Единицы измерения времени

В современных единицах измерения времени за основу берутся периоды обращения Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца, а также периоды обращения Луны вокруг Земли.

Это обусловлено как историческими, так и практическими соображениями, т.к. людям необходимо согласовывать свою деятельность со сменой дня и ночи или сезонов.

Исторически основной единицей для измерения коротких интервалов времени были сутки (или день), отсчитываемые по минимальным полным циклам смены солнечной освещённости (день и ночь). В результате деления суток на меньшие временные интервалы одинаковой длины возникли часы, минуты и секунды. Сутки делили на два равных последовательных интервала (условно день и ночь). Каждый из них делили на 12 часов. Каждый час делили на 60 минут. Каждую минуту — на 60 секунд.

Таким образом, в часе 3600 секунд; в сутках 24 часа = 1440 минут = 86 400 секунд.

Секунда стала основной единицей измерения времени в Международной системе единиц (СИ) и системе СГС.

Существует две системы указания времени суток:

- французская - не учитывается разделение суток на два интервала по 12 часов (день и ночь), а считается, что сутки напрямую делятся на 24 часа. Номер часа может быть от 0 до 23 включительно.

- английская - это разделение учитывается. Часы указывают с момента начала текущих полусуток, а после цифр пишут буквенный индекс половины суток. Первую половину суток (ночь, утро) обозначают AM, вторую (день, вечер) — PM от лат. Ante Meridiem/Post Meridiem (до полудня/после полудня). Номер часа в 12‑часовых системах в разных традициях записывается по-разному: от 0 до 11 либо 12.

За начало отсчёта времени принята полночь. Таким образом, полночь во французской системе — это 00:00, а в английской — 12:00 AM. Полдень — 12:00 (12:00 PM). Момент времени по прошествии 19 часов и ещё 14 минут с полуночи — 19:14 (в английской системе 7:14 PM).

На циферблатах большинства современных часов (со стрелками) используется именно английская система. Однако выпускаются и такие стрелочные часы, где используется французская 24-часовая система. Такие часы находят применение в тех областях, где судить о дне и ночи затруднительно (например, на подводных лодках или за Полярным кругом, где существует полярная ночь и полярный день).

Длительность средних солнечных суток — величина непостоянная. И хотя она изменяется совсем немного (увеличивается в результате приливов из-за действия притяжения Луны и Солнца в среднем на 0,0023 секунды в столетие за последние 2000 лет, а за последние 100 лет всего на 0,0014 секунды), этого достаточно для значительных искажений продолжительности секунды, если считать за секунду 1/86 400 часть продолжительности солнечных суток. Поэтому от определения «час — 1/24 суток; минута — 1/60 часа; секунда — 1/60 минуты» перешли к определению секунды в качестве основной единицы, основанной на периодическом внутриатомном процессе, не связанном с какими-либо движениями небесных тел (на неё иногда ссылаются как на секунду СИ или «атомную секунду», когда по контексту её можно спутать с секундой, определённой из астрономических наблюдений).

Время — это непрерывная величина, используемая для указания последовательности событий в прошлом, настоящем и будущем. Время также используется для определения интервала между событиями и для количественного сравнения процессов, происходящих с разными скоростями или частотами. Для измерения времени используется какая-либо периодическая последовательность событий, которая признается эталоном некоторого промежутка времени.

Единицей времени в Международной системе единиц (СИ) является секунда (с), которая определяется как 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями квантового состояния атома цезия-133 в покое при 0 К. Это определение было принято в 1967 году (уточнение относительно температуры и состояния покоя появилось в 1997 году).

Сокращение сердечной мышцы здорового человека длится одну секунду. За одну секунду Земля, вращаясь вокруг солнца, покрывает расстояние в 30 километров. За это время само наше светило успевает проделать путь в 274 километра, с огромной скоростью несясь через галактику. Лунный свет за этот временной интервал не успеет достичь Земли.

Миллисекунда (мс) — единица измерения времени, дольная по отношению к секунде (тысячная доля секунды).

Кратчайшее время экспозиции в обычной фотокамере. Муха взмахивает крылышками один раз в три миллисекунды. Пчела – один раз за пять миллисекунд. С каждым годом луна вращается вокруг Земли на две миллисекунды медленнее, так как ее орбита постепенно расширяется.

Микросекунда (мкс) — единица измерения времени, дольная по отношению к секунде (миллионная доля секунды).

Пример: вспышка с воздушным зазором для съемки быстротечных событий способна выдать световой импульс длительностью короче одной микросекунды. Она используется для съемки объектов, движущихся с очень большой скоростью (пули, взрывающиеся воздушные шары).

За это время луч света в вакууме покроет расстояние в 300 метров, длину примерно трех футбольных полей. Звуковая же волна на уровне моря способна за этот же промежуток времени преодолеть расстояние равное всего одной трети миллиметра. 23 микросекунды потребуется для того, чтобы взорвалась динамитная шашка, фитиль которой догорел до конца.

Наносекунда (нс) — единица измерения времени, дольная по отношению к секунде (миллиардная доля секунды).

Луч света, проходящий через безвоздушное пространство, за это время способен преодолеть расстояние всего в тридцать сантиметров. Микропроцессору в персональном компьютере потребуется от двух до четырех наносекунд, чтобы выполнить одну команду, к примеру, сложить два числа. Время существования К-мезона, еще одной редкой субатомной частицы, составляет 12 наносекунд.

Пикосекунда (пс) — единица измерения времени, дольная по отношению к секунде (одна тысячная миллиардной доли секунды).

За одну пикосекунду свет в вакууме проходит приблизительно 0,3 мм. Самые быстродействующие транзисторы функционируют во временных рамках измеряемых в пикосекундах. Время существования кварков, редких субатомных частиц, получаемых в мощных ускорителях, составляет всего одну пикосекунду. Средняя продолжительность гидрогенной связи между молекулами воды при комнатной температуре равняется трем пикосекундам.

Фемтосекунда (фс) — единица измерения времени, дольная по отношению к секунде (одна миллионная миллиардной доли секунды).

Импульсные титан-сапфировые лазеры способны генерировать сверхкороткие импульсы длительностью всего 10 фемтосекунд. За это время свет проходит всего 3 микрометра. Это расстояние сравнимо с размером красных кровяных телец (6–8 мкм). Атом в молекуле совершает одно колебание за время от 10 до 100 фемтосекунд. Даже самая быстротекущая химическая реакция протекает за период, исчисляемый несколькими сотнями фемтосекунд. Взаимодействие света с пигментами сетчатой оболочки глаза, а именно этот процесс и позволяет нам видеть окружающее, длится около 200 фемтосекунд.

Аттосекунда (ас) — единица измерения времени, дольная по отношению к секунде (одна миллиардная миллиардной доли секунды).

За одну аттосекунду свет проходит расстояние, равное диаметру трех атомов водорода. Самые быстротекущие процессы, которые способны захронометрировать ученые, измеряют в аттосекундах. С помощью наиболее совершенных лазерных установок исследователи сумели получить световые импульсы длящиеся всего 250 аттосекунд. Но какими бы бесконечно малыми ни казались эти временные промежутки, они представляются целой вечностью по сравнению с так называемым временем Планка (около 10-43 секунды), по мнению современной науки, наикратчайшим из всех возможных временных отрезков.

Shake (англ. shake — встряска) — неформальная единица времени, равная 10 наносекундам. Эта единица, не имеющая русского эквивалента, иногда используется в ядерной физике для обозначения очень коротких событий, происходящих во время ядерного взрыва. Считается, что единицу придумали физики, работавшие во время Второй мировой войны в рамках Манхэттенского проекта и происходит она от английского выражения «two shakes of a lamb’s tail» — дословно «два вилянья хвоста ягненка», означающего очень короткий интервал времени.

Минута (мин) — внесистемная единица измерения времени. Минута равна 1/60 часа или 60 секундам.

За это время мозг новорожденного ребенка прибавляет в весе до двух миллиграммов. Сердце землеройки успевает сократиться 1000 раз. Обычный человек за это время может произнести 150 слов или прочитать 250 слов. Свет от солнца достигает Земли за восемь минут. Когда же Марс находится на наиболее близком расстоянии от Земли, солнечный свет, отражаясь от поверхности Красной планеты, доходит до нас меньше чем за четыре минуты.

Час (ч) — внесистемная единица измерения времени. Час равен 60 минутам или 3600 секундам.

Столько времени требуется репродуцирующим клеткам, чтобы разделиться пополам. За один час с конвейера Волжского автомобильного завода сходят 150 «Жигулей». Свет от Плутона – самый отдаленной планеты Солнечной системы – достигает Земли за пять часов двадцать минут.

Сутки (сут) — внесистемная единица измерения времени, равная 24 часам. Обычно под сутками подразумевается солнечные сутки, то есть промежуток времени, за который Земля совершает один поворот вокруг своей оси относительно центра Солнца. Сутки состоят из дня, вечера, ночи и утра.

Для людей это, пожалуй, самая естественная единица измерения времени, основанная на вращении Земли. Согласно данным современной науки долгота суток составляет 23 часа 56 минут и 4,1 секунды. Вращение нашей планеты постоянно замедляется из-за лунной гравитации и других причин. Сердце человека за сутки совершает около 100000 сокращений, легкие вдыхают около 11000 литров воздуха. За это же время детеныш голубого кита прибавляет в весе 90 кг.

 

Для измерения более длинных интервалов времени используются единицы измерения год, месяц и неделя, состоящие из целого числа солнечных суток. Год приблизительно равен периоду обращения Земли вокруг Солнца (примерно 365,25 суток), месяц — периоду полной смены фаз Луны (называемому синодическим месяцем, равным 29,53 суток).

 

Неделя — внесистемная единица измерения времени. Обычно неделя равна семи дням. Неделя — стандартный период времени, используемый в большинстве стран мира для организации циклов рабочих дней и дней отдыха.

Месяц — внесистемная единица измерения времени, связанная с обращением Луны вокруг Земли.

Синодический месяц (от др.-греч. σύνοδος «соединение, сближение [с Солнцем]») — промежуток времени между двумя последовательными одинаковыми фазами Луны (например, новолуниями). Синодический месяц — это период фаз Луны, так как вид Луны зависит от положения Луны относительно Солнца для наблюдателя, находящегося на Земле. Синодический месяц используется при расчете времени солнечных затмений.

 

В наиболее распространённом григорианском, а также в юлианском календаре за основу принят год равный 365 суткам. Так как тропический год не равен целому количеству солнечных суток(365,2422), для синхронизации календарных времён года с астрономическими в календаре используется високосные года, продолжительностью 366 дней. Год делится на двенадцать календарных месяцев разной продолжительности (от 28 до 31 дня). Обычно, на каждый календарный месяц выпадает по одному полнолунию, но так как фазы Луны сменяются немного быстрее, чем 12 раз в году, иногда случаются и вторые полнолуния за месяц, называемые голубой луной.

В еврейском календаре основой является лунный синодический месяц и тропический год, при этом год может содержать 12 или 13 лунных месяцев. В длительной перспективе одни и те же месяцы календаря приходятся на примерно одно и то же время.

В исламском календаре основой является лунный синодический месяц, а год содержит всегда строго 12 лунных месяцев, то есть около 354 дней, что на 11 дней меньше тропического года. Благодаря этому начало года и все мусульманские праздники каждый год смещаются относительно климатических времён года и равноденствий.

 

Год (г) — внесистемная единица измерения времени, равная периоду обращения Земли вокруг Солнца. В астрономии юлианский год — это единица времени, определяемая как 365,25 дней по 86400 секунд каждый.

Земля совершает один оборот вокруг Солнца и поворачивается вокруг своей оси 365,26 раза, средний уровень мирового океана повышается на величину от 1 до 2,5 миллиметров. Потребуется 4,3 года, чтобы свет от ближайшей звезды Proxima Centauri достиг Земли. Примерно столько же времени понадобится на то, чтобы поверхностные океанские течения обогнули земной шар.

Юлианский год (a) — единица измерения времени, определяемая в астрономии как 365,25 юлианского дня по 86 400 секунд каждый. Это средняя продолжительность года в юлианском календаре, использовавшемся в Европе в античности и средневековье.

Високосный год — год в юлианском и григорианском календарях, продолжительность которого равна 366 дням. То есть, этот год содержит на одни сутки больше дней, чем в обычном, невисокосном году.

Тропический год, известный также как солнечный год — отрезок времени, за который солнце завершает один цикл смены времён года, как это видно с Земли.

Сидерический период, также сидерический год (лат. sidus — звезда) — промежуток времени, в течение которого Земля совершает вокруг Солнца полный оборот относительно звёзд. В полдень 1 января 2000 сидерический год был равен 365,25636 дня. Это приблизительно на 20 минут дольше, чем длительность среднего тропического года в тот же день.

Сидерический день — промежуток времени, в течение которого Земля совершает один полный оборот вокруг своей оси относительно точки весеннего равноденствия. Сидерический день для Земли равен 23 часам 56 минутам 4,09 секундам.

Звёздное время, также сидерическое время — время, измеряемое относительно звезд, в отличие от времени, измеряемого относительно Солнца (солнечного времени). Звёздное время используется астрономами, чтобы определить, куда надо направить телескоп, чтобы увидеть нужный объект.

Фортнайт — единица измерения времени равная двум неделям, то есть 14 суткам (или точнее 14 ночам). Единица широко используется в Великобритании и некоторых странах Содружества, но редко в Северной Америке. В канадской и американской системах оплаты труда для описания соответствующего периода выплаты заработной платы используют термин «раз в две недели».

Десятилетие — период времени, включающий десять лет.

Век, столетие — внесистемная единица времени, равная 100 последовательным годам.

За это время Луна удалится от Земли еще на 3,8 метра. Современные компакт-диски и CD к тому времени безнадежно устареют. Лишь один из каждых детенышей кенгуру может дожить до ста лет, но гигантская морская черепаха способна прожить целых 177 лет. Продолжительность эксплуатации самого современного CD может составить более 200 лет.

Тысячелетие (также миллениум) — внесистемная единица измерения времени, равная 1000 годам.

Мегагод (обозначение Myr) — кратная году единица измерения времени, равная миллиону (1 000 000 = 106) лет.

Гигагод (обозначение Gyr) — аналогичная единица, равная миллиарду (1 000 000 000 = 109) лет. Применяется преимущественно в космологии, а также в геологии и в науках, связанных с изучением истории Земли. Так, например, возраст Вселенной оценивается в 13,72±0,12 тысяч мегалет или, что то же самое, в 13,72±0,12 гигалет.

За 1 миллион лет космический корабль, летящий со скоростью света, не покроет и половины пути до галактики Андромеда (она находится на расстоянии 2,3 млн. световых лет от Земли). Самые массивные звезды, голубые супергиганты (они в миллионы раз ярче Солнца) сгорают примерно за это время. Вследствие сдвигов тектонических пластов Земли, Северная Америка отдалится от Европы примерно на 30 километров.

1 миллиард лет. Примерно столько времени потребовалось, чтобы наша Земля остыла после своего образования. Чтобы на ней появились океаны, зародилась одноклеточная жизнь и вместо атмосферы богатой углекислым газом установилась бы атмосфера, богатая кислородом. За это время Солнце четыре раза прошло по своей орбите вокруг центра Галактики.

 

Планковское время (tP) — единица времени в планковской системе единиц. Физический смысл этой величины — время, за которое частица, двигаясь со скоростью света, преодолеет планковскую длину, равную 1,616199(97)·10⁻³⁵ метра.

 

В астрономии и в ряде других областей наряду с секундой СИ применяется эфемеридная секунда, определение которой основано на астрономических наблюдениях. Считая, что в тропическом году 365,242 198 781 25 суток, а сутки полагая постоянной длительности (т. н. эфемеридное исчисление), получают, что в году 31 556 925,9747 секунд. Тогда полагают, что секунда — это 1/31 556 925,9747 часть тропического года. Вековое изменение продолжительности тропического года заставляет привязывать это определение к определённой эпохе; так, данное определение относится к тропическому году в момент 1900,0.

 

Иногда встречается единица терция, равная 1/60 секунды.

Единица декада, в зависимости от контекста, может относиться к 10 дням или (реже) к 10 годам.

Индикт (индиктион), использовавшийся в Римской империи (со времён Диоклетиана), позже в Византии, древней Болгарии и Древней Руси, равен 15 годам.

Олимпиада в античности использовалась как единица измерения времени и была равна 4 годам.

Сарос — период повторения затмений, равный 18 годам 11⅓ дням и известный ещё древним вавилонянам. Саросом назывался также календарный период в 3600 лет; меньшие периоды носили названия нерос (600 лет) и соссос (60 лет).

На сегодняшний день самый маленький экспериментально наблюдаемый промежуток времени составляет порядка аттосекунды (10−18 с), что соответствует 1026 планковским временам. По аналогии с планковской длиной, интервал времени меньший планковского времени невозможно измерить.

В индуизме «день Брахмы» — кальпа — равен 4,32 млрд. лет. Эта единица вошла в Книгу рекордов Гиннеса как самая большая единица измерения времени.