Dlaczego dzielimy dzień na sekundy, minuty i godziny

2024 Autor: Sherilyn Boyd | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-16 09:39

Konieczność dzielenia dnia wydaje się drugą naturą nawet najmniejszemu dziecku, które pyta: "czy to jest czas na przekąskę". Rzeczywistość jest taka, mimo że zdecydowaliśmy, że istnieje potrzeba dzielenia czasu, faktyczny proces i sposób, w jaki postępujemy, zmienia się od tysiącleci. Okrutna ironia polega na tym, że choć wiemy, że potrzebujemy zmierzyć czas, to nigdy nie było zgody co do tego, która godzina jest naprawdę.

Przez całą historię istniały dwie główne szkoły myślenia o tym, która jest godzina, a nawet o wiele więcej opinii na temat tego, jak powinniśmy je mierzyć. Pierwsza koncepcja czasu jest tą, którą większość obecnych fizyków ma skłonność do subskrybowania, i że czas jest podstawowym wymiarem we wszechświecie. The 4^th wymiar, w którym pozostałe trzy wymiary przestrzeni (długość i szerokość) mogą poruszać się kolejno. Druga koncepcja czasu argumentuje przeciwko idei, że jest to wymiar, ale raczej intelektualna koncepcja, która pozwala ludziom na sekwencjonowanie i porównywanie zdarzeń. Ten czas nie istnieje sam, ale jest sposobem, w jaki reprezentujemy rzeczy.

Podczas gdy wielu fizyków postrzega czas jako wymiar, zakładam, że próbują trzymać się teorii Einsteina na temat czasoprzestrzeni, wolę to postrzegać jako narzędzie. Dzieje się tak dlatego, że nasz wszechświat ciągle się zmienia. Od momentu do momentu zawsze jest w ruchu. Od elektronów poruszających się wokół jądra atomowego, do gracza koszykówki próbującego uzyskać strzał, zanim skończy się czas gry, wszystko w naszym wszechświecie jest w ruchu. Aby to zrozumieć, potrzebujemy narzędzia. Jeśli postrzegasz wszechświat jako samochód i czas jako bardzo ważne narzędzie w zestawie narzędzi, możesz zobaczyć, jak czas nie byłby wymiarem. Potrzebujesz narzędzi do rozbierania samochodu i tak jak zestaw gniazdek jest potrzebny, aby rozebrać i zrozumieć wszystkie wewnętrzne mechanizmy tego samochodu, więc czas też jest potrzebny, aby rozebrać i zrozumieć zmianę w naszym wszechświecie od jednej chwili do Kolejny. Ale podobnie jak zestaw gniazdek nigdy nie będzie częścią samochodu, więc czas też nigdy nie będzie częścią wszechświata, tylko potrzebne narzędzie do jego zrozumienia.

Niezależnie od tego, jaka jest twoja pozycja w danym czasie, jedna stała zawsze pozostała; jak mierzysz to? W chronometrii (Nauka pomiaru czasu) istnieją dwie różne formy pomiaru, kalendarz i zegar. Kalendarz służy do mierzenia upływu czasu, a zegar jest używany do liczenia bieżącego upływu czasu i konsultowany jest w okresach krótszych niż jeden dzień. Oczywiście skupimy się na okresach krótszych niż jeden dzień, ponieważ jeśli przejdziemy do debaty w kalendarzu, nieuchronnie zdecydujemy, że nasz świat zakończy się w 2012 roku !!

Obecnie najczęściej stosowanym systemem numerycznym jest system dziesiętny 10 (dziesiętny). Wydaje się to odpowiednie, biorąc pod uwagę, że wszyscy mamy 10 palców u rąk i nóg, więc uczniowie i ja, po kilku piwach, potrafimy z łatwością wykonywać matematykę! Na nieszczęście dla nas, cywilizacje z czasów poprzedzających Deweya nigdy nie próbowały policzyć swoich owiec pijanych, lub po prostu nienawidzili swoich dzieci, ale wszystkie wydawały się używać innych, bardziej skomplikowanych systemów, takich jak podstawa 12 (dwunastkowa) lub podstawa 60 (sześćdziesiątkowa)

Pierwszym społeczeństwem, któremu przypisano wyodrębnienie dnia na mniejsze części, byli Egipcjanie. Podzielili dzień na dwie dwunastogodzinne sekcje; noc i dzień. Zegar, który mierzyli czas, był zegarem słonecznym. Pierwsze zegary słoneczne były po prostu stawkami w ziemi i wiedziałeś, która jest godzina przez długość i kierunek cienia słońca. Postępy technologiczne, a mianowicie słupek w kształcie litery T umieszczony w ziemi, pozwolił im dokładniej zmierzyć dzień w 12 różnych częściach. (Cholerny dwunastkowy system!) Uważano, że jednym z wyjaśnień tego systemu bazowego było to, że można łatwo osiągnąć dwanaście lat, licząc kłykcie na wszystkich czterech palcach kciukiem. (Najwyraźniej nie mieli patroli DUI dla pijanych jeżdżących na wielbłądach i starożytnych gliniarzy wykonujących testy trzeźwości w terenie, gdy ludzie dotykali kciuków palcami, w przeciwnym razie mogliby zrozumieć, że ta metoda liczenia nie była dobrym pomysłem!)

Wadą tego wczesnego zegara było to, że w nocy nie było realnego sposobu mierzenia czasu. Egipcjanie, tacy jak my, wciąż potrzebowali mierzyć czas po zmroku. W końcu, skąd moglibyśmy wiedzieć, kiedy bary się zamkną? Tak więc ich pierwsi astronomowie zaobserwowali zestaw 36 gwiazd, z których 18 oznaczało upływ czasu po zachodzie słońca. Sześć z nich oznaczałoby 3 godziny zmierzchu po każdej stronie nocy, a następnie dwanaście, by następnie podzielić ciemność na 12 równych części. Później, gdzieś pomiędzy 1550 a 1070 pne, ten system został uproszczony, aby użyć zestawu 24 gwiazd, z których 12 oznaczało upływ czasu.

W starożytności istniało wiele innych metod mierzenia upływu czasu po zmroku. Najbardziej dokładnym zegarem był zegar wodny, zwany klepsydrą. Sięgając z powrotem do ok. 1400-1500 pne, to urządzenie było w stanie oznaczyć upływ czasu w różnych miesiącach, pomimo pór roku. Zastosowano skośną wewnętrzną powierzchnię, która została wpisana za pomocą skal, które pozwoliły na obniżenie ciśnienia wody, gdy woda wypływała z otworu na dnie naczynia.

Ponieważ dzień i noc można teraz podzielić na 12 równych części, narodziła się koncepcja dnia 24-godzinnego. Co ciekawe, dopiero około 150 rpne grecki astronom Hipparchus zasugerował, że potrzebna jest ustalona porcja czasu na każdą godzinę. Zaproponował podzielenie dnia na 24 równonocy, obserwowane w dniach równonocy. Na nieszczęście dla liczników fasoli odpowiedzialnych za godziny nadliczbowe większość osób nadal używała zmiennych sezonowo godzin przez kilka stuleci. Dopiero około 14^th wieku, kiedy zegary mechaniczne były powszechne, stała długość przez godzinę stała się powszechnie akceptowana.

Sam Hipparch i inni astronomowie stosowali techniki astronomiczne, które zapożyczyli od Babilończyków, którzy wykonywali obliczenia przy użyciu systemu bazowego 60. Nie wiadomo, dlaczego Babilończycy, którzy odziedziczyli go po Sumerach, pierwotnie zdecydowali się wykorzystać 60 jako bazę dla systemu obliczeniowego. Jednak niezwykle wygodne jest wyrażanie ułamków czasu za pomocą 10, 12, 15, 20 i 30.

Idea wykorzystania tego systemu bazowego jako środka dzielenia godziny zrodziła się z idei stworzenia systemu geograficznego do oznaczania geometrii Ziemi. Grecki astronom Eratostenes, który żył między 276 a 194 rokiem pne, użył tego systemu sześcioczasowego, by podzielić krąg na 60 części. Te linie szerokości były horyzontalne i biegły przez dobrze znane miejsca na Ziemi w tym czasie. Później Hipparchus wymyślił linie podłużne, które obejmowały 360 stopni. Jeszcze później astronom Klaudiusz Ptolemeusz rozwinął dzieło Hipparchusa i podzielił każdy z 360 stopni szerokości i długości geograficznej na 60 równych części. Te części zostały podzielone na 60 mniejszych części. Nazwał pierwszy podział "partes minutae primae" lub pierwszą minutę. Podzielone mniejsze części nazwał "partes minutae secundae", czyli drugą minutę, która stała się znana jako druga.

Po raz kolejny te techniki pomiarowe zostały utracone na ogół do około 16^th stulecie. Pierwsze mechaniczne zegary dzieliłyby godzinę na połówki, kwartały lub tercje. To nie było praktyczne, aby laika potrzebowała godziny podzielonej na minuty.

Postępy w technologii i nauce na przestrzeni wieków wymagały dokładniejszej zdefiniowanej wartości pomiaru. Obecnie w Międzynarodowym Systemie Jednostek (SI) drugi jest jednostką podstawową czasu. To jest następnie pomnożone, aby uzyskać minutę, godzinę, dzień itd. Itd.

Pierwsze dokładnie mierzalne sposoby definiowania sekundy pojawiły się wraz z pojawieniem się wahadła. Ta metoda była powszechnie stosowana jako sposób liczenia czasu we wczesnych zegarach mechanicznych. W 1956 r. Drugi został zdefiniowany w kategoriach okresu rewolucji Ziemi wokół Słońca w danej epoce. Ponieważ było już wiadomo, że obrót Ziemi na jego osi nie był wystarczająco jednorodnym standardem pomiaru, drugi został zdefiniowany jako; "Ułamek 1 / 31,556,925.9747 roku tropikalnego dla 1900 stycznia 0 w czasie efemerydy 12 godzin."

Wraz z rozwojem zegara atomowego zdecydowano, że bardziej praktyczne i celowe będzie użycie ich jako środka do zdefiniowania drugiego, a nie do obrotu Ziemi wokół Słońca. Korzystając ze wspólnej metody pomiaru opartej na odbieranych sygnałach ze stacji radiowej, naukowcy byli w stanie określić, że sekunda czasu efemeryd była 9 192 631 770 ± 20 cykli wybranej częstotliwości cezu. Tak więc w 1967 r. XIII Konferencja Generalna ds. Miar i Wagów określiła drugi czas atomowy w Międzynarodowym Systemie Jednostek jako; "Czas trwania 9 192 631 770 okresów promieniowania odpowiadający przejściu między dwoma nadsubtelnymi poziomami stanu podstawowego atomu cezu 133".

Na nieszczęście dla laików, naukowców z ich ciągłą potrzebą poprawności i absolutnej dokładności, stwierdzili, że działanie sił grawitacyjnych powoduje, że sekunda różni się w zależności od wysokości, na której została zmierzona. Jednorodna sekunda została wyprodukowana w 1977 r. Poprzez korektę mocy każdego zegara atomowego do średniego poziomu morza. To jednak wydłużyło sekundę o około 1 × 10^−10. Korekta ta została następnie zastosowana na początku 1977 roku.

Obecnie istnieją zegary atomowe, które działają w kilku różnych częstotliwościach i regionach optycznych. Podczas gdy najnowocześniejsze zegary atomowe z fontaną cezową wydają się być najdokładniejsze, zegary optyczne stają się coraz bardziej konkurencyjne pod względem wydajności w stosunku do ich mikrofalowych odpowiedników.

Pozostaje prawdą, że wraz z rozwojem technologii, potrzeba dokładniejszego pomiaru czasu będzie nadal ewoluować. Dla większości z nas pozostaje jednak prawdą, że używamy łatwej matematyki w getcie i po prostu wiemy, że jest 60 sekund na minutę, 60 minut na godzinę i 24 godziny na dobę!

Dodatkowe fakty:

• Ponieważ drugi opiera się na tym, ile razy atom cezu przechodzi pomiędzy dwoma nadsubtelnymi poziomami swojego stanu podstawowego w porównaniu z czasem efemeryd, a fakt, że obrót Ziemi zwalnia, konieczne staje się dodawanie okresowych "sekund przestępnych" do atomowej skali czasowej, aby utrzymać dwa w ciągu jednej sekundy od siebie.
• Od 1972 do 2006 roku dodano 23 sekundy przestępcze, od co 6 miesięcy do 1 raz na 7 lat.
• Międzynarodowa Organizacja Obrotu Ziemi i Systemów Referencyjnych (IERS) to organizacja, która monitoruje różnicę w dwóch skalach czasowych i wzywa do wprowadzenia lub usunięcia sekund przestępnych w razie potrzeby.
• Chociaż nie jest to norma określona przez Międzynarodowy System Jednostek, godzina jest jednostką przyjętą do użycia z SI, reprezentowaną przez symbol h.
• W astronomii rok juliański jest jednostką czasu, definiowaną jako 365,25 dni po 86400 SI sekund każda.
• Jest jednak tak, że księżyc był używany do obliczenia czasu już 10 000-28,000 pne. Księżycowe kalendarze były jednymi z pierwszych, które pojawiły się, albo 12 albo 13 miesięcy księżycowych (albo 346 albo 364 dni). Kalendarze lunonowe często mają trzynasty miesiąc dodany do kilku lat, aby nadrobić różnicę między pełnym rokiem (obecnie wiadomo, że wynosi około 36,24 dni) a rokiem zaledwie dwunastu miesięcy księżycowych. Liczby dwanaście i trzynaście zaczęły pojawiać się w wielu kulturach, przynajmniej częściowo z powodu tego związku miesięcy do lat.