Устройства для измерения времени
Устройства для измерения времени называются часами. Часы – символ течения времени. В искусстве часы – атрибут аллегорической фигуры воздержания, символ сдержанности и спокойствия, некоторые портреты включают часы в качестве символа уравновешенного характера изображенного человека.
Первыми часами для человека было Солнце. Чем выше оно поднималось на небосклоне, тем ближе к полудню, а чем ниже опускалось к горизонту, тем ближе к вечеру, и сначала в каждых сутках люди определяли только четыре «часа»: утро, полдень, вечер, ночь.
Солнечные часы
Первыми приборами для измерения времени были солнечные часы. Люди давно заметили, что самые длинные тени от предметов, освещенных Солнцем, бывают утром, к полудню они укорачиваются, а к вечеру вновь удлиняются.
Заметили они также, что тени в течение дня меняют не только размеры, но и направление.
Гномон
Это явление и было использовано для создания простейших солнечных часов – гномона (собственно гномоном называется вертикально установленный стержень; первые такие часы в Индии, Китае и Египте использовались уже около 3000 лет тому назад). Циферблатом служит ровная горизонтальная площадка, на которой вертикально укреплен шест (стержень, пластинка), отбрасывающий тень. Утром тень от гномона обращена к западу, в полдень в нашем северном полушарии – к северу, а вечером – к востоку. По положению тени и определяется истинное солнечное время. Гномон, несмотря на простоту его конструкции, использовался в древности и для определения широты места его установки, наклона эклиптики к экватору. Сравнивая длину тени от шеста с его длиной, определяли высоту Солнца над горизонтом и решали другие задачи. Однако тень от гномона в таких часах описывает в течение дня не окружность, а более сложную кривую, которая не только не остается постоянной в разные месяцы года, но и меняется ото дня ко дню.
Для устранения этого недостатка циферблат солнечных часов стали делать из нескольких линий с делениями; каждая из линий предназначалась для определенного месяца года. Так, древнегреческий астроном Аристарх Самосский (конец IV-первая половина III века до н. э.) для своих солнечных часов выполнил циферблат в форме чаши с прочерченной на ее внутренней поверхности сетью линий, а часы древнегреческого астронома Евдокса (ок. 408–355 год до н. э.) имели на плоском циферблате очень сложную сеть линий, получивших название «арахнеа», что означает «паук».
В дальнейшем астрономы поняли, что для повышения точности солнечных часов их указатель следует направить на полюс мира, то есть к той точке небесного свода, которая при вращении Земли кажется неподвижной. Если при этом плоскость циферблата расположить параллельно плоскости небесного экватора, то есть перпендикулярно к стержню, то конец тени стержня станет описывать окружность. Скорость движения тени будет равномерной, и поэтому на таком циферблате расстояния по окружности между часовыми метками (штрихами) окажутся равными, и их можно определить из расчета 360° = 24 часа. Так были созданы экваториальные солнечные часы.
Экваториальные солнечные часы
Солнечные часы с горизонтальным циферблатом
В таких часах в течение одной части года (в северном полушарии – с марта по сентябрь) тень от стержня падает на циферблат сверху, а в течение другой – снизу, и поэтому часы пригодны для всех дней года. Однако отсчет времени, когда тень падает снизу, затруднителен. Для облегчения отсчета циферблат стали располагать горизонтально. Указателем в таких часах служит треугольник с острым углом, равным широте данной местности.
В древности солнечные часы имели широкое распространение. В Египте в качестве гномона использовали высокие обелиски. Паломники Индии пользовались посохами с вделанными в них миниатюрными солнечными часами.
В 10 году до н. э. по распоряжению императора Августа (63 год до н. э.-14 год н. э.) в честь победы над Египтом в Риме были созданы большие солнечные часы, гномоном для которых являлся гранитный обелиск высотой около 22 м и массой 250 т. На циферблате этих часов размером 170 на 80 м тень обелиска падала на 12 секторов со знаками зодиака. По часам такого типа определяли не только время суток, но и дату, и сезон года. При раскопках античных поселений в Шалеси (Албания) обнаружены хорошо сохранившиеся солнечные часы весом 2,5 кг, сделанные в IV веке до н. э. из алебастра. Циферблат их разделен на 12 равных частей.
Зодиаком в Древней Греции называли пояс на небосводе, включающий 12 созвездий, расположенных вдоль эклиптики. В глубокой древности пояс зодиака делили на части по 30°; они имели названия тех созвездий, по которым проходила эклиптика. В каждой такой части – знаке зодиака – Солнце при своем годичном движении находилось в течение одного месяца:
в знаке Водолея – в январе-феврале;
в знаке Рыб – в феврале-марте;
в знаке Овна – в марте-апреле;
в знаке Тельца – в апреле-мае;
в знаке Близнецов – в мае-июне;
в знаке Рака – в июне-июле;
в знаке Льва – в июле-августе;
в знаке Девы – в августе-сентябре;
в знаке Весов – в сентябре-октябре;
в знаке Скорпиона – в октябре-ноябре;
в знаке Стрельца – в ноябре-декабре;
в знаке Козерога – в декабре-январе.
За время с начала нашей эры точка весеннего равноденствия вследствие прецессии сместилась почти на 30°, и Солнце в декабре-январе проходит по созвездию Стрельца, в январе-феврале – по созвездию Козерога и т. д., но знаки зодиака остаются прежними.
Знаки зодиака
В 1278 году китайский император Кошу-Кинг, стремясь повысить точность солнечных часов, построил в Пекине гномон, указатель которого по высоте был равен 40 ступеням. В Самарканде узбекский астроном Улугбек (1394–1449), внук известного завоевателя Тамерлана (1336–1405), стремясь увеличить точность определения времени по солнечным часам, воздвиг в 1430 году гномон, стержень которого достигал высоты в 175 ступеней (около 50 м).
Известны солнечные часы, у которых полдень отмечался трезвоном. В других часах с помощью соответственно установленного и направленного зажигательного стекла солнечный луч управлял пушкой, заставляя ее стрелять в определенное время.
Солнечные часы не требовали завода, они не останавливались и даже «шли» правильнее, чем некоторые нынешние часы, но с двумя существенными оговорками: только в дневное время и в безоблачную погоду. Их продолжали строить вплоть до XVII и даже в XVIII веке.
Солнечные часы – как стационарные, так и переносные, – длительное время широко использовались в общественной практике различными народами. Стационарные часы изготовлялись из камня, реже – из металла и дерева и, как правило, больших размеров, что позволяло повысить их точность и видеть их на значительном расстоянии. Многие из них сохранились не только в музеях, но и на месте первоначальной установки.
Переносные солнечные часы, отличающиеся сравнительно небольшими размерами, чаще всего изготовлялись из металла (латуни, бронзы, серебра), дорогих сортов дерева и даже из слоновой кости или черепашьего панциря. Для ориентирования по сторонам света их, как правило, снабжали магнитной стрелкой.
Последние в нашей стране солнечные часы были построены в 1947 году к 800-летию Москвы на площадке Московского планетария. Часы показывают московское время с мая по сентябрь.
Песочные часы
Следующими после солнечных были изобретены песочные часы. Ими можно пользоваться в любое время суток и независимо от состояния погоды. Их чаще всего делали в виде двух воронкообразных стеклянных сосудов, поставленных один на другой. Верхний заполнялся песком до определенного уровня. Продолжительность высыпания песка в нижний сосуд и служила мерой времени. Такие часы делали не только из двух, но и из большего числа сосудов. Например, в одних часах, состоявших из четырех сосудов, первый сосуд опорожнялся за 15, второй – за 30, третий – за 45 минут, а четвертый – за 1 час. Специально приставленный человек переворачивал сосуды, отмечая прошедшее время.
Песочные часы
Песочные часы широко использовались на кораблях – так называемые «корабельные склянки», которые служили морякам для установления времени смены вахт и отдыха.
В XIII веке сыпучую массу для песочных часов приготовляли из смеси песка и мраморной пыли, прокипяченной с вином и лимонным соком, повторяя эту операцию до десяти раз и снимая при этом появляющуюся накипь. Такая смесь сыпучего материала позволяла увеличить точность определения времени. Теперь песочные часы широко используются преимущественно в медицинской практике.
Ампольета с корабля Христофора Колумба
Песочные часы стали символом смертности и неумолимо текущего времени. Песочные часы часто появляются в изображении благочестивого, тихого образа жизни, для иллюстрации краткости человеческого бытия, как атрибут Отца-Времени и иногда – Смерти. Они разделяют символизм двух треугольников, один из которых перевернут, что означает циклы созидания и разрушения (форма барабана Шивы в индийском искусстве).
Огненные часы
Более удобными и не требующими постоянного надзора оказались огненные часы.
Огненные часы, которыми пользовались рудокопы древнего мира, представляли собой глиняный сосуд с таким количеством масла, которого хватало на 10 часов горения светильника. С выгоранием масла в сосуде рудокоп заканчивал свою работу в шахте.
Огненные часы
В Китае для огненных часов из специальных сортов дерева, растертого в порошок, вместе с благовониями приготовляли тесто, из которого делали палочки разной формы или (чаще) длинные, в несколько метров спирали. Такие палочки (спирали) могли гореть в течение необходимого времени, не нуждаясь в надзоре.
Известны огненные часы, представляющие собой одновременно и будильник. Для таких часов, а они впервые появились в Китае, к спирали или палочкам в определенных местах подвешивались металлические шарики, которые при сгорании спирали (палочки) падали в фарфоровую вазу, производя громкий звон.
Европейский вариант огненных часов, которыми особенно часто пользовались в монастырях, представлял собой свечи, на которые наносили метки. Сгорание отрезка свечи между метками соответствовало определенному промежутку времени.
Огненные часы-будильник
Однако точность огненных часов была весьма низкой и во многом зависела от состояния окружающей среды – доступа свежего воздуха, ветра и других факторов.
Символическое значение огненных часов можно выразить фразой: «Всему свое время».
Водяные часы
На смену огненным пришли более совершенные водяные часы. Водяные часы были известны и широко использовались в Древнем Египте, Иудее, Вавилоне, Китае. В Греции их называли «клепсидрами» («воровками воды»).
Первые водяные часы представляли собой сосуд с отверстием, из которого вода вытекала за определенный промежуток времени. Например, в Африке, где ощущался недостаток воды, человек, ведавший ее распределением («укиль-эль-ма»), пуская воду на поле крестьянина, одновременно заполнял и сосуд. По истечении воды из сосуда прекращалась подача воды на поле крестьянина; ее пускали на поле другого земледельца.
В последующем конструкции водяных часов совершенствовались, и время определялось по скорости перетекания воды из одного сосуда в другой (сосуды имели специальные метки).
Клепсидры использовали не только в быту, но также в общественных собраниях для регламентации времени выступления ораторов, в судах, при разводе караулов.
Символика водяных часов – та же, что и песочных, так как оба наполнителя – вода и песок – олицетворение текучести и бренности («В один поток нельзя войти дважды»).
Точность определения времени по солнечным, песочным, огненным и водяным часам не превышала нескольких минут и даже десятков минут в сутки, чего, впрочем, было достаточно для экономических и общественных запросов того времени.
Механические часы
Полностью механические часы впервые упоминаются в византийских источниках конца VI века н. э. Это были башенные часы с гирями для города Магдебурга. Лишь спустя четыре столетия появились часы, в которых колеса приводились во вращение с помощью шпинделя – валика, вращающегося под действием подвешенного к нему груза. Такие часы до XVI века имели только часовую стрелку, а точность их хода не превышала четверти часа в сутки. Они уже имели в основном все узлы современных настенных часов.
Однако весьма заметный шаг вперед в создании механических часов сделал Галилео Галилей, открывший явление независимости периода колебаний от амплитуды.
Изобретателем современных маятниковых часов принято считать физика Христиана Гюйгенса, предложившего их в 1657 году и усовершенствовавшего в 1673 и 1675 годах.
Португалец Аманду Жозе Рибейру создал механические часы весом 150 кг, размером с телефонную будку, в которых использованы сочетания 16 тысяч букв и цифр, позволяющие определять также день недели и дату пасхи; они указывают фазы Луны, содержат термометр и барометр и могут служить будильником.
В России первыми механическими часами были башенные, создававшиеся руками собственных часовых мастеров и получившие распространение в XV–XVII веках. Первые из них были сделаны в 1404 году для Московского Кремля монахом Лазарем Сербиным. По предположению историков, первые куранты на Спасской башне были установлены примерно в 1491 году, вскоре после ее постройки. В 1624 году механик Галоуэй установил на Спасской башне механические часы-куранты вместо прежних, а в конце XVII века такие часы появились еще на трех башнях Московского Кремля.
В 1706 году на Спасской башне были установлены новые часы, сделанные по заказу Петра I в Голландии, с циферблатом из 12 чисел. В том же году циферблат был переделан русскими мастерами, но эти часы по неизвестной причине со временем пришли в полную негодность. Вместо них установили большие куранты, обнаруженные в 1763 году в Грановитой палате. После отступления армии Наполеона из Москвы часы были восстановлены. В 1851–1852 годах часы были отремонтированы и модернизированы.
Во второй половине 80-х годов на лужайке токийского парка «Хибия» были установлены «вечные» часы, циферблатом которых служит горизонтальная плита, а механизм приводится в действие энергией солнечных батарей.
Интересны также настольные «Часы населения», изготовленные фирмой «Сэйко инструменте». Кроме времени суток, дней недели, месяцев и года они показывают общую численность населения на Земле и в странах-членах ООН. Часы созданы в связи с рождением пятимиллиардного жителя планеты и отражают изменение числа жителей в соответствии с прогнозами экспертов ООН.
Но все же самыми популярными механическими часами и теперь остаются часы с кукушкой. Они, как гласит легенда, были изобретены в 1720 году (по другим данным – в середине XVI века немецким механиком А. Кеттером) в Германии, чтобы развеселить принцессу печального нрава.
Кварцевые, атомные и другие часы
Более точными часами, пришедшими на смену маятниковым в 1930-е годы, были кварцевые часы, погрешность которых за несколько месяцев не превышает 10-19 секунды, вариация их суточного хода стабильна (до нескольких миллионных долей секунды), и она в тысячу раз меньше, чем у маятниковых. Но кварцевая пластинка сравнительно быстро «стареет», поэтому разность в показаниях двух кварцевых часов может в течение нескольких лет достигнуть десяти секунд.
На смену кварцевым пришли часы, маятником в которых служат колебания молекул аммиака. Такие часы называют «квантовыми», или «атомными», а иногда – «молекулярными». Они позволяют получать «атомные секунды». Время, отсчитываемое по таким часам, называют атомным. 24 атомных часа составляют атомные сутки, содержащие 86 400 атомных секунд, которые не связаны ни с вращением Земли, ни с временем, определяемым астрономически.
Исследования показали возможность достижения точности хода атомных часов до миллионной доли секунды в сутки, то есть они могут отстать на одну секунду от времени, определяемого астрономически, лишь за 500 тысяч лет. Для таких часов – хранителей точного времени, установленных в глубоком подвале, обеспечивается специальный режим: их оберегают от колебаний температуры, влажности, давления, от вибрации и других внешних воздействий; даже незначительные колебания гасятся специальной конструкцией их фундамента. Это от них идут шесть коротких сигналов, передаваемых в нашей стране каждый час по радио.
В последние годы были созданы еще более точные часы – роль «маятника» выполняет единственный в мире стабильный лазер. Он производит миллион миллиардов колебаний – ритмических световых вспышек в одну секунду времени, а часы с таким «маятником» – оптические часы – характеризуются погрешностью хода в одну секунду за 10 миллионов лет. На основе такого лазера представляется возможным создать единый эталон времени – частоты – длины, понимая под последним метр как «длину пути, проходимого плоской электромагнитной волной в вакууме за 1/299 792 485 секунды». Такое определение метра было рекомендовано в 1983 году Консультативным комитетом Международного бюро мер и весов.
Современные часовые устройства, сохраняя общую символику часов, стали более безличными, а их символизм – завуалированным и для большинства людей не таким очевидным, как в давние времена. Это значит, что «время» сегодня – более привычная категория нашего существования, не требующая постоянного напоминания о скрытом в нем смысле.
«Часы» нашего организма
Китайцы рассматривают жизненную энергию ци как перетекающую по разным частям тела в определенное время суток, и поэтому они считают полезным воздействовать на различные органы в строго определенный период. Так, если энергию в данном органе необходимо стимулировать, на него следует воздействовать во время активности ци в этом органе. Если же нужно понизить энергию, то процедуры начинаются в период покоя этого органа по «часам» организма.
«Часы» нашего организма
Двенадцать основных органов, на которые распространяется воздействие медицинской практики, имеют по два часа активности.
GB – желчный пузырь: с 23 до 1 часа.
Liv – печень: с 1 до 3 часов.
Lu – легкие: с 3 до 5 часов.
Li – толстый кишечник: с 5 до 7 часов.
St – желудок: с 7 до 9 часов.
Sp – селезенка: с 9 до 11 часов.
H – сердце: с 11 до 13 часов.
Si – тонкий кишечник: с 13 до 15 часов.
UB – мочевой пузырь: с 15 до 17 часов.
K – почки: с 17 до 19 часов.
P – головной мозг: с 19 до 21 часа.
TW – спинной мозг: с 21 до 23 часов.