Vrijeme (fizika)

Vrijeme je fizička veličina i jedna od sedam osnovnih veličina SI sistema. Prema istom sistemu mjernih jedinica, jedinica za vrijeme je sekunda (1 s) dok je oznaka za vrijeme t.

Kroz historiju, pojam vremena je dugo bio važan predmet proučavanja u različitim oblastima ljudskog djelovanja, u religiji, filozofiji i nauci ali je definisanje jedinstvene definicije vremena koja bi se koristila u svim oblastima konstantno predstavljala probem naučnicima.

Vrijeme je kontinuirani slijed postojanja i događaja koji se dešavaju u naizgled nepovratnom slijedu iz prošlosti, preko sadašnjosti, u budućnost.^[1][2][3] To je komponentna količine različitih mjerenja koja se koristi za slijed događaja, za poređenje trajanja događaja ili intervala između njih i za kvantificiranje stopa promjene količina u materijalnoj stvarnosti ili u svjesnom iskustvu.^[4][5][6][7] Vrijeme se često naziva četvrtom dimenzijom, zajedno sa tri prostorne dimenzije.^[8][9]

Vrijeme je jedna od sedam osnovnih fizičkih veličina u Međunarodnom sistemu jedinica (SI) i Međunarodnom sistemu veličina. Osnovna jedinica vremena SI je sekunda, koja se definira mjerenjem elektronske prijelazne frekvencije atoma cezija. Opća teorija relativnosti primarni je okvir za razumijevanje kako prostor-vrijeme funkcionira.^[10] Kroz napredak u teorijskim i eksperimentalnim istraživanjima prostor-vremena, pokazalo se da vrijeme može biti iskrivljeno i prošireno, posebno na rubovima crnih rupa.

Tokom historije, vrijeme je bilo važan predmet proučavanja u religiji, filozofiji i nauci. Mjerenje vremena okupiralo je naučnike i tehnologe i bilo je glavna motivacija u navigaciji i astronomiji. Vrijeme je također od velikog društvenog značaja, ima ekonomsku vrijednost („vrijeme je novac“) kao i ličnu vrijednost, zbog svijesti o ograničenom vremenu u svakom danu iu životnom vijeku ljudi.

Sekunda je prvobitno definisana kao 86400. dio prosječnog sunčevog dana. Danas se prema SI sistemu sekunda definiše kao trajanje od 9192631770 perioda zračenja, koje odgovara prijelazu između dva hiperfina nivoa osnovnog stanja atoma cezija 133Cs.

Definicija

Definisanje vremena na način koji je primjenjiv na sva polja bez kružnosti je dosljedno izmicao naučnicima.^[7][11] Ipak, različite oblasti kao što su biznis, industrija, sport, nauka i scenske umjetnosti uključuju neke pojmove vremena u svoje mjerne sisteme.^[12][13][14] U fizici, vrijeme se koristi za definisanje drugih veličina, kao što je brzina, tako da bi definisanje vremena u terminima takvih veličina rezultiralo kružnošću definicije.^[15]

Vrijeme u fizici je operativno definirano kao "ono što sat čita".^[6][16][17] Ova operativna definicija vremena, u kojoj se kaže da promatranje određenog broja ponavljanja jednog ili drugog standardnog cikličkog događaja čini jednu standardnu jedinicu, kao što je druga, korisna je u izvođenju i naprednih eksperimenata i svakodnevnih životnih poslova. Postoji mnogo sistema za određivanje koliko je sati. Periodični događaji i periodično kretanje dugo su služili kao standardi za jedinice vremena. Primjeri uključuju prividno kretanje sunca po nebu, mjesečeve faze i prolazak klatna koji se slobodno ljulja. Moderniji sistemi uključuju sistem za globalno pozicioniranje, druge satelitske sisteme, koordinirano univerzalno vrijeme i srednje solarno vrijeme. U principu, brojevi dobijeni iz različitih vremenskih sistema razlikuju se jedni od drugih, ali uz pažljiva mjerenja mogu se sinhronizirati.

Operativna definicija vremena ne bavi se fundamentalnom prirodom vremena. Istraživanja odnosa između prostora i vremena navela su fizičare da definišu prostorno-vremenski kontinuum, gde su svakom događaju dodeljena četiri broja koji predstavljaju njegovo vrijeme i poziciju (koordinate događaja). Primjeri događaja su sudar dviju čestica, eksplozija supernove ili dolazak raketnog broda. Opšta teorija relativnosti objašnjava zašto posmatrano vrijeme događaja može biti različito za različite posmatrače. U opštoj relativnosti, pitanje koliko je sati sada ima značenje samo u odnosu na određenog posmatrača. Udaljenost i vrijeme su blisko povezani, a vrijeme potrebno svjetlosti da pređe određenu udaljenost je isto za sve posmatrače, kao što su prvi javno pokazali Michelson i Morley. Događaji se mogu razdvojiti u više pravaca u prostoru, ali ako su dva događaja razdvojena vremenom, onda jedan događaj mora prethoditi drugom i svi posmatrači će se složiti oko toga. Opšta teorija relativnosti se ne bavi prirodom vremena za ekstremno male intervale u kojima se primjenjuje kvantna mehanika. U kvantnoj mehanici, vrijeme se tretira kao univerzalni i apsolutni parametar, koji se razlikuje od pojma opće relativnosti o nezavisnim satovima. Pomirenje ove dvije teorije poznato je kao problem vremena. Od 2023. godine ne postoji opšteprihvaćena teorija kvantne opšte relativnosti.^[18]

Mjerenje

Protok pijeska u pješčanom satu može se koristiti za mjerenje protoka vremena. Također konkretno predstavlja sadašnjost kao da je između prošlosti i budućnosti.

Uopšteno govoreći, metode mjerenja vremena, ili hronometrija, imaju dva različita oblika: kalendar, matematički alat za organiziranje vremenskih intervala,^[19] i sat, fizički mehanizam koji broji protok vremena. U svakodnevnom životu, sat se konsultuje za periode kraće od jednog dana, dok se kalendar konsultuje za periode duže od jednog dana. Lični elektronski uređaji sve češće prikazuju i kalendare i satove istovremeno. Broj (kao na brojčaniku na satu ili kalendaru) koji označava pojavu određenog događaja u odnosu na sat ili datum dobija se računanjem od fiducijalne epohe – centralne referentne tačke.

Historija kalendara

Artefakti iz paleolita sugerišu da je mjesec korišten za računanje vremena još prije 6.000 godina.^[20] Lunarni kalendari su se među prvima pojavili, sa godinama od 12 ili 13 lunarnih mjeseci (bilo 354 ili 384 dana). Bez interkalacije za dodavanje dana ili mjeseci nekim godinama, godišnja doba brzo se kreću u kalendaru zasnovanom samo na dvanaest lunarnih mjeseci. Lunisolarni kalendari imaju trinaesti mjesec koji se dodaje nekim godinama kako bi se nadoknadila razlika između pune godine (za sada se zna da ima oko 365,24 dana) i godine od samo dvanaest lunarnih mjeseci. Brojevi dvanaest i trinaest postali su istaknuti u mnogim kulturama, barem dijelom zbog ovog odnosa mjeseci i godina. Drugi rani oblici kalendara potječu iz Mezoamerike, posebno u drevnoj civilizaciji Maja. Ovi kalendari su bili religijski i astronomski zasnovani, sa 18 mjeseci u godini i 20 dana u mjesecu, plus pet epagomenalnih dana na kraju godine.^[21]

Reforme Julija Cezara 45. godine prije nove ere postavile su rimski svijet na solarni kalendar. Ovaj julijanski kalendar je bio pogrešan u tome što je njegova interkalacija i dalje dozvoljavala astronomskim solsticijama i ekvinocijama da napreduju u odnosu na njega za oko 11 minuta godišnje. Papa Grgur XIII uveo je ispravku 1582. godine; Gregorijanski kalendar su tek polako usvajali različiti narodi tokom perioda vijekova, ali je sada daleko najčešće korišteni kalendar širom svijeta.

Tokom Francuske revolucije, novi sat i kalendar su izmišljeni kao dio dekristijanizacije Francuske i kako bi se stvorio racionalniji sistem koji bi zamijenio gregorijanski kalendar. Dani u francuskom republikanskom kalendaru sastojali su se od deset sati po sto minuta i sto sekundi, što je označilo odstupanje od osnovnog 12 (duodecimalnog) sistema koji se koristi u mnogim drugim uređajima u mnogim kulturama. Sistem je ukinut 1806. godine.^[22]

Veće jedinice od sekunde

• minuta (60 sekundi)
• sat (60 minuta)
• dan (24 sata)
• sedmica (7 dana)
• mjesec (28, 29, 30 ili 31 dan)
• godina (365 dana i 6 sati - 12 mjeseci)
• decenija (10 godina)
• vijek (100 godina)
• milenij (1000 godina)

Manje jedinice od sekunde

• desetinka (10-i dio sekunde)
• stotinka (100-i dio sekunde)
• hiljadinka (1000-i dio sekunde)
• mikrosekunda (1000-i dio hiljadinke)
• nanosekunda (1000-i dio mikrosekunde)