Ce este Timpul?

Toata lumea stie ce este timpul si totusi nimeni nu poate spune ce este.

Universul nostru in evolutie are patru componente esentiale: materia, radiatia, spatiul si timpul. Toate pot fi masurate cu mare precizie.

Masurarea timpului. Orice fenomene care se repeta cu regularitate pot fi folosite pentru inregistrarea trecerii timpului. Natura a dat stramosilor nostri trei fenomene ca unitati de timp:

O Zi (perioada de alternare a luminii solare si a noptii este data de rotatia Pamantului in jurul axei sale. O zi solara dureaza cu aproximativ 4 minute mai mult decat o rotatie fata de stele (cu aproximativ un grad mai mult decat 360 de grade). Centrul discului solar (Soarele adevarat) se deplaseaza pe ecliptica cu viteza variabila – mai repede iarna, mai incet vara. Prin urmare, a fost introdus un punct fictiv – Soarele mediu –, care se misca cu viteza constanta pe ecuatorul ceresc. Soarele mediu si Soarele adevarat coincid o data pe an la punctul vernal.

O zi

O rotatie a Lunii in jurul Pamantului (=lunatia) a fost folosita ca o luna (calendaristica), iar sfertul sau ca o saptamana. Luna Noua, Primul Patrar, Luna Plina si Ultimul Patrar sunt evidente pentru toata lumea pretutindeni, iar intervalul de timp dintre ele este de sapte zile (o saptamana) si 9 ore. Lunatia plina (= luna sinodica) dureaza 29,5 zile (cu 1,5 zile mai mult decat 4 saptamani).

O luna

O rotatie a Pamantului in jurul Soarelui reprezinta un an. Ritmul vietii in biosfera (= anotimpurile) este dat de anul tropical. Acesta este intervalul de timp dintre doua treceri ale Soarelui prin punctul vernal. Punctul vernal se misca pe ecliptica catre vest, astfel incat un an tropic este cu 20 de minute mai scurt decat o rotatie completa a Pamantului (= 360 grade) numita an sideral.

Un an

Pastratoare de timp. Zilele, anotimpurile anului si fazele Lunii au fost suficiente pentru masurarea timpului pentru comunitatile nomade si agricole. De-a lungul istoriei au fost concepute diferite instrumente pentru imbunatatirea masurarii timpului. Caldeenii au fost primii care au introdus diviziunea de 12 ore a zilei. Ei foloseau cadranele solare.

De atunci au urmat forme imbunatatite de pastrare a timpului: clepsidra, ceasul cu nisip, ceasul mecanic (cu arc, balansier sau pendul), ceasul electric (cu cristal piezoelectric) si ceasul atomic (cu cesiu 133 sau alti atomi). Modul nostru de viata este total dependent de cronometrarea precisa. Stiinta, comunicatiile, transportul, industria sunt dependente de ceasuri cat mai precise. Primul ceas atomic a fost construit in Anglia in anul 1955.

Istoria instrumentelor de masurare a timpului:

Cadranul solar

Clepsidra

Ceasul cu nisip

Ceas mecanic

Ceas electric

Primul ceas atomic

Istoria Universului nostru a inceput cu Big-Bangul, cand timpul, spatiul, materia si radiatia au fost create. Prima era – era radiatiei a durat 300 000 de ani. Energia fotonilor a predominat energia materiei. Protonii si neutronii s-au format prin fuziunea a trei quarci, nucleele de heliu (particule alfa) si de hidrogen greu (deuteronii) au fost generati de fortele nucleare.

In recombinarea cosmologica, au aparut atomii si Universul a devenit transparent pentru radiatie. Atunci lumina a devenit radiatie infrarosie (prin expansiune) si timp de 200 de milioane de ani Universul a fost intunecat. In timpul erei materiei (sau era stelara) gravitatia a format galaxiile cu stele. In supernove, elementele au fost sintetizate din hidrogen (nucleosinteza), iar din nebuloasa solara gravitatia a facut sistemul nostru solar. Totul a fost construit din quarci si electroni de catre fortele nucleare, electromagnetice si gravitationale.

Universul in timp

Sistemele si unitatile de timp

Timpul absolut. Conform lui Newton (in Principia) timpul este independent de lucruri si de evenimente, ceea ce inseamna ca este absolut. Este numit “durata”. Daca toata materia ar disparea din Univers – aceasta nu ar influenta timpul absolut (si nici spatiul absolut). Timpul atomic este timpul care foloseste frecventa naturala a atomilor. La majoritatea ceasurilor atomice este folosit izotopul cesiu 133 .

Primul ceas atomic a fost construit la National Physical Laboratory, in Anglia, in 1955. Acolo sunt 9192 631 770 oscilatii ale izotopului cesiu 133 intr-o secunda. In 1967 a fost recunoscut ca unitate internationala de timp si a inlocuit secunda anterioara, bazata pe rotatia Pamantului. Frecventa atomului de cesiu este foarte stabila (spre deosebire de rotatia Pamantului). Un ceas atomic bun poate masura timpul cu o precizie de o secunda la 15 milioane de ani. Oamenii de stiinta lucreaza la o tehnologie pentru marirea acestei precizii la o secunda la 10 miliarde (zece mii de milioane) de ani.

JD sau Ziua Iuliana este numarul de zile care au trecut de la amiaza zilei de 1 ianuarie 4713 i. Hr. Data Iuliana este numarul Zilei Iuliene urmat de o fractiune a zilei care a trecut de la amiaza precedenta. De exemplu, 2 437 666,50 a fost miezul noptii de 1 ianuarie spre 2 ianuarie 1962.

Soarele Mijlociu: un punct fictiv pe ecuatorul ceresc care se misca cu viteza constanta spre est si trece prin punctul vernal in acelasi timp cu Soarele adevarat. Distanta sa unghiulara fata de meridian determina Timpul Solar Mediu.

MJD sau Data Iuliana Modificata incepe la mijlocul noptii si, pentru simplificare, din JD sunt scazute 2 400 000,5 zile. Nu exista ani bisecti si nici luni in JD si MJD, aceasta fiind o scara de timp continua, si este folosita ca atare in istorie si in astronomie.

Timpul relativist. Conform teoriei speciale a relativitatii, fiecare lucru are propriul sau timp (o zicala veche: “Omnia tempus habent”). Curgerea masurata a timpului obiectelor care se misca rapid (de exemplu particulele din acceleratori sau din razele cosmice) este incetinita.

Secunda, secunda atomica. Definitia oficiala este "Secunda este durata a 9 192 631 770 perioade ale radiatiei corespunzand tranzitiei intre doua niveluri hiperfine ale starii fundamentale a atomului de cesiu 133."

Ziua solara. Ziua solara aparenta – intervalul de timp dintre doua teceri la meridian a Soarelui adevarat. Ziua solara mijlocie – intervalul de timp dintre doua treceri la meridian a Soarelui mijlociu.

TAI, Timpul Atomic International. In anii 1960 au fost dezvoltate tehnicile conventionale pentru compararea ceasurilor din intreaga lume, fiind posibila o scara de timp atomica unitara. Un numar mare de ceasuri atomice din intreaga lume (astazi aproximativ 350, in majoritate ceasuri cu cesiu) centralizeaza datele in vederea realizarii scarii TAI.

UT, Timpul Universal este timpul solar civil al meridianului Greenwich. Este calculat de la miezul noptii de la Greenwich, iar unitatea sa este ziua solara mijlocie. El corespunde ritmului vietii pe Pamant.

UTC, Timpul Universal Coordonat este Timpul Universal (= timpul rotatiei Pamantului) coordonat cu Timpul Atomic International (TAI). UTC le include prin urmare pe ambele – practicul rotatiei Pamantului si regularitatea admirabila a oscilatiei atomice. Spre deosebire de TAI, UTC numara secundele intregi si adesea (daca diferenta dintre TU si TAI atinge 0,9 secunde) o secunda este adaugata sau scazuta.