Кіріспе
Уақыт шкаласы
Салыстырмалылық теориясында нәтижелерді болжамды бақылаушыға қатысты кеңістік-уақыт координаттар жүйесі арқылы беру ыңғайлы. Көптеген (бірақ барлық емес) координаттар жүйелерінде оқиға бір уақыт координатасы және үш кеңістік координатасымен анықталады. Уақыт координатасымен белгіленген уақыт, оны дұрыс уақыттан ажырату үшін, координаттық уақыт деп аталады. Ерекше салыстырмалылық теориясындағы инерциялық бақылаушының ерекше жағдайында, дәстүр бойынша оқиғадағы координаттық уақыт, оқиғамен бірдей жерде орналасқан, бақылаушыға қатысты қозғалмайтын және Эйнштейннің синхронизациялау конвенциясын пайдаланып бақылаушының сағатымен синхронизацияланған сағаттың өлшеген уақытына тең болады.
Уақытты үйлестіру, дұрыс уақыт және сағатты синхрондау
Координаттық уақыт ұғымының толық түсіндірілуі оның нақты уақытпен және сағаттарды синхрондаумен байланысынан туындайды. Синхрондау, сондай-ақ, бір мезгілделікпен байланысты түсінік, жалпы салыстырмалылық теориясы шеңберінде мұқият анықталуы тиіс, себебі классикалық механикаға және кеңістік пен уақыт туралы классикалық түсініктерге тән көптеген қағидалар алынып тасталды. Эйнштейн белгілі бір сағаттарды синхрондау процедураларын анықтады, олар бір мезгілделік туралы шектеулі түсінікке әкеледі. Екі оқиға таңдалған анықтамалық жүйеде бір мезгілде деп есептеледі, егер және тек қана таңдалған координаттық уақыт екеуі үшін де бірдей мәнге ие болса; және бұл шарт олардың басқа анықтамалық жүйеден қарағанда бір мезгілде болмауының физикалық мүмкіндігін және ықтималдығын қамтамасыз етеді.
Өлшем
Координаттық уақытты өлшеуге болмайды, ол тек нақты сағаттардың (өзіндік уақыт) көрсеткіштерінен, теңдеуде көрсетілген уақыттың созылу қатынасын (немесе оның басқаша немесе жетілдірілген түрін) пайдаланып есептеуге болады. Тек түсіндіру үшін, сағаттың өзіндік уақыты координаттық уақытқа сәйкес келетін гипотетикалық бақылаушы мен траекторияны қарастыруға болады: мұндай бақылаушы мен сағат таңдалған анықтамалық жүйеге қатысты тыныш болуы керек (v = 0 жоғарыда), сондай-ақ (қол жеткізе алмайтын гипотетикалық жағдайда) оның гравитациялық массаларынан шексіз алыс болуы керек (сондай-ақ U = 0 жоғарыда). Мұндай мысалдың өзі шектеулі пайдалы, себебі координаттық уақыт анықтамалық жүйеде кез келген жерде анықталады, ал оны көрсету үшін таңдалған гипотетикалық бақылаушы мен сағаттың траектория таңдауы шектеулі.
Координаттық уақыт шкалалары
Координаттық уақыт шкаласы (немесе координаттық уақыт стандарты) – релятивистік эффектілерді ескеру қажеттілігі туындайтын есептеулерде уақыт координатасы ретінде қолдануға арналған уақыт стандарты. Уақыт координатын таңдау – бүкіл анықтамалық жүйенің таңдалуын білдіреді. Жоғарыда сипатталғандай, уақыт координатын таңдалған анықтамалық жүйеге қатысты қызығушылық тудыратын объектілерден теориялық түрде шексіз қашықтықта және тыныш күйдегі сағаттың дұрыс уақыты арқылы шектеулі деңгейде бейнелеуге болады. Мұндай сағат, барлық гравитациялық құдықтардың сыртында орналасқандықтан, гравитациялық уақыттың өзгеруіне ұшырамайды. Гравитациялық құдық ішіндегі объектілердің дұрыс уақыты, тіпті олар координаттық анықтамалық жүйеге қатысты тыныш күйде болғанда да, координаттық уақыттан баяу өтеді. Әрбір қызығушылық тудыратын объект үшін гравитациялық және қозғалысқа байланысты уақыттың өзгеруін ескеру қажет, ал эффектілер анықтамалық жүйеге қатысты жылдамдық пен гравитациялық потенциалдың функциялары болып табылады, бұл төменде көрсетілген. Астрономияда қолдану үшін Халықаралық Астрономиялық Одақ (IAU) анықтаған төрт мақсатқа бағытталған координаттық уақыт шкаласы бар. Барицентрлік Координаттық Уақыт (TCB) – Күн жүйесінің барицентрімен бірге қозғалатын анықтамалық жүйеге негізделген және Күн жүйесіндегі денелердің қозғалысын есептеу үшін анықталған. Алайда, Жердегі бақылаушылардың тұрғысынан қарағанда, жалпы уақыттың өзгеруі, оның ішінде гравитациялық уақыттың өзгеруі, SI секундына негізделген Барицентрлік Координаттық Уақыттың, Жерден бақыланғанда, Жердегі сағатпен өлшенген SI секундынан жылдам өтетін уақыт бірліктеріне ие болуына себеп болады, бұл жылдамдық шамамен 0,5 секундты жыл сайын құрайды. Осыған сәйкес, көптеген практикалық астрономиялық мақсаттар үшін TCB-ның масштабталған түрі анықталды, ол тарихи себептерге байланысты Барицентрлік Динамикалық Уақыт (TDB) деп аталады, оның уақыт бірлігі Жер бетінен бақыланғанда SI секундына тең болады, осылайша кем дегенде бірнеше мың жылдар бойы TDB Жердегі Уақыттан (TT) 2 миллисекундтан аспайды, бірақ егер TDB уақыт бірлігі жоғарыда сипатталған гипотетикалық бақылаушымен өлшенсе, анықтамалық жүйеде және шексіз қашықтықта тыныш күйде болса, SI секундынан сәл баяу болады (1/LB бөлігімен, яғни 108/1.550519768 бөлігімен). Геоцентрлік Координаттық Уақыт (TCG) – геоцентрмен (Жер ортасымен) бірге қозғалатын анықтамалық жүйеге негізделген және принцип бойынша планеталардың айналымы және спутниктердің қозғалысы сияқты Жердегі немесе Жер маңындағы құбылыстарға қатысты есептеулер үшін қолданылады. TCB-мен TDB салыстырғанда әлдеқайда аз болғанымен, бірақ ұқсас себептерге байланысты, Жер бетінен бақыланғанда TCG-нің SI секунды Жер бетіндегі сағаттарда жүзеге асырылған SI секундына қарағанда сәл үдеуді көрсетеді. Осыған сәйкес, Жердегі Уақыт (TT) сондай-ақ TCG-ның масштабталған түрі ретінде анықталды, масштабталуы бойынша анықталған геоидтағы бірлік жылдамдығы SI секундына тең, бірақ TCG тұрғысынан TT-ның SI секунды сәл баяу (бұл уақытта 1/LG бөлігімен, яғни 1010/6.969290134 бөлігімен).
There are four purpose designed coordinate time scales defined by the IAU for use in astronomy. Barycentric Coordinate Time (TCB) is based on a reference frame comoving with the barycenter of the Solar System, and has been defined for use in calculating motion of bodies within the Solar System. However, from the standpoint of Earth based observers, general time dilation including gravitational time dilation causes Barycentric Coordinate Time, which is based on the SI second, to appear when observed from the Earth to have time units that pass more quickly than SI seconds measured by an Earth based clock, with a rate of divergence of about 0.5 seconds per year. Accordingly, for many practical astronomical purposes, a scaled modification of TCB has been defined, called for historical reasons Barycentric Dynamical Time (TDB), with a time unit that evaluates to SI seconds when observed from the Earth's surface, thus assuring that at least for several millennia TDB will remain within 2 milliseconds of Terrestrial Time (TT), albeit that the time unit of TDB, if measured by the hypothetical observer described above, at rest in the reference frame and at infinite distance, would be very slightly slower than the SI second (by 1 part in 1/LB = 1 part in 108/1.550519768). Geocentric Coordinate Time (TCG) is based on a reference frame comoving with the geocenter (the center of the Earth), and is defined in principle for use for calculations concerning phenomena on or in the region of the Earth, such as planetary rotation and satellite motions. To a much smaller extent than with TCB compared with TDB, but for a corresponding reason, the SI second of TCG when observed from the Earth's surface shows a slight acceleration on the SI seconds realized by Earth surface based clocks. Accordingly, Terrestrial Time (TT) has also been defined as a scaled version of TCG, with the scaling such that on the defined geoid the unit rate is equal to the SI second, albeit that in terms of TCG the SI second of TT is a very little slower (this time by 1 part in 1/LG = 1 part in 1010/6.969290134).