е
У Р Е М Я
З про буд е р ж а зв і е
Небесні Годинники 3
Календар в історії людства 8
Зміна часу вчора та сьогодні 15
Відчуття часу і відносність 19
Небесні годинник
Час ділять на роки, місяці, тижні, доба, годинники, секунди. Історики відраховують час століттями, геологи - мільйонами років. Але лише три одиниці часу пов'язані з небесними явищами, це - рік, місяць, добу. Для живих істот, що мешкають на Землі, особливо важлива зміна дня і ночі. Вже печерний людина знала, що від сходу до заходу Сонця або між двома моментами стояння Сонця в зеніті проходить приблизно однаковий час, і називали його «цілодобово». Ще в давнину наші предки помітили, що Місяць не щоночі виглядає однаково і що вона час від часу зовсім зникає з неба. Іноді вона перетворюється на тонкий серп, а потім знову стає круглої, Між двома такими повні проходить близько 30 днів. Ця обставина також було відомо протягом багатьох тисячоліть і послужило основою для введення ще однієї важливої, пов'язаної з природними явищами одиниці часу - місяця. Дуже скоро люди зрозуміли, що приблизно через кожні 365 днів повторюються життєво важливі явища природи, такі, як танення снігів на півночі або розлив Нілу в Єгипті, і що ці процеси пов'язані з регулярним найнижчим або найвищим стоянням Сонця. Завжди однаковий час - рік - проходило від початку однієї весни до початку іншої. Проте ще багато тисячоліть люди ще погано уявляли собі, що дійсно відбувається на небі кожен рік, місяць або кожен день.
Раніше люди припускали, що Сонце за добу обертається навколо Землі. Багато хто вірив в бога Сонця, який рано вранці з'являється на сході, проїжджає на своїй колісниці по небу, а ввечері, статут, зникає на заході. Насправді ж Сонце зовсім не сходить і не заходить. День і ніч - результат обертання Землі. Земля за 24 години повертається навколо самої себе, точніше, навколо своєї осі - умовної лінії між Північним і Південним полюсами. За цим будь-яка країна обов'язково виявляється то на сонячної, то на нічній стороні планети. Вранці разом із землею ми повертаємося на зустріч Сонцю, поки воно не з'явиться на східному горизонті. Тут-то ми і говоримо: «Сонце зійшло». Увечері рух Землі повертає нас геть від Сонця, поки воно не «зайде». Період від одного сходу Сонця до іншого ми називаємо «цілодобово», які складаються зі світлого дня і темної ночі. Але не рідко кажучи «день», ми маємо на увазі добу, хоча це і не зовсім точно. На приклад, дізнавшись, що «минуло два дні», ви не знаєте напевно, минуло чи двоє повних діб або тільки два денних і одне нічний час. За цим там, де потрібна точність, ніколи слово «добу» не заміняють словом «день».
Земля не тільки обертається навколо своєї осі, вона звертається також по великій еліптичній орбіті навколо Сонця. Час, необхідний Землі, щоб зробити цей оборот, називають роком. Рік триває 365 1 / 4 дні. Швидкість обертання Землі по орбіті складає майже 30 км. в секунду, це більше 100 000 кілометрів на годину. Діаметр її орбіти - 300 млн. км. Іншими словами, наш «космічний корабель» Земля в рік пробігає майже 1 млрд. км. Нам же здається, що Сонце протягом року переміщається на небі по колу, що проходить через 12 сузір'їв. 1 січня, наприклад, воно в сузір'ї Стрільця, яке вночі не можна побачити, тому що всі його зірки розташовані на небі поруч із Сонцем. Якщо говорити точно, то повне звернення Землі навколо Сонця займає 365,2564 середнього дня. Цей відрізок часу - сидеричний, або зоряний, рік. Час від одного початку весни до іншого по астрономічним причин встановлюють трохи більше коротким (на 20 хв. 24 сек.), Його називають тропічним роком, і календар повинен точно відповідати тропічному році.
Земна вісь розташована не вертикально щодо земної орбіти, вона кілька нахилена. Це і служить причиною зміни пори року. Влітку Північне півкуля звернене до Сонця, тому у нас багато світла, довгі дні, тепло; опівдні Сонце високо стоїть на небі. Зате взимку нам не щастить: Північна півкуля відвернулася від Сонця, дні в цей час короткі, температури низькі. Коли у нас на півночі зима, у південній частині земної кулі літо. Діти Південної Америки та Австралії в різдвяні канікули ходять на пляж. Вище всього Сонце стоїть на небі в день літнього сонцестояння - 21 і 22 червня, проте найтепліші місяці - липень і серпень, тому що океани, повітря і земля прогріваються повільно, і найвищі температури відзначаються вже після того, як Сонце пройшло верхню точку.
Наша Земля не самотня, навколо неї паморочиться Місяць. Давним-давно люди помітили, що цей супутник Землі щодня з'являється на іншій ділянці неба і змінює свою форму. Якщо позаду Місяця сяє Сонце, то її не видно. Це - чверть. Якщо ж Місяць протистоїть Сонцю, то звернена до нас її половина освітлена повністю. Такий стан називають повною Місяцем. Час між двома молодиками або двома повням становить майже 29 з половиною днів і називається місяцем. Цей давній місяць продовжує грати свою роль ще в багатьох календарях, від нього пішли наші місяці, довжина яких, правда, може становити 28, 29, 30 або 31 день, щоб можна було поділити рік на частини. Точна довжина синодичний місяці становить 29,530589 дня.
На небі не відбувається яких-небудь помітних подій, які повторювалися б кожні 7 днів. У той же час можна відзначити, що між першим появою Місяця, після молодика, і першою чвертю прибуває Місяця проходить рівно 7 днів. Те ж стосується і часу між чвертю і повної Місяцем. Від повного Місяця до останньої чверті так само проходить рівно тиждень. Ще 7 днів проходить від моменту останньої чверті Місяця до її повного зникнення (молодика). Деякі вчені вважають, що саме ці явища сприяли введенню такого поняття, як тиждень. Однак імовірніше, що 7 днів тижня пов'язані з назвами семи «планет», які були відомі древнім. До небесних тіл, або планет, тоді зараховували і Сонце, і Місяць разом з істинними планетами (Меркурій, Венера, Марс, Юпітер і Сатурн). Таким чином, були відомі 7 «планет», іменами яких називали 7 днів, об'єднаних в більш велику одиницю часу - тиждень. Недарма назва днів тижнів пов'язані з іменами планет у різних мовах. Наприклад, «Зонтаг» - сонячний день (неділя) і «Монтаг» - місячний день (понеділок) в німецькій мові, «Марді» - день Марса (вівторок) у французькому, і далі там же «меркреді», «жеді» і « Вандред »(день Меркурія, день Юпітера, день Венери). Англійське слово «Сатердей» - субота - пов'язано з ім'ям Сатурна. В англійській і німецькій мовах на місце римських богів приходять німецькі: замість Юпітера бог Донар («доннерстаг» - четвер), а замість Венери - Фрея («Фрайтаг» - п'ятниця).
Розподіл часу на роки, місяці і дні виникло, як ми переконалися з астрономічних спостережень. Однак подальший розподіл часу на години, хвилини і секунди, навпаки, абсолютно довільно, та до того ж і не дуже практично, оскільки не відповідає нашій десятковій системі вимірювання. Якщо для нас не становить жодних труднощів переводити рублі в копійки, то для перекладу днів у години і хвилини потрібно вже певна математична робота. Як відомо, в добі 2 рази по 12, тобто всього 24 години, в годині 60 хвилин, в хвилині 60 секунд. В основу такого рахунку були покладені священні для мешканців стародавнього Вавилона числа 12 і 60, їх зараз використовують для розподілу циферблата годин. Але якщо для вавілонян такий розподіл діб на годинник було вже звичним, то поняття хвилина і секунда були введені в ужиток пізніше, вже в новий час.
Доба - відрізок часу між двома моментами найвищого положення Сонця на небі. Коли Сонце займає найвищу точку в південній частині небосхилу, ми говоримо: «Істинне місцевий час 12 годин». Земля обертається навколо осі рівномірно. Добовий рух Сонця по небосхилу теж виглядало б рівномірним, якби не річне звертання Землі по орбіті навколо Сонця. Цей рух Землі нерівномірне, та й вісь орбіти не збігається по напрямку з віссю Землі. В результаті істинні сонячні добу різняться за тривалістю, а це незручно. Астрономи придумали нещире «середнє Сонце», яке рівномірно рухається по небу і кілька разів на рік його положення на небі збігається з дійсним Сонцем, а в інші дні його можна розрахувати. Коли вигадане Сонце стоїть над південною точкою, це відповідає 12 годинам середнього місцевого часу. Різниця між середнім і істинним місцевим часом - рівняння часу. Його значення змінюється протягом року і становить від -14,3 до +16,3 хвилини.
Якщо в Санкт-Петербурзі Сонце стоїть в самій верхній точці, то в Москві воно вже пройшло її, а в Калінінграді воно дійде до цієї точки тільки через кілька хвилин. Годинники, що показують середнє місцевий час. Щоб у всіх країнах Середньої Європи мати один і той же час, домовилися, що середнє місцевий час в усій Центральній Європі буде орієнтуватися на час, який показує годинник на 15-му градусі східної довготи. Цей час називають середньоєвропейським часом. Є ще західноєвропейська час - світове час, відповідне середньому місцевим часом для 0 градусів довготи. Якщо середньоєвропейський час складає 12 годин, то світове час на цей момент - 11 годин. Оскільки Сонце здається нам рухомим зі сходу на захід, то в Берліні воно займає вищу точку на небі раніше, ніж у Лондоні, який лежить на захід від Берліна. Усього є 24 часових пояси, які не завжди точно відповідають довготі, пристосовуючись до державних кордонів. У великих країнах є кілька часових поясів: у США - 6, а в Росії - цілих 11! За Тихому океану пролягає лінія зміни дати. Якщо її перетнути в середу, переміщуючись із заходу на схід, то потрапиш у вівторок, оскільки по інший бік від цієї лінії середовище ще не розпочалася.
З кінця березня до кінця вересня до середньоєвропейського часу додають ще 1 годину. У цьому випадку отримують середньоєвропейський літній час. Його ввели для економії енергії. Вечори в цю пору року довго залишаються світлими, світло можна включати пізніше. Літній час дуже популярно в туристів, садівників, людей, що займаються спортом. З іншого боку, переставляти стрілки годинника двічі на рік не кожному подобається, та й для платників податків накладно. Стверджують, що літній час приносить екологічну користь, але це спірний момент, адже чим довше триває день, тим більше люди користуються машинами, забруднюючими середовище проживання вихлопними газами. Літній час вводиться в багатьох країнах. У США, наприклад, годинник переводиться на зимовий час тільки в жовтні, що дуже незручно для мандрівників, що прилітають з Європи, де стрілки годинників переводять в кінці вересня.
Двадцятичотиригодинного сонячний день триває кілька долше, ніж час, за який Земля встигає повернутися навколо своєї осі. Щоб зрозуміти це, уявімо собі, що яскрава зірка і Сонце опинилися б одночасно точно на півдні. Обертання Землі завершується, коли зірка знову опиняється на півдні. А Сонце за цей час лише трохи просунулася по небу. Іншими словами, Земля повинна ще трохи повернутися, поки Сонце не виявиться точно на півдні. Час між двома точками найвищого стояння зірки на півдні називають зоряними добами, а трохи більш довгий проміжок часу між двома максимальними точками стояння Сонця - сонячними цілодобово. Середні сонячні добу, віднесені до придуманому середньому сонцю, на 3 хв. 56,55 сек. довше зоряної доби. Наш час порівнянний з Сонцем, яке задає ритм нашого життя як денне світило. Однак, для астрономів не менш важливо зоряний час. Коли так звана точка весняного рівнодення знаходиться на півдні або на меридіані, зоряне час становить 0 годин. Це та точка на небі, у якій Сонце знаходиться в початку весни. Зоряна доба дорівнюють 0,99727 сонячних діб, середня сонячна доба становлять 1,00274 зоряних діб, тобто вони дещо довше, ніж період обертання Землі навколо своєї осі.
Земна вісь не завжди зберігає свій напрям. За 26 тис. Років вона робить коливальні рухи - прецесію. Земля являє собою ніби гігантський дзига. Сонце і Місяць намагаються випрямити цей косо встановлений дзига, а земля вважає це втручанням у свої внутрішні справи і реагує на це коливальними рухами. За 26 000 років, складових період прецесії вісь Землі, рухаючись по конусу, займає різні напрями. Тому Полярна зірка не завжди виконує свою роль покажчика півночі, а в Європі в минулому можна було бачити зірки, які тепер перебувають нижче лінії горизонту, наприклад Південний Хрест. Ще більш фантастичним виявляється той факт, що наша сонячна система обертається разом із Галактикою - системою Чумацького Шляху. Так само як Місяць обертається навколо Землі, а Земля - навколо Сонця, наша сонячна система обертається навколо центра галактики, на що йде 220 млн. років. Це найтриваліший, з точністю встановлений часовий період. До речі, наше Сонце таке старе, що воно виконало цей шлях вже раз двадцять.
Календар в історії людства
Календар - перелік днів року, розбитий на тижні і місяці. У більш загальному розумінні поняття «календар» означає всю систему обчислення часу. За латини «календи» - це перші дні місяців, які в Стародавньому Римі публічно оголошували глашатаї. Поступово календарі стали невід'ємною частиною повсякденного життя. Але вже в давнину і в середньовіччі вони відігравали велику роль, особливо коли мова йшла про те, щоб визначати дати релігійних свят, таких, як, наприклад, Великдень, або починати сівбу. Календарі мають в наші дні найрізноманітнішу форму. Найбільш відомі кишеньковий і відривний календарі. Але й наручний годинник стали виконувати функцію календаря. Різні електронні годинники вказують точної дати, навіть враховуючи високосні роки.
Ймовірно, перші попередники календаря з'явилися вже 30 тисяч років тому. Знайдено древні уламки кісток з карбами, які багато вчених вважають позначенням днів або якихось більш тривалих відрізків часу.
Стародавні єгиптяни помітили, що найяскравіша з нерухомих зірок - Сіріус, після того як сховається за Сонцем, знову з'являється на ранковому небі, і це повторюється через кожні 365 днів. Поява Сиріуса досить точно збігалося у часі з щорічним розливом Нілу. Для нас тут важливо те, що астрономічна подія, яку називають геліактіческім сходом Сіріуса, відповідно до звернення Землі навколо Сонця, відбувається кожні 365 днів. Сонце завжди в цей час розташовується поруч з Сіріусом, і зірку в цьому випадку не видно. Через кілька тижнів Сонце відходить від Сіріуса настільки, що зірка робиться видимою. І це відбувається щорічно з великою регулярністю - кожні 365 днів. Таким чином вже давно був відкритий сонячний рік з тривалістю 365 днів, на підставі якого єгиптяни побудували свій календар.
Стародавні жителі Вавилона також мали свої календарі, засновані на астрономічних спостереженнях. Вони могли точно розраховувати затемнення і розташування планет відносно один одного.
Гігантський календар є також кам'яні кільця Стонхенджа в Південній Англії. З'єднують різні кам'яні блоки лінії вказують на найважливіші точки сходу і заходу Сонця і Місяця. Головний коло з каменів, деякі з яких ще збереглися, мав 29 великих воріт і невелику арку, тобто 29 з половиною входів. Це відповідало 29 з половиною днях синодичний місяці - часу від одного повного місяця до іншого. Те ж можна сказати про кіл з ямок, які облямовують все це циклопічні споруду. У внутрішній окружності 29, у зовнішній - 30 ямок, в середньому, таким чином, 29 з половиною ямок - 29,5 дня місячного місяця. Наш сьогоднішній календар з 12 місяцями різної тривалості - «дитя» римського календаря.
Звичайно було б ідеально, якби рік складався з 360 сонячних діб. У цьому разі рік можна було б поділити на 12 однакових місяців і скласти календар було б простіше простого. На жаль, небесні тіла не хочуть полегшувати нам життя і ведуть себе далеко не ідеально. Так, наприклад, тропічний рік, тобто сонячний рік, який починається навесні, триває 365,24219879 дня, іншими словами, 365 днів 5 годин 48 хвилин і 46 секунд. Синодичний місяць триває 29,530589 дня або 29 днів 12 годин 44 хвилини і 2,9 секунди. Саме через ці нерівних чисел так важко скласти хороший календар. На практиці необхідно мати справу тільки з повними днями, адже рік не може завершуватися після 365,24219879 дня, а лише после365 або 366 днів. Але якби рік завжди закінчувався через 365 днів, то істинний сонячний рік був би довше, ніж календарний. У цьому випадку початок астрономічного нового року весь час зміщувалося б в календарі вперед. Якби, як водиться. Ми вирішили відкоркувати пляшку шампанського в 1995 році, то нам довелося б з відкоркованої пляшкою ще 5 годин 48 хвилин, перш ніж підняти келихи на честь 1996 року. У 1997 року новорічний дзвін почав би дзвонити в 11 годин 36 хвилин. І, нарешті. 2000 почався б 2 січня, а 2004 рік - 3 січня. Якщо тепер у нас весна починається в березні, то через кілька десятиліть вона стала б починатися у квітні, а за півтора тисячоліття пори року добряче помандрували б за календарем. Майстерність творців календарів полягає в тому, що час від часу трохи подовжувати календар, періодично включаючи до нього додатковий день. З подібними труднощами ми стикаємося, коли доводиться співвідносити місяці зі справжнім рух Місяця, так, щоб місяць починався з повного місяця або молодика. Адже не можна закінчувати місяць після закінчення 29,530589 дня, а тільки, наприклад. Через 29 днів. І доводиться періодично включати додатковий день, якщо, скажімо мусульмани обов'язково хочуть бачити спочатку місяця одну і ту ж фазу Місяця. Ще важче комбінувати місячні фази з проходженням Сонця. 12 синодичних місяців по 29 днів 12 годин і 44 хвилини дають нам сумарно всього 354 дня 8 годин і 48 хвилин, а не 365 1 / 4 дні. Таким чином, для повного сонячного року нам не вистачає 11 днів. Після 3 років це становитиме 33 дні, тобто більше місяця! Тепер потрібно додавати вже цілий місяць або, іншими словами, вводити рік з 13-ма місяцями. Астрономи називають таке літочислення часу, яке орієнтоване на Сонце, сонячним роком, а таке, яке орієнтоване на Місяць, - місячним. Нарешті, рік, в якому враховується як проходження Місяця, так і Сонця, називають місячно-сонячним. Наш календар орієнтований на Сонце, мусульманський - на Місяць. Наш рік починається тоді, коли Сонце досягає певної точки на своїй видимій орбіті, а в мусульманському календарі роки і місяці починаються тоді, коли після молодика знову з'являється тонкий серб «місяці». У східних країнах саме поява тонкого серпа називають молодиком.
Як ми бачили, 12 синодичних місяців триває приблизно 354 дня. Місячний рік, який складався б з 12 таких місяців, виявився б значно коротше сонячного. Початок року стало б швидко зміщуватися щодо пір року, свято Нового року незабаром стали б відзначати влітку, а потім знову взимку. Звідси виникає питання: як міг з'явитися календар, тільки з місячних місяців? Є місцевості, в яких пори року не проявляються в такій явній формі і грають в житті людей другорядну роль. Наприклад, Близький Схід. Для арабів головним був не схід Сонця, а схід Місяця. Чому? Жарко. Днем працювати і корчувати важко. У місячні ночі легше. Кожен місяць після нетривалого періоду невидимості Місяць знову з ефектом випливає на небо і «народжується наново». Вона - ідеальний масштаб розподілу часу. Всякий раз, коли з'являється Місяць, проходить ще один місяць.
«Ось Аллах пан наш, він створив небо і землю за 6 днів. Це він зробив із Сонця світильник і з Місяця світло. І вказав їм на їхнє місце, щоб знали ви, як рахувати роки і як розраховувати час ». Ці рядки з 10-ї сури Корану, священної книги мусульман, показують, як побудований мусульманський календар. І головним мірилом часу виступає тут Місяць, а не наше древнє світило - Сонце. Мусульманський календар взагалі єдина значна система виміру часу, в якій ніяк не враховується Сонце. Кожен місяць починається з молодого місяця, під яким, проте, араби і турки розуміють, не як ми найближче розташування Сонця і Місяця, а поява молодого місяця після нашого молодика. Приблизно через 2-3 дні після зустрічі з Сонцем супутник Землі знову ввечері з'являється на заході у вигляді вузького серпа як «молода Луна». Це - початок одного з 12 мусульманських місяців, з яких у нас відомий місяць, коли мусульмани постять, - рамазан. Мусульманський рік триває 354 дні, в ньому 6 місяці в по 29 днів і 6 по 30 днів. 12 синодичних місяці діляться не рівно 354 дні, а 354 дні 8 годин і 48 хвилин. Звичайний мусульманський рік був занадто коротким для точного відповідності фази Місяця: початок місяця і нова місяць незабаром занадто розійшлися б. З цього доводиться використовувати високосні роки - 11 високосних років за 30 років. Ці високосні роки мають по 355 днів. Додатковий день додають до 12-го місяця, який в цьому випадку нараховує не 29, а 30 днів. Вихідним моментом для відліку літочислення вважається «хиджра» - втеча пророка Магомета з Мекки в Медину в 622 році від Р.Х. мусульманський календар і тепер часто використовується в ісламському світі, особливо в релігійних цілях. Але для комерсантів, ділових людей грає наш календар, наприклад, якщо мова йде про терміни міжнародних зустрічей.
Для древніх єгиптян найважливішою з усіх дат був щорічний розлив Нілу. Саме ця подія визначало їхнє життя і становило основу існування. Розливи, час посіву та збору врожаю залежали винятково від Сонця і ніяк не були пов'язані з Місяцем. З цього єгиптяни створили сонячний календар. У них було 3 великих періоду по 4 місяці - час розливу Нілу, час посіву та час збору врожаю. У кожному з 12 місяців було по 30 днів. Таким чином, отримуємо 12 x 30 = 360 днів. Щоб отримати 365, до них додавали ще 5 днів, їх називали епагоменамі. От і все опис разюче чіткого і простого календаря древніх єгиптян. На жаль рік з його 365 дням був занадто коротким. Періоди розливу, посіву та збору врожаю дедалі більше «обганяли» календар. У 1300 р. до н. е.. період повені припав на перший місяць той, 500 роками пізніше на п'ятий місяць тібі, а ще 500 років тому на 9 місяць пахон. І нарешті, через 1461 розлив Нілу знову почався у місяці той. Хоча в 238 році до Р.Х. було запропоновано змінити календар, консервативні єгиптяни все-таки зберегли традицію, адже Сиріус незалежно від календарної дати повідомляв про майбутній розливі Нілу. У день, який ми називаємо зараз 18 липня, Сіріус після періоду невидимості знову з'являється на східному небокраї незадовго до сходу Сонця. А незабаром після цього виходить із берегів Ніл. Навіщо ж міняти простий практичний календар, якщо Сиріус надійно оповіщає про найважливішу подію року.
Було б не складно привести Єгипетський календар у відповідність із розливами Нілу. Уже в 238 р. до Р.Х. фараон Птолемей III Евергет спробував реформувати календар. Він видав декрет Канопуса, в якому наказував, щоб короткий рік через кожні 3 роки подовжувався на 1 день, тобто складався 366 днів, як це робимо тепер ми. На жаль, тоді ця геніальна ідея не прижилася. І тільки римський полководець Цезар знову повернувся в 48 р. до Р.Х. до цієї думки і повелів, коли став римським імператором, до кожного 4-му році додавати по 1-го дня. Такі роки стали називати високосними. Сонячний рік триває 365 1 / 4 дні. 4 сонячного року тривають на 1 день довше, ніж 4 календарних роки по 365 днів, що можна компенсувати включенням одного дня раз на 4 роки. Тому у нас раз на 4 роки - у високосний рік - у лютому місяці не 28, а 29 днів. Хто народився 29 лютого, у того дня народження буває тільки раз в 4 роки!
Сучасні назви місяців запозичені від древніх римлян, які задовго до нашого літочислення ввели звичайний рік з 12 місяцями 365 дням і високосний рік з 366 днями. в 46 р. Р.Х. Кай Юлій Цезар повернувся в Рим. Тут полководець і диктатор виявив безладдя у справах, в яких відлік часу не був винятком. В останні роки існування Римської республіки священики, щойно їм уявлялося це необхідним, вставляли додаткові місяці, щоб календар привести хоч в приблизне відповідність із Сонцем. А за хорошу винагороду священики просто продовжували рік, щоб чиновники могли довше зберегти свою посаду - адже це було дуже вигідно. Так що обчислення часу перебувало в довершеному безладді. Для початку, щоб уникнути великих відхилень і помилок в календарі, Цезар подовжив рік, який ми тепер називаємо 46-м роком до Р.Х., на 3 місяці. Цього року було 445 днів. Таким чином, він став найдовшим роком в історії. Потім рік повинен був тривати 365 днів, а кожен четвертий - 366. Тоді-то і з'явилися відомі нам високосні роки, хоча ця ідея була висловлена ще за 200 років до того в Єгипті. Число днів місяця запозичене в основному з календарів часів Цезаря. Тоді не було 29 лютого. У високосному році 2 рази було 23 лютого. Ім'я Кая Юлія Цезаря збереглося в назві липня («юліус» по - латині), який до цього називали Квінтіліс. Пізніше місяць секстіліс перейменували в серпень (оскільки римський імператор Август також побажав мати «свій» місяць).
Названий на честь римського імператора Кая Юлія Цезаря «юліанський» рік має середню довжину 365 1 / 4 дні, тому що кожен 4-ий рік на 1 день довше трьох попередніх. Проте між істинним сонячним роком існує помітне розходження. Істинний сонячний рік триває 365 днів 5 годин і 49 хвилин, так що юліанський рік виявився трохи довше. Спочатку на цю тимчасову різницю не звертали уваги, але поступово початок весни в календарі все більше зміщувалося до лютого. У XVI столітті астрономічна весна розпочалася не 21-го, а 11-го березня. Необхідно було задуматися про нову реформу календаря!
У 1572-1585 рр.. папський престол займав папа Григорій XIII. Його дуже цікавили проблеми календаря. У 1576 р. він створював комісію астрономів, які повинні були розробити проект реформи календаря. У 1581 р. робота була завершена. 24 лютого 1582 була видана папська булла «Інтер гравіссімас», яка містила такі зміни:
1.Чтоби знову привести календар у відповідність з істинним часом, 10 днів опускалися. Після 4 жовтня 1582 р. відразу слід було 15 жовтня.
2. Правила включення високосного року змінювалися так, що роки
1700, 1800, 1900, 2100, 2200, і 2300 стали вважати звичайними, тобто налічують по 365 днів, хоча вони повинні були бути високосними. У той же час високосними залишаються роки 2000 і 2400. І надалі всі роки, які діляться на 100, повинні залишатися простими, якщо тільки цей рік не ділиться на 400. Введенням цього правила середня довжина року кілька скорочувалася, адже за 400 років 3 високосних року випадають. Тепер у нас прийнято таке літочислення довжини року:
середній юліанський рік - 365,2500 дня
середній григоріанський рік - 365,2425 дня
сонячний рік - 365,2422 дня.
Так що григоріанський рік лише дуже не набагато відрізняється від справжнього. Лише в 3300 році різниця складе 1 день, але календарне початок весни потихеньку все-таки зсувається тому, і, скажімо в 2000 році, можливо, доведеться подумати про вдосконалення календаря.
У 1582 році григоріанський календар був введений в Іспанії, Португалії, Італії, трохи пізніше у Франції та Голландії. Оскільки ця ідея виходила від папського престолу, багато протестантські країни пручалися реформі календаря, та й деякі католицькі князі не хотіли його приймати. Папу дорікали в тому, що він хоче вкрасти у людей 10 днів і обдурити перелітних птахів. Григорія XIII звинувачували також у тому, що він хоче збити з пантелику Ісуса Христа, який тепер не знає, в який день він повинен з'явитися на Страшному суді. Деякі заперечення демонстрували й вчені, але вони були спростовані в 1603 р. папським астрономом Клавіуса. Поступово опір було зламано. Найбільш тривалі суперечки з цього питання відбувалися в країнах, де поруч жили католики і протестанти, особливо в Німеччині. У Швеції григоріанський календар був прийнятий тільки в 1844 р., а в 1875 р. він був введений в Єгипті, на батьківщині сонячного календаря.
У Росії, де раніше існував тільки юліанський календар, григоріанський календар був введений в 1918 р. Після його введення дати (за «новим стилем») змінилися на 13 днів, адже різниця між цими календарями до цього часу становила вже не 10, а 13 днів . Наприклад Новий рік в Росії багато хто почав святкувати двічі: 1 і 14 січня - за старим і новим стилем. Православна церква все ще користується юліанським календарем, так що в Росії нібито існує 2 типу обчислення часу.
Наше теперішнє літочислення часу, наприклад у 1995 чи 2001 рік нової ери, веде свій початок від абата Діонісія Ексігууса. У VI столітті він спробував з допомогою доступних йому джерел визначити рік Народження Христа. При цьому він допусти невелику помилку. Тепер-то ми знаємо, що Ісус жив задовго до 1 року нової ери. Наприклад, цар Ірод помер в 4 р. до Р.Х., а він ще жив, коли Христос народився. Небесне знамення, яке називають «Віфлеємської зіркою», - з'єднання Юпітера й Сатурна, мало місце в тому році, який ми називаємо зараз 7 роком до Р.Х. Волхви вважали небесне знамення звісткою про Народження Господа. Так що Христос народився, мабуть, в 7 р. до початку нового літочислення, або, як кажуть віруючі, до Різдва Христового (до Р.Х.). Звичайно, ніхто не збирається всерйоз називати раптом 2000 2007 роком, тим більше, що пропозицію Діонісія Ексігууса виявилося дуже практичним. Згідно з ним кожен рік, який ділиться на 4, вважається високосним. Приблизно до 1000 року нашої ери літочислення років після Різдва Христового було прийнято повсюдно, але тата почали використовувати його тільки з 1431 року. До речі, перед 1 роком Р.Х. слід не 0 р., а відразу 1 рік до Р.Х. Правда, є й астрономічне обчислення, за яким між + 1 роком до Р.Х. вставляється 0 год. Астрономічний 0 год відповідає, таким чином, історичному 1 року до Р.Х. За прийнятим в даний час літочисленням 1 десятиліття ери Р.Х. почалося 1 січня 1 року і закінчилося 31 грудня 10 року. 2 десятиліття почалося 1.1.11, останнє десятиліття нашого століття почалося 1.1.1991, а не 1.1.1990. Це десятиліття закінчиться 31.12.2000, так що, строго кажучи, нове тисячоліття почнеться тільки 1.1.2001, проте ця обставина ніяк не завадить нам відповідним чином скасувати 2000 р. всі ж піде відлік третього тисячоліття!
Вимірювання часу вчора та сьогодні
За багато тисячоліть до винаходу сучасних годин люди намагалися вимірювати час. Наші предки помітили, що рівномірно палаюче полум'я за однакову час споживає завжди одне і те ж кількість олії або воску. Тоді й стали використовувати свічки, масляні лампи або гноти для вимірювання часу. У стародавньому Китаї існували, наприклад, «годинник», які були зроблені з просочених маслом мотузок, на яких були зав'язані вузли. Такий шнурок підпалювали, і кожен раз, коли полум'я сягало вузла, проходив певний відрізок часу. Пізніше стали використовувати свічки з відмітками, за якими можна було дізнатися час, поки свічка горіла. Всякий раз коли верхній край свічки доходив до однієї з відміток, проходив певний період часу. Такі маркіровані свічки продаються і до цього дня. як годин використовувалися масляні лампи. Прозорий посудину мав вертикальну шкалу, за якою можна було відраховувати рівень масла. Оскільки в годину завжди витрачалося однакову кількість олії, рівень його в посудині був мірою часу, що пройшов з моменту, коли лампа була засвічена.
Для вимірювання часу можна використовувати не тільки рівномірний згоряння свічки чи олійною лампи, але й витікання з судини води або піску. Пісочний годинник використовуються і до цього дня. вони складаються з двох грушовидних ємностей, з'єднаних між собою вузькими кінцями. Пісок перетікає з верхньої частини посудини в нижню за певний час. У пісковому годиннику, які раніше часто використовували при варінні яєць, цей процес зазвичай займав 5 хвилин. Якщо після перетікання піску в нижню частину годинник перевернути, знову почнеться відлік 5 хвилинного періоду. Для вимірювання часу використовували повільне витікання води з судини. Так само як і в масляних годиннику, вимірювався рівень води. Оскільки вода витікала з постійною швидкістю, за рівнем води можна було вимірювати час. У деяких країнах і зараз зустрічаються водяні годинники різного роду, але їх витісняють дешеві наручні годинники.
На ряду з повільно палаючій свічок і судинами, з яких витікає вода або висипається пісок, протягом багатьох тисячоліть як вимірювача часу використовували Сонце. Принцип сонячних годинників дуже простий. Наше денне світило сходить вранці на сході, за тим, як нам здається, починає переміщатися по небу, досягає вдень на півдні максимально високої точки і ввечері заходить на заході. Оскільки Сонце повільно змінює своє положення, то змінюється і напрям і тіні стрижня. Вранці вона досить довга і вказує на захід, вдень - коротка і вказує на північ. Коли Сонце о 12 годині істинного місцевого часу досягає самого високого становища, тінь коротше всього. Потім вона знову подовжується. За положенням тіні можна судити про час дня. Якщо навколо точки, де вертикально укопаний стрижень, намалювати циферблат, то переміщається тінь щогодини падатиме на відповідне розподіл циферблата, так що по ньому можна дізнаватися час, як за наручним годинником. На сонячний годинник стрижень встановлено похило, так, щоб він був паралельний земної осі, тобто вказував на Полярну зірку. Сонячний годинник, які при найвищому стоянні Сонця на півдні і при найкоротшій тіні показують 12 годин, градуйовані на справжнє сонячне час. Звичайно не важко виготовити сонячні годинники, які показували б середньоєвропейський час. Щоб відградуювати такий циферблат, беруть наручні або маятниковий годинник і відзначають на циферблаті, де зупиниться тінь в 9, 10, 11, 12 годин. Поруч з відповідними штрихами записують час. Однак через деякий час виникають розбіжності, а за тим пропадають. У хороших сонячних годин є коригувальні таблиці, за якими в будь-який час року можна визначити, на скільки хвилин потрібно уточнити час, яке показують годинник. Є навіть спеціальні конструкції, в яких ці корекції враховані. Правда по ним зараз вже не визначають час, вони сьогодні лише романтична деталь в парках або на стінах церков. Вже в стародавньому Вавілоні були сонячні годинники, вони згадуються і в біблії. Існували й маленькі кишенькові сонячні годинники, і справжні монстри, як, наприклад, величезний годинник в Джайпурі в Індії, з діаметром циферблата в 30 метрів. З численних варіантів сонячних годин згадаємо лише годинник з лінзою, зроблені в XVIII столітті. Рівно опівдні промені сонця, сфокусовані лінзою, падали на пороховий заряд невеликої гармати - і лунав постріл.
Мабуть, найбільшим кроком вперед в історії виміру часу було введення механічних годинників, які з XII століття почали встановлювати на вежах церков. Як приводного механізму в них використовувалися вантажі, укріплені на металевого ланцюга. При опусканні вантажу ланцюг змотувалася і обертала циліндр, з'єднаний із системою коліс та стрілою. У XIV столітті механічні баштові годинники використовувалися повсюдно, а в 1657 р. голландець Християн Гюйгенс побудував перший маятниковий годинник. Ще в 1583 р. великий італійський фізик Галілей відкрив, що повне хитання маятника завжди відбувається за один і той же час, тобто маятник ідеально задає такт для годин. Можна, на приклад, виготовити такий маятник, одне коливання якого триває рівно секунду. Якщо яке або пристрій підрахує число коливань маятника з того моменту, як він був запущений, то можна дізнатися, скільки секунд пройшло.
На будь-яких застосовуються в наші дні годиннику ми знаходимо систему, здатну коливатися, її називають також регулятором ходу. Це може бути маятник, баланс в кишенькових годинах, камертон або кварцовий кристал. Як регулятор ходу можна використовувати також атоми і молекули. При цьому обов'язково повинна дотримуватися умова - період коливань регулятора ходу повинен бути постійним. Ще один найважливіший елемент кожного годинника - накопичувач енергії. Щоб запасти енергію, використовують піднятий на гору вантаж, натягнуту пружину чи електричні батарейки. Нарешті, необхідний передавальний механізм, щоб передавати накопичену енергію в коливальній системі. Для цього використовують шестеренні передачі чи електронні схеми. І останнє - необхідно пристрій, який підраховувало б число коливань і показувало їх у зручній для нас формі. Тут застосовуються різні циферблати і електронні індикатори. Цифрові свідчення, які ми бачимо на деяких годиннику, наприклад, 12:45 або 23:18, нерідко витісняють «аналогові» свідчення, до яких ми звикли.
Нам вже знайомі годинник з маятником як регулятором ходу. Але в наручних або кишенькових годиннику маятник не розмістити. Для них у якості регулятора ходу використовують баланс, невеличке переганяє колесо, скріплене зі спіральною пружиною. Цей баланс коливається зазвичай 5 разів на секунду назад і вперед, тобто частота коливань 5 Гц. Деякі сучасні годинник мають ще швидший регулятор ходу, наприклад, невеликі камертони, частота яких складає 360 Гц, тобто вони коливаються 360 разів в секунду. Ще більш високу частоту мають кварцовий годинник з вагається кварцовим кристалом. У сучасних кварцових годиннику зазвичай використовують кварцові платівки, які коливаються з частотою 32 768 разів в секунду, іншими словами, частота коливань становить 32 768 Гц. Регульовані таким нерішучим кварцом годинник має точність ходу, на багато випереджальну можливість найточніших механічних годинників. У лабораторії за дотримання належних умов вдалося отримати відхилення всього в 1 сек. за 30 років. На всіх кварцових годиннику коливний кварцовий кристал задає частоту коливального контуру електричного і підтримує її при постійному значенні. Абсолютно рівномірні електромагнітні коливання «підраховуються» годинами і наводяться в показання, які ми бачимо на циферблаті. Проте з часом кварцові кристали старіють і точність годин втрачається.
Ще в перші десятиліття нашого століття обертання Землі було найточнішим з відомих науці періодичних процесів і тому служило основою для вимірювання часу. У наш час обертання Землі перестало бути стандартом часу. Його місце зайняли атоми, «коливання» яких використовуються як регулятор ходу для атомних годин. Атоми цезію можуть знаходиться в різному енергетичному стані - (+) і (-). Якщо атоми переходять про (+) до (-), вони випускають електромагнітне випромінювання з частотою 9192631770 Гц. Ця частота - абсолютно постійний періодичний процес, вона служить регулятором ходу атомних годин. за допомогою електронних засобів забезпечується сталість мікрохвильової частоти. Таким чином досягнуто те, про що все життя мріяли конкурсанти годинникових механізмів, а саме - знайдено абсолютно постійний періодичний процес. Обидва стану (+) і (-) фізики називають гіпертонкімі структурними рівнями основного стану атома з цезієвим ядром (цезій - 133). Тепер на основі міжнародної угоди секунда як одиниця часу визначається таким чином: секунда - це помножений на 9192631770 період випромінювання, відповідний переходу між двома гіпертонкімі структурними рівнями основного стану атома ізотопу цезію-133. Звичайно ж, як точних годин можна використовувати і коливання інших атомів і молекул.
У Німеччині, наприклад, в 1978 р. був прийнятий закон про час. Відповідно до цього закону фізікотехніческому інституту в Брауншвейгу і Берліні дано доручення визначати точний час у Німеччині. В даний час в інституті в Брауншвейгу побудовано 2 високоточних вартових приладу на атомах цезію. Їх вважають одними з найбільш точних годинників у світі. У Росії сигнали точного часу передаються по радіо шістьма короткими звуковими сигналами (наприклад, радіостанцією «Маяк»). Сигнали точного часу використовуються для управління складними процесами і для наукових спостережень. У 1967 році одиниця часу «секунда» була визначена заново. У всьому світі ввели шкалу атомного часу, яка змінила «світове час», отримане на основі астрономічних спостережень. Цей час називали «середній час за Гринвічем», а тимчасова шкала, прийнята в даний час, називається UTC (від слів «Universal Tim Coordinator»). Секунди, які включаються 1 раз на рік у шкалу UTC, використовуються для того, щоб UTC не більше ніж на секунду відрізнялося від часу, орієнтованого на рух Сонця.
Відчуття часу і відносність
Нормальна людина вночі спить 8 годин, 16 годин спить. Всі наші органи мають 24-годинний життєвий ритм. Однак це не доводить, що у нас є біологічний годинник, що регулюють процеси тіла незалежно від зовнішніх подій. адже могло б бути так, що людина лише пасивно реагує на зміну дня і ночі. Досліди, проведені з добровольцями, спустилися під землю, показали, що у людини є внутрішні, або «біологічні», годинник, який, проте, якщо їх не коректувати зміною світла та темряви, йдуть трохи повільніше, ніж очікувалося: 24-годинний ритм нав'язаний нам зміною дня і ночі і соціальними сигналами.
Не дивлячись на те, що ми можемо дуже точно вимірювати певні відрізки часу, відчуваються вони нами зовсім не однаково. Хвилина, проведена в кріслі зубного лікаря, здається значно довші, ніж хвилина, проведена в кіно або на дні народження. Як швидко минає тиждень для дорослого і як довго тривають вона для маленької дитини! Психологи-дослідники можуть призвести вам чимало цікавих прикладів того, як люди по-різному сприймають абсолютно рівні проміжки часу у спогадах чи наяву.
Хоча час в усьому світі протікає однаково швидко, хвилина чи тиждень можуть мати для нас різну тривалість залежно від життєвої ситуації. Ця обставина було відомо ще в давнину. Але до початку XX століття панувало переконання, що час тече незалежно від спостерігача. Так званий здоровий глузд підказував, що для космонавта, що летить в міжпланетному кораблі чи потрапив у сильне гравітаційне поле, секунда тривають рівно стільки ж, як і в нас на землі. Великий фізик Альберт Ейнштейн у своїй тепер уже багаторазово підтвердженої теорії відносності показав, що при дуже великій швидкості і поблизу великих мас закони фізики суперечать здоровому глузду, а точніше - нашому життєвому досвіду. Так, наприклад, годинник, що переміщуються в уявному космічному суперкорабле, для земного спостерігача йдуть повільніше, ніж такі ж години на Землі. Якщо космічний корабель летить, скажімо, зі швидкістю, що становить 99,9% від швидкості світла, на Землі пройдуть 22 секунди, поки на кораблі пройде всього 1 секунда. Іншими словами, годинник на космічному кораблі для земного спостерігача йтимуть в 22 рази повільніше, ніж на Землі! Це «відносне» уповільнення часу недовго залишалося невідомим людині, адже воно проявляється тільки при швидкостях, близьких до швидкості світла, що становить 300 000 км / сек. тепер цей ефект легко довести за допомогою швидких елементарних частинок, тривалість існування яких для нас становить 80 мікросекунд, а для них самих лише 1 мікросекунду. Їх «годинник» йдуть для земного спостерігача в 80 разів повільніше, ніж на поверхні Землі.
Немає і не може існувати абсолютного, однакового для всіх спостерігачів часу. Багато вчених навіть вважають, що те, що ми називаємо часом, було не завжди. Годинники, які рухаються майже зі швидкістю світла, йдуть надзвичайно повільно. Однак вони, як і всі предмети, що складаються з матерії, ніколи не зможуть досягти тієї цієї граничної швидкості. «Годинник» світлових частинок, чи квантів, які не складаються з речовини і рухаються точно зі швидкістю світла, взагалі не відміряють час. Для світлових частинок, на відміну від складаються з речовини космічних кораблів, часу не існує. Поняття «час» має сенс тільки тоді, коли є речовина. Але якщо речовина утворилося в момент Великого вибуху, то час тільки тоді й виникло. Таким чином, є точка відліку часу, а саме Великий вибух, для якої ні якого «до того» не існує.
Ніхто не знає, перестане чи коли-небудь розширяться Всесвіт чи буде розширюватися завжди. Може бути, вона коли-небудь почне знову падати всередину самої себе. Матерія буде стає все більш щільною і, нарешті, утворює чорну діру з безкінечною щільністю речовини. Але в цьому випадку і сила тяжіння стала б нескінченно великий і час текло б нескінченно повільно, тобто перестало б існувати. Може, однак, станеться і так, що Всесвіт буде розширюватися і стає все більш розрядженою. Багато фізиків вважають, однак, що коли-небудь все речовина розпадеться, і тоді будуть існувати тільки світлові частинки, для яких немає часу. Розпад останньої частки речовини означав би кінець часу. Це важко собі уявити, але це так: час, яке здавалося понад усе в світі, понад фізики, виявилося вторинної величиною, яка має, ймовірно, початок і кінець. Воно прийшло до нас із Всесвіту і зникне з її зникненням.