1) Планковское время
Вы ищете определение времени, которое не зависит ни от чего, кроме фундаментальных констант нашей Вселенной? Тогда вам, возможно, захочется рассмотреть планковское время! Если мы возьмем три наиболее фундаментальные, измеримые константы природы: универсальную гравитационную постоянную G, скорость света, с, и квантовую постоянную Планка) ħ, тогда их можно объединить таким образом, чтобы получить фундаментальную единицу времени. Просто возьмите квадратный корень из G, умноженного на ħ, разделенного на c⁵, и вы получите время, с которым согласятся все наблюдатели: 5,4 × 10^-43 секунды. Хотя это соответствует интересному масштабу, в котором законы физики нарушаются, поскольку квантовая флуктуация в этом масштабе создала бы не пару частица/античастица, а скорее черную дыру - проблема в том, что не существует физических процессы, соответствующие этому временному масштабу. Оно просто ошеломляюще мало, и его использование означало бы, что нам понадобятся астрономически большие числа планковского времени, чтобы описать даже субатомные процессы. Например, топ-кварк, самая короткоживущая субатомная частица, известная в настоящее время, будет иметь время распада около 10¹⁸ планковского времени; год будет примерно в 10⁵¹ планковских единиц. В этом выборе нет ничего "неправильного", но он явно не поддается интуитивному подходу.
Разница в высоте двух атомных часов даже на ~1 фут (33 см) может привести к измеримой разнице в скорости хода этих часов. Это позволяет нам измерять не только силу гравитационного поля, но и градиент поля в зависимости от высоты/подъёма. Атомные часы, основанные на электронных переходах в атомах, являются наиболее точными устройствами для измерения времени, доступными в настоящее время человечеству.
2) Мера света, как в атомных часах.
Вот забавный (и, возможно, неудобный) факт: все определения времени, массы и расстояния совершенно произвольны. Нет ничего существенного в секунде, грамме/килограмме или метре; мы просто выбрали эти ценности в качестве стандартов, которые используем в повседневной жизни. Однако у нас есть способы связать любую из этих выбранных величин с другой: через те же три фундаментальные константы, G, c и ħ. Например, если вы дадите определение времени или расстояния, скорость света даст вам другое определение. Так почему бы просто не выбрать конкретный атомный переход - когда электрон переходит с одного энергетического уровня на другой и излучает свет очень специфической частоты и длины волны, чтобы определить время и расстояние?
Частота - это обратная величина времени, поэтому вы можете получить единицу "времени", измеряя время, за которое свет проходит одну длину волны, и вы можете определить "расстояние" как длину волны. Именно так работают атомные часы, и именно этот процесс мы используем для определения секунд и метра. Но, опять же, это произвольное определение, и большинство переходов слишком быстрые и имеют слишком малый временной интервал, чтобы их можно было использовать на практике в повседневной жизни. Например, современное определение второго показателя заключается в том, что это время, необходимое фотону, испускаемому сверхтонкой структурой атома цезия-133, чтобы пройти 9 192 631 770 (чуть более 9 миллиардов) длин волн в вакууме.
Итак, вам не нравятся годы или световые годы? Просто умножьте все, что вы измеряете в этих единицах, на величину чуть меньше 3 × 10¹⁷, и вы получите новое число в рамках этого определения. Однако снова вы получаете астрономически большие числа для всех процессов, кроме самых быстрых субатомных, что немного обременительно для большинства из нас.
3) Время Хаббла
Что, если мы пойдём в другом направлении и, вместо использования меньших величин, вытекающих из квантовых свойств, поднимемся до космических масштабов? Вселенная, например, расширяется с определенной скоростью, часто известной как параметр Хаббла или постоянная Хаббла. Хотя мы обычно записываем ее как скорость на единицу расстояния, например "71 км/с/Мпк", ее также можно записать просто как обратное время: 2,3 × 10^-18 обратных секунд. Если мы перевернем это, то получим, что одно "время Хаббла" равно 4,3 × 10¹⁷ секунд, или примерно возраст Вселенной. Если мы воспользуемся скоростью света, чтобы определить расстояние, то получим, что одно "расстояние Хаббла" составляет 1,3 × 10²⁶ метра, или около 13,7 миллиардов световых лет.
Это выглядит довольно хорошо! Внезапно мы смогли работать с масштабами расстояний и времени, сравнимыми с поистине космическими! К сожалению, есть большая проблема: постоянная Хаббла не является постоянной во времени, а падает непрерывно и сложным образом (в зависимости от относительных плотностей энергии различных компонентов Вселенной) по мере старения Вселенной. Это интересная идея, но нам придется переопределить расстояния и время для каждого наблюдателя во Вселенной в зависимости от того, сколько времени прошло для него с начала Большого взрыва.