Лучший способ измерить космическое время
По какой-то причине, когда мы говорим о возрасте звезд, галактик и Вселенной, мы используем "годы" для измерения времени. Можем ли мы добиться большего?
Есть ряд грандиозных вопросов, которые мы можем задать о Вселенной, которые затрагивают самую суть того, чем на самом деле является реальность, и которые были одними из самых больших вопросов за всю историю человечества. Такие вопросы, как "Что такое Вселенная?", "Насколько она велика?" и "Была ли Вселенная вечно или возникла, и если да, то когда?". Раньше это были одни из величайших философских загадок, и тем не менее, последние сто лет дали твердые научные ответы. Мы знаем, что такое Вселенная, мы знаем, что наблюдаемая нами часть представляет собой волосок диаметром более 92 миллиардов световых лет, и мы знаем, что произошел горячий Большой Взрыв, который дал начало Вселенной, какой мы ее знаем, 13,8 миллиардов лет назад, с неопределенностью всего ~1% или около того.
Но почему из всех существующих способов измерения времени и расстояния мы используем такой земноцентричный набор единиц, как "годы" и "световые годы"? Нет ли лучшего, более объективного и универсального способа сделать это?
Конечно, есть. Ценность года как измерения определена настолько узко, что, по моему мнению, она неприемлема. Я имею в виду, что основа "года" существовала только для последних 30% возраста Вселенной! И очевидно, что критическая концепция светового года также связана с этим ограниченным измерением". Стоит рассмотреть альтернативы этим несколько произвольным определениям.
Давайте посмотрим на науку, лежащую в основе измерения космического времени.
Рядом звезды и галактики, которые мы видим, очень похожи на наши собственные. Но если мы посмотрим дальше, мы увидим Вселенную такой, какой она была в далеком прошлом: менее структурированной, более горячей, молодой и менее развитой. Во многих отношениях существуют границы того, как далеко мы можем заглянуть во Вселенную.
На самом деле здесь, на Земле, есть только два способа понять концепцию течения времени, и оба используют регулярное повторение явлений, которые необходимы не только для человеческой, но и для всей биологической деятельности. В более коротких временных рамках у нас есть концепция дней, которая важна по ряду причин, в том числе: они отмечают восход и закат солнца, они соответствуют (примерно) одному полному вращению Земли вокруг своей оси, они соответствуют периоду, когда большинство растений и животных испытывают как активность, так и покой, за всем этим последовало повторение всех этих явлений на следующий день. Между тем, в более длительных временных масштабах совершенно очевидно, что между последующими днями существуют существенные различия, которые сами повторяются, если мы ждем достаточно долго.
В течение года дни меняются по-разному, в том числе: время восхода и захода солнца наступает и отступает, продолжительность светового дня увеличивается и уменьшается, Солнце достигает максимума своей высоты над горизонтом, за которым следует минимум, и снова возврат в исходное положение, времена года меняются циклично, вместе с ними меняется и биологическая активность растений, животных и других живых существ.
Каждый год, с очень небольшими вариациями, циклы предыдущего года снова повторяются. Поскольку Земля вращается вокруг Солнца по эллипсу, она движется быстрее в перигелии (ближайшем к Солнцу) и медленнее в афелии (наиболее удаленном от Солнца), что приводит к изменениям времени, в которое Солнце восходит и заходит, а также продолжительность фактического дня в течение года. Наклон орбиты Земли также влияет на уравнение времени.
Эти закономерности повторяются ежегодно и зависят от широты, но обычно приводят к образцу "восьмерки" для аналеммы Земли: форме, которую наше Солнце прослеживает по небу в одно и то же время каждый день в течение года.
Исходя из этого, легко понять, почему мы придумали систему хронометража, основанную на таких понятиях, как "день" и "год", поскольку наша деятельность на этой планете очень тесно коррелирует с этими периодическими повторениями. Но при более внимательном рассмотрении, по ряду причин, понятие дней и лет, какими мы их ощущаем на Земле, не очень хорошо переводится в универсальный набор для обозначения течения времени.
Во-первых, продолжительность дня существенно менялась за всю историю планеты Земля. Поскольку Луна, Земля и Солнце взаимодействуют, явление приливного трения заставляет наш день удлиняться, а Луна уходит по спирали от Земли. Около 4 миллиардов лет назад "день" на планете Земля длился всего 6-8 часов, а в году было более тысячи дней. Однако год - или период времени, необходимого Земле для завершения полного оборота вокруг Солнца - изменился лишь немного за историю Солнечной системы. Самым большим фактором является изменение массы Солнца, которое за время своего существования потеряло примерно массу, равную массе Сатурна. Это также отодвигает Землю немного дальше от Солнца и заставляет ее со временем вращаться по орбите немного медленнее.