Wat weet ons werklik van die mistieke vierde dimensie?

Grafika met opskrif: “Met verloop van tyd...”

Wat is tyd? ’n Spesiale kamera kan ’n mikrosekonde daarvan vries, bewegings vaslê wat te vinnig is vir die menslike oog om te sien. Maar tyd is ook ’n raaiselagtige dimensie wat selfs hooggeleerdes verbysterd laat. En die meting van tyd kom ’n lang pad saam met die mens en sy beskawings...

•   Vir nog inligting oor tydmeting lees die Mieliestronk-artikel ’n Kort geskiedenis van tyd
•   Vir nog inligting oor horlosies lees ons artikel Tik-tak-taktiek!


    
’N KOEËL klief deur ’n appel en in ’n minuskule breukdeeltjie van ’n sekonde hou die tyd skielik op om te bestaan.
   
Appelmoes pof weerskante uit, in roerlose suspensie langs die deurboorde vrug, en ook die koeël hang meteens botstil in die lug. Alles is in hierdie tydelose mikrokosmos is terstond gevries tot ’n ongelooflike starheid, want sonder tyd is beweging natuurlik ook heeltemal onmoontlik.
 
    

REGS: Wyle prof. Harold E. Edgerton van die Massachusetts Institute of Technology, ’n baanbreker op die gebied van hoësnel­heids­foto­grafie, se bekende foto van die “gevriesde” oomblik nadat ’n koeël deur ’n appel getrek het.

Krediet: Edgerton Foundation

Die “gevriesde” oomblik nadat ’n koeël deur ’n appel getrek het

Dis interessant om tyd só met kameras te kan “bevries” soos jy moontlik ook al op soortgelyke hoësnelheidsfoto’s gesien het. Goed, maar eintlik is dit totaal onsinnig om enigsins van bevrore tyd te praat. Dit is in werklikheid net so vergesog as om, sê, lengte te bevries sodat net breedte en hoogte oorbly!

Wat daarmee bedoel word, is dat tyd ’n onlosmaaklike deel van die stoflike geskape werklikheid uitmaak—dit is ’n vierde dimensie wat kennelik nie van die ander drie geskei kan word nie.

Vir die geniale Duits-Joodse fisikus Albert Einstein (1879-1955) was dit so duidelik soos daglig. Toe aan hom gevra is om in ’n paar woorde die wese van sy beroemde Relatiwiteitsteorie uiteen te sit sodat almal dit kan verstaan, het Einstein só geantwoord:

“As u die antwoord nie te ernstig sal opneem nie en dit as ’n soort grap beskou, kan ek dit as volg verduidelik: vroeër is geglo dat as alle materiële dinge uit die heelal moet verdwyn, slegs nog tyd en ruimte sou oorbly. Volgens die Relatiwiteitsteorie verdwyn tyd en ruimte saam met hierdie dinge.”

Nou ja, miskien help dit ons arme leke om net so ’n klein ietsie meer van die wese van ruimte en tyd te verstaan. Dit bly egter ’n feit dat Einstein se berekeninge veels te ingewikkeld is om sonder gevorderde wiskunde begryp te word en dat hy op ’n terrein beweeg waar ons gewone menslike begrippe eintlik betekenisloos is.

Dit is ’n wêreld waarin die natuurkundige wette heeltemal verskil van ons eie en waarin selfs die begrippe van tyd en ruimte verander en verstrengel raak.

Een van die beginsels van Eintein se sogenaamde Relatiwiteitsteorie is byvoorbeeld dat tyd altyd relatief tot die waarnemer is. ’n Horlosie wat aan ’n bewegende voorwerp vas is, beweeg oënskynlik teen ’n ander ritme as ’n horlosie aan ’n ander voorwerp wat met ’n ander snelheid beweeg.

Namate ’n horlosie se tempo deur die ruimte versnel, loop die horlosie oënskynlik stadiger. Dit beteken dat ’n horlosie op ’n ruimteskip wat van die aarde af wegbeweeg, vir iemand op aarde wat met ’n superverkyker daarna sou kon kyk, stadiger sou loop (al is dit  ook hoe gering) as ’n horlosie op die aarde!

Samestelling van verskillende beelde

BO: Vir ’n aardse waarnemer sou 'n horlosie op ’n wegsnellende ruimteskip lyk of dit stadiger loop as sy eie horlosie.

Skrywers van wetenskapsverhale kan natuurlik op wonderlike maniere voortborduur op hierdie “verjongingskuur” wat reisigers in die buitenste ruimte ondervind. Soos in een verhaal waarin iemand na die verre sterre reis—net om jonk genoeg na die aarde terug te keer om met ’n nasaat van sy tweelingbroer te trou.

Die vreemdheid van Einstein se waarneming van die heelal raak vir ons gewone sterflinge des te vreemder as dit kom by hoe ruimte en tydruimte gebuig word. Ruimte en tydruimte is naamlik nie rigiede arenas waarin gebeurtenisse plaasvind nie. Hulle het vorm en struktuur wat deur die materie en energie van die heelal beïnvloed word.

Materie en energie vertel aan ruimte en tydruimte hoe om te buig. Ruimte vertel aan materie hoe om te beweeg.

Kunstenaar se voorstelling van ruimtelike en tydruimtelike geboënheid

BO:  Ruimte en tydruimte word “ingeduik” deur ’n groot ruimtelike voorwerp soos die aarde. Hier is ’n kunstenaar se voorstelling van só ’n geboënheid, wat vergelyk kan word met die toestand waar ’n bal wat op ’n styfgespanne rubbermat lê, op daardie punt die rubbermat laat insak.

Illustrasie: NASA

Die voorafgaande sal bepaald vir die meeste mense nie net na Grieks of Hebreeus klink nie, maar dalk selfs na die obskuurste dialek van ’n verlore stam in Buite-Mongolië! Gelukkig hoef selfs baie geleerdes nie Einstein se presiese gedagterigtings te snap nie, maar is dit dikwels net nodig om die bewese resultate van sy werk te aanvaar.

Maar hoe is dan gesteld met die tydsbegrip van die mens? Hoe het dit deur die lange eeue ontwikkel Die mense van die gryse verlede het vanselfsprekend nooit oor tyd gedink soos ons daaraan vandag daaraan dink nie. Hulle het bloot geweet van dag en nag, somer en winter, die verskillende fases van die maan, wat mekaar binne die bestek van die tyd in ’n ordelike reëlmaat afgewissel het.

En mettertyd het hulle dit uiteindelik nodig gevind om tydsverloop te begin meet. Dalk was dit om te bepaal hoe lank iemand werk en hoe lank daar gerus kan word...

DIE antieke Babiloniërs het die dag in twaalf periodes van dertig oesj elk verdeel. Elk van hierdie twaalf periodes was dus gelyk aan twee uur en elke oesj aan vier minute. Soortgelyke indelings is deur die Soemeriërs en die ou Egiptenare gebruik.

Die tyd is met waterklokke en sonnewysers gemeet. In sommige ander antieke beskawings is die dag in periodes van lig en donkerte verdeel, en verskillende tydmetings is vir bedags en snags gebruik. Hierdie vroeë metings is net deur die heersers en priesters gebruik. Die gewone mense het hul tyd volgens die posisie van die son geskat.

 Die primitiefste tydmeter was bloot ’n stomp, stok of dalk langwerpige klip wat in die grond gesteek is om na die stand van sy skaduwee te kyk.
 

REGS: Is dit ’n antieke sonnewyser? Raar maar waar, selfs voor die totstandkoming van die Egiptiese beskawing—trouens, omtrent duisend jaar voor dit—was daar al mense in Egipte wat blykbaar klippe volgens die son of sterre gerig het. Die plek staan bekend as Nabta. Hier het sekere herders meer as 6000 jaar gelede ’n kring van klippe en ander klipstrukture opgerig aan die oewer van ’n meer wat lank reeds opgedroog het. Hulle het klippe van drie meter hoog meer as ’n kilometer ver na die terrein aangesleep. Weinig is egter bekend oor hoekom hierdie mense dit gedoen het en presies wie hulle was. ’n Antieke sonnewyser?


Krediet: J. M. Malville (U. Colorado) & F. Wendorf (SMU) et al / via NASA / GSFC

Regdeur die grootste deel van die Middeleeue is die dag in twee dele verdeel—twaalf uur daglig en twaalf uur van donkerte. Die lengte van die ure het met die seisoene gewissel, en ’n nagtelike uur was kort in die somer, maar lank in die winter.

Nadat meganiese horlosies in die veertiende eeu uitgevind was, is sekere pogings aangewend om ’n horlosie te prakseer wat veranderlike ure sou kon aangee. Hierdie pogings het misluk en ure is gestandaardiseer om met horlosies ooreen te stem.

Big Ben, LondenLINKS: Die Kloktoring, Paleis van Westminster, Londen, huisves moontlik die bekendste toringhorlosie op aarde, wat in die volksmond bekend staan as Big Ben (moontlik genoem na ene sir Benjamin Hall, wat indertyd verantwoordelik was vir baie omgewingsverbeterings in Londen). Die toring met die massiewe viergesig-horlosie is laat in die 1850’s voltooi.

•   Meganiese horlosies soos ons dit ken, dateer uit die veertiende eeu, en die meeste van sulke vroeë horlosies is in torings ingebou. Ene Henry de Vick het, sover bekend, die eerste meganiese horlosie gemaak toe hy in 1360 deur die Franse koning na Parys ontbied is om ’n toringhorlosie vir die koninklike paleis te verskaf (tans die Palais de Justice). Daar is vertel dat daardie horlosie net een wyser gehad het en dat die gelui van ’n klok aangedui het watter uur dit was. Dit het met vallende gewigte gewerk.

Foto: U.S. Department of Commerce (gewysig)

Standaardisasie was lank daarna nog ’n probleem in die wêreld van tydmeting. Namate die aardbewoners se tempo vinniger begin raak het—met byvoorbeeld treine wat groot afstande in ’n kort tyd moes aflê —het dit dringend noodsaaklik geword om oral te weet wat die regte tyd nou eintlik is.

In die VSA was skedulering haas onmoontlik met vier of vyf spoorwegdienste wat elk by sy eie tyd gebly het—wat noodwendig verskil het van dié van die dorpe waar die treine aangedoen het.

Om orde uit die tydverwarring te skep, het die Amerikaanse Kongres in 1884 ’n konferensie in die hoofstad, Washington, belê waarheen verteenwoordigers uit baie lande genooi is. Aangesien Brittanje destyds ’n toonaangewende vlootmoondheid was en sy sterrewag toe reeds wyd deur skepe vir navigasie gebruik is, is besluit om die plaaslike tyd by die vlootsterrewag van Greenwich, Engeland, as standaardverwysing oor die hele wêreld te gebruik.

Met die lyn deur Greenwich as die nulmeridiaan, word die aarde na wes en oos daarvan in verskillende tydsones ingedeel. Ná elke 15 grade word een uur bygetel of afgetrek (oos is vroeër, wes is later).

Die Suid-Afrikaanse standaardtyd word deur die 30ste lengtegraad oos van die nul-lengtelyn bepaal om eenvormige tydberekening in Suidelike Afrika te verseker. Dit is ondanks die feit dat ons land eintlik deur twee tydsones gedek word. Durban is in der waarheid 50 minute "voor" Kaapstad.

Tydsones van die wêreld

Die kaart hier onder, van ’n webwerf van die Amerikaanse regeringsliggaam National Institute of Standards and Technology (NIST), toon die verskillende tydsones op aarde aan. Dagligbesparing (of somertyd) is tyd soos in sommige lande bepaal word, waar die horlosies ’n uur in die lente en somer verstel word om saans kunslig te bespaar.

Tydsones van die wêreld
WAAR die eerste uurwerke maar beroerde tydhouers was, het hulle deur die jare so verbeter dat ons in die afgelope dekades akkurate atoomhorlosies gekry het wat slegs een sekonde*) in dertig eeue sal verloor. Sulke horlosies het wetenskaplikes in staat gestel om ’n ou vermoede te staaf: dat die aarde se daaglikse omwentelingstyd nie aldag doodsekuur 24 uur is nie.

Die gevolg is dat die atoomhorlosie by die Internasionale Tydburo in Parys, wat noukeurige tydberekening by ander sterrewagte koördineer, af en toe reggestel word deur ’n skrikkel-sekonde by te las en die wêreld weer in die pas te bring.

My tyd, sou ’n mens kon uitroep, dat selfs verlore sekondes al belangrik geword het!

Maar nog is het einde niet. Die een ontwikkeling het tot die ander gelei en NIST-F1, die Amerikaanse standaard-atoomhorlosie, is glo vandag so akkuraat dat dit oor ’n tydperk van dertig miljoen jaar geen enkele sekonde sal wen of verloor nie.

My tyd! Wat nog?

_______________

*) Reeds in 1967 is ’n sekonde amptelik gedefinieer as 9.192.631.770 vibrasies van die sesium-atoom. Voorheen is tyd deur middel van die beweging van hemelliggame gedefinieer.
   

Magnetiese klosse en laserstrale (rooi en violet) in ’n hipermoderne atoomhorlosie

BO: Magnetiese klosse en laserstrale (rooi en violet) in ’n hipermoderne atoomhorlosie.

Krediet: U.S. National Institute of Standards and Technology (NIST)

Klik hier om terug te keer na die inhoudsblad