Вы никогда не задумывались над тем, почему часовые стрелки движутся в привычном направлении? Или над тем, как наши предки измеряли то, что не подвластно никому, — время? А как вам идея оснастить свой сад эксклюзивными часами? Если хотя бы один из этих вопросов задел вас за живое, то эта статья для вас!
Гномон, кадран, клепсидра и другие
Во все века монархи с подозрением относились к журналистам. Даже к тем, кто пытался вести летопись столь безобидных и таких полезных приборов, как часы. По этой причине невозможно точно сказать, кто, где и когда придумал самые первые измерители времени. Но, скорее всего, часовщиками-пионерами были мастера, жившие в монастырях и храмах Вавилона, Древнего Египта, Эллады и Китая.
Влюбленным часы нужны для того, чтобы не опоздать на свидание или в качестве места встречи, которое изменить нельзя. Жрецы и монахи древних цивилизаций определяли по измерителям времени пору проведения сельхозработ, предсказывали небесные явления и вели календарь, точность которого влияла на судьбу империй.
Солнечные часы появились в Вавилоне примерно в 35 веке до нашей эры. Во всяком случае самые ранние документальные подтверждения существования измерителей времени относятся именно к этому периоду. Принцип работы таких часов довольно прост: солнце движется по небосклону, и вертикальные предметы отбрасывают тень на плоские и наклонные поверхности. Следовательно, достаточно изготовить циферблат – кадран (не путать с карданом), расчертить его, воткнуть в нужном месте штырь – гномон, тень от которого будет играть роль часовой стрелки, – и солнечные часы готовы.
«Механизмы» солнечных часов весьма разнообразны! На точность «хода» влияет не только размер кадрана, но и его форма, а также ориентация в пространстве. Есть и еще один интересный факт, редко встречающийся в популярной литературе. «Стратегические» солнечные часы Древнего Египта (вероятно, и Китая – измерению времени там уделяли большое внимание) имели кадран, по которому определялось не только время, но и дата! При хорошем знании тригонометрии и определенных навыках можно добиться того, чтобы солнечные часы указывали время с точностью до 5 минут и дату с точностью до суток. При одном условии: если на небе есть дневное светило, и оно не закрыто облаками. Чтобы не зависеть от капризов природы, часовые мастера древности придумали гидравлические, пиротехнические и даже сыпучие «механизмы», отмерявшие время в тиши алтарей и святилищ.
Наибольшую известность получили песочные часы, которыми, кстати, советские лаборанты пользовались даже в 60–70-х гг. прошлого века. Но у песочных часов есть один недостаток: они измеряют короткие интервалы времени, а не само время!
Иное дело клепсидра (в пер. с греч. – «похитительница времени») – сосуд с жидкостью, капающей через тонкое отверстие. Самых больших успехов в изготовлении гидравлических часов добились мастера Эллады, куда клепсидры, скорее всего, пришли из Древнего Египта. Попутно отметим, что самые точные и наиболее сложные водяные часы были изготовлены в Древнем Китае.
Изобретателем стрелочных часов считается римский архитектор Витрувий, смастеривший в I веке до нашей эры гидрострелочные часы. Принцип их работы прост, как и все гениальное. Внутри сосуда находился поплавок, к которому крепился зубчатый шест. Опускаясь по мере вытекания измерительной жидкости, зубья мерительного шеста приводили в движение шестеренку, на оси которой крепилась часовая стрелка. Наличие стрелки и циферблата позволило сделать часы публичными.
Механические часы
Описанные измерители времени обладали рядом недостатков. Солнечные часы работали только днем и только в ясную погоду. Песочные измеряли лишь короткие отрезки времени. Пиротехнические часы (свеча или голый фитиль, отградуированные в единицах времени) были неточными и одноразовыми. Гидравлические – громоздкими и нетранспортабельными. Стало очевидным, что без механических измерителей времени большой точности уже не обойтись.
По легенде, первые механические часы были созданы монахом Гербертом из Ориллака, ставшим папой Сильвестром II (950–1003). Возможно, папа-механик использовал в своих часах принципы, разработанные арабскими учеными, навигационные приборы которых были самыми точными. Напомним, что в X–XI веках европейские мореплаватели приглашали в качестве штурманов арабов, которые много лучше разбирались в навигации. Без независимых измерителей времени это было бы невозможно.
Первые механические часы были гиревыми и, как бы сейчас сказали, биоэкологическими. Металлическая гиря определенной массы подвязывалась к колесному механизму, который приводил в действие коромысло, управлявшее ходом часов. Причем здесь экология и биология? Веревки быстро растягивались (изменялась точность хода), перетирались и рвались, цепной подвески в то время не было, а вот бараньи кишки идеально подходили в качестве подвеса для часовых гирь. Поскольку устройств стабилизации хода механизмы «кишечногиревых» часов не имели, точность их была невелика. Это вполне устраивало обывателей, но не астрономов и моряков!
В 1656 г. голландский ученый Христиан Гюйгенс изобрел новые механические часы – разновидность гиревых часов, ход которых стабилизировался колебаниями маятника. Часы Гюйгенса обладали большой точностью, годились для аристократических салонов и астрономических лабораторий, но были совершенно бесполезными на кораблях…
Хронометры
Как известно, местоположение объекта на земной поверхности определяется широтой и долготой. Широту научились точно определять достаточно давно, поскольку для этого требовалось только Солнце и секстант – прибор точный, но не механический (в смысле не заводной). А вот точное определение долготы представляло собой довольно трудную задачу, абсолютная погрешность исчислялась десятками миль. В результате одной из таких ошибок во время морского похода из Гибралтара в Англию в сентябре 1702 г. часть кораблей армады адмирала Клодисли налетела в тумане на Гилстонские рифы. Итог – потеря четырех суден флота Ее Величества, гибель 2000 моряков, включая адмирала, и удар по престижу Британии, лишившейся героя англо-французской войны. Эта трагедия заставила английский парламент принять законопроект, согласно которому создателю точного метода определения долготы в открытом море предлагалась огромная премия, ее современный эквивалент составил бы две Нобелевских премии – $2 000 000.
Несмотря на то что хронометрический метод измерения долготы был к тому времени хорошо известен, в морском деле он был неприменим. Тогда механические часы редко шли без подзавода 24 часа, имели точность хода ±10 минут в сутки и не были приспособлены для корабельной эксплуатации. Более 60 лет премия английского парламента оставалась невостребованной! Только в 1735 г. британский механик Джон Гаррисон (1693–1776) изобрел морской хронограф, надежно работавший в условиях повышенной влажности, качки и соленого воздуха. При этом хронограф Гаррисона обеспечивал точность хода, которая даже сейчас заставляет снять шляпу: ±5 секунд в сутки. После изобретения корабельных хронографов возникла проблема их синхронизации с часами в портах и других учреждениях. Да и развитие почтовой службы потребовало постоянной (хотя бы раз в сутки) сверки часов на каретах и дилижансах. Чтобы решить эту задачу, использовали аудиовизуальные методики: стреляли в полдень из пушки, били в колокола, бросали яркие шары с высших точек городов и портов и т. д. Однако по-настоящему проблему синхронизации хронографов удалось решить только с появлением электрических часов.
Электрочасы
Следует заметить, что протоэлектрические часы таковыми вовсе не были. Электричество использовалось только для того, чтобы завести традиционный часовой механизм – накрутить пружину или подтянуть гири.
Первые электрические часы были созданы эдинбуржцем Александром Бейном в середине 40-х гг. XIX века. Их главным механизмом был электроконтакт, управляемый часовым маятником, который в свою очередь приводился в движение импульсным электромагнитом. Количество колебаний регистрировал счетчик импульсов часового типа.
Что это дало? Повышая число импульсов за единицу времени, можно повысить точность хода электрочасов. «Электромаятник» не так сильно подвержен колебаниям температуры. Но самое главное, электрочасы можно синхронизировать по кабелю на больших расстояниях! Это гарантировало, что эталонные часы в Петербурге, Берлине и Париже показывали одно и то же время (с учетом различия в часовых поясах). Чтобы синхронизировать эталонные электрочасы на материках, использовали подводные телеграфные кабели. В 1851 г. такой кабель лег на дно Ла-Манша, в 1860-м прошел по Средиземному морю, а в 1865 г. трансатлантический телеграфный кабель позволил синхронизировать электрочасы Старого и Нового Света.
В 1899 г. итальянец Маркони, который вместе с Александром Поповым считается изобретателем радиосвязи, использовал радио для передачи сигналов точного времени…