От неолитических сооружений до атомных часов, то, как люди измеряют время, показывает, что мы ценим больше всего .
Люди так или иначе отслеживали время в каждой цивилизации, о которой у нас есть записи, пишет физик Чад Орзел. В своей новой книге "Краткая история хронометража" (BenBella Books, 2022) Орзель рассказывает о неолитических попытках предсказать солнцестояния и другие астрономические события, новейшие атомные часы это сохраняет время до все более точных десятичных дробей и всего, что было между ними. Он описывает эволюцию часов, от водяных часов, которые рассчитывали интервалы времени на то, сколько времени потребовалось воде, чтобы вытекать из контейнера, до песочных часов, наполненных песком, до первых механических и маятниковых часов в нашу современную эпоху. Каждый эпизод наполнен интересной физикой и инженерией, а также дает представление о том, как различные способы сохранения времени влияли на то, как люди жили своей жизнью в разные моменты и места в истории.
Scientific American поговорил с Орцелем о самых крутых часах в истории, самых сложных календарных системах и о том, почему нам все еще нужно улучшать лучшие часы сегодня.
Как появление часов изменило историю?
По мере продвижения происходит интересная демократизация времени. Самые древние памятники-это такие вещи, как Ньюгрейндж в Ирландии. Это массивный искусственный холм с проходом через центр. Раз в год солнечный свет достигает этой центральной камеры, и это говорит вам, что это зимнее солнцестояние. Я был там, и вы можете поместить туда от 10 до 12 человек, может быть. Это элитная вещь, где только несколько человек имеют доступ к этой информации. Когда вы начинаете получать такие вещи, как водяные часы, это то, что отдельные люди могут использовать для определения времени. Они не супер точны, но это делает его более доступным. Механические часы делают это еще лучше, а затем вы получаете общественные часы—часы на церковных башнях с колоколами, которые звонят часы. Каждый начинает иметь доступ ко времени. Механические часы начинают становиться достаточно точными и достаточно дешевыми к 1890-м годам. Они стоят около одной дневной зарплаты. Внезапно у всех есть доступ к точному хронометражу все время, и это действительно интересное изменение.
Как представить ценность временной линии от общества ?
Каждая цивилизация, о которой у нас есть приличные записи, имеет свой собственный способ хранения времени. Это очень интересно, потому что есть все эти разные подходы. Ни один из природных циклов, которые вы видите, не соизмерим друг с другом. Год-это не целое число дней, и это не целое число циклов Луны. Таким образом, вы должны решить, что вы ставите в приоритет над тем, что еще. У вас есть такие системы, как исламский календарь, который строго лунный. Они заканчивают с календарь, который составляет 12 лунных месяцев, что является коротким [по сравнению с примерно 365 днями в солнечном году], поэтому даты праздников перемещаются относительно сезонов.
Еврейский календарь делает сложные вещи, потому что они хотят сохранить оба: они хотят, чтобы праздники были связаны с сезонами, поэтому они должны падать в правильную часть года, но они также хотят, чтобы они находились в правильной фазе луны.
Григорианский календарь как бы разделяет разницу: у нас есть месяцы, длина которых основана на луне, но мы фиксируем месяцы, поэтому солнцестояние всегда будет 20, 21 или 22 июня. Мы даем положение года относительно сезонов приоритет над всем остальным.
Тогда у вас есть майя, делающая что-то совершенно другое. Их календарь включает в себя этот 260-дневный интервал, и никто не совсем уверен, почему 260 дней были так важны.
Насколько точны часы сегодня?
Официальное время теперь основано на цезии: одна секунда-это 9,192,631,770 колебаний света, испускаемого при перемещении цезия между двумя конкретными состояниями.
Есть ли предел тому, насколько точными могут быть часы?
Есть предел в том смысле, что есть много вещей, которые влияют на точность. Общая теория относительности Эйнштейна говорит вам, что чем ближе вы к большой массе, тем медленнее будут тикать ваши часы. В какой-то момент вы чувствительны к гравитационному притяжению аспирантов, входящих и выходящих из лаборатории. В этот момент это становится непрактичным.
Это уже проблема, потому что атомное время для мира-это консенсус атомных часов во всем мире. Здесь, в США, есть две большие лаборатории стандартов: одна-военно-морская обсерватория в Вашингтоне, округ Колумбия, около уровня моря, а другая-в Боулдере, штат Колорадо, примерно в миле вверх. Их часы цезия тикают с разной скоростью, потому что они находятся на разных расстояниях от центра земли. Они должны принять это во внимание. Поэтому мы сделали неразумный выбор, разместив это в Боулдере.