Текст книги "Часы, по которым мы живем. От солнечных часов до лунного календаря"
Автор книги: Айзек Азимов
Жанр:
Научпоп
сообщить о нарушении
Текущая страница: 1 (всего у книги 10 страниц)
Айзек Азимов
ЧАСЫ, ПО КОТОРЫМ МЫ ЖИВЕМ
От солнечных часов до лунного календаря
Посвящается Давиду,
эта книга била завершена в день его 7-летия
Глава 1.
СЛЕДУЯ ЗА СОЛНЦЕМ
Одно из первых знаний, которое подрастающее поколение получает в школе, – это определение времени по часам. Дети должны научиться читать циферблат часов.
Определение времени по часам – нужное знание даже для ребенка. Он может определить, скоро ли наступит время обеда (или сна), когда начинается его любимая телепередача.
По мере взросления мы все больше живем по часам. Все происходит но ним: работа, доставка почты, закрытие магазинов, телевизионные шоу.
Другой способ определения времени предоставляет календарь. Благодаря ему мы знаем, когда наступят выходные, начнутся каникулы или нужно оплачивать счета; пора ли искать подарок к дню рождения или направляться по магазинам в поисках новогодних подарков.
Часы и календарь считают такими обычными предметами, что никто из нас не задается вопросом, как человек впервые научился определять время по часам. Сейчас это кажется легким; считают, что каждый ребенок сможет это понять. Но человечеству потребовались тысячи лет, чтобы разработать эту систему, а в некоторых областях она даже сейчас еще не разработана полностью. Эта книга расскажет о неудачных и успешных попытках определения времени по часам.
ЧТО ДВИЖЕТСЯ?
Мы живем на поверхности огромного шара, называемого Землей, который постоянно совершает круговые движения. Такое движение называется вращением Земли. Это вращение происходит постоянно год за годом.
Представьте себя вне Земли в космосе, наблюдающим за точкой на поверхности вращающейся Земли. Когда точка находится перед вашими глазами, вы заводите часы. Затем ждете.
Поскольку Земля вращается, точка перемещается к краю шара, затем вниз, где ее уже не видно. Внизу она перемещается к другой стороне и появляется снова у противоположного края. Теперь точка опять приближается к вам; когда она окажется прямо перед глазами, остановите часы.
Посмотрев на часы, увидите, что точка прошла вокруг Земли за 24 часа. Если повторить эксперимент» то каждый раз будете получать тот же результат.
Другими словами, время вращения Земли составляет 24 часа.
Лишь за последние несколько сот лет люди осознали вращение Земли, Мы, живущие на поверхности Земли, совсем не ощущаем этого движения. Наша планета кажется неподвижной.
Лишь все находящиеся в небе объекты (Солнце, Луна, планеты и звезды) кажутся нам движущимися. Звезда, которая в определенный момент оказалась над головой, медленно перемещается на запад, достигает горизонта и исчезает. Через какое-то время она снова появляется на востоке и поднимается вверх. Спустя 24 часа она опять появляется над головой.
* * *
Это ежедневное вращение небесных тел в направлении с востока на запад – иллюзия. Наша планета и мы перемещаемся с запада на восток. Такую же иллюзию мы испытываем, когда сидим в поезде, стоящем рядом с другим поездом, и начинаем медленно двигаться вперед. Нам часто кажется, что мы стоим на месте, а другой поезд уезжает назад.
Наше ложное восприятие, возможно, возникает из-за ощущения вибрации или неустойчивости нашего поезда во время его движения. Или еще пример: выглядывая в окно, мы видим, что станция и деревья движутся назад. Мы знаем, что они не могут двигаться, поэтому убеждены, что движемся мы.
Итак, движение Земли очень плавное и поэтому неощутимое. Нет такой «станции», на которую можно было бы посмотреть и убедиться, что движемся именно мы. Во всяком случае, не было такой «станции», которую мог бы увидеть первобытный человек.
Таким образом» в течение многих тысяч лет, когда человек стал вполне цивилизованным, считалось само собой разумеющимся, что перемещались небесные тела, а не Земля.
Именно видимое перемещение небесных тел, происходящее фактически из-за вращения Земли, дало человеку первое представление о времени. Поэтому мы можем думать о себе как о живущих на гигантских часах – первых часах, которые человек имел и которые все еще важны сейчас.
РАБОТА СОЛНЦА
Существуют тысячи небесных тел, которые участвуют в движении от горизонта до горизонта. Среди них самым важным является Солнце. Ни один человек, каким бы первобытным он ни был, не мог не заметить Солнца.
Когда Солнце находится над горизонтом, мир залит светом и теплом. На охоте человек мог видеть все происходящее и защищать себя от опасности. Благодаря солнечному свету он может совершать все свои дела.
Когда Солнце находится ниже горизонта, наступает темнота, а вместе с ней и холод. Жизнь становилась более опасной из-за рыскающих по ночам зверей. Даже после открытия огня, который облегчил жизнь в опасной темноте, в такое время оставалось лишь найти безопасное место для сна.
Подобная смена дня и ночи, вероятно, была замечена с самого начала, и она предложила способ хронометрии. Путешествие, возможно, заняло много дней и ночей.
Время с восхода. Солнца до заката или с заката до восхода – это долгий период. Будет малопонятным, если сказать кому-то: «Встреть меня завтра на углу Пятой и Главной». Ваш друг скорее всего спросит: «В котором часу завтра?»
Первый способ разбить день на более короткие отрезки, должно быть, принимал во внимание положение Солнца на небе. Находилось ли оно там высоко или низко? Всходило или заходило? До сих пор мы используем названия разных частей светлого времени суток, которые восходят к первоначальному способу рассмотрения времени. Мы говорим о делении на рассвет, утро, день и вечер. На восходе Солнца происходят дуэли, а на закате встречаются возлюбленные.
Но мы собираемся использовать положение Солнца для разделения дня. Солнце отбрасывает тень. Когда оно высоко в небе, тень короткая; когда низко – длинная. Более того, в течение первой половины дня, когда Солнце на востоке, тень находится на западе. Во второй половине дня, когда Солнце па западе, тень – на востоке. Использование движущейся тени для определения времени берет свое начало в забытом периоде прошлого в Египте и Вавилонии. Возможно» оно возникло в обеих странах независимо одна от другой.
Любой прибор, дающий возможность определить время с помощью теней, называют солнечными часами. Слово «циферблат» латинского происхождения и означает «день»; таким образом, «солнечные часы» – то, что определяет врем и дня с помощью Солнца.
Самые простые солнечные часы представляют собой деревянный столбик, вертикально вбитый в землю. Предположим, что вы следуете за тенью столбика от восхода Солнца до заката, делая отметку в точке, где заканчивается тень.
Если эти точки соединить, то они образовали бы изогнутую линию с одной стороны столбика. Если бы Солнце в середине дня находилось прямо над головой, то тень от столбика в тот момент исчезла бы. На Земле есть места, где Солнце в середине дня иногда находится прямо над головой» но это никогда не случается в северном Египте или Вавилонни. (А также в Европе и Соединенных Штатах.) Там Солнце в середине дня всегда находится над головой чуть южнее, поэтому тень всегда отбрасывается на север. В середине дня тень короче, чем и любое другое время, но она не исчезает.
Тень и время дня
Вместо простого столбика можно сделать столбик, внизу у которого прибита длинная горизонтальная планка, а сверху – поперечный короткий горизонтальный брусок. В этом случае часть теми поперечного бруска всегда падала бы на горизонтальную планку внизу.
Такое устройство, используемое для определения времени с помощью Солнца, греки называли gnomon[1]1
Указатель, стрелка (греч.)
[Закрыть]. В греческом языке это слово означает «тот, кто знает»: человек, использующий солнечные часы, знает время дня, наблюдая за темью гномона Солнечные часы появились в Греции (вероятно, их привезли из Вавилонии) около 575 года до новой эры; но возможно, что египтяне использовали разновидности солнечных часов еще за тысячи лет до этого,
Если вы будете следить за тенью столбика, ее можно разделить на секции и пронумеровать их. Такие секции называют часами – от греческого слова которое означает «время
Линию движения тени разделили на 12 часов. Это восходит к времени вавилонян» которым нравились число 12. Ею можно ровно разделить на 2, 3, 4 или 6, поэтому оно является удобным для использования числом. В древние времена математические операции с дробями были плохо разработаны Поэтому желательно было найти число, которое можно разделить несколькими различными способами без остатка.
Египетский гномон и неравные часы
Современная тенденция – разделить меру на 10 частей, Но до сих пор многие известные системы мер используют деление на 12, доставшееся нам от первобытных времен. Так, 12 дюймов составляют фут, 12 унций – троянский фунт, 12 пенсов – шиллинг, 12 дюжин – гросс и 12 предметов is дюжине.
Когда впервые начади использовать солнечные часы, их пронумеровали, начиная с восхода Солнца естественно. Середина дня оказалась в конце шестого часа, а закат Солнца – в конце двенадцатого. Таким образом, библейская фраза « одиннадцатый час» не значит час до полночи, как» похоже, считают многие люди. Она означает время, когда остается час солнечного света.
Девятый час, который в латинском языке называется «нона», был серединой второй половины дня и заканчивался на полпути между серединой дня и закатом Солнца. Почему-то середину второй половины дня стали путать с серединой дня. В английском языке мы называем середину дня полуднем, первую половину дня предполудениым временем, а вторую половину дня временем после полудня.
Католическая церковь все еще считает часы от восхода Солнца, в связи с определенными молитвами, которые читают священники. Эти уставные часы молитв включают заутреню (один), которую читают в 6 часов утра. Затем идет терция (три) – в 9 часов утра, секст (шесть) – в 12 дня и вечерня – в 3 часа дня.
НЕДОСТАТКИ СОЛНЦА
У солнечных часов есть и недостатки. Например, если тень падает на плоскую поверхность, то утром она движется очень быстро, но замедляется в полдень. После полудня ее движение начинает ускоряться, и ближе к закату Солнца она снова движется довольно быстро.
Это значит, что если разделить линию теки на равные масти, то утренние и вечерние часы будут идти быстро, а полуденные часы – медленно. Во избежание этого древние египтяне разделили измерительную линию на неравные сегменты, оставив на ее концах длинные сегменты, а в середине – короткие. Таким образом, часы получились равными по продолжительности.
Другое решение данной проблемы – сделать так, чтобы тень падала не на плоскую поверхность. Вавилоняне в III веке до новой эры изобрели солнечные часы, у которых гномон (часть солнечных часов, которая отбрасывает тень) был установлен внутри впадины. Они были сконструированы таким образом, что линия тени повторяла траекторию края впадины, двигаясь равномерно. Если эту траекторию разделать на равные сегменты, то получите равные часы.
За последние три тысячелетия было создано много различных видов солнечных часов, и этот древнейший научный инструмент все еще используют в его первоначальном виде. Некоторые декоративные часы устанавливают в садах и на газонах сейчас из-за их красивого внешнего вида. Самая известная разновидность, наверное, та, где гномон наклонен на север. Шкала имеет форму плоского круга, по краю которого надает тень. Римляне даже изобрели маленькие солнечные часы, которые можно было носить везде, как современные часы; а в 290 году до новой эры они соорудили солнечные часы для всех, чтобы каждый проходящий мог определить время.
Еще одна проблема заключается в том, что траектория тени изменяется день ото дня. Летом и осенью траектория ежедневно немного перемещается на север, а зимой и осенью – снова на юг. Это не совсем плохо, так как тень никогда не отклоняется за пределы определенных границ. Но если на солнечных часах измерительная линия и гномон выполнены верно» то часть тени всегда пересечет линию так, чтобы показать время.
Когда тень смещается на север, Солнце движется от одного горизонта к другому быстрее. В этом случае в Нью-Йорке продолжительность дня составляет 3/5 продолжительности дня, когда тень находится в южных пределах. Когда день короче, тень лолжна перемещаться быстрее, чтобы успеть закончить свой путь. Солнечные часы спешат в короткие дни года и отстают в длинные.
В начале хронометрии это не вызывало беспокойства. В разное время часы были длинными и короткими, как были длинными и короткими дни. Никто особенно не волновался по этому поводу.
{Здесь вы можете удивиться, почему дни бывают длинными и короткими, если Земля вращается равномерно. Это будет рассмотрено в книге дальше.)
И еще один недостаток солнечных часов – они работают, когда Солнце светит в небе. Но этому могут помешать облака и, конечно, ночь. Большинство людей это не беспокоило. Ночь была временем для сна, а не определения часа суток.
Тем не менее, на борту корабля и в армии во время походов некоторым приходилось не спать всю ночь и быть на часах во избежание опасности. Для них было важно определение времени ночью, так как обычно в этом были заняты несколько человек, сменяя один другого; никто не хотел стоять на посту дольше определенного времени.
Вначале для разделения ночи на 12 часов (которые также составляют день) использовали изменение местонахождения определенных видимых звезд. Но каждый человек, которому приходилось стоять ночью на посту, ждал много часов. Евреи разделили ночь на три дозора, каждый из которых составлял четыре часа. Греки и римляне разделили се на четыре дозора по три часа каждый. Солдаты и моряки докладывали о событиях, произошедших в первый или во второй дозор ночи, В память о старой системе у нас до сих пор существует поэтическая фраза: «безмолвные дозоры ночи».
ПРОГРЕССИВНЫЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
А как насчет определения времени в помещении, где никогда не бывает Солнца или звезд? Необходимо нечто, что непрерывно изменялось бы е помещении т как непрерывное движение небесных тел.
Одно из самых простых решений этой проблемы – использование горящей свечи– Большая свеча сгорала довольно равномерно. Во время горения такой свечи наблюдали за солнечными часами и то, что оставалось от нее по истечении каждого часа, можно было отметить на такой же целой свече. Потом отметины делали на других таких же свечах, чтобы показать границы, до которых они должны были сгорать спустя час, два и т. д. Для этой цели использовались и масляные лампы. Во время горения лампы поступление масла в прозрачный цилиндр постепенно уменьшалось, и на цилиндре нужно было лишь отмечать часы,
В облачные дни такие свечи полностью заменяли солнечные часы. Их использовали в помещениях. Могли зажигать в любое время и гасили, когда в них не было необходимости. Они были не просто заменители солнечных часов, а серьезным усовершенствованием.
Но еще лучшим изобретением были песочные часы, появившиеся около 250 года до новой эры и известные всем нам. Через узкий проход песок медленно высыпается из верхней половины песочных часов в нижнюю, Насыпав в часы необходимое количество чистого, сухого песка, человек мог сделать так, чтобы песок высыпался, например, один час. Затем, перевернув их в противоположную сторону, человек мог начать отсчет следующего часа.
Использование получасовых песочных часов на борту некоторых древних судов послужило, возможно, началом традиционного способа подачи сигнала об истечении времени на борту корабля. Начиная с полуночи, после истечения каждого получаса (когда пора переворачивать часы) звонит колокол.
Клепсидра (водяные часы)
Спустя полчаса после полуночи звучал «один звон». Спустя час было «два звона» и т. д. И наконец, спустя четыре часа после полуночи или «восьми звонов» наступал конец караула, и начиналась новая серия звонов. Через четыре с половиной часа после полуночи снова звучал «один звон».
Таким образом, используются шесть серий звона колокола от одного до восьми в течение дня и ночи. Это может показаться сложным. Моряк мог определить час по местоположению Солнца или звезд, но ему важно было знать, сколько часов прошли, и звон колокола мог сказать ему об этом.
Подобная идея была воплощена в водяных часах, или клепсидре, которые появились в греко-римском мире (вероятно, их завезли из Египта, где использовали, как минимум, с 1500 года до новой эры) около 150 года до новой эры. В клепсидре вода капала через узкое отверстие в сосуд, где она собиралась. Поскольку она капала равномерно, то и сосуд наполнялся равномерно. Уровень воды поднимался, и отметины на сосуде (подобные отметинам на горящей свече) говорили о прошедших часах.
Усложненные клепсидры имели на воде поплавок, который поднимался вместе с повышением уровня воды в сосуде. Этот поплавок был прикреплен к зазубренному стержню, который вращал зубчатое колесо, когда поднимался вверх. К этому колесу был прикреплен конец стрелки, чтобы при повышении уровня воды стрелка вращалась по кругу. За стрелкой находился циферблат, разделенный на 11 секций, пронумерованных от 1 до 12, (Это уже напоминает наши современные часы.)
В Древнем мире клепсидры были самым прогрессивным изобретением для определения времени. В 800 году новой эры арабский халиф Гарун аль-Рашид послал Карлу Великому механические часы. Но европейцам было очень сложно изготовить подобные часы. Лишь после 1300 года новой эры европейцы начали делать механические часы в Северной Италии или южной Германии. Шестерни, регулирующие движения стрелки, приводились в действие медленно опускающимися гирями, а не медленно поднимающейся водой. (Никаких: брызг или беспокойств по поводу высыхания.) Такие часы были установлены на башнях кафедральных соборов» чтобы их видели все жители города, К 1472 году немецкий астроном Региомантан (его настоящее имя Иоганн Мюллер) использовал б своей обсерватории часы с заводной гирей.
Еще один прорыв вперед был совершен в 1550 году, когда вместо гирь стали использовать спиральные пружины. Это означало, что часы можно было делать более компактными. Их уже ставили не только на церковных колокольнях, но и в домах.
ПОВОРОТНЫЙ МОМЕНТ
Ни одно из этих механических устройств, приводимых в движение поднимающейся водой или опускающимися гирями, не было предельно точным. Люди были счастливы, если могли определить время ближайшего часа. В 1650 году самые лучшие механические часы ошибались во времени на 5 минут. (Возможно, для того времени это было достаточно хорошо. Не было железнодорожных поездов, имеющих точность движения по графику до минуты, радио или телешоу, начинающихся с точностью до секунд.)
Чтобы сделать механизм более точным, человек должен был найти что-то более стабильное и точное» чем капающая вода или опускающиеся гири.
Поворотный момент произошел в 1581 году. В том году 17-летний итальянский мальчик по имени Галилео Галилей наблюдал в соборе Пизы за качающейся люстрой (вместо слушания молитвы). Он заметил, что приток воздуха заставлял качаться люстру из одной стороны в другую. Такое же время требовалось на ее возвращение в начальное положение. Он проверил это по биению своего пульса.
Маятник (гиря, подвешенная к стержню или веревке; слово латинского происхождения, означающее раскачивание) действительно раскачивается из стороны в сторону в заданное время. Время раскачивания зависит от длины маятника. Длину можно отрегулировать так, чтобы маятник совершал свое раскачивание с точностью до секунды. (Такой маятник открыл французский математик Марии Мерсен в 1644 году, его длина составляла около 85 см.)
В 1657 году голландский астроном Христиан Гюйгенс изобрел часы, в которых висящие гири заставляли маятник двигаться, и постоянное движение маятника (а не самих гирь) обеспечивало работу часов. Такие «часы дедушек» были намного надежнее, чем прежние, и используются до сих пор. Даже первые маятниковые часы спешили или отставали не более чем на 10 секунд в день. К 1730 году отклонения были сокращены до 1, к 1830-му – до 1/10, к 1885-му – 1/100 и к 1925-му – 1/5000 секунды.
Слово «часы» – напоминание о времени, когда церкви отвечали за хронометрию. Об истекших часах извещал звон церковных колоколов, как и на борту корабля, за исключением того, что колокол звонил один раз но истечении каждого часа от 1 до 12, а не получаса, как на корабле. Слово «часы» перво начально означало «колокол», так как во французском языке колокол называет словом «клош».
Но маятниковые часы нельзя было использовать на борту корабля, где движение корабля раскачивало бы маятник. А часы там были чрезвычайно необходимы.
К счастью, есть предмет по размеру меньший, чем маятник, который также двигается равномерно. Из отпускной стали сделали тонкую пружину (волосковая пружина изобретена Гюйгенсом в 1675 году), которая сжималась и ослаблялась при постоянных ритмичных движениях. Если такая пружина будет непрерывно двигаться, медленно раскручивая основную пружину, она будет приводить в действие часовой механизм маленьких часов» которые могут поместиться в кармане и выдержать качку корабля. Такие часы были особенно необходимы людям, стоящим «на часах» на корабле. А такие карманы по сей день называют часовыми.
После Второй мировой войны стало модным на часы надевать ремешки и носить их на запястье. Карманные часы вышли из моды, а наручные стали популярны. Я не расстаюсь с ними никогда. Без них я чувствовал бы себя раздетым.
