Thời gian vật lý

Một ngày có đúng 24 giờ, 1440 phút, 86400 giây? Và tại sao?

Thời gian là một khái niệm vô cùng quan trọng, không chỉ trong vật lý học mà còn trong cuộc đời. Quan hệ giữa bạn và thời gian sẽ góp phần quyết định bạn có hạnh phúc hay không, vì thế, chúng ta cần học về thời gian. Hơn nữa, học vấn còn là niềm vui lớn nhất trong cuộc đời.

Trước hết, căn bản của thời gian là thời gian vật lý, một cách khách quan. Bạn cần phân biệt với "thời gian tâm lý", là thời gian mang tính chủ quan, mà tôi sẽ bàn sau. Thời gian là một trong những đơn vị quan trọng của vật lý học (một trong bảy đơn vị cơ bản hệ SI).

Một giây là gì?

Giây không phải định nghĩa là 1/60 phút, hay 1/3600 giờ. Vì như thế lại thành con gà và quả trứng: Giây có trước hay phút có trước. Thật ra, giây và phút chỉ là một, và chuyển đổi theo công thức:

1 phút = 60 giây

Con gà và quả trứng cũng chỉ là một và sự tiến hóa làm nên như thế. Tách riêng con gà và quả trứng ra hai khái niệm là việc không hữu ích vì trứng sẽ thành gà, và gà sẽ đẻ trứng, đây là vòng lặp liên tục.

Định nghĩa một giây của nhân loại hiện tại là thế này:
Khoảng thời gian bằng 9 192 631 770 lần chu kỳ của bức xạ điện từ phát ra bởi nguyên tử Cs133 khi thay đổi trạng thái giữa hai mức năng lượng đáy siêu tinh tế.

Định nghĩa này đã được nhân loại quyết định xong và giây được đo bằng đồng hồ nguyên tử, cứ đúng 9 192 631 770 lần thay đổi trạng thái thì đếm một giây.

Con người có thể đếm thời gian theo ánh nắng mặt trời (ngày râm hay giông bão thì chịu), nước chảy, đồng hồ cát, đồng hồ cơ, vv nhưng đặc điểm chung là không chính xác.

Việc đo thời gian và thời đại Internet

Trước đây con người đo thời gian bằng đồ hồ quả lắc, đồng hồ vặn giây cót. Vì thế, thường sẽ có sai số sau một số thời gian. Do đó, trên radio hay ti vi thỉnh thoảng nhà nước phải báo giờ để mọi người chỉnh lại cho đúng.

Ngày nay, chúng ta dùng Internet và các hệ điều hành tự động cập nhật theo thời gian chuẩn quốc tế. Trừ máy tính không bao giờ nối mạng, phần lớn chúng ta biết giờ chính xác. Chỉ cần bật máy, hoặc điện thoại, hoặc bất kỳ thiết bị gì nối mạng.

Nếu không có Internet, chúng ta sẽ chờ gần tới giờ ăn tối, bật radio lên và nghe đếm chuông lúc 6 giờ, sau tiếng chuông sẽ thông báo "Bây giờ là 6 giờ chiều, thứ .... ngày .... tháng .... năm ......" để chỉnh đồng hồ đeo tay. Ngày trước, đồng hồ đeo tay là vật bất ly thân, và giá trị đồng hồ này quyết định bạn có được tôn trọng hay không. Người nào có đồng hồ xịn thì cũng có nhiều mối quan hệ xịn, nhiều phụ nữ xinh đẹp vây quanh để ... hỏi giờ.

Thời đại tốt đẹp ấy qua lâu rồi. Giờ bạn muốn phụ nữ xinh đẹp vây quanh thì đồng hồ không còn quan trọng nữa, mà quan trọng là phải nuôi chó cưng. Con chó của bạn sẽ quyết định giá trị của bạn trong mắt phụ nữ.

Vì sao 1 ngày có đúng 24 giờ, 1440 phút, 86400 giây?

Vì nhân loại quy định thế. Chúng ta quy định trước là 1 ngày = 24 giờ, 1 giờ = 60 phút, 1 phút = 60 giây, sau đó tính ra 1 giây là 9 192 631 770 lần thay đổi trạng thái nguyên tử Cs133 như trên.

Đây là quy định chủ quan, nếu bạn tính một ngày 12 giờ thôi, thì lại nhân gấp đôi số lần trên để tính 1 giây. Tuy nhiên, 1 ngày lại không có đúng 86400 giây!

Một ngày là gì?
Đó là khi trái đất quay hết một vòng quanh trục của nó. Đây là định nghĩa ngày mặt trời tức là "solar day" lấy mặt trời làm chuẩn tính vòng quay. Ngày được định nghĩa là 86400 giây là ngày "civil day". Và trái đất quay quanh trục với tốc độ không đều, vì bề mặt, địa chất trái đất thay đổi liên tục, kể cả thủy triều và tác động của mặt trăng. Trong vài chục năm qua, thời gian ngày mặt trời trung bình là 86 400.002 giây.

Thông tin: https://en.wikipedia.org/wiki/Day

Ngoài ra còn có "ngày sao" (stellar day) lấy ngôi sao xa coi là cố định để là quy chiếu, còn chênh tới 4 phút.

Như vậy thì mỗi ngày dân dụng lại chênh 0.002 giây, và càng trôi thì thời gian ngày càng tích lũy lại, rồi tới một ngày, đêm thành ngày và ngày sẽ thành đêm. Do đó, người ta điều chỉnh bằng cách thêm hoặc bớt "leap second" (giây nhảy cóc) và ngày 60 tháng 6 và 31 tháng 12. Chúng ta không cần quan tâm tới điều này vì cơ quan quốc tế quyết định và thông báo cho các nước thành hệ thống đồng bộ.

Nghĩa là sẽ có phút có tới 61 giây hoặc chỉ có 59 giây, đồng hồ có thể chạy tới giây 60 rồi mới nhảy về 0 chứ không phải tới 59 rồi chuyển sang phút mới.

Chúng ta cảm nhận thời gian vật lý thế nào?

Một năm bốn mùa, một ngày chia ngày và đêm, sáng trưa chiều tối, theo nhiệt độ, ánh sáng. Đó là cách chung để cảm nhận. Hoặc theo lịch trăng tròn, tức là theo âm lịch. Để cảm nhận năm thì người ta có dịp tết.

Thật sự, nếu không có đồng hồ, Internet, thì chúng ta bắt buộc phải nhìn trăng mà định ra lịch, gọi là âm lịch. Vì âm lịch chỉ có 30 ngày nên mỗi năm sẽ bị dư ra, nên phải có tháng nhuận. Sở dĩ làm thế là để năm theo mùa kết thúc trùng với lịch mặt trăng. Nếu không dùng hệ thời gian phương tây thì chỉ có thể căn cứ vào quan sát và phán đoán mà thôi. Tất nhiên, từ đó mà định ra ngày tháng năm theo âm lịch.

Thời gian vật lý được đo một cách chính xác là cực kỳ quan trọng trong vật lý học, thiên văn học, vv và trong khoa học hiện đại. Nhưng con người không chỉ chịu tác động bởi thời gian vật lý mà còn chịu tác động của thời gian tâm lý nữa.
- Mark -