ИЗОБРЕТЕНИЯ, ИЗМЕНИВШИЕ МИР: КАК ИЗМЕРИТЬ ВРЕМЯ?

Наш день начинается со звонка будильника, таймер напоминает, что пора достать пирог из духовки, бой курантов служит символом Нового Года. Даже влюбленные не наблюдают часов, только когда они вместе – а порознь то и дело посматривают на стрелки, пытаясь подогнать их, чтобы приблизить встречу. Нам кажется, что так было всегда – мы просто не замечаем, насколько глубоко в нашу жизнь проникли эти обыденные приборы. Но когда-то люди обходились без них…

     Человеку свойственно пытаться все измерить. Мы переводим в сухие числа длину, объем, температуру. Не миновала эта участь и время.

Неудивительно, что именно Солнце подсказало первый способ точного определения времени. Еще в древности люди подметили, что длина тени от предметов изменяется в течение суток. Это явление и стало основным принципом работы первых солнечных часов. В Китае упоминания о них датируются 1100 годом до н.э., в Древнем Египте 1300–1200 годами до н.э. Но, учитывая простоту и очевидность самого устройства, вполне возможно, что оно существовало и ранее. Конструкция претерпевала множество изменений – единственную «стрелку» делали наклонной для большей точности измерения, полусферический циферблат – вогнутым. Солнечные часы бывали даже наручными! В Средние века существовала целая наука об определения по ним времени – «гномоника» (от названия первых часов, а впоследствии их основной детали, гномона).

     Но такой способ был не слишком удобен: носящему часы приходилось каждый раз точно ориентироваться по сторонам света. Да и работал этот «прибор» только в солнечную погоду. Кроме того, отмерить короткий промежуток времени таким образом нельзя, а ведь порой без этого просто не обойтись!

     Правда, на такой случай нашлись другие способы. Самый древний из них – чтение наговоров над зельями и молитв при закалке металлов. Из поколения в поколение передавались секретные слова, которые следовало произносить определенное количество раз для достижения результата – вкусного пирога, целебного напитка, прочного клинка. Магия? Нет, точный расчет. Так можно было выдержать продукт в печи именно столько, сколько необходимо. Это, разумеется, не самый надежный способ: ведь темп речи у людей разный. К тому же для отсчитывания длинных промежутков времени приходилось заучивать целые поэмы или читать молитвы десятки раз. Человек не мог смириться с таким несовершенством – и появились первые приборы для измерения коротких отрезков времени. А так как потребность в них возникала в первую очередь на кухне, в кузнице и в аптеке (именно там важно соблюдать не только рецептуру, но и выдержку), то первыми средствами стали огонь и вода.

Безоблачной ночью вполне можно определить время по звездам. Первыми на это обратили внимание жители Северного полушария: именно здесь на небосводе видно самое пригодное для этого созвездие – Большую Медведицу. В XVI веке даже был создан специальный прибор – ноктурлабиум. Он состоял из рычага и двух колец – неподвижного внешнего, с делениями месяцев, и подвижного внутреннего, со специальной стрелкой и делениями часов. Внутреннее кольцо проворачивали стрелкой на нужный месяц, наводили специальный «прицел» на Северную Полярную звезду, а рычаг – на определенную звезду, обычно в Большой или Малой Медведице. В результате рычаг оказывался как раз напротив деления с нужным часом на внутреннем круге.

     Родиной огненных часов считают Древний Китай. Жители Поднебесной, известные своим пиротехническим искусством, обратили внимание на то, что некоторые составы горят очень равномерно. Они спрессовывали смесь благовоний и древесных опилок в спирали или палочки с делениями. И по тому, до какой отметки или витка дотлел фитиль, определяли, сколько времени прошло. Так же появились и первые таймеры, и будильники. На нужном отрезке горящего «циферблата» помещали ниточку с грузом, а внизу ставили металлический поддон. Когда огонь доходил до нитки, та перегорала, и звон упавшего груза извещал хозяина о том, что время вышло. Некоторые такие «часы» в храмах могли тлеть по нескольку месяцев!

     Свое второе рождение этот метод пережил в средневековой Европе. Там, при королевских дворах и в монастырях, с XIII века вошли в большую моду свечи с делениями.

     Второй тип огненных часов называют «лампадными». Они были в ходу с древних времен – и до распространения электрических фонарей. Хотя египетская масляная лампа и керосиновая «летучая мышь» не слишком похожи, принцип работы у них один. И при определенной форме сосуда и фитиля, посмотрев, сколько осталось топлива, можно определить, сколько времени прошло. Особое распространение этот метод получил у рудокопов, для которых лампа служила необходимым рабочим инструментом. Они заправляли ее ровно на 10 часов. Свет погас – рабочее время окончено.

     Равномерное падение капель натолкнуло людей на идею использования воды для отсчета промежутков времени. Водяные часы, или клепсидра, являются, пожалуй, самым известным из древних приборов. Их конструкция менялась от века к веку, а использовали их от Китая и до Европы. Маленькие клепсидры, украшенные драгоценными камнями, ставили в домах и в залах заседаний Римского сената, большие – на площадях и рынках. Именно с их распространением стали появляться первые стандарты времени.

     Впрочем, делить сутки на части люди старались всегда. Так, классические 24 часа мы можем встретить еще в Древнем Египте. Но это деление не было равномерным. Они определяли 12 ночных и 12 дневных часов. Однако в разные поры года продолжительность этого «часа» менялась вместе с продолжительностью светового дня. Ту же картину мы наблюдаем практически у всех древних народов. А клепсидра и ее потомок, песочные часы, дали возможность разделить сутки на действительно равные части. Первыми до этого додумались в Древнем Риме, определив 8 «страж» – 4 ночные и 4 дневные. Кстати, эта восьмичасовая система просуществовала достаточно долго: еще в средневековой Европе использовали определение времени по церковным службам.

Деление на 24 часа очень условно. У китайцев в сутках 12 частей – по числу астрологических животных. У индусов – 30, у индейцев майя – 22. Славяне до 1722 года выделяли только 12 часов!

     Первый звон курантов

     Сложно сказать, кто придумал первые механические часы. Обычно их изобретение приписывают аббату Герберту (впоследствии Папе Сильвестру II). Именно он первым в Европе досконально описал и сконструировал то, что более всего напоминает современные куранты. Но, скорее всего, он просто усовершенствовал арабский механизм, завезенный в свою очередь из Китая. Давайте посмотрим, как же устроены часы, и попытаемся понять, почему они все-таки достаточно поздно появились в жизни человека.

Древние персы использовали довольно оригинальные водяные часы. Они опускали в небольшой бассейн медную миску с отверстием. Медленно и равномерно она тонула, и по делениям на ее внутренней поверхности, до которых дошла вода, определяли время.

     Во-первых, необходим источник энергии для передвижения стрелок. Во-вторых, передаточный механизм из шестерен – зубчатая передача – чтобы направить эту энергию. Этот принцип был известен еще с античности и использовался, например, в механизмах мельниц. Но мало просто задать вращение стрелок – необходимо, чтобы они двигались равномерно. Это и обеспечивает третий элемент – регулятор. Сейчас его роль выполняет маятник или специальный пружинный балансир, но и в древности было чем его заменить. Обычные рычажные весы, если их уравновесить, а затем качнуть одно плечо, начинают равномерно колебаться. Именно это явление и легло в основу работы самого первого часового регулятора – коромысла. Четвертый необходимый элемент – так называемый спуск. Он получает импульс от балансира и освобождает зубчатую передачу для поворота стрелок. Его появление стало решающим фактором. Большая часть изобретений уже была сделана, потребность возникла, а значит, обязан был появиться и сам прибор.

     Уже в 1288 году в Лондоне, в Вестминстерском аббатстве, были построены башенные часы с боем. Движущей силой служила гиря на цепи, намотанной на вал. Опускаясь под собственной тяжестью, она вращала шестерни. Этот механизм объединил в себе самые современные на тот момент познания в физике, металлургии, геометрии. Неудивительно, что все ученые и конструкторы проявили к нему интерес. Да и церковники очень быстро оценили преимущества башенных курантов. В 1292 году часами обзавелся храм в Кентербери, в 1300-м – Флоренция (именно их упоминает в «Божественной комедии» Данте), в 1314-м – французские Канны. Первые механические часы порой даже не имели циферблата – один только колокольный бой, оповещавший о наступлении часа молитвы. Зато на них были движущиеся фигуры ангелов и святых, разыгрывавших сцены из Святого Писания. Это служило укреплению величия церкви, а заодно и популяризовало сам прибор – каждый храм и город мечтали обзавестись механическим чудом. Не менее важным оказалось знание точного времени и для светского сословия. Уже в 1355 году королевский наместник в Артуа дал жителям города Эрсюр-ля-Лис разрешение на постройку колокольни, часы которой должны были отбивать не церковные службы, а время совершения сделок, начало и окончание работы гильдейских цехов.

     Сложность нового изобретения послужила вызовом лучшим мастерам. Этот прибор более 300 лет оставался самым замысловатым из всех, созданных человеком. Каждый стремился сделать свои часы точнее, изощреннее, красивее, чем у предшественников. Один за другим последовали усовершенствования спускового механизма и балансира. Галилео Галилей открыл законы маятника – и башенные часы приобрели немыслимую до того точность. Конструкция вызвала живейший интерес у ювелиров – и часы начали уменьшаться. Уже не было необходимости строить огромные башни – настенные, напольные и даже настольные часы заполнили дома знати. Поначалу только как забава. Но очень быстро хозяева осознали и их практическую пользу.

Традиция делить час именно на шестьдесят минут, а минуту – на шестьдесят секунд идет еще из Древнего Вавилона. Здешние звездочеты использовали шестидесятеричную систему счисления. А древние греки, позаимствовав их астрономические таблицы, не стали ничего переделывать. Появился даже термин «астрологическая дробь». Причем части градуса были «малыми» (minuta) и «вторыми» (secunda). Оттуда эта система и была заимствована для определения единиц времени. Ну а 12 равных частей часового циферблата объясняются просто: именно так легче всего поделить круг с помощью циркуля.

     От забавы до необходимости

     По-настоящему мобильными часы стали только во второй половине ХV века. Толчком к их появлению послужило изобретение гениального Леонардо да Винчи. Дело в том, что уровень развития металлургии уже позволял изготавливать достаточно качественные пружины. Но первые заводные фигурки и музыкальные шкатулки были лишь игрушками для скучающей знати. Именно Леонардо предложил использовать это устройство в военном деле и создал колесцовый замок. Под грохот аркебуз и пистолей, в пороховом дыму заводные пружинные механизмы начали свое шествие по миру.

     А в 1510 году нюрнбергский мастер Питер Генлейн сумел использовать пружину в качестве двигателя для часов и сделать их совсем маленькими, карманными. Правда, первые Нюрнбергские яйца – так называли эти приборы за сходство с яйцом – имели довольно невысокую точность хода. Да и завода не хватало даже на четверть суток. Так что поначалу изобретение было воспринято как еще одна оригинальная безделица. Но сложность механической игрушки и ее необычный внешний вид быстро сделали ее модной. К тому же она стала новым вызовом для ученых и ювелиров. Долгие годы именно часы, особенно карманные, служили своеобразным полигоном, на котором можно было оттачивать свое мастерство и испытывать изобретения. В попытках сделать хрупкую и капризную конструкцию надежнее, точнее, долговечнее и красивее мастера совершали множество открытий – мир не знал другой такой области техники, к которой было бы приложено столько изобретательности, знания и остроумия. Сотни конструкторских идей, получивших потом распространение в других отраслях, поначалу тестировались в часах, а для многих механизмов, созданных в последующие времена, именно часы послужили образцом. Получилась как бы опытная модель всей механики, которая с каждым нововведением все больше превращалась из модной игрушки в незаменимый аксессуар. Ведь часы стали первым автоматом, нашедшим практическое применение. По большому счету именно они наглядно продемонстрировали возможность механической конструкции выполнять полезную работу. Так что своим появлением станки, роботы, компьютеры тоже обязаны часам.

     Первыми новинку оценили ученые. Точное измерение времени химической реакции или закалки значительно продвинули вперед химию, фармацевтику и металлургию. Естествоиспытатели уже не были привязаны к лабораториям с громоздкими приборами: для проведения опытов и наблюдений в полевых условиях появился компактный и точный инструмент, что дало огромный толчок к развитию различных наук. В том числе и медицины – например, частоту пульса больного стало возможно посчитать, не полагаясь на собственное чувство ритма. И диагнозы стали правильнее. А когда часы появились в каждом в доме, родились и новые методы лечения, основанные на процедурах определенной длительности и точном интервале приема лекарств.

     В конце XVIII века Авраам-Луи Бреге сконструировал знаменитый брегет – часы с боем, с календарем, а главное, с так называемой репетицией. Этот механизм сообщал о назначенном времени, если нажать на кнопку или потянуть за шнурок. Еще раньше, в начале XVIII века, Уильям Дерхам впервые измерил скорость звука, а военные догадались замерить время от вспышки до грохота выстрела вражеской батареи, чтобы определить дистанцию до нее. Скоро измерение времени прохождения звукового, радио- или светового сигнала стало обыденными и для этого появились соответствующие инструменты. Основой для них стали изобретения Бреге и Дерхама.

     Спидометры для замера скорости, тахометры для определения частоты вращения, эхолокаторы, радары, лазерные дальномеры и многие другие приборы, без которых не обходится ни одно исследование, своим появлением обязаны существованию часов. Даже парашютный спорт и дайвинг стали относительно безопасны благодаря устройствам, ведущим свое происхождение от обычных часов. Парашютный прибор – это, по большому счету, таймер особой конструкции, автоматически раскрывающий парашют в определенное время. Прочная конструкция водолазных часов позволяет выдержать огромное давление воды, а особое устройство, репетир, подает звуковой сигнал, даже в темноте предупреждающий водолаза о необходимости поторопиться со всплытием.

Сверим Часы!

     Карманные часы очень удобны. Если мы в состоянии точно измерять время – значит, можем его и планировать. Жители Эрсюр-ля-Лис не остались единственными, кто оценил пользу четкого распорядка рабочего дня. Возможность назначать точное время сделок и торговых операций поменяла представление о бизнесе. Взгляд, брошенный на часы, небрежно вынутые из кармана, из причуды богача стал неотъемлемой частью образа делового человека. Сейчас трудно себе представить, что когда-то рабочий день мог длиться от рассвета до заката – и это казалось естественным. А ведь одной из причин, по которой эта часть нашей жизни изменилась, являются часы. Расписание кораблей, почтовых карет, поездов, а потом и общественного транспорта заставило по другому относиться к поездкам и планированию своего времени. Современное общество невозможно представить без точного измерения времени. Даже минутное опоздание способно сорвать важную сделку, а то и вызвать катастрофу. 

     Но больше всех возможность измерить время оценили военные. Секретные операции, артиллерийские обстрелы и масштабные атаки командование планирует на конкретное время. Достаточно оповестить войска, во сколько начинать – и шансы на успех значительно возрастают. Например, во времена Англо-бурской войны только наличие часов позволило англичанам использовать численное преимущество. Маневрируя своими отрядами, буры долго противостояли атакам. Но, заранее спланировав время общего наступления и сверив все приборы для измерения времени, королевская армия синхронизировала свои действия так, что противник просто не успевал перебрасывать войска.

     Фраза «сверим часы» прочно вошла и в гражданский обиход – ни одно серьезное мероприятие, будь то встреча или пуск космического корабля, без нее не обходится. 

     Именно часы дали возможность исследовать океаны, воздушное пространство и даже космос. Ведь определить точные координаты, скажем, по звездам можно, только если знать, который час. Для измерения времени на корабле служили колокол, песочные часы и матрос, который за ними следил: вовремя переворачивал и подавал звуковой сигнал – «отбивал склянки». Разумеется, о точности и речи не шло. Маятниковые часы также не исправили положения. Посудите сами, как они могли работать при постоянной качке! Но в 1735 году появился морской хронометр – и положение в пространстве стало возможно рассчитывать с точностью до 5 км. Таинственные острова стали получать координаты, а белые пятна – исчезать с карт. Океаны покорились людям с небольшим механическим прибором для определения точного времени. А за ними – и небо, и космос. Ведь невозможно рассчитать вывод ракеты на орбиту, не зная точного времени. Спутники, обеспечивающие мобильную связь, система JPRS, теле- и радиовещание – все это существует только благодаря механической игрушке и стандартам, которые сделали ее полезной.

Первые эталоны времени были придуманы еще древними астрономами для расчетов. Чтобы вычислить такие эталоны, используются процессы, происходящие регулярно и длящиеся равные промежутки времени. Например, вращение Земли вокруг своей оси – то есть сутки. Секунда высчитывалась просто как 1/86400 их часть. Сами сутки, в свою очередь, определяли, отслеживая прохождение какого-либо небесного светила через меридиан наблюдения. Но из-за движения Земли по орбите высокой точности такие наблюдения не давали.

     Не исключено, что со временем эталоном станет излучение миллисекундного пульсара, открытого в 1982 году.

Веяния моды

     Пожалуй, мы сейчас не знали бы, что такое точное время, если бы с самого начала Нюрнбергское яйцо не догадались сделать красивым. Возможно, это было тщеславие мастера, возможно, логика делового человека: механизм стоил дорого – значит, нужно было сделать так, чтобы покупатель понимал, за что платит. А может, свое веское слово сказал художественный вкус: сложное переплетение шестерен и мелких ажурных деталей просило соответствующего оформления. Как бы то ни было, часы с самого начала украшали как минимум гравировкой. А часто корпус делали из драгоценных металлов и инкрустировали камнями. Каждый прибор был произведением искусства.

     Со временем устройства для измерения времени становились все меньше, легче и изящнее. Их хотелось выставить на всеобщее обозрение. Это привело к появлению так называемых «воротных» часов, которые не носились в кармане, а закреплялись специальной цепочкой поверх костюма. Так, еще не став жизненно необходимым прибором, они уже прочно заняли место аксессуара, подчеркивающего высокий статус владельца.

     А вот первые наручные часы появились только в 1809 году. Парижский ювелир Нитон изготовил по заказу жены Наполеона I Жозефины парные браслеты из золота и драгоценных камней – с часами и календарем – в подарок к свадьбе принцессы Августы Амелии Люксембургской. Но понадобилось целых пятьдесят лет на то, чтобы подобная форма прижилась, и еще больше – чтобы она перестала восприниматься как исключительно женское украшение. В 1880 году немецкое адмиралтейство вело переговоры с несколькими швейцарскими часовщиками об изготовлении наручных хронометров для морских офицеров, но преградой стало присловье, что мужчине лучше надеть юбку, чем подобную «штучку». Кроме всего прочего, наручные часы еще были недостаточно надежны.

     Ситуацию изменила Англо-бурская война. Поле боя наглядно продемонстрировало как пользу часов, так и преимущества их ношения на руке. Ведь пока офицер достанет их из кармана, откроет крышку, посмотрит и уберет обратно, в него вполне можно успеть прицелиться и выстрелить. Беглый взгляд на запястье отнимает гораздо меньше времени.

     Однако наручные часы еще долго обладали скверной репутацией. Ведь чтобы делать их качественными, требовались особые линии производства, полностью автоматизированные, способные создавать взаимозаменяемые части. Как и при появлении карманных часов, здесь нужно было применить все научные и технические достижения. Однако никто не хотел этого делать: люди не верили, что мода на такие «браслеты» продержится долго.

     Все расставила по своим местам Первая мировая – как только страна вступала в войну, в ней сразу же возникала мода на мужские наручные часы. Примерно в то же время один за другим появились секундомер, спидометр и другие приборы. Изменения набрали критическую массу – стало ясно, что часы и порожденные ими приборы основательно прижились в нашем мире и не собираются уходить. Первыми это осознали мастера и промышленники Швейцарии – и словосочетание «швейцарские часы» стало нарицательным.

     Появление кварцевых, электронных часов было закономерным. Главное уже произошло: прибор для измерения времени стал незаменимой и неотъемлемой частью жизни. И пусть сейчас мир снова изменился – циферблат потеснил экран мобильного телефона – сами часы всегда будут нужны.