¿Cómo medimos el tiempo?

Question

Estoy teniendo un pequeño problema tratando de poner en palabras mi problema y me disculpo de antemano por cualquier causa de problemas al tratar de interpretarlo.

Definimos como sucesos periódicos aquellos que se producen en intervalos de tiempo iguales. Pero, ¿no utilizamos los propios sucesos periódicos para medir el tiempo (como un péndulo o la definición de la unidad SI de frecuencia de transición del cesio)? Entonces, ¿cómo sabemos que tenemos intervalos de tiempo iguales?

Otra forma de plantear mi problema sería

Describimos metafóricamente el tiempo en términos de la idea física de movimiento, es decir, "el tiempo se mueve de a a b", pero ¿cómo tratamos la velocidad a la que se mueve porque para saber a qué velocidad se mueve, debemos conocer su velocidad y conocer su velocidad es como tomar la relación del tiempo con el tiempo?

Todo esto es muy confuso. Pido disculpas de nuevo por cualquier problema al tratar de entender.

Answer 1

Es una pregunta muy interesante, pero difícil y sin una respuesta fácil. De hecho, la definición o medición de los intervalos de tiempo periódicos es un poco cíclica. Por ejemplo, el segundo se define como 9.192.631.770 periodos de radiación del estado basal del isótopo cesio-133. Pero ¿cómo se puede verificar el periodo de radiación del átomo de cesio-133? ¿Pero cómo se puede verificar el periodo de radiación del átomo de cesio-133? Por supuesto, se puede calcular la frecuencia de la radiación y luego invertirla como $T=1/f$ pero para ello debe ser capaz de cuente oscilaciones por segundo, para averiguar la frecuencia. Así que al final es cíclico - necesitas una señal de muestreo de mayor frecuencia para detectar el periodo/frecuencia de la señal principal. Es así :

En este caso muestreando la señal principal con la señal de prueba concluimos que el periodo de la señal principal es $T = 5t_{sampling}$ . Sólo pudimos hacerlo porque $f_{test} \gt f_{main}$ . Del mismo modo, observando tu reloj puedes concluir que puedes dejar de respirar durante $60~\text{seconds}$ sólo porque puedes cuente el tictac de tu reloj (movimientos mecánicos de flecha o impulsos eléctricos, da igual). Esto sólo lo puedes hacer porque el periodo de tictac del reloj es (mucho) menor que el periodo sin respiración. Si, por ejemplo, sólo pudieras medir el paso de las horas sin una resolución más fina, entonces no podrías decir nada sobre tus periodos de respiración.

Answer 2

Necesitas tener un par periódico (un "tick") que tengas razones para creer que es al menos tan estable como la precisión que necesitas medir.

Por ejemplo, la salida/puesta del sol es un periodo natural que la gente ha utilizado desde el principio. Es fácil contar los días. Más tarde, la gente construyó otro tipo de dispositivos que tenían periodos de (digamos) 1 segundo, y descubrió que el número de ticks entre un "mediodía" y otro no es uniforme, sino que varía a lo largo del año y se promedia a lo largo de un año y luego el ciclo se repite. Sin un "tick" más preciso con el que medirlo, ¡no se podía saber!

Con el tiempo, se observó que los relojes atómicos eran más precisos que el periodo regular de rotación de la Tierra, que cambia estacionalmente debido a las diferencias en los patrones de viento (!), tiene saltos repentinos debido a los terremotos, y se ralentiza gradualmente en general. No habría forma de saberlo si sólo se tuviera un reloj de pie mecánico, aunque estuviera cuidadosamente ajustado para que no sólo mostrara exactamente el número correcto de segundos en un año natural, sino que la oscilación del péndulo se viera en fase, por lo que aparentemente es preciso en una fracción de segundo a lo largo de un año.

El reloj atómico es lo suficientemente preciso como para que obtengas resultados extraños si no sigues el protocolo correcto. Recuerdo una anécdota de alguien que fue perezoso y conectó la señal por cable en lugar de bajar físicamente el reloj por las escaleras para colocarlo justo al lado de lo que se estaba midiendo. Alguien que trabajaba en un laboratorio de normas explicó que los protocolos incluían sentarse en la silla justo a la derecha, con ambos brazos en los reposabrazos y las manos en los rectángulos marcados, antes de leer la medición.

En los relojes modernos más precisos, la razón para creer que es exacto y no se ve afectado por cosas que no tenemos en cuenta es la simplicidad. Medir el comportamiento de un átomo más que una máquina compleja, puede aislarse y todo lo que le afecte tiene que ser bastante fundamental.

Answer 3

Cuando pensamos en el tiempo, acudimos naturalmente a los procesos de cómo lo medimos. Pero el tiempo no es el tic-tac de un reloj o las oscilaciones de un átomo. El tiempo es el constructo que utilizamos para diferenciar los acontecimientos. (No hay términos basados en el tiempo en la definición.) Al igual que el espacio es el constructo que utilizamos para diferenciar objetos. Necesitamos el tiempo para percibir el orden (primero, segundo, tercero, antes, después, etc.). Así que las 3 dimensiones del espacio y la dimensión del tiempo son los constructos que necesitamos para describir un universo en movimiento. Si el universo fuera estático, el tiempo sería innecesario (tal vez ni siquiera existiría), ya que no habría nada que ordenar que no pudiera realizarse con las 3 dimensiones del espacio.

Así que todos los problemas con los métodos de medición del movimiento con una precisión perfecta como se ha discutido son exactos.

Answer 4

Un profesor mío definió una vez el tiempo de la siguiente manera:

El tiempo es lo que mide un reloj.

que supongo que es un anglicismo de Einstein:

El tiempo es lo que se lee en el reloj

En otras palabras, construyes un reloj (todos sabemos lo que es eso) y el tiempo es la cosa cuyo cambio mide.

Por supuesto, usted se preguntará: "Bien, ¿qué es entonces un reloj?", y para ello le remitiré a las demás respuestas aquí expuestas.

Answer 5

El nuevo enfoque sobre el tiempo en física es que se trata de una construcción mental que utilizamos para distinguir sucesos u objetos. Como alguien ha dicho antes, la información está directamente relacionada con el tiempo. La teoría de la información puede aplicarse aquí para entender el tiempo de una forma completamente distinta al concepto clásico del tiempo como un flujo continuo. En este nuevo enfoque, la entropía de Shannon puede ayudar a realizar mediciones del tiempo. Esta cuestión ha sido objeto de muchos trabajos interesantes en física gravitatoria cuántica.

el reloj atómico ayuda a vincular cuántica y gravedad

naturaleza del tiempo