дсчитывая количество истекших или предстоящих суток. Примитивными приспособлениями для отсчета времени были ремешок с узелками и дощечка с зарубками. Ежедневно делая зарубку, считали количество прошедших с памятной даты дней; развязывая по узелку в день, определяли число оставшихся суток до ожидаемого события.
С древних времен смена дня и ночи (сутки) служила единицей измерения относительно небольших интервалов времени. Положение Солнца на небе использовалось в качестве той часовой стрелки, по которой люди определяли время в дневную часть суток. Именно движение Солнца легло в основу солнечных часов, которые появились примерно 5,5 тысячи лет назад. Принцип действия солнечных часов основан на движении тени, отбрасываемой неподвижным ориентиром в течение дня.
С тех пор как люди впервые заметили регулярное движение Солнца и звезд, они начали задаваться вопросом о времени. Доисторические люди впервые зарегистрировали фазы Луны около 30 тысяч лет назад.
С чего начинался отсчет
Самые главные временные явления были замечены в небе, но помимо этого в течение года происходило много других событий, которые указывали на значительные изменения в окружающей среде. Сезонные ветры и дожди, наводнения, цветение растений, размножение или миграция животных и птиц привели к естественным делениям года, а дальнейшее наблюдение и местные обычаи привели к признанию сезонов.
Когда солнце перемещается по небу, тени меняются по направлению и длине, поэтому простые солнечные часы могут измерять длину дня. Было замечено, что продолжительность дня меняется в разное время года. Причины этого различия не были обнаружены до тех пор, пока астрономы не согласились с фактом, что Земля движется вокруг Солнца по эллиптической орбите и что ось Земли наклоняется примерно на 26о.
Другое открытие заключалось в том, что солнечные часы должны были быть специально созданы для разных широт, потому что высота солнца в небе уменьшается на одних широтах, создавая более длинные тени, чем на других широтах.
Люди использовали солнечные часы еще в древние времена. Принцип их работы основывается на гномоне, отбрасывающем тень от солнца на циферблат, по которому следят за ходом времени. Греки и римляне устанавливали эти часы в городах, а элита носила их уменьшенную копию в кармане (самый старый известный пример портативных солнечных часов, описанный как кусок металла, который мог вписаться в кофейную кружку, был найден на итальянской вилле, погребенной под вулканическим пеплом в извержении Везувия в 79 году нашей эры).
Лунные часы в Куинз Колледже
В XIX веке изобрели солнечную пушку – это была пушка и большая линза, работающие по принципу солнечных часов. Когда солнце доходило до линзы, оно разогревало ее до такой степени, что фитиль, на который через призму светило солнце, загорался, гремел выстрел. Самыми большими солнечными часами в мире считаются часы Джантар-Мантара в городе Джайпур штата Раджастхан в Индии. Это целая обсерватория, построенная в XVIII веке. Ее длина составляет примерно 22 метра, в ней находятся 20 астрономических инструментов. А тайванский небоскреб Тайбэй 101, считающийся одним из самых высоких зданий в мире, также выполняет роль огромных солнечных часов – тень от него падает на расположенный рядом парк, имеющий форму циферблата.
Солнечные часы – один из старейших измерителей времени. Не имея других ресурсов, вы можете выйти на улицу (не в пасмурный день, конечно) – и получить приблизительное представление о времени суток, наблюдая за положением солнца в небе. Хранители времени в Древнем Египте и Шумере еще в 1500 году до нашей эры (и, вероятно, даже раньше) создали первые устройства для использования тени солнца, чтобы отслеживать течение времени.
Чаще всего используется узкий угловой объект, называемый гномоном, чтобы наложить тень на маркеры, указывающие время суток. Другие указывают время, позволяя свету солнца проходить через небольшую щель. Гномон иногда фиксируется или может быть перемещен для учета разных длин дней в разные сезоны. Солнечные часы XVII века в Куинз Колледже (Кембридж, Англия) могут использоваться как лунные. Они установлены в каменной стене и имеют так называемый лунный циферблат, который соединяет фазы Луны с ее текущим временем, определяемым по лунному свету, который помогает определить точное время ночью.
Изобретения для измерения и регулирования времени
Ранние изобретения заключались в том, чтобы разделить день или ночь на разные периоды для того, чтобы регулировать работу или ритуал, поэтому длительность периодов времени сильно варьировалась в разных культурах.
Маркированные свечи использовали для того, чтобы рассказать о времени в Китае с VI века. Для изготовления свечных часов древесную муку смешивали с благовониями, из которых лепили спиральные свечи, на них делали отметки, указывающие время. Огненные китайские часы могли работать месяцами без присмотра, часто при изготовлении свечных часов в фитиль подмешивали разные благовония, и время можно было определять по запаху: один час устройство издавало аромат сандала, другой час – жасмина, третий – эвкалипта…
Как и масляные лампы, свечи использовались для обозначения времени от одного события к другому, вместо того чтобы рассказывать о времени дня. Традиционные для Китая того времени свечные часы делали в форме дракона, в хребте которого находился специальный держатель для палочки. Такие часы использовали и как будильник: в определенных точках палочки подвешивали металлические шарики, при сгорании свечи они падали в фарфоровую вазу, издавая громкий звон.
Водяные часы известны человечеству со времен Древнего Египта. В водяных часах промежуток времени измерялся количеством воды, вытекавшей капля за каплей из малого отверстия, сделанного на дне сосуда. Таковы были водяные часы египтян, вавилонян, древних греков. У китайцев, индусов и некоторых других народов Азии, наоборот, – пустой полушаровидный сосуд плавал в большом бассейне и мало-помалу наполнялся водой через небольшое отверстие. Клепсидры – это водяные часы, измеряющие время по указателю, передвигаемому под давлением текущей воды внутри скрытого от глаз резервуара. Название сочетает греческие слова: klepto – скрываю, hydor – вода. Простейшие клепсидры состояли из двух сосудов, расположенных на разных уровнях. Вода капала из отверстия верхнего в нижний сосуд. Уровень воды поочередно достигал начертанных на стенке отметок, тем самым отсчитывая «истекшие» промежутки времени.
Для повышения точности водяных часов некоторые из них были механизированы, чтобы обеспечить постоянный поток воды, регулируя давление воды. Однако колебания температуры воды могут привести к различиям в течение 30 минут за день.
Некоторые водяные часы вызывали движение фигурок на причудливых дисплеях, в то время как другие звонили в колокола. Первый водяной будильник был построен Платоном в 427 году до нашей эры. В часах Платона вода отводилась в дополнительное судно, когда достигала определенного уровня, а дополнительное судно содержало трубку с узкой щелью. Когда вода проходила через трубку, она свистела, как вода в чайнике. Одни из самых сложных водных часов были спроектированы и построены мусульманским инженером Аль-Джазари в 1206 году – это были часы с водяным весом в форме большого азиатского слона.
Другие методы учета времени, основанные на устойчивом изменении в какой-либо естественной среде, включали часы ладана, песочные часы и часы с масляной лампой. Однако, как и у водяных, их точность все еще была ограничена.
По мере развития технологий выдувания стекла, с определенного времени в XIV веке стало возможным делать песочные часы. Первоначально их использовали в качестве меры в течение периодов времени, таких как лампы или свечи, но по мере того как часы становились более точными, их стали использовать для измерения разных периодов времени и определений продолжительности университетских лекций и даже периодов пыток.
Пожалуй, песочные часы – простейший прибор для отсчёта промежутков времени, состоящий из двух прозрачных сосудов, соединенных узким горлышком, один из которых частично заполнен песком. Время, за которое песок через горлышко часов пересыпается в другой сосуд, может составлять от нескольких секунд. Недостатком песочных часов является короткий интервал времени, который можно измерить с их помощью. Часы, получившие распространение в Европе, обычно были рассчитаны на работу в течение получаса или часа. Встречались устройства, работающие в течение трех часов, очень редко – двенадцать часов. Для увеличения интервала измерения составляли наборы песочных часов в одном футляре.
Точность песочных часов зависит от равномерной зернистости и сыпучести песка, формы колбы, качества ее поверхности. Колбы заполнялись отожженным и просеянным через мелкое сито и высушенным мелкозернистым песком. В качестве исходного материала также использовали молотую яичную скорлупу. При длительном использовании точность песочных часов ухудшается из-за повреждения песком внутренней поверхности колбы, увеличения диаметра отверстия в диафрагме между колбами и дробления песчаных зерен на более мелкие.
Памятник под названием «Колесо времени» – огромные песочные часы, самые большие в мире, были созданы в 2004 году в честь вступления Венгрии в состав Евросоюза – для страны началась новая эра. Высота часов 8 метров, вес – 60 тонн. Каждый год 31 декабря часы переворачивают с помощью тросов, и начинается новый отсчет времени. Это уникальное сооружение изготовлено из красного гранита, ударопрочного стекла и нержавеющей стали – предполагается, что эти материалы помогут полуавтоматическому механизму работать долго и без сбоев.
«Колесо времени» символизирует сплав традиций и инновационных технологий, а еще напоминает о тех временах, когда единственной силой, способной сдвинуть тяжелый предмет, была физическая.
Важным достижением стало изобретение механических часов, которые обеспечивали точность времени от минут до нескольких секунд. Механические часы, вместо использования постепенного изменения в чем-то вроде воды или песка, включают механизм спуска, способ выпускать энергию в небольших контролируемых количествах через регулярные промежутки времени. Было разработано множество механизмов, предназначенных для выполнения такой цели, в том числе цилиндровые, дуплексные, рычажные и хронометрические спуски, все с различной степенью точности. Возможно, самый ранний пример спуска, используемого в механизированных водяных часах, был придуман китайским ученым и государственным деятелем Су Сунгом, построившим гидромеханическую 30-футовую астрономическую башню с часами, которая не только показывала время суток, но и месяц и год.