Khoảng thời gian

Khi nhắc đến thời gian, chúng ta đề cập đến một khái niệm dùng để miêu tả sự liên tiếp của các sự kiện, biến cố và thời gian kéo dài của chúng. Thời gian được xác định qua các chuyển động lặp đi lặp lại của các đối tượng, thường được so sánh với một sự kiện cụ thể.

Thuật ngữ 'thời gian' xuất hiện trong mọi ngôn ngữ của nhân loại. Khái niệm thời gian cũng được nhận biết ở một số loài động vật. Định nghĩa về thời gian có thể rất khó hiểu nếu ta cố gắng xác định chính xác. Hầu hết chúng ta đều sử dụng từ này và đề cập đến nó, chẳng hạn như 'thời gian trôi qua',... do đó chúng ta cần một cách hiểu chung dễ tiếp cận hơn.

Thời gian gắn liền với chuyển động và vật chất. Các nhà triết học cho rằng 'thế giới' luôn chuyển động. Nếu mọi vật trong vũ trụ đứng yên, khái niệm thời gian sẽ trở nên vô nghĩa. Các vật thể luôn di chuyển đồng thời với nhau. Có những chuyển động lặp lại, nhưng cũng có những chuyển động khó xác định. Để đo lường thời gian, người ta thường so sánh một quá trình chuyển động với một quá trình khác có tính lặp lại cao hơn, ổn định hơn và dễ hình dung hơn, chẳng hạn như chuyển động của con lắc (giây), sự tự quay của Trái Đất (ngày), sự thay đổi của Mặt Trời trên bầu trời (ngày), sự thay đổi hình dạng của Mặt Trăng (tháng âm lịch),... hoặc dựa vào quãng đường một vật di chuyển, sự biến đổi trạng thái lặp đi lặp lại của một 'vật'.

Thời gian chỉ có một chiều duy nhất (hiện tại được biết) là từ quá khứ đến hiện tại và tương lai. Do sự chuyển động liên tục của thế giới vật chất từ cấp độ vi mô đến vĩ mô (và cả trong ý thức, nhận thức), trạng thái và vị trí (theo quan điểm động lực học) của các vật không ngừng thay đổi và biến đổi. Chúng luôn có mối quan hệ tương hỗ, vì vậy 'vị trí và trật tự' của chúng không ngừng thay đổi và không thể trở về trạng thái hay vị trí trước đó. Đây chính là bản chất của thời gian. Theo vật lý động lực học, thời gian liên quan đến entropy (trạng thái động lực học) vĩ mô. Nói cách khác, thời gian là một đại lượng vĩ mô, luôn gắn liền với mọi vật thể, không loại trừ bất kỳ sinh vật hay vật thể nào. Thời gian gắn với từng vật là thời gian riêng và có thể khác nhau tùy vào bản chất của vật và hệ quy chiếu. Ví dụ, với mỗi hệ chuyển động có tốc độ khác nhau, thời gian có thể trôi khác nhau. Thời gian của một vật có thể ảnh hưởng đến vật khác. Tuy nhiên, nếu thời gian là sự hoạt động và tương tác vật chất, thì các sự kiện phải là hệ quả của nhau. Nếu các sự kiện chỉ là ngẫu nhiên hoặc không thể xác định sự liên tục khi tái chuẩn hoá hoặc lượng tử hoá qua hằng số Planck, thời gian có thể không tồn tại.
Vì vậy, 'thời điểm' là một trạng thái vật lý cụ thể (có thể xác định) của một hệ và 'thời gian' là diễn biến của các trạng thái vật lý của hệ trong lý thuyết hỗn độn (xem hệ vật lý kín).

Đo lường

Thời gian được đo bằng các đơn vị như năm, tháng, tuần, ngày, giờ, phút, giây, đêm. Trong đó, đơn vị cơ bản là 'ngày', một ngày được chia thành 24 giờ (12 canh giờ - cách tính cổ xưa), 1 giờ chia thành 60 phút, 1 tuần gồm 7 ngày, 1 tháng có từ 28 đến 31 ngày tùy thuộc vào tháng trong năm,...

Theo quy định hiện đại trong vật lý, 1 giây được định nghĩa như sau:

Giây là khoảng thời gian tương đương với 9,192,631,770 chu kỳ bức xạ điện từ phát ra từ nguyên tử Cs133 khi chuyển trạng thái giữa hai mức năng lượng cơ bản siêu tinh vi.

Các đơn vị thời gian phổ biến khác được xác định dựa trên khái niệm giây như sau:

• Một phút tương đương với 60 giây
• Một giờ tương đương với 60 phút
• Một ngày có 24 giờ
• Một tuần có 7 ngày
• Một tháng gồm 4 tuần cộng thêm 0, 1, 2, hoặc 3 ngày, (trung bình khoảng 30,4 ngày)
• Một năm là khoảng thời gian trung bình của một chu kỳ Trái Đất quay quanh Mặt Trời, gồm 12 tháng, hoặc 52 tuần cộng thêm 1 ngày, hoặc 365 ngày và 6 giờ.

Trong lý thuyết tương đối của Albert Einstein, đại lượng ct, với c là tốc độ ánh sáng và t là thời gian, được xem như một chiều đặc biệt bổ sung cho không gian ba chiều, tạo thành khái niệm không-thời gian. Việc thêm chiều thời gian vào giúp việc xác định các sự kiện dễ dàng hơn khi hệ quy chiếu thay đổi, tương tự như việc xác định các điểm trong không gian ba chiều cổ điển.

Trong vật lý và nhiều lĩnh vực khoa học khác, thời gian được coi là một trong những đại lượng cơ bản hiếm hoi.

Nó được dùng để định nghĩa nhiều đại lượng khác như vận tốc, nhưng việc dùng các đại lượng này để định nghĩa lại thời gian sẽ dẫn đến vòng lập trong định nghĩa (tiếng Anh: circular definition).

Một cách định nghĩa thời gian theo phương pháp hoạt động được miêu tả như sau: quan sát số lần lặp lại của một sự kiện chu kỳ (như chuyển động của con lắc tự do) cho ra một đơn vị tiêu chuẩn như giây.

Trong thời kỳ cổ đại, người Trung Quốc thường đo thời gian dựa trên hệ thống Can Chi, chia ngày thành các Canh theo chu kỳ 12 con Giáp.

Trên toàn cầu, nhiều nền văn hóa như người Do Thái, người bản địa châu Mỹ, và người Khmer... sử dụng các lịch khác nhau để đo lường thời gian.

Định nghĩa và tiêu chuẩn

Trong hệ đo lường SI cơ bản, đơn vị thời gian là giây. Các đơn vị lớn hơn như phút, giờ và ngày được tính dựa trên giây. Các đơn vị phụ này gọi là đơn vị không SI vì không thuộc hệ thống thập phân. Tuy nhiên, chúng vẫn được công nhận chính thức cùng với SI. Không có tỷ lệ cố định giữa giây với tháng hay năm, trong khi tháng và năm có sự thay đổi đáng kể về độ dài trong năm.

Định nghĩa chính thức về giây trong hệ SI như sau:

Giây được xác định là khoảng thời gian tương ứng với 9.192.631.770 chu kỳ bức xạ trong quá trình chuyển tiếp giữa hai mức năng lượng của nguyên tử caesium 133 ở trạng thái cơ bản.

Tại hội nghị về thời gian năm 1997, CIPM thông báo rằng định nghĩa hiện tại áp dụng cho một nguyên tử caesium ở trạng thái cơ bản tại nhiệt độ 0 K. Trước đó, vào năm 1967, giây được định nghĩa là:

tỷ lệ 1/31.556.925,9747 của một năm nhiệt đới tính từ ngày 0 tháng 1 năm 1900 lúc 12 giờ theo thời gian thiên văn.

Định nghĩa giây hiện tại, kết hợp với định nghĩa về mét, dựa trên lý thuyết tương đối hẹp, khẳng định rằng không-thời gian của chúng ta là một không gian Minkowski.

Giờ quốc tế

Nguyên lý cơ bản của khoa học về thời gian là việc đo lường liên tục đơn vị giây dựa trên đồng hồ nguyên tử toàn cầu, thường được gọi là thời gian Nguyên tử Quốc tế.

Giờ Phối hợp Quốc tế (UTC) là hệ thống giờ chuẩn hiện đang được áp dụng toàn cầu.

Giờ GMT là một hệ thống giờ chuẩn cũ, bắt đầu từ ngành đường sắt Anh vào năm 1847. Thay vì sử dụng đồng hồ nguyên tử, GMT được căn chỉnh theo thời gian Mặt Trời trung bình tại Đài thiên văn Greenwich ở Anh. Giờ Vũ trụ (UT) là thuật ngữ hiện đại trong hệ thống quốc tế dựa trên quan sát bằng kính thiên văn, được chấp nhận thay thế Giờ Trung bình Greenwich (GMT) vào năm 1928 bởi Hiệp hội Thiên văn Quốc tế. Các quan sát tại đài thiên văn Greenwich kết thúc vào năm 1954, mặc dù địa điểm này vẫn được sử dụng làm mốc cho hệ thống tọa độ. Do chu kỳ quay của Trái Đất không hoàn toàn cố định, khoảng thời gian giây có thể thay đổi nếu điều chỉnh theo tiêu chuẩn dựa trên kính thiên văn như GMT hay UT - trong đó giây được xác định theo tỷ lệ của ngày hoặc năm.

Hệ thống Định vị Toàn cầu (GPS) cũng phát đi các tín hiệu thời gian rất chính xác trên toàn cầu, kèm theo hướng dẫn về cách chuyển đổi giữa giờ GPS và UTC.

Trái Đất được phân chia thành các múi giờ khác nhau. Hầu hết các múi giờ chênh lệch nhau một giờ, và để tính giờ địa phương, chúng ta cộng thêm giờ UTC hoặc GMT. Một số khu vực có thể thay đổi giờ theo mùa do quy định về giờ tiết kiệm ánh sáng.

Xem thêm

• Barbour, Julian (1999). Cuối Cùng của Thời Gian: Cuộc Cách Mạng Tiếp Theo trong Vật Lý. Oxford University Press. ISBN 0-19-514592-5.
• Das, Tushar Kanti (1990). Kích Thước Thời Gian: Hướng Dẫn Liên Ngành. New York: Praeger. ISBN 0275926818.- Thư mục nghiên cứu
• Davies, Paul (1996). Về Thời Gian: Cuộc Cách Mạng Chưa Hoàn Thành của Einstein. New York: Simon & Schuster Paperbacks. ISBN 0-684-81822-1.
• Feynman, Richard (1994) [1965]. Đặc Điểm của Quy Luật Vật Lý. Cambridge (Mass): The MIT Press. tr. 108–126. ISBN 0-262-56003-8.
• Galison, Peter (1992). Đồng Hồ của Einstein và Bản Đồ của Poincaré: Đế Chế Thời Gian. New York: W. W. Norton. ISBN 0-393-02001-0.
• Highfield, Roger (1992). Okhác Thời Gian: Một Hành Trình qua Khoa Học để Giải Quyết Bí Ẩn Vĩ Đại của Thời Gian. Random House. ISBN 0-449-90723-6.
• Mermin, N. David (2005). Về Thời Gian: Hiểu Biết Về Tương Đối Của Einstein. Princeton University Press. ISBN 0-691-12201-6. Bản gốc lưu trữ ngày 16 tháng 7 năm 2015. Truy cập ngày 3 tháng 4 năm 2009.
• Penrose, Roger (1999) [1989]. Trí Óc Mới của Hoàng Đế: Về Máy Tính, Tâm Trí và Các Quy Luật Vật Lý. New York: Oxford University Press. tr. 391–417. ISBN 0-19-286198-0. Bản gốc lưu trữ ngày 29 tháng 9 năm 2007. Truy cập ngày 3 tháng 4 năm 2009.
• Price, Huw (1996). Okhác của Thời Gian và Điểm của Archimedes. Oxford University Press. ISBN 0-19-511798-0.
• Reichenbach, Hans (1999) [1956]. Hướng của Thời Gian. New York: Dover. ISBN 0-486-40926-0.
• Stiegler, Bernard, Công Nghệ và Thời Gian, 1: Lỗi của Epimetheus
• Whitrow, Gerald J. (1973). Bản Chất của Thời Gian. Holt, Rinehart and Wilson (New York).
• Whitrow, Gerald J. (1980). Triết Lý Tự Nhiên của Thời Gian. Clarendon Press (Oxford).
• Whitrow, Gerald J. (1988). Thời Gian Trong Lịch Sử. Sự Tiến Hóa Của Nhận Thức Chung Về Thời Gian và Quan Điểm Tạm Thời. Oxford University Press. ISBN 0-19-285211-6.
• Rovelli, Carlo (2006). Thời Gian Là Gì? Không Gian Là Gì?. Rome: Di Renzo Editore. ISBN 8883231465.
• Charlie Gere, (2005) Nghệ Thuật, Thời Gian và Công Nghệ: Lịch Sử của Cơ Thể Biến Mất, Berg