Проблема точного времени
Достижение высокой точности измерения времени оставалось сложной задачей на протяжении веков. Лишь во второй половине XVII века, в период Научной революции (1500–1700), появились часы, которые теряли секунды, а не минуты в сутки. Прорывом стало изобретение маятниковых часов Христиана Гюйгенса в 1657 году, а дальнейшее усовершенствование произошло с появлением карманных часов с балансирной пружиной в 1675 году.
Эти новшества оказали огромное влияние на развитие науки. Более точное хронометрирование стало необходимым для астрономов, землемеров, картографов, навигаторов и других ученых, стремившихся фиксировать и измерять природные явления. Сложность механизма часов — первой из многих подобных машин — захватила воображение современников, сделав их метафорой нового механистического представления о мире.
Проблема времени
С древности люди использовали солнечные и водяные часы, однако они позволяли определять только приблизительное время в пределах часа, но не минут. Первые механические часы появились в конце XIII века, однако их точность оставалась низкой. Наиболее распространенными были башенные часы на церквях и в ратушах, которые требовали ежедневной коррекции, обычно в полдень, по Солнцу. Кроме того, их гиревой механизм требовал регулярного завода. Часы той эпохи были громоздкими и дорогостоящими, при этом акцент делался на их внешний вид, а не на функциональность.
В конце Средневековья часы использовались в основном для измерения более крупных временных циклов, таких как фазы Луны или знаки зодиака, а также для координации общественной жизни (например, работы рынков и проведения богослужений). Однако ученым, особенно астрономам, навигаторам и картографам, требовались значительно более точные приборы, теряющие не более нескольких секунд в сутки. Решение пришло с изобретением маятниковых часов.
Маятниковые часы
Первый проект часов с маятником предложил Галилео Галилей (1564–1642), который установил, что маятник колеблется с регулярными интервалами (изохронность). Однако превращение этой идеи в рабочее устройство требовало создания механизма, обеспечивающего равномерность движения маятника.
Рабочие маятниковые часы создал голландский ученый Христиан Гюйгенс (1629–1695) в 1657 году. Их точность составляла не более 15 секунд в сутки, что стало огромным прорывом для науки. Как и Галилей, Гюйгенс был астрономом, а точное измерение времени позволило значительно улучшить расчеты движения небесных тел. В своей книге Horologium (1657) Гюйгенс отметил вклад Галилея в разработку идеи, а в 1673 году он выпустил более детальное исследование Horologium Oscillatorium.
Точность маятниковых часов открыла новые возможности для научных экспериментов, позволив ученым сравнивать результаты, полученные в разных местах.
Часы и обсерватории
Астрономия была ключевой наукой Научной революции, и для точных наблюдений требовались точные часы. Обсерватории стали оснащаться лучшими часовыми механизмами. В 1641 году Иоганн Гевелий (1611–1687) открыл частную обсерваторию в Данциге (Гданьск), где использовал секстант, квадрант и два маятниковых часов для регистрации движения небесных тел.
Гринвичская королевская обсерватория, основанная в 1675 году, обладала двумя маятниковыми часами с гигантскими маятниками длиной почти 4 метра. Их изготовил известный лондонский часовщик Томас Томпион (1639–1713). В обсерватории использовалось несколько разных типов механизмов для проверки точности измерений. Однако часы требовали постоянного обслуживания — один из механизмов вышел из строя всего через несколько месяцев из-за пыли и недостаточной смазки.
Некоторые обсерватории создавались временно для определенных исследований. Например, Королевское общество отправило маятниковые часы Джона Шелтона в 1760-х годах для наблюдений на острове Святой Елены, Барбадосе и мысе Доброй Надежды.
Карманные часы с балансирной пружиной
Несмотря на достижения в точности маятниковых часов, они были бесполезны в навигации, поскольку не работали в условиях качки на кораблях. Гюйгенс в 1675 году разработал новый механизм с балансирной пружиной, который позволял создать компактные и относительно точные карманные часы. Он представил модель во Французской академии наук, однако вскоре вступил в спор с английским ученым Робертом Гуком (1635–1703), который утверждал, что первым предложил этот принцип в 1658 году. Позже к спору присоединился французский часовщик Исаак Тюре, но его претензии были сомнительными.
В результате ни один из изобретателей не получил патента, и балансирные механизмы начали массово производиться часовщиками по всему миру. Хотя они улучшили точность измерения времени, их все еще было недостаточно для навигации. Вопрос точного определения долготы был окончательно решен только в 1770 году с созданием морского хронометра Джоном Гаррисоном (1693–1776).
Широкие последствия точного измерения времени
Маятниковый механизм позволил создать новые приборы, например метроном, впервые упомянутый в 1602 году. Врачи использовали его (пульсилогий) для точного измерения частоты пульса пациентов. Айзек Ньютон (1642–1727) применял маятниковые часы в своих экспериментах с гравитацией. Более точные хронометры позволили исследовать скорость и ускорение в различных условиях — на высоте, в вакууме и при изменении давления.
Новые технологии изменили представление о времени, вызвав массовое обновление старых механизмов. Карманные часы с балансирной пружиной стали популярны, а развитие точных часов оказало влияние на последующую промышленную революцию.
