भौतिकी में समय

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पेरिस का पैन्थियन समय को माप सकता है और साथ ही पृथ्वी के घूर्णन को प्रदर्शित कर सकता है।

भौतिकी में समय को इसकी क्रियात्मक परिभाषा द्वारा परिभाषित किया जाता है। समय वह है जो घड़ी पढ़ती है। चिरसम्मत सापेक्ष भौतिकी में यह अदिश (भौतिकी) मात्रा है, अधिकांशतः प्रतीक ($t$ ) द्वारा निरूपित लंबाई, द्रव्यमान और विद्युत आवेश के प्रकार सामान्यतः मौलिक मात्रा के रूप में वर्णित किया जाता है। गति (भौतिकी), गतिज ऊर्जा और समय पर निर्भर क्षेत्र (भौतिकी) जैसी अन्य अवधारणाओं के औपचारिक प्रमाण के लिए समय को गणितीय रूप से अन्य भौतिक राशियों के साथ जोड़ा जा सकता है। समयनिर्धारक और रिकॉर्ड रखना प्राविधिक वैज्ञानिक समस्याएँ की नींव का जटिल भाग है।

समय के निशान

Main article: समय रखने वाले उपकरणों का इतिहास

घड़ियाँ होने से पहले समय को उन भौतिक प्रक्रियाओं द्वारा मापा जाता था, जो सभ्यता के प्रत्येक युग के लिए समझ में आते थे।

प्रत्येक वर्ष नील नदी में आई बाढ़ को चिह्नित करने के लिए सीरियस की पहली उपस्थिति देखें: हेलियाकल बढ़ रहा है ।

• रात और दिन का आवधिक उत्तराधिकार, अनंत काल तक प्रतीत होता है
• भोर में सूर्य की पहली उपस्थिति के क्षितिज पर स्थिति
• आकाश में सूर्य की स्थिति
• दिन के पर्यन्त दोपहर के क्षण का अंकन
• सूक्ति द्वारा डाली गई छाया की लंबाई

अंततः परिचालन परिभाषाओं का उपयोग करते हुए, साधनविनियोग के साथ समय बीतने को चिह्नित करना संभव हो गया। इसके साथ ही समय की हमारी अवधारणा विकसित हुई है, जैसा कि नीचे दिखाया गया है।

समय की माप की इकाई: दूसरा

इकाइयों की अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली (एसआई) में, समय की इकाई दूसरी है (प्रतीक: $\mathrm {s}$)। यह एसआई आधार इकाई है और 1967 से इसकी अवधि के रूप में परिभाषित किया गया है। 9,192,631,770 सीज़ियम 133 परमाणु की मूलभूत अवस्था के दो अति सूक्ष्म संरचना के बीच संक्रमण के अनुरूप विकिरण का चक्र। यह परिभाषा सीज़ियम परमाणु घड़ी के संचालन पर आधारित है। ये घड़ियाँ लगभग 1955 के बाद प्राथमिक संदर्भ मानकों के रूप में उपयोग के लिए व्यावहारिक हो गईं और तब से उपयोग में हैं।

समयनिर्धारक में कला की स्थिति

दुनिया भर में उपयोग में आने वाला समन्वित सार्वभौमिक समय टाइम स्टैम्प परमाणु समय मानक है। ऐसे समय मानक की सापेक्ष त्रुटिहीन वर्तमान में 10^-15 के क्रम में है लगभग 30 मिलियन वर्षों में 1 सेकंड के अनुरूप। सैद्धांतिक रूप से देखने योग्य माना जाने वाला सबसे छोटा समय चरण काष्ठफलक समय कहलाता है, जो लगभग 5.391×10 है⁻⁴⁴ सेकेंड - वर्तमान समय मानकों के संकल्प के नीचे परिमाण के कई आदेश है।

1950 के बाद सीज़ियम परमाणु घड़ी व्यावहारिक हो गई, जब इलेक्ट्रॉनिक्स में प्रगति ने इसे उत्पन्न होने वाली माइक्रोवेव आवृत्तियों के विश्वसनीय माप को सक्षम किया। जैसे-जैसे आगे की प्रगति हुई। परमाणु घड़ी अनुसंधान उच्च-उच्च आवृत्तियों की ओर बढ़ गया है, जो उच्च त्रुटिहीन और उच्च त्रुटिहीन प्रदान कर सकता है। इन तकनीकों पर आधारित घड़ियाँ विकसित की गई हैं, किन्तु अभी तक प्राथमिक संदर्भ मानकों के रूप में उपयोग में नहीं हैं।

समय की अवधारणा

Main article: समय

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एंड्रोमेडा गैलेक्सी (Andromeda Galaxy) बीस लाख प्रकाश वर्ष दूर है। इस प्रकार हम 20 लाख साल पहले के एम31 के प्रकाश को देख रहे हैं, पृथ्वी पर मनुष्य के अस्तित्व में आने से समय पहले।

गैलीलियो, आइजैक न्यूटन और 20वीं शताब्दी तक अधिकांश लोगों का मानना ​​था कि समय हर किसी के लिए समान है। यह श्रेणी: समयबद्धता का आधार है, जहां समय पैरामीटर है। समय की आधुनिक समझ अल्बर्ट आइंस्टीन के सापेक्षता के सिद्धांत पर आधारित है, जिसमें समय की दरें सापेक्ष गति के आधार पर अलग-अलग चलती हैं और अंतरिक्ष और समय को अंतरिक्ष समय में मिला दिया जाता है, जहां हम समयरेखा के अतिरिक्त विश्व रेखा पर रहते हैं। इस दृष्टि से समय समन्वय है। प्रचलित भौतिक ब्रह्माण्ड विज्ञान के अनुसार महा विस्फोट सिद्धांत के वैज्ञानिक प्रतिरूपण के अनुसार लगभग 13.8 अरब वर्ष पहले पूरे ब्रह्मांड के भागों के रूप में समय की प्रारंभिक हुई।

प्रकृति में नियमितता

Main article: विज्ञान का इतिहास

समय को मापने के लिए कोई आवधिक कार्य घटना की घटनाओं की संख्या रिकॉर्ड कर सकता है। ऋतुओं की नियमित पुनरावृत्ति, सूर्य, चंद्रमा और तारों की गति भौतिकी को सहस्राब्दी के लिए नोट किया गया और सारणीबद्ध किया गया। इससे पहले कि भौतिकी के नियम तैयार किए गए। सूर्य समय के प्रवाह का मध्यस्थ था, किन्तु सहस्राब्दी के लिए समय केवल घंटे के लिए जाना जाता था, इसलिए सूक्ति का उपयोग दुनिया के अधिकांश भागों में विशेष रूप से यूरेशिया और कम से कम दक्षिण की ओर जंगलों के रूप में जाना जाता था। दक्षिण - पूर्व एशियाविशेष रूप से धार्मिक उद्देश्यों के लिए बनाए गए खगोलीय वेधशालाएं सितारों और यहां तक ​​कि कुछ ग्रहों की नियमित गति का पता लगाने के लिए पर्याप्त सटीक हो गईं।

सबसे पहले पुजारियों द्वारा समय-निर्धारण हाथ से किया जाता था और फिर वाणिज्य के लिए पहरेदारों के साथ अपने कर्तव्यों के भागों के रूप में समय नोट करने के लिए। विषुव, समुद्री बालूघड़ी और जल घड़ी का सारणीकरण अधिक से अधिक सटीक और अंत में विश्वसनीय हो गया। समुद्र में जहाजों के लिए लड़कों का उपयोग समुद्री बालूघड़ी को घुमाने और घंटों को पुकारना करने के लिए किया जाता था।

यांत्रिक घड़ियाँ

वॉलिंगफोर्ड के रिचर्ड (1292–1336), सेंट अल्बंस एब्बे के मठाधीश, प्रसिद्ध रूप से 1330 के आसपास खगोलीय कक्ष के रूप में घड़ी पूरी प्रकार से यांत्रिक बनाया।वालिंगफोर्ड के रिचर्ड के समय तक, शाफ़्ट (उपकरण) और गियर के उपयोग ने यूरोप के शहरों को अपने संबंधित शहर की घड़ियों पर समय प्रदर्शित करने के लिए तंत्र बनाने की अनुमति दी। वैज्ञानिक क्रांति के समय तक घड़ियाँ इतनी छोटी हो गईं कि परिवार व्यक्तिगत घड़ी, संभवतः जेब घड़ी साझा कर सकें। पहले केवल राजा ही उन्हें वहन कर सकते थे। 18वीं और 19वीं शताब्दी में पेंडुलम घड़ियों का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता था। वे सामान्य उपयोग में बड़े पैमाने पर क्वार्ट्ज-घड़ी और डिजिटल घड़ियों द्वारा प्रतिस्थापित किए गए हैं। परमाणु घड़ियाँ सैद्धांतिक रूप से लाखों वर्षों तक सटीक समय रख सकती हैं। वे मानकीकरण और वैज्ञानिक उपयोग के लिए उपयुक्त हैं।

गैलीलियो: समय का प्रवाह

Main article: पुनः उत्पादकता

1583 में, गैलीलियो गैलीली (1564-1642) ने पाया कि हार्मोनिक ऑसिलेटर पेंडुलम की हार्मोनिक गति की निरंतर अवधि होती है, जिसे उन्होंने पीसा के कैथेड्रल में मास (लिटुरजी) में सरल हार्मोनिक गति में लहराते दीपक की गति के समय उसकी नाड़ी के साथ से सीखा।अपने दो नए विज्ञान (1638) में गैलीलियो गैलीली ने झुकाव वाले विमान के नीचे ज्ञात दूरी को रोल करने के लिए कांस्य गेंद के लिए लगने वाले समय को मापने के लिए पानी की घड़ी का उपयोग किया, यह घड़ी थी।

पानी का बड़ा पात्र जिसे ऊँचे स्थान पर रखा गया है, इस बर्तन के तल में पानी की पतली धारा देने वाले छोटे व्यास का पाइप मिलाप किया गया था, जिसे हमने प्रत्येक वंश के समय छोटे गिलास में एकत्र किया। चाहे वह चैनल की पूरी लंबाई के लिए हो या उसकी लंबाई के भागों के लिए इस प्रकार त्र किए गए पानी को प्रत्येक अवतरण के बाद बहुत ही सटीक संतुलन पर तौला गया था। इन भारों के अंतर और अनुपात ने हमें समय के अंतर और अनुपात दिए और यह इतनी त्रुटिहीन के साथ कि चूंकि ऑपरेशन को कई बार दोहराया गया, परिणामों में कोई सराहनीय विसंगति नहीं थी।

शाब्दिक दो नए विज्ञानों को मापने के लिए गैलीलियो का प्रायोगिक परिस्थिति समय का प्रवाह, गेंद की गति का वर्णन करने के लिए है। इसहाक न्यूटन के अपने फिलोसोफी नेचुरेलिस प्रिन्सिपिया मैथेमेटिका में बयान से पहले, मैं समय, स्थान (भूगोल) और को परिभाषित नहीं करता गति (भौतिकी), जैसा कि सभी जानते हैं।गैलिलियन परिवर्तन मानते हैं कि संदर्भ के सभी निर्माण के लिए समय समान है।

न्यूटन की भौतिकी: रैखिक समय

Main article: शास्त्रीय भौतिकी

1665 में उसके आसपास जब आइजैक न्यूटन (1643-1727) ने गुरुत्वाकर्षण के अनुसार गिरने वाली वस्तुओं की गति को व्युत्पन्न किया, समय के उपचार के गणितीय भौतिकी के लिए पहला स्पष्ट सूत्रीकरण प्रारंभ हुआ। रैखिक समय, सार्वभौमिक घड़ी के रूप में माना गया।

निरपेक्ष, सत्य और गणितीय समय, स्वयं का और अपनी प्रकृति से समान रूप से बहता है अतिरिक्त किसी बाहरी चीज़ की देख-भाल किए और दूसरे नाम से अवधि कहा जाता है। सापेक्ष, स्पष्ट और सामान्य समय कुछ समझदार और बाहरी है चाहे सटीक या असमान गति के माध्यम से अवधि का माप, जो सामान्यतः वास्तविक समय के अतिरिक्त प्रयोग किया जाता है। जैसे घंटा, दिन, महीना, साल।

गैलीलियो द्वारा वर्णित जल घड़ी तंत्र को प्रयोगों के पर्यन्त पानी के लामिनार प्रवाह प्रदान करने के लिए अभियंता किया गया था, इस प्रकार प्रयोगों की अवधि के लिए पानी का निरंतर प्रवाह प्रदान किया गया था और जिसे न्यूटन ने अवधि कहा था।

इस खंड में नीचे सूचीबद्ध संबंध समय को पैरामीटर के रूप में मानते हैं, जो विचाराधीन भौतिक प्रणाली के व्यवहार के लिए सूचकांक के रूप में कार्य करता है। क्योंकि न्यूटन के धाराप्रवाह (गणित) समय के रैखिक प्रवाह जिसे उन्होंने गणितीय समय कहा जाता है, समय को रैखिक रूप से भिन्न पैरामीटर माना जा सकता है। घड़ी के चेहरे पर घंटों के मार्च का सार कैलेंडर और जहाज के लॉग को घंटे, दिन, महीने, साल और सदियों के मार्च में मानचित्र किया जा सकता है।

ऊष्मप्रवैगिकी और अपरिवर्तनीयता का विरोधाभास

Main article: समय का तीर

1798 तक, बेंजामिन थॉम्पसन (1753-1814) ने पता लगाया था कि काम को अतिरिक्त किसी सीमा के गर्मी में बदला जा सकता है - ऊर्जा के संरक्षण का अग्रदूत या ऊर्जा संरक्षण

• ऊष्मप्रवैगिकी का पहला नियम

1824 में निकोलस लेओनार्ड साडी कार्नोट (1796-1832) ने वैज्ञानिक रूप से अपने कार्नोट चक्र, सार इंजन के साथ भाप इंजन का विश्लेषण किया। रुडोल्फ क्लॉसियस (1822-1888) ने विकार एन्ट्रापी का उपाय नोट किया, जो मुक्त ऊर्जा की लगातार घटती मात्रा को प्रभावित करता है जो कार्नाट इंजन के लिए उपलब्ध है।

• ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम

इस प्रकार, किसी दिए गए तापमान पर कम से अधिक एन्ट्रापी की ओर ऊष्मप्रवैगिकी प्रणाली का निरंतर मार्च, समय के तीर को परिभाषित करता है। विशेष रूप से स्टीफन हॉकिंग समय के तीन तीरों की पहचान करते हैं।

• समय का मनोवैज्ञानिक तीर - कठोर प्रवाह की हमारी धारणा।
• समय का ऊष्मप्रवैगिकी तीर - एन्ट्रापी के विकास द्वारा प्रतिष्ठित।
• समय का ब्रह्माण्ड संबंधी तीर - ब्रह्मांड के विस्तार द्वारा प्रतिष्ठित।

समय के साथ, पृथक ऊष्मप्रवैगिकी प्रणाली में एन्ट्रापी बढ़ जाती है। इसके विपरीत, इरविन श्रोडिंगर (1887-1961) ने बताया कि जीवन नकारात्मक एन्ट्रॉपी प्रवाह पर निर्भर करता है। इल्या प्रिझोगिन (1917-2003) ने कहा कि जीवन की प्रकार अन्य ऊष्मप्रवैगिकी प्रणालियां भी संतुलन से बहुत दूर हैं, वे भी स्थिर अनुपात-लौकिक संरचनाओं को प्रदर्शित कर सकती हैं जो जीवन की याद दिलाती हैं। इसके तुरंत बाद बेलौसोव-झाबोटिंस्की प्रतिक्रियाएं प्रतिवेदन किए गए, जो रासायनिक समाधान में दोलनशील रंगों को प्रदर्शित करते हैं। ये संतुलन उष्मागतिक शाखाएं द्विभाजन सिद्धांत तक पहुंचती हैं, जो अस्थिर है और अन्य ऊष्मप्रवैगिकी शाखा इसके स्थान पर स्थिर हो जाती है।

विद्युत चुंबकत्व और प्रकाश की गति

Main article: मैक्सवेल के समीकरण

1864 में, जेम्स क्लर्क मैक्सवेल (1831-1879) ने बिजली और चुंबकत्व का संयुक्त सिद्धांत प्रस्तुत किया। उन्होंने उन दो घटनाओं से संबंधित सभी कानूनों को चार समीकरणों में जोड़ दिया। इन समीकरणों को विद्युत चुंबकत्व के लिए मैक्सवेल के समीकरण के रूप में जाना जाता है, वे विद्युत चुम्बकीय तरंगों के रूप में समाधानों की अनुमति देते हैं और उन्हें उत्पन्न करने वाले विद्युत आवेश के वेग की देख-भाल किए अतिरिक्त निश्चित गति, c पर प्रचार करते हैं।

तथ्य यह है कि प्रकाश को सदैव गति c पर यात्रा करने की भविष्यवाणी की जाती है। यदि मैक्सवेल के समीकरणों को किसी जड़त्वीय निर्माण स्थिर वेग के साथ संदर्भ निर्माण में धारण करने के लिए माना जाता है, तो गैलिलियन सापेक्षता के साथ असंगत होगा। क्योंकि गैलीलियन परिवर्तन गति को कम करके बढ़ाने की भविष्यवाणी करते हैं। प्रकाश के समानांतर विरोधी समानांतर यात्रा करने वाले पर्यवेक्षक के संदर्भ निर्माण में है।

यह उम्मीद की गई थी कि निरपेक्ष संदर्भ ढांचा था, जो चमकदार ईथर का था, जिसमें मैक्सवेल के समीकरण ज्ञात रूप में असंशोधित थे।

मिशेलसन-मॉर्ले प्रयोग चमकदार एथर के सापेक्ष पृथ्वी की गति के कारण प्रकाश की सापेक्ष गति में किसी भी अंतर का पता लगाने में विफल रहा, यह सुझाव देते हुए कि मैक्सवेल के समीकरण वास्तव में सभी निर्माण में उपस्तिथ थे। 1875 में, हेंड्रिक लोरेंत्ज़ (1853-1928) ने लोरेंत्ज़ परिवर्तन की खोज की, जिसने मैक्सवेल के समीकरणों को अपरिवर्तित छोड़ दिया, जिससे माइकलसन और मॉर्ले के नकारात्मक परिणाम की व्याख्या की जा सके। हेनरी पॉइनकेयर (1854-1912) ने लोरेंत्ज़ के परिवर्तन के महत्व को नोट किया और इसे लोकप्रिय बनाया। विशेष रूप से रेलमार्ग कार का विवरण विज्ञान और परिकल्पना में पाया जा सकता है, जो 1905 के आइंस्टीन के लेखों से पहले प्रकाशित हुआ था।

लोरेंत्ज़ परिवर्तन ने अंतरिक्ष संकुचन और समय के फैलाव की भविष्यवाणी की, 1905 तक, पूर्व की व्याख्या आणविक बलों के विद्युत प्रकृति के संशोधन के कारण ईथर के संबंध में गतिमान वस्तुओं के भौतिक संकुचन के रूप में की गई थी, जबकि बाद वाले को केवल गणितीय शर्त माना गया था।

आइंस्टीन की भौतिकी: अंतरिक्ष समय

Main articles: विशेष सापेक्षता and सामान्य सापेक्षता

अल्बर्ट आइंस्टीन की 1905 की विशेष सापेक्षता ने निरपेक्ष समय की धारणा को चुनौती दी और केवल उन घड़ियों के लिए तुल्यकालन की परिभाषा तैयार की जो समय के रैखिक प्रवाह को चिह्नित करती हैं।

यदि अंतरिक्ष के बिंदु ए पर एक घड़ी है, तो ए पर एक पर्यवेक्षक इन घटनाओं के साथ-साथ हाथों की स्थिति को ढूंढकर ए के तत्काल निकटता में घटनाओं के समय मूल्यों को निर्धारित कर सकता है। यदि अंतरिक्ष के बिंदु B पर एक और घड़ी है जो सभी प्रकार से A के समान है, तो B पर एक पर्यवेक्षक के लिए B के तत्काल सन्निकट घटनाओं के समय मूल्यों को निर्धारित करना संभव है।

लेकिन आगे की धारणा के बिना, समय के संबंध में, बी में एक घटना के साथ ए में एक घटना की तुलना करना संभव नहीं है। हमने अभी तक केवल "A टाइम" और "B टाइम" परिभाषित किया है।

हमने A और B के लिए एक सामान्य "समय" को परिभाषित नहीं किया है, क्योंकि बाद वाले को तब तक परिभाषित नहीं किया जा सकता जब तक कि हम परिभाषा के अनुसार स्थापित नहीं करते हैं कि A से B तक यात्रा करने के लिए प्रकाश द्वारा आवश्यक "समय" के बराबर होता है। इसे B से A तक यात्रा करने की आवश्यकता है। प्रकाश की किरण को A से B की तरफ "A टाइम" T_A पर शुरू होने दें, इसे "B टाइम" T पर जाने दें _B A की दिशा में B पर परिलक्षित होता है, और फिर से A पर "A time" t′_A पर पहुंचता है।

परिभाषा के अनुसार दो घड़ियां अगर सिंक्रनाइज़ होती हैं

$t_{\text{B}}-t_{\text{A}}=t'_{\text{A}}-t_{\text{B}}{\text{.}}\,\!$

हम मानते हैं कि समकालिकता की यह परिभाषा विरोधाभासों से मुक्त है, और किसी भी बिंदु के लिए संभव है; और यह कि निम्नलिखित संबंध सार्वभौमिक रूप से मान्य हैं:-

1. यदि B की घड़ी A की घड़ी के साथ तालमेल बिठाती है, तो A की घड़ी B की घड़ी के साथ तालमेल बिठाती है।
2. यदि A की घड़ी B की घड़ी के साथ और C की घड़ी के साथ भी सिंक्रनाइज़ होती है, तो B और C की घड़ियाँ भी एक दूसरे के साथ सिंक्रनाइज़ होती हैं।
   — अल्बर्ट आइंस्टीन, "मूविंग बॉडीज के इलेक्ट्रोडायनामिक्स पर"

आइंस्टीन ने दिखाया कि यदि संदर्भ निर्माण के बीच प्रकाश की गति नहीं बदल रही है, तो स्थान और समय ऐसा होना चाहिए कि गतिमान पर्यवेक्षक प्रकाश की उसी गति को स्थिर के रूप में मापेगा क्योंकि वेग को अंतरिक्ष और समय द्वारा परिभाषित किया गया है:

$\mathbf {v} ={d\mathbf {r} \over dt}{\text{,}}$ जहाँ r स्थिति है और t समय है।

वास्तव में, लोरेंत्ज़ परिवर्तन सापेक्ष गति में दो संदर्भ निर्माण के लिए, जिसका x अक्ष सापेक्ष वेग की दिशा में निर्देशित है।

$\{\begin{array}{ll}{t}^{\prime }& \end{array}$