Масштаби вимірів
Час невловний, і люди знають, що їм його ніколи не підкорити. Найбільше, на що вони можуть розраховувати, це лише в найкращий спосіб використати час, відведений кожному з людей. Як вимірюється час? Майже всі фізичні величини світу навколо нас — довжина, обсяг, маса чи енергія — піддаються нашим вимірюванням. Винятком є саме час. Бо ж неможливо відтяти якийсь проміжок часу, аби порівняти його з іншим відтинком, взятим десь-інде. Щоб виміряти час, належить вибрати з навколишнього світу таке явище, яке ми вже вміємо вимірювати і яке повторюється щоразу в незмінному вигляді. Ми вимірюємо не час як такий, а лише його прояви завдяки обраному нами фізичному явищу.
Крім труднощів, пов’язаних із вимірюванням, є ще й інша проблема, яка постає у зв’язку із двозначністю того, що вимірюється. Більшість винайдених людиною приладів вимірює проміжки часу, або ж тривалість, тобто поняття, яке вказує на незворотність плину часу і не дозволяє встановлювати точну хронологію подій. Вимірювання часу також передбачає розміщення подій у певному порядку одна щодо одної, тобто їхнє датування.
Встановлювати такі хронології подій нам дозволяє застосування шкали часу завдяки періодичному поверненню ідентичних ситуацій, що піддаються обліку, а саме завдяки поділові часу на відтинки, що їх підказали зоряні цикли, зміни пір року та фаз місяця, чергування дня й ночі.
ХРОНОЛОГІЇ ТА КАЛЕНДАРІ
Спостереження неба, ведені здавна і вдень, і вночі, одразу відкрили людям складність руху небесних світил. До повного оберту Землі навколо Полярної зірки, який триває 24 години без чотирьох хвилин, додається повільна хода Сонця через тринадцять зодіакальних сузір’їв, тривалість якої становить рік, складений з 365 із чвертю днів. Внаслідок такого руху Сонце щодня трохи випереджає зірки, тож сонячний день налічує 24 години. Зі свого боку, Місяць, обертаючись навколо Землі, щодня запізнюється на те місце в небі, де він був напередодні, майже на годину і через те з’являється перед нами в одному й тому самому місці та в одному й тому самому вигляді через 29 із половиною днів.
Схоже, що такі спостереження, проведені з великою точністю ще за 18 століть до нашої ери вавилонськими астрономами, допомогли їм створити місячний календар, складений часом із 29, а часом із 30 днів. Пророкування тої чи тої тривалості місяця вимагало досконалого знання зримого руху Сонця й Місяця. А єгиптяни, чий ритм життя визначали повені Нілу, вподобали річний календар, що складався точнісінько з 365 днів, внаслідок чого календарний «рік відставав від сонячного, а отже, й сільськогосподарського року, на один день за чотири роки. Отже, календарний рік і сонячний рік збігалися між собою один раз на 1460 років!
Майже всі цивілізації заснували свої календарі або на місячному місяці, або ж на сонячному році, попри те ускладнення, що рік містить не однакову кількість місяців. Тож кожна цивілізація винайшла власну, більш-менш точну й більш-менш довільну систему регулювання — така система надавала релігійній чи політичній верхівці, що нею користувалася, великої влади. Нині такі регулювання вже втратили характер свавілля, однак відгомін його ще й досі зберігається в розмаїтті календарів та культур.
За час, що минув після появи перших календарів, їхня роль не змінилася. З одного боку, вони — гарант циклічного повторення певних подій — природних, як припливи або пори року, чи людських, як релігійні або громадські свята. З другого боку, вони уможливлюють хронологію, бо позначають кожну подію датою, точним місцем у перебігові часу. Без сумніву, календар є одним із найстійкіших і найспецифічніших складників будь-якої цивілізації.
ДЕНЬ І НІЧ
Потреби щоденного релігійного та господарського життя породили необхідність створити щось на зразок шкали часу чи хронології дня й ночі. Вправні астрономи, єгиптяни склали каталоги зірок, які щодня з’являлися якраз перед сходом Сонця, таким чином позначаючи останню годину ночі. Задля спрощення вони вирішили надавати такої ролі одній і тій самій зірці протягом декади — десяти днів підряд, а потім замінювати її іншою зіркою — і так упродовж року. Вони розробили таблиці послідовності появи зірок на небосхилі щоночі від сутінків до світанку. На 365 днів року випадало, отже, 36 декад. Протягом короткої ночі влітку можна було спостерігати 12 сходжень таких ранкових зірок, тож і всю ніч було поділено на 12 «годин».
Протягом дня для вимірювання часу єгиптяни використовували Сонце, а радше, тінь від колони, або ж гномона, що падала на шкалу з позначками. Вже з початку другого тисячоліття до нашої ери такі «сонячні лінійки» ділили день на 12 годин, що дозволяє увінчати єгиптян лаврами винахідників 24 годин, хоча ці години й не були однаковими, бо тривалість ночі й дня змінювалася залежно від пори року.
Найдавніші сонячні годинники винайдено в Єгипті, одначе можна бути певними того, що подібні прилади з давніх-давен існували і в інших цивілізаціях, зокрема в Китаї, у Вавилоні та в доколумбовій Америці. Від простої, встромленої в землю палки і до витончених інструментів, з допомогою яких ще наприкінці 19-го століття можна було звірити свого годинника за сонячним часом,— так за всіх часів та цивілізацій скрізь у світі сонячний годинник вказував найнадійніший, найнепохитніший та найприступніший для всіх час. За умови, звичайно, що світить Сонце…
ПЕРШІ МЕХАНІЗМИ
Поряд із цими інструментами для хронології подій з давніх-давен існували й прилади для вимірювання тривалості, тобто відтинків часу, початок яких визначає той, хто користується приладами за власним бажанням. Найдавніший водяний годинник датується 1400 роком до нашої ери. Він виглядає як конічна ваза з отвором внизу та з горизонтальними позначками всередині. Вазу наповнювали водою, і коли та повільно витікала, рівень води в посудині вказував на час, що сплив від моменту її наповнення. В різних цивілізаціях існувала сила-силенна водяних годинників, або ж клепсидр.
Ще за доби греко-римської Античності люди вміли створювати інструменти, де рушійна сила води крутила коліщатка механізмів, які показували час та вмикали звукові сигнали. Вдосконаливши такі механізми, араби продовжили традицію. У 602 році Хіджри (мусульманське літочислення) аль-Джазарі в одному з трактатів описав конструкцію дивовижних інструментів — годинників і водночас астрономічних календарів.
Величезний астрономічний годинник у вежі заввишки 12 метрів, який пускала в рух вода, було споруджено 1094 року Сусонгом у Китаї. Та й від нього до наших часів дійшов тільки опис.
ЗНАТИ ЧАС
Люди створювали машини для вимірювання часу, бо мали таку потребу. За Середньовіччя переважну більшість світового людства становило селянство, а для сільськогосподарського виробництва вистачало тих знань про час, що їх давало розміщення Сонця на небі. Куди точніших знань вимагали релігійні відправи як у мусульман, так і в християн, де ревно дотримувалися заведеного розкладу молитов. Серед тих, хто мав конечну потребу знати час, були також астрономи й астрологи, які, попри свою нечисленність, у всіх країнах світу стояли близько до можновладців.
У мусульманському світі та в краях, де підсоння дозволяло користуватися сонячними й водяними годинниками, цю потребу в точному часі задовольнити було легко. Та інакше стояли справи в таких регіонах, як Північна Європа, де Сонце часто ховалося за хмари, де взимку короткі дні, де вода від морозу перетворювалася на кригу.
Протягом XI—XII століть у європейських містах розвивалися нові форми життя; водночас із розквітом ремісництва народжувалися промисловість та банки. Нові галузі діяльності викликали потребу в точніших і надійніших інструментах вимірювання часу, аніж ті, якими користувалися селяни. Так склалися умови для того, щоб наприкінці XIII століття було винайдено механічний годинник, який пускали в рух за допомогою ваг та маятника. Поява таких інструментів розцінюється як видатна подія в розвитку науки й техніки.
Найдавніші механічні годинники не відзначалися точністю і надійністю, однак запроваджений ними метод вимірювання часу, який не залежав від небесних світил та примх природи і був дітищем виключно людської винахідливості, потряс підвалини середньовічного життя і заклав перший камінь у фундамент сучасної технічно-промислової цивілізації.
Протягом XIII—XX століть у відповідь на дедалі настійливіший попит виробництво годинників всебічно вдосконалювалося, вони ставали дедалі точнішими, надійнішими, меншими й дешевшими. Якщо на виготовлення перших годинників витрачався рік роботи, якщо вони запросто давали похибку на годину вперед чи назад протягом доби, якщо вони служили господареві тільки якихось десять років, то найкращі морські фонометри, зроблені в XIX столітті, мали точність до десятої частки секунди протягом дня і навіть тепер, відрахувавши поза сотню років, йдуть так само бездоганно.
До позаминулого століття люди мандрували не часто і без поспіху. Кожне місто чи село жило за своїм часом, тобто за сонячним годинником, точнішим за дзиґарі. Переміни настали після появи залізниці й телеграфу, які поступово з’єднали всі міста світу в єдину мережу комунікацій, внаслідок чого виникла потреба у створенні погодженої, цілісної системи часу.
У 1885 році запропоновано міжнародну систему часових поясів, за якою години в кожному поясі відрізняються одна від одної, тимчасом як хвилини й секунди синхронізуються з універсальним часом, тобто з сонячним часом Грінвіцького меридіана. За тридцять років на таку систему пристав увесь світ. Спочатку синхронізацію забезпечував телеграф, нині — штучні супутники — з точністю до тисячної частки секунди.
Від XVII століття всі механічні годинники йшли завдяки коливанням маятника від ваг чи пружини. До XX століття про інші коливання просто не знали. Однак починаючи з 1928 року, після відкриття властивостей деяких мінералів, де механічні коливання супроводжувалися електричними коливаннями, стало можливим замінити старі маятники належно обробленими кварцовими кристалами.
Перший кварцовий годинник був незграбний і неточний. Та через 60 років, завдяки розвитку електроніки, люди навчилися створювати дешеві годинники, здатні показувати час точніше за найдосконаліші механічні годинники в обсерваторіях. Отак раптом точний час став доступним для всіх. Хоча б де ми були, в усьому світі ми маємо один і той самий час.
Ба навіть сама Земля, період обертання якої є абсолютним еталоном часу, виявилася небездоганною, коли в фізичних лабораторіях відкрили новий, куди точніший маятник, а саме — атом, зокрема атом цезію-133, що став основою нового еталону часу. Найкращі атомні годинники дозволяють зберігати час із точністю до секунди за мільйон років, однак і це ще не задовольняє вимог учених…
Час — це не тільки якась абстрактна схема чи розклад для нашої діяльності, за яким здійснюється контроль у масштабах світу і який постає перед нами в мільярдах годинників навколо нас. Він включає в себе також біоритми, внутрішні імпульси без маятників та стрілок, що їм коряться всі людські істоти. Деякі з них тривають кілька тисячних секунди, деякі обчислюються багатьма роками. Більшість біоритмів синхронізується з рухом світил протягом доби, місяця чи року.
Протягом кількох століть людина розширила межі простору — як назовні, до незмірно великого, так і всередину, до незмірно малого. Ми досягли цього і стосовно шкали часу. Нині ми можемо виміряти як 15 мільярдів років життя Всесвіту, так і фемтосекунду, що дорівнює тисячній частці мільярдної частки секунди.
Та все ж це не змінило ні ритму ходи, ні ритму пульсу, ані тривалості життя людини. Час життя не змінюється. Навіть коли якісь години видаються комусь коротшими чи довшими за інші, час для всіх однаковий, бо він не належить нікому.
Автор: Жан Матрікон.