома урана. Есть породы, в которых первоначально вовсе не было свинца. Опрелелив в таких породах количество урана и свинца в настоящий момент времени, нетрудно подсчитать, сколько времени прошло с момента образования породы.
Так было установлено, что возраст самых старых пород на Земле порядка 5,5 миллиардов лет. Интересно, что возраст метеоритов, выпадающих на Землю, того же порядка, что позволяет предположить общность происхождения Земли н метеоритов. ОТНОСИТЕЛЬНЫЙ ХАРАКТЕР ОДНОВРЕМЕННОСТИ ДВУХ СОБЫТИЙ Прн измерении момента времени, когда происходит событие, важнейшим является установление одновременности этого события с некоторым расположением стрелок наших часов. Утверждение: "Звонок прозвенел в 9:00" - означает, что звук от звонка достиг моего слуха в тот момент, когда малая стрелка моих часов стояла точно против цифры 9, большая - против цифры 12, и секундная тоже указывала на цифру 12.
Любому понятно, что если звук от звонка достиг его слуха в 9:00, то сам звонок звенел немного раньше, т.к, для прохождения звуком расстояния от звонка до уха требуется некоторое время, зависящее от расстоянии и от скорости звука Наи- дтдмд и глссгойнйд более просто момент работы звонка фиксируется, если и звонок, и наблюдатель, н часы находятся рядом, в идеале, в одной точке. Тогда не надо вносить никаких поправок в показания часов, чтобы установить момент звучания звонка.
Но наблюдать явления природы только у себя под носом - дело не очень привлекательное. Как же установить момент времени, если событие происходит на некотором расстоянии от наблюдателя? Для решения этой задачи придется послать из того места, где происходит событие, сигнал к наблюдателю, одновременный с событием. Зафиксировав момент прихода сигнала, наблюдатель измерит затем скорость сигнала и расстояние и внесет необходимую поправку а показания часов, определив точно, когда же на самом деле событие произошло. Есди бы существовали сигналы, распространяющиеся с бесконечной скоростью, то использование таких сигналов для оповещения о моменте, когда происходит событие, очень упростило бы дело определения времени события, т.к наблюдатель повучал бы такой сигнал точно в момент совершения события.
Однако, эксперименты установили, что в нашем мире сигналы распространяются с конечной скоростью. Можно построить очень хорошую теорию, предположив существование некоторой предельной скорости распространения сигнатов с и взяв за основу экспериментальный факт, что ни олним физическим экспериментом нельзя отличить покой от равномерного прямолинейного движения, и из этой теории получить, что электромагнитные колебания распространяются в пустоте именно с предельной скоростью с. Частным случаем электромагнитных колебаний является свет.
Измерение скорости света дает для предельной скорости величину близкую к с=3 10а см!с. Теперь можно дать точное определение одновременности двух удаленных друг от друга событий: два события А и В одновременны, если световые сигналы, оповещающие об этих событиях, приходят в один момент в точку С, находящуюся точно посередине между точками, где происходило каждое нз событий. Является ли это определение одновременности абсолютным, т.е. всегда ли события А и В будут восприниматься как одновременные? Рассмотрим один пример. Пусть наблюдатель Н находится на железнодорожной платформе, а пассажир П едет в поезде с постоянной относительно платформы скоростью И В некоторый момент в голову и хвост поезда ударяют две молнии, оставляющие на платформе и на поезде следы.
Пусть после этого Н и П обнаруживают, что каждый из них находится точно посередине между следами, оставленными молниями. На рис.2 отметки молний обозначены А, В и А', В', а расположение наблюдателей С и С'. Верхний рисунок относится к моменту улара молний, нижний к моменту прихода световых сигналов к пассажиру. Нетрудно видеть, что скорость световых сигналов дол,кна быть олинаковой относительно И и П, несмотря на то, что олин из них движется, а другой покоится. В противном случае наблюдатели установили бы, что предельная скорость сигналов относительно каждого из них разная, и по этому результату могли бы определить, кто из них движется, а кто покоится, что противоречит фундаментальному опытному Гс А! факту, утвержлаюшему, что никаким способом нельзя отличить покой от равномерного прямолинейного движения.
Из нижнего рисунка видно, чта если вспышки молний приходят в С' одновременно, т.е. если удары молний воспринимаются пассажиром П как одновременные, то наблюдатель Н на платформе воспримет удар молнии в голову поезда как событие более позднее, чем удар молнии в хвост поезда С другой стороны, если удары молний одновременны для наблюдателя вне поезда, то для пассажира молния ударила в голову поезда раньше, чем в хвост. 'А' Рис.д Пример, иллнютритсующий относительность одноереместости доул удаленныз событий.
Если световые еслыииси, лроизееденные ударом молний е голосу и мост лоезда достигают нассамиро П е один и тот ме момент еремени, то П онределяет удары зюлний нок деа одноерементьс события. Для наблюдателя «се Н ене наезда событие е зеосте наезда лроисзодит раньте события е голоее. Из рассмотренного примера следует, что одновременность событий не абсолютна, н события, одновременные в одной системе отсчета, оказываются неодновременными в другой системе отсчета, движушейся относительна первой с некоторой постоянной скоростью. Поэтому, говоря об одновременности двух событий, всегда надо указывать по отношению к какой системе отсчета она определена. РАсстаяние, единицы измеРения.
ЭТАЛОН Пространственное расположение предметов определяется расстоянием между ними. Единнпей измерения расстояний принят ! метр. Долгое время спепиальным международным соглашением метрам называли расстояние между двумя штрихами, нанесенными на линейке из спепиального сплава, хранимой при строго определенной температуре. В 1960 году метр был переопределен как длина отрезка, на котором укладывается 1 650 763.73 длины волны светового излучения, создаваемого атомом криптона- 86 в определенном состоянии. В 1983 году метр был переопределен еше раз через скорость света в вакууме как расстояние, проходимое светом за 1/299 792 458 секунды.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
