Что такое часы ?

[Igor Maslov]

(Не судите слишком строго новичка)
Решил обратиться на форум для того, что бы разобраться с вопросом "что такое время". Кое что на тему я уже знаю, например, что "время это то, что показывают часы", но тогда возникает вопрос, а что такое эти сами "часы". Пока максимально внятный ответ это "часы это прибор, который показывает время". Т.е. определение времени ссылается на часы, а определение часов ссылается на время, т.е. образовался такой порочный круг.
Мне думается, что все таки должно быть хоть какое-то более более логичное и последовательное объяснение, что есть время или что есть прибор часы.
Сразу поясню для чего я интересуюсь. Я никак не физик, просто интересующийся. Например СТО и другие теории подобного уровня насышены высокой математикой, о которой я судить квалифицированно не могу и не берусь. Но вот о том, как та или иная теория трактует понятие времени мне чрезвычайно интересно. Суждение время-часы-время-часы-время-часы-.... меня почему-то не устраивает, т.е. я предполагаю и надеюсь, что все же есть более содержательные определения понятий часов или времени.
Если кто-то сочтет возможным просветить меня в этом вопросе, буду премного признателен.

[Mihr]

Igor Maslov, у Сивухина написано как-то так (цитирую по памяти): "Под часами понимается устройство, в котором осуществляется периодический процесс, служащий для отсчета времени. А под временем в количественном смысле понимаются показания часов".
Хочу заметить: если пытаться дать определение всем понятиям, то порочного круга никак не избежать. С этим нужно смириться.

[bocharov]

Igor Maslov в сообщении #1339261 писал(а):

Решил обратиться на форум для того, что бы разобраться с вопросом "что такое время". Кое что на тему я уже знаю, например, что "время это то, что показывают часы", но тогда возникает вопрос, а что такое эти сами "часы".

Часы(в узком смысле, как искусственные изделия), есть устройства моделирующие равномерное движение, как правило периодическое(т.к. сравнение периодов между собой даёт возможность убедиться, что движение именно равномерное). Разметка на равные отрезки позволяет выражать движение цифрами. А вообще тема необъятная. Вам, как "просто интересующемуся" можно начать с популярной книжки Н. Моисеевой "Время в нас и время вне нас"(в интернете она есть, достаточно набрать в поисковике).

[Munin]

Munin в сообщении #908493 писал(а):

В целом, чтобы подойти к пониманию определения времени в том виде, как оно дано у Ландау, надо сначала изучить конкретные явления, которые называются "замедлением времени". Надо понять, что есть множество разных физических процессов, на все их влияют внешние условия, и влияют по-разному. Например, на скорость хода маятниковых часов влияет сила тяжести: на Луне они будут идти медленнее, а в невесомости на орбитальном космическом корабле - вообще остановятся (а во время перегрузок при взлёте и посадке - будут идти гораздо быстрее). Есть условия, которые влияют на балансирные часы, на кварцевые, даже на атомные колебания (про часы песочные, водяные, солнечные я даже не говорю). Эти условия многообразны, и их надо себе представлять.

И вот оказывается, что во всём этом многообразии условий есть условия, которые влияют на все часы одинаково. Абсолютно на все, независимо от их конструкции (если только эта конструкция вообще совместима с этими условиями). Кроме того, они влияют не только на часы, но и на все возможные протекающие процессы (что, в общем-то, эквивалентно, потому что на любом процессе можно построить часы). И на ядерном уровне, и на атомном, и на химическом, и на механическом, и на биологическом, и на психологическом. В общем, на всех известных науке.

Поскольку все процессы при этих условиях одновременно и одинаково меняют скорость (даже такие, на которые никакие другие условия не влияют вообще никак), то удобно это явление назвать измерением скорости самого времени. Ничего, кроме удобства, за этим не стоит, по сути, это простое переименование. Но это переименование - общепринятое. Как оно было принято в начале 20 века в физике, так с тех пор везде и используется. И получается, что время в этом смысле - это то, что измеряют часы, потому что именно часы будут указывать время в этом смысле, с учётом этого изменения скорости. И никакие другие приборы, кроме часов (часов в широком смысле, как я уже сказал). И кроме того, поскольку все процессы меняют скорость, то мы не имеем никакой возможности приборно измерить то "исходное время", которое имело бы неизменную скорость, не зависело бы от этих вышеупомянутых условий. Мы его можем только теоретически рассчитать. Мы можем даже сказать, что оно не принадлежит к физической реальности. Ну и, называть его временем у нас тоже не остаётся поводов. (Хотя, в некоторых формулах оно по-прежнему употребляется, за ним часто закреплена буква $t,$ и оно иногда называется "координатным временем" - но надо понимать это словосочетание как неделимый термин, как я уже говорил раньше.)

-- 16.09.2018 11:19:00 --

Cos(x-pi/2) в сообщении #918776 писал(а):

Ваше определение "часы это счётчик изменений" хорошее...

Даже стоит подчеркнуть, что ключевое слово здесь - "изменения". Ведь если не будет изменений, то и считать будет нечего. В пружинных часиках изменяется состояние пружины: она раскручивается. В электронных часах разряжается батарейка: в ней идёт химическая реакция. Или вот, например, книга: стоит себе на полке и с годами желтеет, т.к. в бумаге идут какие-то хим. реакции. И примерно то же самое можно сказать про любое реальное тело - оно так или иначе стареет. В этом смысле каждое тело может служить часами.

Опыт показывает, что выбрав один вид таких "счётчиков изменений" (например, электронные часики конкретной марки) за эталонные часы, мы можем и прочие процессы старения в телах описывать как функции выбранного эталонного времени. Это означает, что в теоретических рассуждениях мы можем считать, будто в каждую материальную точку, т.е. в каждое стареющее тело, вмонтированы эталонные часы. Их показания ("тики") это и есть отсчёты собственного времени данной материальной точки. Отложим пока в долгий ящик вопрос о синхронизации эталонных часов. Просто предположим, что все экземпляры часов были включены дружно, разом, когда они ещё находились в одной куче на часовой фабрике. А потом их осторожно, медленно, отнесли во все стороны и прикрепили к разным телам.

-- 16.09.2018 11:40:28 --

Munin в сообщении #1004089 писал(а):

Yodine в сообщении #1004064 писал(а):

Возникает произвол с приборами - часами. В качестве часов мы можем брать совершенно разные приборы.

Нет. Нету произвола.

В качестве часов мы можем брать разные приборы. Но не любые. Они должны быть все между собой согласованы. А если какой-то из них выпадает из общего хора - то он не часы, и всё.

Yodine в сообщении #1004064 писал(а):

Поэтому, когда говорим о времени и даем определение, что "время это то, что показывают часы", то по факту, это заметание под ковер определения. Следует дать определение, какие приборы мы можем называть часами, а какие не можем. Чем термометр отличается от часов и т.д.

В принципе, вы правы. Но никакого определения лучше, чем "часы - это один из толпы согласованных между собой приборов, называемых часами", мы дать не можем.

Мы можем дать конкретные примеры часов.

• Маятниковые и песочные часы - хорошо работают, но на одном месте, или не очень точно - если их носить в разные места. Плохо работают в дороге.
• Балансирные часы - гораздо лучше работают в разных местах и в дороге, плохо относятся только к сильной тряске.
• Кварцевые часы - даже и тряску выдерживают. Что они плохо переносят? Ну может быть, перепады температуры - и то, лучше, чем все вышеперечисленные.
• Атомные часы - даже и температура им нипочём. Довольно трудно представить себе условия, которые собьют точность таких часов: обычно это будут такие сильные поля и воздействия (скажем, в центре термоядерного взрыва), что вспомогательная часть конструкции часов к этому моменту давно прекратит своё существование.
   
• Астрономические часы, например, солнечные - основаны на движении Земли вокруг Солнца. Точность одинаковая в разных местах Земли (даже с Луны можно наблюдать положение Земли по отношению к Солнцу), но это если учитывать текущее местоположение, а не просто тупо перевезти солнечные часы с места на место. Но Земля движется не очень-то равномерно, увы.
• Астрономические часы можно привязать к разным процессам - не только к движению Земли, но и к спутникам Юпитера, например, или к излучению квазара (очень стабильному). Но у всех таких часов есть один недостаток: они не локальные, не измеряют время конкретно в той точке пространства (в лаборатории), где нас интересует ход времени. См. следующий пункт.
• Всемирная служба времени, сигналы точного времени - по сути, это не часы. Это сигналы из другого места, в котором уже работают часы (например, атомные). Это удобно с практической точки зрения, но не имеет смысла с физической. Поэтому, весь этот раздельчик отметаем.
   
• Химические часы (на практике не используются) - циклические химические реакции, или с другим известным законом по времени. Крайне чувствительны к температуре, давлению, концентрации реагентов и т. п. (каталитические примести, взбалтывание, освещение...).
• Биологические часы (физиологическое ощущение времени) - это разновидность химических, но в довольно стабильных условиях. Тем не менее, зависят, например, от болезни и жара, от "лишних" веществ в организме, от психического состояния и гипноза, и так далее. Иногда в некотором смысле даже от настроения: то "часы летят", а то "тянутся" - хотя это уже больше связано со "считыванием и интерпретацией показаний".

На самом деле, можно придумать намного больше разновидностей часов. По сути, на любом законе физики можно построить часы - или почти на любом. Просто это бывает более или менее затруднительно в чисто практическом плане.

Yodine в сообщении #1004064 писал(а):

Получается, что время это повторение некого стандратного события в выделенном эталонном процессе. Правильно?

Да. Но это тот же вопрос: какие процессы считать эталонными.

Допустим, мы имеем пружинный маятник. Он создаёт процесс $x(t)=A\cos(\sqrt{\dfrac{k}{m}}\,t+\varphi_0).$ Если мы знаем $k$ и $m,$ то можем использовать его как часы. Но эта формула подчиняется законам механики, так что требует условий, связанных с законами механики: например, корпус такого маятника нельзя трясти.

Или допустим, мы имеем электрическую схему. В ней формула будет аналогична: $I(t)=I_\mathrm{A}\cos(\sqrt{\dfrac{1}{LC}}\,t+\varphi_0).$ Но тут свои ограничения, связанные с законами электричества: например, источник питания такой схемы не должен выдавать скачков напряжения.

И так далее, и тому подобное. Для любого эталонного процесса найдутся свои ограничения. Остаётся только одна реальность: во многих "хороших" условиях многие такие эталонные процессы идут одинаково. На это мы и можем опираться. Ни на что другое.

Yodine в сообщении #1004064 писал(а):

В качестве эталонной физической системы и эталонного процесса, я понимаю можно брать любые системы и процессы, которые нас устраивают.

Нет, не такие уж и любые. Сначала выбирают те, которые всё-таки "работают как часы", а потом из них - те, которые нас устраивают.

-- 15.04.2015 10:39:57 --

Munin в сообщении #1004089 писал(а):

В качестве часов мы можем брать разные приборы. Но не любые. Они должны быть все между собой согласованы. А если какой-то из них выпадает из общего хора - то он не часы, и всё.
..."часы - это один из толпы согласованных между собой приборов, называемых часами"
...Остаётся только одна реальность: во многих "хороших" условиях многие такие эталонные процессы идут одинаково. На это мы и можем опираться. Ни на что другое.
...Нет, не такие уж и любые. Сначала выбирают те, которые всё-таки "работают как часы", а потом из них - те, которые нас устраивают.

Вот, собственно, именно это и имеется в виду под фразой "время - это то, что измеряется часами".

[Igor Maslov]

Спасибо за оперативную помощь. Я ведь вопрошаю не от того, что самому лень чего-то на тему поискать, а даже наоборот, те источники к которым я обращался дают весьма разнородные ответы. Скажем, Рейхенбах описывает часы двух типов - на циклическом процессе и на протяженном процессе (например, пока свет пройдет некий отрезок). Но как бы это весьма разные механизмы, т.е это скорее всего некие частные случаи более общего понятия.
Например, как мне кажется, в определении часов (времени) как-то должно быть отражено, что "часы" не могут быть локализованы в материальной точке. Ведь процесс (циклический) в материальной точке нельзя организовать, да и часы "протяженности" на базе материальной точки тоже невозможно учредить. Сколько надо времени, что бы луч света преодолел протяженность отрезка "материальная точка" ?
Вот Минковский в сентябре 1908 года произнес известную фразу, что отныне время само по себе и пространство самро по себе превращается в фикции, т.е. следуя его логике, в определении часов должно быть отражено и участие пространственной составляющей. Или идя от противного, можно сказать, что раз материальная точка никак не является отображением пространства, то и часы в материальной точке разместить нельзя и , стало быть, времени (часов) , применительно к материальной точке, не бывает.
Для чего этот весь огород я тут горожу ?
Конечным моим интересом является т.н. собственное время часов. Я имел общение со сторонниками релятивистких взглядов, но они категорически отказываются обсуждать вопрос о пространственной протяженности или материальной точечности этих самых собственных часов. Собственное время каких-то часов присутствует, а вот с пространственными рамками часов понимания нет. Все бы ничего, но я постоянно слышал, что для собственного времени СК как бы вообще и не нужна.
Вот я и очутился в непонятке : если часы не локализуются в материальной точке, но только на некотором отрезке, тогда как можно выбросить "из песни" СК.
Напряженность ситуации усугубляется тем, что те же релятивисты говорили мне, что собственное время (вне СО и СК) это в физике "все", а координатное время это не более чем второстепенная "выдумка" . Как собственное время может быть оформлено без СК - вот этого я не понимаю. Поэтому мне и интересен вопрос про "локализацию" часов, как прибора, отвечающего за время.
Ели бы часы имелась возможность разместить в МТ, тогда таким часам СК была бы не нужна и собственное время бы открепилось от 4-континуума (открепилось бы от 4-ИСО), как это было принято в доброй и старой классической механике (3+1), когда время было само по себе и пространство было само по себе.

-- 16.09.2018, 11:49 --

Согласен, тема "часы" многоплановая.
Но сейчас мне особо интересен профиль часы и материальная точка. Можно ли в материальной точке разместить часы и как это отразится на связке "время и материальная точка" ? Опять же, это все меня интересует в контексте "собственного времени", якобы не нуждающегося ни в СК, ни в СО.

-- 16.09.2018, 12:05 --

Цитата:

Это означает, что в теоретических рассуждениях мы можем считать, будто в каждую материальную точку, т.е. в каждое стареющее тело, вмонтированы эталонные часы. Их показания ("тики") это и есть отсчёты собственного времени данной материальной точки. Отложим пока в долгий ящик вопрос о синхронизации эталонных часов. Просто предположим, что все экземпляры часов были включены дружно, разом, когда они ещё находились в одной куче на часовой фабрике. А потом их осторожно, медленно, отнесли во все стороны и прикрепили к разным

Вот я и сомневаюсь, если часы это процесс, то можно ли его организовать в МТ и тем самым отказаться от 4-континуума в пользу вновь самостоятельного и независимого времени ?
Про "бесконечно медленный перенос" тоже есть вопросы, в смысле, что так удастся обойти постулат классической механики про то, что перемещение часов не влияет на их конечные показания. Пусть перенос часов будет бесконечно медленным и бесконечно малоинтенсивным, но он же будет длится бесконечно долго и в итоге накопится то же самое смешение времени.

[Pphantom]

Тема перемещена из форума «Дискуссионные темы (Ф)» в форум «Помогите решить / разобраться (Ф)»
Причина переноса: по-видимому, тут это уместнее. Пока.

[Someone]

Igor Maslov в сообщении #1339297 писал(а):

Можно ли в материальной точке разместить часы и как это отразится на связке "время и материальная точка" ?

Это псевдовопрос. Само собой разумеется, что никакой прибор, в том числе и часы, не может быть точечным. Часы должны быть достаточно маленькими, так как при больших размерах из-за запаздывания сигналов возникнут погрешности считывания показаний, и нужно, чтобы эти погрешности были меньше допустимой величины. В присутствии гравитации часы должны быть достаточно маленькими, так как гравитация влияет на ход любых часов, и различия хода времени в пределах устройства должны быть меньше допустимой погрешности измерения, иначе будет непонятно, что же измеряют эти часы. Именно в этом смысле часы считаются точечными: они настолько малы, что их размерами с заданной погрешностью можно пренебречь.

Igor Maslov в сообщении #1339297 писал(а):

я постоянно слышал, что для собственного времени СК как бы вообще и не нужна.

Я не понимаю, зачем часам нужна какая-то система координат или система отсчёта (кстати, в современной литературе эти термины обычно используются как синонимы). Они просто измеряют собственное время.

Igor Maslov в сообщении #1339297 писал(а):

Вот я и очутился в непонятке : если часы не локализуются в материальной точке, но только на некотором отрезке, тогда как можно выбросить "из песни" СК.

Вопрос решается тривиально, если понимать, что часы — это физическое устройство, а система координат — выдумка математиков для удобства описания исследуемого явления, и существует исключительно в психике теоретика. Поэтому никакого влияния на работу часов система координат не оказывает и оказывать не может.

Igor Maslov в сообщении #1339297 писал(а):

Ели бы часы имелась возможность разместить в МТ, тогда таким часам СК была бы не нужна и собственное время бы открепилось от 4-континуума (открепилось бы от 4-ИСО)

Это ерунда. По определению, в инерциальной системе отсчёта координатное время измеряется часами, покоящимися в этой системе отсчёта, поэтому "открепить" эти часы от ИСО нельзя. Они там "прикреплены" просто по определению.

Igor Maslov в сообщении #1339297 писал(а):

Про "бесконечно медленный перенос" тоже есть вопросы, в смысле, что так удастся обойти постулат классической механики про то, что перемещение часов не влияет на их конечные показания.

А причём тут "постулат классической механики"? В нашем Мире классическая механика имеет ограниченную применимость. Наоборот, "бесконечно медленный перенос" нужен для того, чтобы "обойти" влияние движения на ход часов, следующее из СТО и проверенное в многочисленных экспериментах. А в классической механике об этом беспокоиться не надо.

Pphantom в сообщении #1339301 писал(а):

Пока.

У меня уже есть некоторые подозрения, что в конце-концов тема попадёт в Пургаторий (Ф).

[Igor Maslov]

Цитата:

Это псевдовопрос. Само собой разумеется, что никакой прибор, в том числе и часы, не может быть точечным. ......... Именно в этом смысле часы считаются точечными: они настолько малы, что их размерами с заданной погрешностью можно пренебречь.

Собственно в этом у меня и непонятка. В материальной точке часы не разместить, но есть некая просто точка (не путать с МТ), размерами которой почему-то можно так же пренебречь, но часы в ней уже вполне можно разместить.
Т.е. возникают целых две категории , пространственными размерами которых можно пренебречь - это МТ и просто точка. Ни есть ли введение избыточных сущностей ?

[bocharov]

И всё же наговорено много лишнего. Время и часы(прибор для его измерения) являются понятиями абстракции, по имени "система отсчёта"(СО), следовательно и сами являются абстракциями. По сути введение первым законом Ньютона существование равномерного движения равнозначно введению понятия "время", а введение понятия СО автоматически требует его(равномерного движения)измерения, т.е. часы. Часы моделируют равномерное движение и позволяют назначать его эталоны(в т.ч. -единицы). Всё это позволяет сравнивать это р. движение с любым произвольным(т.е. измерять его- скорость и т.п.). Кстати и любое измерение(длина, масса) производится по аналогичному принципу. Если уж выбрали какую либо СО, то часы ей соответствующие единственны и моделируют абстрактное равномерное движение, а другие часы связанные с другими СО(замедляющиеся или ускоряющиеся), это уже другие вопросы, связанные напр. с преобразованиями, и затеняют смысл понятия "часы". Кстати, во втором томе "Теории поля" Л.Л. понятие СО не включает тело отсчёта, но часы вполне могут выполнять его роль.

[Igor Maslov]

Цитата:

Это ерунда. По определению, в инерциальной системе отсчёта координатное время измеряется часами, покоящимися в этой системе отсчёта, поэтому "открепить" эти часы от ИСО нельзя. Они там "прикреплены" просто по определению.

А в ИСО часы прикреплены к какой локации : к МТ, к точке (размерами которой можно пренебречь, но которая не является МТ), к некоторому отрезку СО ?

[Someone]

Igor Maslov в сообщении #1339326 писал(а):

В материальной точке часы не разместить, но есть некая просто точка (не путать с МТ), размерами которой почему-то можно так же пренебречь, но часы в ней уже вполне можно разместить.

Во-первых, я не говорил, что часы должны размещаться "в точке". Во-вторых, я объяснял, "почему". Часы должны быть достаточно малы, чтобы погрешности измерения времени, вызванные их протяжённостью, были меньше требуемой погрешности. "Материальная точка" — не точка. И определяется теми же условиями: это объект, размеры которого достаточно малы, чтобы погрешности, вызванные его неточечностью, были меньше допустимой величины.

[Munin]

Munin в сообщении #726558 писал(а):

Повлиять (на результат) могут ускорения самих тел... И они действительно влияют. Любой физический процесс имеет некоторую пространственную протяжённость. Поэтому для него рано или поздно начинаются эффекты, связанные с тем, что процесс замечает искривлённость своей мировой линии. Но для распада изотопа до этого очень далеко. И когда обсуждают идеализированные часы, то считают, что они имеют мировую линию нулевой ширины - по крайней мере, по сравнению с применяемыми к ним ускорениями.

[Igor Maslov]

bocharov в сообщении #1339327 писал(а):

И всё же наговорено много лишнего. ....

Так оно и понятно, что я выражаюсь мало связано и фрагментарно, потому что у меня в голове пока вопросу нет нормального понимания. Одни адресуют меня по вопросу часов к неким процессам в точке (размерами которой можно пренебречь, но при том, что эта точка совсем не тоже самое, что МТ), Вы намекаете на абстракции.
Такая разновекторная помощь интуитивно мне подсказывает, что вопрос с часами пока не нашел в физике некоторого общеприемлемого решения. Особенно мне непонятна эта "точка", которая не МТ, но размерами которой можно пренебрегать.

[Someone]

Igor Maslov в сообщении #1339330 писал(а):

А в ИСО часы прикреплены к какой локации : к МТ, к точке (размерами которой можно пренебречь, но которая не является МТ), к некоторому отрезку СО ?

ИСО — это абстрактное понятие, то есть, логическая конструкция, существующее исключительно в психике теоретика, и размеры часов таковы, что ими можно пренебречь. Поэтому теоретик просто считает, что всюду, где ему надо, находятся покоящиеся (в данной ИСО) часы, измеряющие, естественно, собственное время. Все эти часы синхронизированы и определяют временну́ю координату. Ваш вопрос мне вообще непонятен. Нету в ИСО никаких "материальных точек", "точек, которые не точки" или "отрезков СО".

[Pphantom]

Igor Maslov в сообщении #1339334 писал(а):

Такая разновекторная помощь интуитивно мне подсказывает, что вопрос с часами пока не нашел в физике некоторого общеприемлемого решения.

У Вас плохая интуиция. Пока что "разновекторная помощь" должна подсказывать, что Вам пытаются коротко и без подробностей объяснить то, что Вы должны были - при наличии интереса к подобным вопросам - прочитать в соответствующих учебниках.