Закон четвертого измерения

01 января 2004 года, 00:00

В стародавние времена медлительные звезды указывали на смену времен года и руководили размеренной жизнью людей. А ныне бешеное движение электронов в атомах отмеряет миллиардные доли секунд нашего далекого от спокойствия бытия. Современные средства измерения времени работают безотказно и удивительно точно, но они никогда не смогут вернуть назад ни одного ушедшего мгновения. И тем не менее люди всегда стремились не только измерить время, но и осознать его природу.

Динамика мироздания

Что такое время? Ответ на этот вопрос ищет не одно поколение философов, астрономов, физиков, математиков, богословов, поэтов и писателей. Причем каждой эпохе свойственно свое представление о природе времени и способах его измерения.

С древнейших времен люди не просто существовали во времени, но и пытались осмыслить его суть. Гераклит Эфесский, живший на рубеже VI и V веков до н. э., писал, что мир полон противоречий и изменчивости, но время течет неизменно. Его знаменитое изречение «В одну и ту же реку нельзя войти дважды» абсолютно верно и сегодня, так же как 2 500 лет назад.

Не обошел проблему времени и Платон (427—347 годы до н. э.). Великий философ-идеалист провозгласил принцип его цикличности. Все в мире, согласно его учению, повторяется через некоторые промежутки времени, то есть идет по кругу или, как считают некоторые современные ученые, по расширяющейся спирали.

А вот Аристотель (384—322 годы до н. э.), ученик Платона, не менее знаменитый, чем его учитель, ко времени относился без должного внимания, не найдя места этому понятию в своей системе. В картине мира, созданной Аристотелем и просуществовавшей в научном мышлении без малого 15 веков, времени отводилась скромная роль средства измерения скорости движения, не более того, поскольку этого великого греческого философа не интересовали динамические процессы мироздания.

Постепенно работа человеческой мысли и потребности развивающегося общества неизбежно привели к пересмотру всего естественно-научного мышления, а также места времени в существующем мире. На пороге эпохи Великих географических открытий каноны научного мировоззрения значительно изменились и возникла новая картина физического мира.

Мир Галилея и Ньютона был, конечно же, Евклидов — бесконечен и однороден, — но в нем время обосновалось уже твердо как одна из важнейших и особых координат. Все вокруг стали описывать как происходящее в непрерывном и бесконечном пространстве-времени. Ньютоновской механике необходимо было абсолютное и единое время во всей Вселенной, а потому точность его измерения стала для науки главной технической задачей.

Теория абсолютного пространства и времени просуществовала всего два столетия. На рубеже XIX—XX веков в физике произошли события, существенно изменившие представление человека об окружающем мире и времени в нем. Квантовая механика Шредингера и теория относительности Эйнштейна позволили осознать, что человек живет уже не в трехмерном, а четырехмерном мире, в котором время, взаимосвязанное с пространством, играет особую роль. Все вокруг стало относительным и вероятностным, многие точные понятия начали растворяться, и время стало зависеть от скорости и степени искривленности пространства. Но для того чтобы к этому прийти, человечеству потребовалась не одна сотня лет.

Капля за каплей

Первый простейший прибор для измерения времени — солнечные часы — был изобретен вавилонянами примерно 3,5 тысячи лет назад. Небольшой стержень (гномон) укрепляли на плоском камне (кадран), разграфленном линиями, — циферблате, часовой стрелкой служила тень от гномона. Но поскольку «работали» такие часы только днем, то ночью им на замену приходила клепсидра, так греки называли водяные часы.

Металлический или глиняный, а позже — стеклянный сосуд наполняли водой. Вода медленно, капля за каплей, вытекала, уровень ее понижался, и деления на сосуде указывали который час. Не менее распространенными в Европе и Китае были так называемые «огненные» часы — в виде свечей с нанесенными на них делениями.

Первые песочные часы появились сравнительно недавно — всего тысячу лет назад. И хотя разного рода сыпучие индикаторы времени были известны давно, только должное развитие стеклодувного мастерства позволило создать относительно точный прибор. Но при помощи песочных часов можно было измерять лишь небольшие промежутки времени, обычно не более получаса. Таким образом, самые лучшие часы того периода могли обеспечить точность измерений времени ± 15—20 минут в сутки.

Без минут

Совершенно новым этапом в долгом процессе усовершенствования механизмов для измерения времени стало создание первых колесных часов. В них привод часов гирей был надежным и простым, а сила тяги — постоянной. Вес гири посредством колесной передачи приводил в действие вращающееся коромысло. Но так как баланс таких часов не имел собственного периода колебаний, то они были не очень точны.

Время и место появления первых механических часов доподлинно неизвестно. Впрочем, некоторые предположения на этот счет все же существуют. Самыми старыми, хотя и документально не подтвержденными сообщениями о них, считают упоминания, относящиеся к X веку. Изобретение механических часов приписывают Римскому Папе Сильвестру II (950— 1003), который, еще будучи простым монахом Гербертом из Ориллака, имел большой интерес к технике и был хорошо знаком с принципами построения различных арабских астрономических приборов. Но поскольку никаких описаний этих часов не сохранилось, то утверждать, что право изобретения механических часов принадлежит именно Сильвестру II, нельзя. Зато исторически подтвержден тот факт, что в 1288 году уже ходили железные башенные Вестминстерские куранты.

В любых часах должно быть что-то, что задает некий постоянный минимальный интервал времени, определяя темп отсчитываемых мгновений. Один из первых шпиндельных спусковых механизмов с билянцем (качающимся туда-сюда коромыслом) был предложен где-то около 1300 года. Важным его достоинством была легкость регулировки скорости хода путем перемещения грузиков на вращающемся коромысле. На циферблатах того периода была только одна стрелка — часовая, и еще эти часы каждый час били в колокол (английское слово «clock» — «часы» произошло от латинского «clocca» — «колокол»).

Постепенно почти все города и церкви обзавелись часами, равномерно отсчитывающими время и днем, и ночью. Поверяли их, естественно, по Солнцу, подводя в соответствии с его ходом.

Надо сказать, что люди далеко не сразу договорились начинать отсчет времени с полуночи. На протяжении XIV столетия продолжали сосуществовать разные системы отсчета: итальянские сутки начинались с заходом Солнца, вавилонские — с рассветом, германские — в полночь. Привычная нам система деления суток на два 12-часовых периода, с началом первого — в полночь и второго — в полдень, была предложена французами и сразу же пришлась по вкусу европейцам.

К сожалению, механические колесные часы исправно работали только на суше — так что эпоха Великих географических открытий прошла под звуки мерно пересыпающегося песка корабельных склянок, хотя больше всего в точных и надежных часах нуждались именно мореплаватели…

Зуб за зубом

В 1657 году голландский ученый Христиан Гюйгенс изготовил механические часы с маятником. И это стало следующей вехой в часовом деле. В его механизме маятник проходил между зубьями вилки, которая позволяла специальному зубчатому колесу проворачиваться ровно на один зуб за полкачания. Амплитуда движения маятника в таких часах была большой, и точность хода зависела не только от длины стержня, на котором висел груз, но и от размаха его качания. Точность часов возросла многократно, но перевозить такие часы все равно было невозможно.

В 1670 году произошло кардинальное усовершенствование спускового механизма механических часов — был изобретен анкерный спуск, позволивший существенно уменьшить амплитуду колебаний и применить длинные секундные маятники. После тщательной настройки, в соответствии с широтой месторасположения и температурой в помещении, такие часы имели неточность хода всего несколько секунд в неделю. Надо отметить, что взаимоотношения спускового механизма и маятника во всех часах имеют достаточно сложный характер. И если маятник задает темп вращения колесиков часового механизма, то именно спусковой механизм подталкивает маятник, делая его колебания незатухающими.

Эру компактных и переносимых механических хронометров открыло изобретение все тем же Гюйгенсом в 1675 году вращательного балансира, а также использование вместо гирь пружины. Соединение крутильного маятника, спиральной пружины и анкерного спуска открыло дорогу не только морской навигации, но и созданию массовых малогабаритных часов, а еще значительно повысило точность астрономических наблюдений и даже позволило обнаружить неравномерность вращения Земли.

Но тем не менее лунные таблицы, составляемые астрономами того времени для определения долготы, все еще «грешили» неточностями — от 1 до 2,5°, что соответствовало ошибке ни много ни мало 60—150 км — в Париже и Лондоне и 100—250 км — в районе экватора. А потому настоятельно требовались более совершенные методы навигации и, следовательно, более точные морские хронометры. И это было не просто благим пожеланием корабельщиков, а наиважнейшей задачей мореплавания. 29 сентября 1702 года эскадра численностью в 21 корабль под началом адмирала Клодисли Шовела вышла из Гибралтара в Англию.

Погода была неважной, но, как только небо очистилось от туч, штурманам удалось определить широту местонахождения. А вот долготу в то время точно измерить не могли… Результатом ошибки в расчетах стало то, что 5 кораблей эскадры в тумане налетели на Гилстонские рифы и 1 600 человек, в том числе адмирал, герой Англо-французской войны, погибли. Эта трагедия стала для Британии страшным потрясением. Вскоре парламент подготовил билль, согласно которому беспрецедентно огромная по тем временам награда размером в 20 тысяч фунтов (что было эквивалентно 150 кг золота) причиталась тому, кто на практике решит проблему определения долготы на море. Но несмотря на то что хронометрический метод определения долготы был известен, награда ждала своего героя 60 лет…

Морские часы были изготовлены в 1735 году йоркширским столяром Джоном Харрисоном. Их точность составляла ± 5 секунд в сутки, и они уже были вполне пригодны для морских путешествий. Однако, оставшись недовольным своим первым хронометром, изобретатель трудился еще почти три десятка лет, прежде чем в 1761-м начались полномасштабные испытания усовершенствованной модели, которая уходила меньше чем на секунду в сутки. Первая часть награды была получена Харрисоном в 1764 году, после третьего длительного морского испытания и не менее длительных канцелярских мытарств. Полностью вознаграждение изобретатель получил только в 1773 году. Испытывал хронометр капитан Джеймс Кук, составивший благодаря ему карту островов Полинезии. В судовом журнале он воздал хвалу детищу Харрисона: «Верному другу — часам, нашему проводнику, который никогда не подводит». С этого момента понятия «навигация» и «время» стали поистине неразлучны.

Гальваника против механики

В начале XIX столетия, совпавшем с бурным развитием технического прогресса, с проблемой хранения времени столкнулись почтовые службы, пытавшиеся обеспечить движение почтовых экипажей по расписанию. В результате они обзавелись возимыми часами. А с появлением железных дорог часы получили в свое распоряжение и кондукторы. Чем активнее развивалось трансатлантическое сообщение, тем насущнее становилась проблема обеспечения единства отсчета времени по разные стороны океана. В этой ситуации возимые часы уже не годились. И тут на помощь пришло электричество, в те времена называемое гальванизмом. Электрические часы решили проблему синхронизации на больших расстояниях — сначала на материках, а потом и между ними. В 1851 году кабель лег на дно Ла-Манша, в 1860-м — Средиземного моря, а в 1865-м — Атлантического океана. А с 1899 года началась эра передачи сигналов точного времени по радио.

На начальной стадии развития электрических часов электроэнергия служила лишь для завода механического ведущего устройства — груза или пружины. Электрические часы, существенно отличающиеся от классических шестеренчатых, сконструировал англичанин Александр Бэйн, изобретатель электромеханического телеграфа. В 1840 году он получил патент на электрические часы, главными деталями которых были обычные механические, приводимые в действие пружиной, зато индикатор времени был уже основан на суммировании электрических импульсов, подаваемых маятником часов. К 1847 году Бэйн завершил работу над действительно электрическими часами, сердцем которых был контакт, управляемый маятником, раскачиваемым электромагнитом. Колебания складывал электромагнитный счетчик, соединенный колесной передачей со стрелками на циферблате.

В начале XX века электрические часы окончательно вытеснили механические в системах хранения и передачи точного времени. Наиболее точными часами, основанными на свободных электромагнитных маятниках, были часы Уильяма Шортта, установленные в 1921 году в Эдинбургской обсерватории. Из наблюдения за ходом трех часов Шортта, изготовленных в 1924, 1926 и 1927 годах в Гринвичской обсерватории, определили их среднесуточную погрешность в 1/300 с, что соответствует ошибке 1 секунда в год. Точность часов со свободным маятником Шортта позволила обнаружить изменения продолжительности суток. И в 1931 году начался пересмотр абсолютной единицы времени — звездного времени, с учетом движения земной оси. Эта ошибка, которой до того пренебрегали, достигала в своем максимуме 0,003 секунды в сутки. Новая единица времени была позднее названа Средним звездным временем. Точность часов Шортта была непревзойденной, вплоть до появления кварцевых часов.

Предтеча высокоточности

В 1918 году были впервые построены часы, которые использовали свойства кварцевого резонатора. В 1937-м кварцевые часы, разработанные Льюисом Эссеном, были установлены в Гринвичской обсерватории, их точность составляла около 2 мс/ сутки. А в 1944-м международные сигналы времени в виде шеститочечных сигналов Би-би-си генерировались с помощью кварцевых часов, точность которых возросла уже до 0,1 мс/сутки.

Во второй половине ХХ века пришла пора часов электронных. В них место электрического контакта занял транзистор, а в роли маятника выступил кварцевый резонатор.

Сегодня именно кварцевые резонаторы в наручных часах, персональных компьютерах, стиральных машинах, автомобилях, сотовых телефонах формируют время нашей жизни.

Атомный эталон

Новый толчок в развитии устройств для измерения времени был дан физиками-атомщиками. В 1964 году двое советских ученых — Н.Г. Басов и А.М. Прохоров — и американец Чарльз Таунс получили Нобелевскую премию по физике за работы по развитию микроволновой спектроскопии. А в 1949-м были построены первые атомные часы, где в качестве источника колебаний выступил не маятник и не кварцевый генератор, а сигналы, связанные с квантовым переходом электрона между двумя энергетическими уровнями атома. Эта электромагнитная волна, то есть фотон радиоизлучения, характеризуется очень высокой стабильностью энергии и частоты колебаний.

Поскольку атомы могут как отдавать, так и поглощать фотоны, первые атомные часы действовали по принципу поглощения фотонов атомами аммиака, но так как на практике они оказались не очень точны, к тому же громоздки и дороги, то широкого распространения не получили. Тогда было решено обратиться «за помощью» к другому химическому элементу — цезию, атомы которого при надлежащем выборе условий способны поглощать электромагнитные волны с частотой 9192 МГц. Используя это его свойство, Джон Шервуд и Роберт Мак-Кракен создали первый цезиевый пучковый резонатор, а в 1955-м появились первые атомные часы на основе атомов цезия. Помимо него, в атомных часах также используются атомы водорода и рубидия.

Вообще же, со времени изобретения атомных часов их точность повышалась в среднем вдвое каждые 2 года, и хотя предела совершенству в этом вопросе не видно и по сей день, в 1967 году было решено перейти на атомный эталон времени. И вот почему. О том, что вращение Земли замедляется, ученые знали давно, но в какой-то момент выяснилось, что величина этого замедления — непостоянна, да и определить закономерности вариаций скорости вращения Земли не представляется возможным. И это значительно затрудняло работу астрономов и хранителей Времени. В настоящее время Земля вращается с замедлением примерно на 2 миллисекунды за 100 лет. При этом сезонные и 10-летние колебания длительности суток также достигают тысячных долей секунды. Поэтому на очередном этапе развития общества точность Гринвичского среднего времени — общепринятого с 1884 года мирового эталона, определение которого основывалось на среднем солнечном времени, — стала недостаточной.

Принимая во внимание это обстоятельство, международный Комитет по мерам и весам в 1954 году предложил определение секунды как 1/31 556 925,9747 доли тропического года на 1 января 1900 года в 12 часов звездного времени. И лишь в 1967-м состоялся переход от столь неудобного и неуточняемого определения секунды к атомному эталону времени. Сегодня секунда — это промежуток времени, точно равный 9 192 631 770 периодам излучения, который соответствует переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома Цезия 133.

Переход к атомному времени поставил следующий вопрос — что будет, если атомные часы сломаются? Так родилась концепция групповых стандартов — «ансамбля часов». Три комплекта обеспечивают независимую оценку стабильности, четвертые — на случай поломки. Более того, при определенном алгоритме измерений у ансамбля часов можно получить лучшие характеристики.

На сегодняшний момент в качестве шкалы времени используется Всемирное Координированное Время (UTC, Universal Time Coordinated), основанное на определении секунды через квантовый резонанс в атоме цезия (Cs133). За UTC не стоят никакие «материальные» часы». Эта шкала формируется Международным бюро мер и весов (BIPM) путем объединения данных лабораторий хранения времени различных стран, а также данных Международной службы вращения Земли (IERS). Точность UTC почти в миллион раз выше, чем астрономическое Гринвичское среднее время. Ошибка, свойственная атомным часам при определении секунды, составляет менее ± 0,3 нс за сутки, что эквивалентно одной секунде за 10 миллионов лет.

Поскольку Время научились измерять с такой высокой точностью, то в 1983 году на Международной конференции по мерам и весам было дано новое определение эталона длин: «Метр — длина пути, который свет проходит в вакууме за 1/299792458 секунды».

В 1982 году в спор между астрономическим определением эталона Времени и победившими его атомными часами вмешался новый астрономический объект — миллисекундный пульсар. Радиотелескопы фиксируют импульсный поток, который покинул звезду 30 тысяч лет назад. Астрономы выдвинули гипотезу, что электромагнитные импульсы с периодом 1,55780645169838 миллисекунды излучает нейтронная звезда с массой Солнца, радиусом 10 км, вращающаяся со скоростью 642 оборота в секунду. Эти сигналы по стабильности не уступают лучшим атомным часам. Наличие таких высокостабильных галактических часов, внешних по отношению к нашей Солнечной системе, позволит ученым получать много новой информации о межзвездной среде, об орбите Земли, а также продолжить эксперименты по обнаружению гравитационных волн, которые могут искажать пространство и время, как это было предсказано Эйнштейном в начале XX века.

Новый стандарт

В XXI веке в Интернете появилось свое электронное, Гринвичское, время. С 1 января 2001 года английским правительством было официально объявлено о новом стандарте времени Greenwich e-time (GET), который будет использоваться для обеспечения глобальных электронных платежей (транзакций) через Интернет.

Швейцарская фирма Swatch, создав самые тонкие наручные часы толщиной менее 1 мм, не остановилась на достигнутом и ввела собственное интернет-время, разделив сутки на 1 000 частей и ведя его отсчет из штаб-квартиры компании. Стать мировым стандартом этому времени не суждено, хотя идея эта реализована, в том числе и в виде наручных часов.

Новое слово в создании наручных часов пытается сказать и глава компании Microsoft Билл Гейтс. Он также внедряет новую технологию передачи персональной информации на наручные часы. Его идея получила название SPOT (Smart Personal Objects Technology). SPOT-часы, принимая радиосигналы точного Времени в FM-диапазоне, способны автоматически корректировать время в соответствии с местом пребывания. По тому же каналу связи в них попадают коммерческие, спортивные, метео- и другие новости.

Наделить наручные часы дополнительными функциями пытались и ранее. Существуют часы-телевизор, часы-радиоприемник, часы-телефон, часы-приемник GPS, часы-компьютер, часы-метеостанция, часы-компас, часы-глубиномер и часы-альтиметр. Особую страсть к таким устройствам питают японцы, и надо отметить, что наиболее активная часть землян весьма привержена противоударной наручной электронике.

Календарь с потерей суток

Для наших предков основным источником информации о времени была цикличность, заложенная природой в движение планет и звезд, в смену времен года, светлой и темной частей суток. Спать ложились с заходом, вставали с восходом, полдень определяли по тому, что Солнце достигло наивысшей точки своего пути по небосводу. Для отсчета длительности промежутков времени и упорядочения жизни был придуман календарь.

Усовершенствовав уже существовавшую систему учета дней, египетские жрецы разработали календарь, очень похожий на современный европейский: год, состоявший из 365 суток, они разделили на 12 месяцев по 30 дней, а в конце года добавляли 5 дополнительных дней. У этого календаря был существенный недостаток: на самом деле в году не ровно 365, а около 365 с четвертью суток, и из таких четвертушек за 4 года накапливались целые сутки.

А вот древние вавилоняне считали, что в году не 365, а 360 дней (именно поэтому в окружности 360°). Они и свой календарь таким сделали, и в окружность привнесли свои заблуждения. Однако в данном случае любовь к «хорошим» числам (легко делящимся на много частей) сыграла свою позитивную роль, положив начало крайне удобному исчислению углов, унаследованному от вавилонских астрономов, которые делили градус угловой дуги дважды на 60: prima minuta — первое малое деление, secunda minuta — второе малое деление. Сутки подразделяются на часы, минуты и секунды тоже способом, унаследованным от вавилонян. В 46 году до н. э. Гай Юлий Цезарь преобразовал существовавшую до той поры систему летоисчисления: он принял продолжительность года в 365 с четвертью суток и предписал в каждом четвертом, високосном, году считать 366 дней.

Просуществовав не одно столетие, в XVI веке юлианский календарь подвергся некоторой модернизации. Поскольку солнечный год отличался от юлианского по продолжительности (он меньше на 1/128-ю часть суток), то за каждые 128 лет накапливались лишние сутки, и к XVI столетию эта разница составила уже целых 10 дней. Тогдашнего понтифика Папу Григория XIII крайне волновала проблема вычисления даты Пасхи, которая постепенно все более приближалась к Рождеству. Поэтому по совету календарной комиссии Григорий XIII предписал не считать високосными те «сотенные» (оканчивающиеся на два нуля) годы, числа которых не делятся на 400, то есть 1700, 1800 и 1900 годы.

Таким способом за 400 лет пропускались трое «лишних» суток. Именно этим новым стилем, названным григорианским, пользуется сегодня человечество в качестве внеконфессионального и межгосударственного календаря. Впрочем, и он не очень точен и не очень удобен в повседневной производственноторговой и научной деятельности, поэтому попытки усовершенствовать систему летосчисления не прекращаются, правда, уже не в папской резиденции, а в ООН, где продолжается работа над универсальным Всемирным календарем.

Магелланова среда

Особенно большое значение песочные часы имели на кораблях: в пасмурную погоду, когда по небесным светилам нельзя было определить время, его узнавали по песочным часам, известным нам как «склянки». Юнги отмеряли получасовые отрезки времени и били в колокол. Существовавшей в эпоху Средневековья точности измерения было совершенно недостаточно для навигации при морских путешествиях. Широту местонахождения корабля можно определить, просто измерив высоту Солнца, Луны или звезд, а для того, чтобы найти долготу, необходимо знать не только местное солнечное время, но и который сейчас час на широте порта приписки.

…В 1519 году из Севильи на запад отправилась флотилия Магеллана, цель экспедиции — кругосветное путешествие, а если точнее, пряности индийских островов. Три года пути, трудов, лишений, борьбы, открытий, и вот — Севилья встречает героев… После кругосветного плавания Магеллана человечество окончательно убедилось в том, что Земля круглая, вот только календарное время преподнесло очередной сюрприз. О ужас! Корабельный календарь не соответствовал местному: на корабле была среда, а в Севилье — четверг. Набожные испанцы босиком в белых саванах поспешили в церковь замаливать грехи — получалось, что они, сами того не ведая, передвинули дни постов и церковных праздников… Так люди поняли, что, основываясь только на заходах и восходах Солнца, можно и ошибиться в подсчете дней своей жизни.

Как хранить время

После того как были заложены теоретические основы измерения времени и земного пространства и созданы часовые и угломерные приборы достаточной точности, возникла необходимость учреждения системы отсчета и хранения времени.

Что принять за начальную точку отсчета для определения долготы? Как обеспечить хранение времени при длительных путешествиях? Как сличать это время с местным? Поскольку истинный полдень (самая короткая тень от гномона) наступает в различных точках Земли в разное время, необходимо было договориться об определенных условностях его отсчета. Так, пожалуй, впервые в истории человечества за стол переговоров сели бывшие военные противники, финансовые конкуренты и религиозные антиподы… Целое столетие ученые и государственные мужи разных стран спорили о том, где будет находиться «нулевой меридиан». Договориться им удалось только 1 ноября 1884 года — Международная меридианная комиссия признала за «нулевой» Гринвичский меридиан и рекомендовала принять Гринвичское время в качестве всемирного…

Гринвичский меридиан был выбран не случайно. Там в 1675 году по указу английского короля Карла II была организована астрономическая обсерватория, а двумя годами позже установлены маятниковые часы. Там же было впервые выведено уравнение времени, которое позволяло вычислять разницу между показаниями часов и солнечным временем. Солнце не является идеальным хранителем времени, поскольку полет нашей планеты происходит по эллиптической орбите и ось Земли наклонена к плоскости ее движения. Как следствие солнечное время то отстает от часового, то опережает его. Знаменитая вытянутая солнечная восьмерка — аналемма символизирует именно этот факт. Так родилось среднее Гринвичское время.

Релятивизм в действии

В 1905 году Эйнштейн предложил теорию относительности, суть которой заключается в том, что на быстро движущемся объекте время течет медленнее. То есть время стало величиной относительной. Такие понятия, как «сейчас», «сегодня», «завтра», имеют простой, общепринятый смысл только для событий, происходящих недалеко друг от друга. А если, например, сесть в космический корабль и разогнать его до скорости, близкой к скорости света, то можно и в будущее слетать посмотреть, как там будет на Земле через пару сотен лет, только вот вернуться в свое настоящее уже не удастся…

В 1908 году немецкий ученый Г. Минковский доказал неразрывное единство пространства и времени и ввел новое понятие пространство—время. Так мир стал четырехмерным. А в 1916 году Эйнштейн завершил создание общей теории относительности, согласно которой пространство—время может искривляться под действием сил тяготения (математически искривленные пространства ранее описал Н. Лобачевский). С тех пор геометрия искривленных пространств называется неевклидовой. Но самым интересным открытием в общей теории относительности является то, что в сильном поле тяготения время течет медленнее. Это означает, что часы у поверхности Солнца идут медленнее, чем у поверхности Земли, а часы на околоземной орбите, наоборот, быстрее.

Так называемые релятивистские эффекты учитываются сегодня не только учеными, астрономами, но и инженерами. Их влияние на навигационные спутники GPS и ГЛОНАСС сказывается на вычислениях орбит, на распространении навигационных сигналов и, конечно, на ходе бортовых атомных часов. Последняя поправка наиболее существенна и выражается в искусственном «замедлении» атомных часов спутников ГЛОНАСС и GPS.

Биологический хронометраж

Для интуитивной оценки времени Природа снабдила человека особым «механизмом» — так называемыми биологическими часами. Они отсчитывают циклы, приблизительно равные 24 часам. И только в 2001 году ученые определили участок головного мозга, в котором находятся биологические часы человека. Выяснилось, что за восприятие времени отвечают так называемые базальные ядра и теменная часть коры больших полушарий. Причем механизмы оценки небольших интервалов времени и упорядочение событий нашей жизни в памяти происходят принципиально разными способами.

Из жизни носимых часов

1500
После изобретения в 1470 году плоской пружины, заменившей гири, мастер Питер Хенлейн из немецкого города Нюрнберга изготовил первые носимые часы. Их корпус, имевший только одну, часовую, стрелку, был выполнен из позолоченной латуни и имел форму яйца. Первые «Нюрнбергские яйца» были диаметром 100—125 мм, толщиной 75 мм и носили их в руке или на шее
1515—1540
В этот период была решена одна из основных проблем ранних механических часов — изменение силы тяги заводной пружины. Сделано это было пражским мастером Джакобом с помощью специального барабана переменного диаметра
1630
Циферблат карманных часов был впервые накрыт стеклом. Подход к их оформлению стал более изощренным. Корпуса стали изготавливать в виде животных и других реальных объектов, а для украшения циферблата применяли эмаль
1670
Появление анкерного спуска, позволившего использовать маятники с малой амплитудой качания
1675
Изобретение спиральной пружины-балансира. С этого момента крутильный маятник в носимых часах полностью заменил обычный. Точность хода носимых часов, особенно после внедрения горизонтального анкерного спуска, кардинально повысилась, поэтому в механизм пришлось добавить еще одну, минутную, стрелку
1680
Изобретение секундного механизма и появление секундной стрелки
1704
Первое применение в часах рубиновых и сапфировых опор для балансира и шестеренок существенно уменьшило трение и повысило точность и запас хода
1715
Изобретение Д. Грэхамом апериодического анкерного механизма
1761—1762
Изготовление Д. Харрисоном первого морского хронометра, позволившего с высокой точностью определять местонахождение судна во время плавания
1783
Начало работы А. Бреге над часами «Королева Мария Антуанетта». Часы имели автоподзавод, минутный репетир, вечный календарь, независимый секундомер, «уравнение времени», термометр и индикатор запаса хода. Задняя крышка, выполненная из горного хрусталя, давала возможность увидеть работу механизма.
1795
Изобретение А. Бреге турбийона, считающегося величайшим достижением в часовой промышленности и наиболее сложным устройством. Вращая с помощью него колебательную систему часов, удается компенсировать влияние гравитации на точность хода
1799
Изготовление А. Бреге часов «Tact», получивших известность как «часы для слепых». Их владелец мог узнавать время, прикоснувшись к открытому циферблату
1801
Получение Бреге патента на изобретение турбийона и изготовление с ним первых часов
1830
Представление компанией Брегет (Breguet) часов, в которых корректировка времени и завод осуществлялись одной заводной головкой
1844
Представление А. Николем хронометра с функциями старта, остановки и сброса. Разработки над ним велись до 1862 года

1850-е
Заключение главной часовой пружины в барабан, что привело к отказу от специального механизма выравнивания ее тяги и сделало часы намного более компактными
1853
Начало массового производства серийных, то есть однотипных, часов
1880
Фирма Girard-Perregaux первой начала массовое производство наручных часов для армии
1914
Представление компанией Eterna первых наручных часов с функцией будильника
1923
Начало производства наручных часов с автоподзаводом
1926
Представление фирмой Rolex модели водонепроницаемых часов «Oyster»
1929
Презентация компанией Jaeger-LeCoultre самого тонкого часового механизм. Его размеры — 14x4,8x3,4мм, вес — 1 г
1935
Презентация компанией Ulysse Nardin карманного сплит-хронографа, способного измерять время с точностью до 1/10 секунды
1956
Представление фирмой «Ролекс» своей первой модели «Президент» — с индикатором дня недели и даты. Первые часы этой серии были подарены президенту Эйзенхауэру
1961
Первый в истории полет Ю. Гагарина в космос с часами «Штурманские» 1-го Московского часового завода
1964
Появление первого в мире кварцевого стрелочного хронографа Seiko
1969
Первое в истории пребывание астронавтов с часами Omega Speedmaster на Луне
1972
Появление первых в мире кварцевых электронных часов на жидких кристаллах фирмы Ebauches SA
1979
Представление компанией Vacheron Constantin модели «Kallista» — самых дорогих часов в мире. Стоимость этих часов, украшенных бриллиантами общим весом 130 карат, составила порядка 9 миллионов долларов
1986
Представление компанией Audemars Piguet первых часов с турбийоном и автоподзаводом
1988
Появление первых автоматических кварцевых часов без батарейки, заряжающихся от движения руки, фирма Le Phare Jean d`Eve
1991
Создание часов «Mega 1» фирмы Junghans, способных принимать радиосигнал синхронизации c атомными часами
1994
Включение хронографа FORTIS Official Cosmonauts Chronograph в состав штатного снаряжения, пригодного для выхода в открытый космос, Российским Центром подготовки космонавтов им. Ю.А. Гагарина
1999
Начало производства фирмой OMEGA часов с Co-Axial спуском, придуманным Д. Дэниэлсом, и балансом без традиционного регулятора хода. Сочетание этих нововведений существенно повысило точность механических часов
2000
Презентация фирмой Tissot многофункционального кварцевого хронографа T-Touch с сенсорным сапфировым стеклом, а также двойной индикацией времени, барометром, альтиметром (высотомер), секундомером, аналоговым компасом, будильником и термометром

Часы в цифрах

В2002 году было произведено 1 млрд. 240 млн. часовых механизмов. Из них около 60% изготовлено в Японии. Швейцарцы экспортировали только 28 млн. часов. Правда, учитывая разницу в цене, швейцарские фирмы по выручке существенно опережают японские — 8 млрд. долларов против 1, 7 млрд.

Большинство выпущенных часов — кварцевые со стрелками. Доля чисто электронных часов с жидкокристаллическим индикатором времени невелика — около 10%. Чисто механических часов было произведено всего 18 млн.

Из них: в Швейцарии — 2,9 млн., в Японии — 3 млн., в СНГ — 6,2 млн. Крупнейшим в мире покупателем часов являются США. На их долю приходится 15% швейцарского экспорта, 25% — японского и 26% — гонконгского. Россия в 2002 году потребила около 50 млн. часов, произвела 7 млн. и заняла 14-е место среди импортеров швейцарских часов
По данным журнала «Мои часы»

Олег Осипов

Рубрика: Досье
Ключевые слова: изобретения, часы
Просмотров: 24019