Введение
В теории относительности удобно выражать результаты с точки зрения пространственно-временной системы координат относительно неявного наблюдателя. Во многих (но не во всех) системах координат событие задается одной временной координатой и тремя пространственными координатами. Время, определяемое временной координатой, называется координатным временем, чтобы отличать его от собственного времени. В частном случае инерциального наблюдателя в специальной теории относительности, по определению, координатное время события совпадает с собственным временем, измеренным часами, находящимися в том же месте, что и событие, неподвижными относительно наблюдателя и синхронизированными с часами наблюдателя с использованием конвенции синхронизации Эйнштейна.
In the theory of relativity, it is convenient to express results in terms of a spacetime coordinate system relative to an implied observer. In many (but not all) coordinate systems, an event is specified by one time coordinate and three spatial coordinates. The time specified by the time coordinate is referred to as coordinate time to distinguish it from proper time. In the special case of an inertial observer in special relativity, by convention the coordinate time at an event is the same as the proper time measured by a clock that is at the same location as the event, that is stationary relative to the observer and that has been synchronised to the observer's clock using the Einstein synchronisation convention.
Координация времени, правильное время и синхронизация часов
Более полное объяснение понятия координатного времени вытекает из его связи с собственным временем и синхронизацией часов. Синхронизация, вместе со связанным с ней понятием одновременности, требует четкого определения в рамках общей теории относительности, поскольку многие предположения, свойственные классической механике и классическим представлениям о пространстве и времени, необходимо было отбросить. Эйнштейн разработал конкретные процедуры синхронизации часов, что привело к ограниченному понятию одновременности. Два события считаются одновременными в выбранной системе отсчета тогда и только тогда, когда выбранное координатное время имеет одно и то же значение для обоих событий; и это условие допускает физическую возможность и вероятность того, что они не будут одновременными с точки зрения другой системы отсчета.
Измерение
Координатное время нельзя измерить, его можно лишь вычислить на основе (собственного времени), показываемого реальными часами, используя соотношение замедления времени, представленное в уравнении (или в некоторой альтернативной или уточненной форме). Лишь в иллюстративных целях можно представить гипотетического наблюдателя и траекторию, на которой собственное время часов совпадало бы с координатным временем: такой наблюдатель и часы должны рассматриваться как находящиеся в состоянии покоя относительно выбранной системы отсчета (v = 0 в выше), но также (в недостижимой гипотетической ситуации) бесконечно удаленными от гравитирующих масс (также U = 0 в выше). Даже такая иллюстрация имеет ограниченную ценность, поскольку координатное время определено во всей системе отсчета, а гипотетический наблюдатель и часы, используемые для иллюстрации, имеют лишь ограниченный выбор траекторий.
Координаты временных масштабов
Координатно-временная шкала (или координатный стандарт времени) — это стандарт времени, предназначенный для использования в качестве временной координаты в расчетах, требующих учета релятивистских эффектов. Выбор временной координаты подразумевает выбор целой системы отсчета. Как описано выше, временную координату в определенной степени можно проиллюстрировать собственным временем часов, которые гипотетически находятся бесконечно далеко от рассматриваемых объектов и покоятся относительно выбранной системы отсчета. На эти часы, поскольку они находятся вне всех гравитационных скважин, не влияет гравитационное замедление времени. Собственное время объектов в гравитационном колодце будет течь медленнее, чем координатное время, даже если они покоятся относительно координатной системы отсчета. Необходимо учитывать как гравитационное, так и релятивистское замедление времени для каждого интересующего объекта, при этом эффекты зависят от скорости относительно системы отсчета и гравитационного потенциала, как указано в. Существуют четыре координатных временных шкалы, разработанных МАС специально для использования в астрономии. Барицентрическое координатное время (TCB) основано на системе отсчета, движущейся вместе с барицентром Солнечной системы, и предназначено для расчета движения тел в Солнечной системе. Однако, с точки зрения земных наблюдателей, общее замедление времени, включая гравитационное замедление времени, приводит к тому, что барицентрическое координатное время, основанное на секунде СИ, при наблюдении с Земли кажется имеющим единицы времени, которые проходят быстрее, чем секунды СИ, измеряемые земными часами, со скоростью расхождения около 0,5 секунды в год. Соответственно, для многих практических астрономических целей была определена масштабированная модификация TCB, исторически называемая Барицентрическим динамическим временем (TDB), с единицей времени, которая соответствует секундам СИ при наблюдении с поверхности Земли, тем самым гарантируя, что по крайней мере в течение нескольких тысячелетий TDB будет оставаться в пределах 2 миллисекунд от земного времени (TT), хотя единица времени TDB, если бы она измерялась гипотетическим наблюдателем, описанным выше, покоящимся в системе отсчета на бесконечном расстоянии, была бы немного медленнее секунды СИ (на 1 часть в 1/LB = 1 часть в 108/1.550519768). Геоцентрическое координатное время (TCG) основано на системе отсчета, движущейся вместе с геоцентром (центром Земли), и в принципе предназначено для расчетов, касающихся явлений на Земле или в ее окрестностях, таких как вращение планет и движение спутников. В гораздо меньшей степени, чем в случае сравнения TCB и TDB, но по аналогичной причине, секунда СИ TCG при наблюдении с поверхности Земли показывает небольшое ускорение относительно секунд СИ, реализуемых земными часами. Соответственно, земное время (TT) также было определено как масштабированная версия TCG, с масштабированием таким образом, что на определенном геоиде единичная скорость равна секунде СИ, хотя с точки зрения TCG секунда СИ TT немного медленнее (на этот раз на 1 часть в 1/LG = 1 часть в 1010/6.969290134).
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).