Текст книги "Pro время"

С чего начинался отсчет

Самые главные временные явления были замечены в небе, но помимо этого в течение года происходило много других событий, которые указывали на значительные изменения в окружающей среде. Сезонные ветры и дожди, наводнения, цветение растений, размножение или миграция животных и птиц привели к естественным делениям года, а дальнейшее наблюдение и местные обычаи привели к признанию сезонов.

Когда солнце перемещается по небу, тени меняются по направлению и длине, поэтому простые солнечные часы могут измерять длину дня. Было замечено, что продолжительность дня меняется в разное время года. Причины этого различия не были обнаружены до тех пор, пока астрономы не согласились с фактом, что Земля движется вокруг Солнца по эллиптической орбите и что ось Земли наклоняется примерно на 26^о.

Другое открытие заключалось в том, что солнечные часы должны были быть специально созданы для разных широт, потому что высота солнца в небе уменьшается на одних широтах, создавая более длинные тени, чем на других широтах.

Люди использовали солнечные часы еще в древние времена. Принцип их работы основывается на гномоне, отбрасывающем тень от солнца на циферблат, по которому следят за ходом времени. Греки и римляне устанавливали эти часы в городах, а элита носила их уменьшенную копию в кармане (самый старый известный пример портативных солнечных часов, описанный как кусок металла, который мог вписаться в кофейную кружку, был найден на итальянской вилле, погребенной под вулканическим пеплом в извержении Везувия в 79 году нашей эры).

Лунные часы в Куинз Колледже

В XIX веке изобрели солнечную пушку – это была пушка и большая линза, работающие по принципу солнечных часов. Когда солнце доходило до линзы, оно разогревало ее до такой степени, что фитиль, на который через призму светило солнце, загорался, гремел выстрел. Самыми большими солнечными часами в мире считаются часы Джантар-Мантара в городе Джайпур штата Раджастхан в Индии. Это целая обсерватория, построенная в XVIII веке. Ее длина составляет примерно 22 метра, в ней находятся 20 астрономических инструментов. А тайванский небоскреб Тайбэй 101, считающийся одним из самых высоких зданий в мире, также выполняет роль огромных солнечных часов – тень от него падает на расположенный рядом парк, имеющий форму циферблата.

Солнечные часы – один из старейших измерителей времени. Не имея других ресурсов, вы можете выйти на улицу (не в пасмурный день, конечно) – и получить приблизительное представление о времени суток, наблюдая за положением солнца в небе. Хранители времени в Древнем Египте и Шумере еще в 1500 году до нашей эры (и, вероятно, даже раньше) создали первые устройства для использования тени солнца, чтобы отслеживать течение времени.

Чаще всего используется узкий угловой объект, называемый гномоном, чтобы наложить тень на маркеры, указывающие время суток. Другие указывают время, позволяя свету солнца проходить через небольшую щель. Гномон иногда фиксируется или может быть перемещен для учета разных длин дней в разные сезоны. Солнечные часы XVII века в Куинз Колледже (Кембридж, Англия) могут использоваться как лунные. Они установлены в каменной стене и имеют так называемый лунный циферблат, который соединяет фазы Луны с ее текущим временем, определяемым по лунному свету, который помогает определить точное время ночью.

Изобретения для измерения и регулирования времени

Ранние изобретения заключались в том, чтобы разделить день или ночь на разные периоды для того, чтобы регулировать работу или ритуал, поэтому длительность периодов времени сильно варьировалась в разных культурах.

Маркированные свечи использовали для того, чтобы рассказать о времени в Китае с VI века. Для изготовления свечных часов древесную муку смешивали с благовониями, из которых лепили спиральные свечи, на них делали отметки, указывающие время. Огненные китайские часы могли работать месяцами без присмотра, часто при изготовлении свечных часов в фитиль подмешивали разные благовония, и время можно было определять по запаху: один час устройство издавало аромат сандала, другой час – жасмина, третий – эвкалипта…

Как и масляные лампы, свечи использовались для обозначения времени от одного события к другому, вместо того чтобы рассказывать о времени дня. Традиционные для Китая того времени свечные часы делали в форме дракона, в хребте которого находился специальный держатель для палочки. Такие часы использовали и как будильник: в определенных точках палочки подвешивали металлические шарики, при сгорании свечи они падали в фарфоровую вазу, издавая громкий звон.

Водяные часы известны человечеству со времен Древнего Египта. В водяных часах промежуток времени измерялся количеством воды, вытекавшей капля за каплей из малого отверстия, сделанного на дне сосуда. Таковы были водяные часы египтян, вавилонян, древних греков. У китайцев, индусов и некоторых других народов Азии, наоборот, – пустой полушаровидный сосуд плавал в большом бассейне и мало-помалу наполнялся водой через небольшое отверстие. Клепсидры – это водяные часы, измеряющие время по указателю, передвигаемому под давлением текущей воды внутри скрытого от глаз резервуара. Название сочетает греческие слова: klepto – скрываю, hydor – вода. Простейшие клепсидры состояли из двух сосудов, расположенных на разных уровнях. Вода капала из отверстия верхнего в нижний сосуд. Уровень воды поочередно достигал начертанных на стенке отметок, тем самым отсчитывая «истекшие» промежутки времени.

Для повышения точности водяных часов некоторые из них были механизированы, чтобы обеспечить постоянный поток воды, регулируя давление воды. Однако колебания температуры воды могут привести к различиям в течение 30 минут за день.

Некоторые водяные часы вызывали движение фигурок на причудливых дисплеях, в то время как другие звонили в колокола. Первый водяной будильник был построен Платоном в 427 году до нашей эры. В часах Платона вода отводилась в дополнительное судно, когда достигала определенного уровня, а дополнительное судно содержало трубку с узкой щелью. Когда вода проходила через трубку, она свистела, как вода в чайнике. Одни из самых сложных водных часов были спроектированы и построены мусульманским инженером Аль-Джазари в 1206 году – это были часы с водяным весом в форме большого азиатского слона.

Другие методы учета времени, основанные на устойчивом изменении в какой-либо естественной среде, включали часы ладана, песочные часы и часы с масляной лампой. Однако, как и у водяных, их точность все еще была ограничена.

По мере развития технологий выдувания стекла, с определенного времени в XIV веке стало возможным делать песочные часы. Первоначально их использовали в качестве меры в течение периодов времени, таких как лампы или свечи, но по мере того как часы становились более точными, их стали использовать для измерения разных периодов времени и определений продолжительности университетских лекций и даже периодов пыток.

Пожалуй, песочные часы – простейший прибор для отсчёта промежутков времени, состоящий из двух прозрачных сосудов, соединенных узким горлышком, один из которых частично заполнен песком. Время, за которое песок через горлышко часов пересыпается в другой сосуд, может составлять от нескольких секунд. Недостатком песочных часов является короткий интервал времени, который можно измерить с их помощью. Часы, получившие распространение в Европе, обычно были рассчитаны на работу в течение получаса или часа. Встречались устройства, работающие в течение трех часов, очень редко – двенадцать часов. Для увеличения интервала измерения составляли наборы песочных часов в одном футляре.

Точность песочных часов зависит от равномерной зернистости и сыпучести песка, формы колбы, качества ее поверхности. Колбы заполнялись отожженным и просеянным через мелкое сито и высушенным мелкозернистым песком. В качестве исходного материала также использовали молотую яичную скорлупу. При длительном использовании точность песочных часов ухудшается из-за повреждения песком внутренней поверхности колбы, увеличения диаметра отверстия в диафрагме между колбами и дробления песчаных зерен на более мелкие.

Памятник под названием «Колесо времени» – огромные песочные часы, самые большие в мире, были созданы в 2004 году в честь вступления Венгрии в состав Евросоюза – для страны началась новая эра. Высота часов 8 метров, вес – 60 тонн. Каждый год 31 декабря часы переворачивают с помощью тросов, и начинается новый отсчет времени. Это уникальное сооружение изготовлено из красного гранита, ударопрочного стекла и нержавеющей стали – предполагается, что эти материалы помогут полуавтоматическому механизму работать долго и без сбоев.

«Колесо времени» символизирует сплав традиций и инновационных технологий, а еще напоминает о тех временах, когда единственной силой, способной сдвинуть тяжелый предмет, была физическая.

Важным достижением стало изобретение механических часов, которые обеспечивали точность времени от минут до нескольких секунд. Механические часы, вместо использования постепенного изменения в чем-то вроде воды или песка, включают механизм спуска, способ выпускать энергию в небольших контролируемых количествах через регулярные промежутки времени. Было разработано множество механизмов, предназначенных для выполнения такой цели, в том числе цилиндровые, дуплексные, рычажные и хронометрические спуски, все с различной степенью точности. Возможно, самый ранний пример спуска, используемого в механизированных водяных часах, был придуман китайским ученым и государственным деятелем Су Сунгом, построившим гидромеханическую 30-футовую астрономическую башню с часами, которая не только показывала время суток, но и месяц и год.

Спицы большого колеса на часах медленно заполняются водой с постоянной скоростью, но механизм механического спуска только освобождает колесо, когда вода в каждой спице достигает определенного уровня. Часы работали с 1092-го до 1126 года, когда были демонтированы политическими противниками.

Хотя Галилею приписывают изобретение маятниковых часов, первым, кто их построил, был голландский ученый Кристиан Гюйгенс в 1656 году. Его устройство достигло беспрецедентной точности – менее чем до одной минуты в день (позже было улучшено – менее чем до 10 секунд в день), используя взвешенный маятник, который качается с постоянной скоростью, чтобы регулировать скорость вращения зубчатых колес, которые гасят по времени через регулярные промежутки времени. В конечном итоге маятники будут преодолены с помощью сопротивления воздуха и трения, поэтому они обычно включают пружины, которые требуют регулярной намотки, чтобы сохранить потенциальную энергию для удержания их качающимися.

Кварцевые часы, разработанные в 1920-х годах, отошли от передач и спусков и, следовательно, не требовали регулярной намотки. Часы работают по такому принципу: кристаллы кварца вибрируют с постоянной частотой при приложении электрического поля.

Первые кварцевые часы, выпущенные в Японии, отставали всего на пять секунд в течение месяца. Их точность ограничена тем фактом, что размер, форма и температура кварцевого кристалла будут влиять на частоту его колебаний, и поэтому нет двух одинаковых. Хотя их точность была превзойдена атомными часами, они по-прежнему являются наиболее распространенными персональными устройствами для хранения времени, основанными на их доступной цене. Стандартом учета времени являются теперь атомные часы, которые были впервые представлены в 1950-х годах. Сегодняшние атомные часы теряют только секунду в течение десятков миллионов лет. Другими словами, они имеют точность порядка сотых долей наносекунд в день.

Из-за их очень разнесенных уровней энергии атомы резонируют на определенных частотах и излучают электромагнитные волны. Определение одной секунды – это время, необходимое для того, чтобы атом цезия резонировал 9 192 631 770 раз.

Цезиевые часы отклонятся на одну секунду за 138 млн лет. Однако точность таких измерительных приборов постоянно растет – на данный момент рекорд принадлежит атомным часам с точностью 10^-17, что означает накопление ошибки в одну секунду за несколько сот миллионов лет.

Наиболее точными в мире являются цезиевые часы в Национальном институте стандартов и технологий в штате Колорадо, Военно-морской обсерватории США в Вашингтоне, PTB в Германии и в Парижской обсерватории, хотя текущие исследования продолжаются в атомах, отличных от цезия, которые потенциально могут дать еще более высокую точность.

В наши дни следить за временем не составляет трудностей: быстро узнать время можно по наручным часам либо по часам мобильных телефонов. Но если мы вернемся на несколько столетий назад, то увидим, что люди в измерении времени могли полагаться лишь на тень от солнца, на тающую свечку или даже на запах благовоний. Вот несколько примеров старомодных часов, включая те, которыми мы вряд ли когда-нибудь захотим пользоваться снова. Обелиски – это не только недвижимые памятники. Они способны отбрасывать длинные тени, по которым можно отлично следить за временем. Когда греческий философ и математик Эратосфен высчитывал длину окружности Земли, в этом ему помогали как раз обелиски и знание факта, что в то время, как один обелиск не дает никакой тени в период летнего солнцестояния в Сиене, другой, находящийся в Александрии, наоборот, отбрасывает ее. В Париже до сих пор есть один обелиск, который используют как солнечные часы. Это древнеегипетский Луксорский обелиск, стоящий в центре площади Согласия. Тень от него падает на асфальт, таким образом пешеходы могут следить за временем.

Появление огненных часов относят к времени правления династии Сун (960–1279 гг.). Они получили распространение в Китае, Японии и на других азиатских территориях. Каждая из версий этих часов предполагала сжигание благовоний, что позволяло следить за временем. Но сама система была разной. Иногда часы имели различный цвет дыма, обозначавший разное время, другие сгорали до специальных отметок или сигналов, третьи издавали разный запах дыма, таким образом пользователь часов мог в буквальном смысле носом отсчитать, сколько прошло времени. Вам доводилось видеть, как спускается по флагштоку новогодняя хрустальная сфера на Таймс-сквер в Нью-Йорке, шар времени?

У этой традиции морские корни, проросшие двести лет назад. Бортовые хронографы часто выходили из строя от качки и частой перемены погодных условий, поэтому требовалась частая сверка часов с наземными. До этого использовали нерегулярные сигналы, такие как выстрел сигнальной ракеты или пушечный выстрел.

Капитан королевского военно-морского флота предложил проект сигнального шара: ежедневно в 13 часов со шпиля восточной башни обсерватории в Гринвиче будет падать шар. Шар поднимался на верхушку шеста и освобождался от опоры ассистентом, стоящим перед часами. Это был первый в мире общедоступный сигнал точного времени. Поначалу он служил не только кораблям, идущим по Темзе, но и большинству лондонцев.

Механизм был сконструирован в 1833 году, а через двадцать лет момент падения шара стал контролироваться с помощью электрического сигнала от основных часов, а с 1960 года появилось устройство для автоматического подъема шара.

К 20-м годам XX века шары времени стали ненужными – им на смену пришли радио и другие изобретения.

До сих пор существуют часы такого типа, они работают как ностальгический аттракцион. Шар времени в Гринвичской королевской обсерватории падает каждый день в час дня, как это заведено с 1833 года.

Меркхет – еще одни часы, изобретенные в древности в помощь солнечным часам, которые не работают ночью. Эти часы полагались не только на солнце, но и отслеживали свет и видимость нескольких звезд на небе. Эти «звездные часы» были известны еще в Древнем Египте.

Прежде чем в каждом доме появились часы, люди могли следить за временем, слушая местные церковные колокола. У многих церковных часов, которые начали строиться в XIV веке, были колокольчики. Если вы живете около церкви, которая все еще звонит в колокола в определенный час, то вы узнаете, который час, как средневековый человек.

Такими способами люди измеряли время раньше. Но как же обстояло дело с необходимым практически всем нам в повседневной жизни предметом – будильником? Как просыпались люди до появления будильников? Порой очень трудно прийти к согласию, но в одном мнение большинства сходится: вылезать ранним утром из постели – одно из самых тяжких испытаний. Но несмотря на это люди придумали немало способов заставить себя подняться. Сейчас есть будильники на наших мобильных телефонах, летающие будильники и даже такие, которые будут трещать до тех пор, пока хозяин не совершит двадцать приседаний. Но как же люди просыпались в те времена, когда еще не было изобретено ни одного будильника?

Наверное, первое, что вы скажете: «А ведь петухи всегда служили отличными будильниками!» – и не ошибетесь. Но не всегда на них можно полностью положиться. Наперекор всеобщему мнению людей, никогда не бывавших на ферме, можно смело сказать, что петухи редко оправдывают возложенные на них надежды должным образом. Они кукарекают по любому поводу в любое время, поэтому сложно следить за временем по их крику. Чтобы облегчить людям жизнь, китайский монах, математик, инженер и астроном по имени И Син создал в 725 году первые механические часы с водяным приводом: колокола, которые звенели в разное время дня в определенное время. На устройстве также были установлены две деревянные фигуры. Одна из них ударяла каждые четверть часа по барабану, а другая – в колокол.

Американские индейцы во время военной службы использовали свой мочевой пузырь для того, чтобы подняться рано утром. Как утверждает Стэнли Вестал, автор книги «Тропа войны: истинная история воинственного сиу, рассказанная в биографии вождя племени Белого Быка», индийские воины могли заранее запрограммировать свое пробуждение в зависимости от количества воды, выпитой перед сном.

В 1787 году американский изобретатель Леви Хатчинс создал первый в мире будильник. Но у него была маленькая проблема: он звенел только один раз в сутки, в 4 часа утра. Не будучи уверенным в том, что это изобретение может принести ему хорошую прибыль, Хатчинс так и не стал патентовать будильник и не потрудился над его усовершенствованием.

Несмотря на то что будильники были уже зарегистрированным изобретением в Европе в 1847 году (а в 1876-м их уже запатентовали в Америке), они все еще не пользовались спросом у обычных граждан. Они были просто не нужны, поскольку существовали люди, ответственные за своевременное пробуждение сограждан.

Эти профессиональные живые будильники, которые работали в Великобритании и Ирландии вплоть до 1970– х годов прошлого века, стучались по утрам в двери своих «покупателей» до тех пор, пока не убедятся, что те точно проснулись. Услуги knocker upper’ов были более доступными, нежели дорогие часы, и во времена Промышленной революции толпы людей с мягкими молотками на длинных палках бродили по утренним городам, а если до спальни было тяжело добраться с земли, стреляли высушенным горохом из соломки в окна. Но кто же будил людей этой профессии, до сих пор остается загадкой.

В заключение главы рассмотрим некоторые любопытные факты о часах.

Первая запись об измерении времени восходит ко второму тысячелетию до нашей эры. Люди в то время, так же как и мы, делили одну единицу времени на 60 частей.

Карманные часы впервые появились во времена правления Тюдоров. Их носил сам Генри VIII. Однако на часах отсутствовала минутная стрелка – на карманных часах она появилась только в XVII веке. Часы были важной частью гардероба мужчин в те времена. Хотя мода на те или иные модели часов быстро проходила и сменялась другой, мужчины всегда уделяли большое внимание присутствию этого элемента в их гардеробе. Король Чарльз I I повлиял на распространение карманных часов, и этот тренд продержался несколько столетий. Карманные часы пользовались бешеной популярностью в течение всего XIX века и вплоть до 1930-х годов. Во время Второй мировой войны карманные часы официально решили предать забвению, ибо военным было строго-настрого запрещено носить часы любого типа, кроме наручных.

Во время испытаний самолета перед началом войны Луи Картье несколько раз сопровождал своего друга, пилота Альберто Сантос-Дюмона. Когда он заметил, насколько неудобно его другу смотреть на часы, висевшие у него на шее, держа при этом обе руки на штурвале, он приложил все усилия, чтобы создать свои первые часы-«авиатор» на кожаном ремешке с маленькой пряжкой, которые в итоге стали отличительными элементами дизайна современных часов «Авиатор». Таким образом в гроб карманных часов был забит последний гвоздь, они полностью канули в небытие. Сегодня очень немногие представители мужского пола носят карманные часы, зато почти все влиятельные мужчины носят роскошные часы на запястьях.

Первые наручные часы с функцией будильника появились на свет в начале XX века. Их выпустила швейцарская компания Eterna в 1908 году, но лишь в 1914 году началось полномасштабное производство часов с будильником.