Статья

От тени до кристалла

История точных часов

Фото: unsplash.com

Чем сложнее становится мир и чем больше люди из разных точек планеты взаимодействуют друг с другом, тем важнее нам знать, который сейчас час.

Сначала всё было просто: человек следил за тенью от палки на земле, понимал, что время идёт и его можно делить на части — так же, как мешки зерна или расстояние. Большая точность не была нужна, никто не носил часы в кармане. Небольшие отрезки времени отмеряли, используя бегущую из горшка воду или горящую свечу, — и этого было достаточно, чтобы организовать быт, работу и молитву. Но жизнь усложнялась, общество менялось, и нужны были другие, более точные способы узнавать время.

Удалить
Солнечные часы, Древний Египет
По солнцу — самый первый способ определять время. Вместе с солнцем движется тень от столбика, указывающая время на шкале. Солнечные часы использовали в Древнем Египте, Китае, Ассирии и Вавилоне. На фото — самые старые сохранившиеся солнечные часы, примерно 1500 до н. э.
Около 3500 года до н. э.
Удалить
Водяные часы, Древний Египет
Водяные часы — древний прибор для измерения времени, придуманный задолго до нашей эры: вода вытекает из сосуда с метками за определённое время. Самые древние сохранившиеся — водяные часы из храма Амона-Ра в Луксоре, Египет.
1500 год до н. э.
Удалить
Песочные часы
Песочные часы близки к водяным по принципу работы, но в Европе широко распространились с развитием искусства выдувания стекла. Они использовались в быту, в морских путешествиях, в церквях, чтобы отслеживать время службы. Принцип устройства песочных часов не изменился до сих пор.
IV–VIII века
Удалить
Башенные механические часы, Западная Европа
У первых башенных часов не было циферблата, они умели только отбивать каждый час. Бой часов на башне помогал жителям средневековых городов синхронизировать время. Возможно, самый старый сохранившийся часовой механизм находится в Солсбери, Англия (1386)
Начало XIV века

Первые полностью механические часы в Средневековье устанавливали на городских площадях — когда много людей живут вместе, им нужно согласовывать своё расписание.

В XVII веке Христиан Гюйгенс собрал первые часы с маятником. До изобретения маятниковых часов самым точным, на что ориентировались учёные, проводя короткие эксперименты, был ритм их собственного пульса. Теперь надёжная секундная стрелка позволила делать очень точные измерения. Но даже часы с маятником, которые на суше отставали всего на несколько секунд в сутки, плохо работали на море.

Удалить
Карманные часы, Германия
Нюрнбергский мастер Петр Генлейн собирал удивительные для своей эпохи часы, которые умещались в кармане и отбивали время, а завода хватало на 40 часов. Генлейну удалось создать такие маленькие часы, потому что он использовал в их конструкции часовую пружину.
1505 год
Удалить
Наручные часы, Великобритания
Первые наручные часы были женским аксессуаром. Мужчины носили часы в кармане, а дамы — на цепочке или на запястье. Впервые часы с браслетом упоминаются как подарок английской королеве Елизавете I, но массовым этот аксессуар стал намного позже, в в XVII–XVIII веках.
1571 год
Удалить
Маятниковые часы, Голландия
О том, что время одного колебания маятника зависит только от его длины, писал ещё Галилео Галилей, а спроектировать и собрать работающие маятниковые часы удалось голландскому математику Христиану Гюйгенсу. Часы с маятником были намного точнее, чем другие приборы той эпохи.
1658–1673 годы
Удалить
Анкерный спуск, Великобритания
Физик Роберт Гук разработал важную деталь маятниковых часов — анкерный спуск, который позволил использовать длинный тяжёлый маятник с маленьким размахом колебаний, более точный и требовавший меньше энергии.
1657 год
Удалить
Морской хронометр, Великобритания
Англичанин Джон Харрисон изобрёл хронометр, измеряющий время на море: на ход механизма не влияли перепады температур и морская качка. Изобретение Харрисона наконец-то позволило мореходам достаточно точно определять долготу.
1761 год

Хороший хронометр на корабле необходим для навигации: широту можно определять по солнцу, а долготу — только зная точное время. Зачастую мореплаватели открывали новую землю, но не могли на неё вернуться из-за ошибок в координатах. Борьба держав за освоение колоний зависела от того, кто первым соберёт морской хронометр. В поисках способов сделать часы, нечувствительные к перепадам температур, качке и влажности, родилась целая наука — хронометрия, объединяющая знания по физике, материаловедению, математике и астрономии. Хороший прибор для определения времени на корабле наконец появился в 1730-х годах, когда англичанин Джон Харрисон предложил свою конструкцию морского хронометра. Потребность в точной навигации двигала хронометрию дальше. Люди совершенствовали часовые механизмы, придумывали новые колебательные системы: вместо маятника стали использовать кристаллы кварца, а потом даже атомы некоторых элементов.

Удалить
Электрические часы, Великобритания
Шотландец Александр Бэйн первым получил патент на часы с маятником, приводимым в действие с помощью электромагнита, а не пружинами и гирями.
1840 год
Удалить
Астрономические часы Шорта, Великобритания
Уильям Шорт создал электромеханические часы с двумя маятниками: один двигал механизм, а второй поддерживал точность первого, качаясь в вакуумном колпаке. До появления кварцевых эти часы были самыми точными, отставая или убегая лишь на 0,0002 секунды в сутки.
1921 год
Удалить
Кварцевые часы, США
Уоррен Маррисон впервые сконструировал часы с кристаллом кварца в качестве регулятора колебаний. Изобретение Маррисона занимало целую комнату, а в 1980-х кварцевые часы стали самыми дешёвыми и распространёнными в быту.
1927 год
Удалить
Атомные часы
Разработки ХХ века позволили применять в качестве регулятора в часах не маятник и не кристалл кварца, а атомы. В 1955 году в Великобритании представили часы, которые используют квантовые эффекты в атомах цезия-133. На сегодняшний день атомные часы — самый точный прибор измерения времени.
1955 год

Очень точные часы важны не только для навигации. Например, без них невозможно организовать железнодорожную сеть: если часы на станциях покажут разное время, поезда будут сталкиваться. Согласованные часы нужны в любой системе, связывающей множество людей. Без высокой точности не получится передавать сигналы на высоких скоростях. Сейчас, чтобы соединить компьютеры в сети или наладить спутниковую навигацию, нужна точность не в секундах, а в 10^−17 секунды — такую обеспечивают только атомные часы.

Люди стремятся организовать свою жизнь, путешествовать, быть на связи и всё контролировать. Иногда мы сходим с ума, пытаясь догнать время. Жизнь становится всё быстрее, а часы всё строже и строже: от наблюдения за тенью палки на земле мы пришли к регистрации квантовых эффектов атомов цезия. И если у точности есть предел, то он ещё точно не найден.