Ми постійно слідкуємо за часом, течія якого нестримно, по годинах, веде нас у майбутнє. Ми боїмося його втратити, прогаяти, як один з персонажів «Пригод Аліси в країні чудес» Льюїса Керрола — Білий Кролик, що постійно діставав із жилетки годинник, бурмотів, ледь на нього поглянувши: «О, Боже! Я запізнююсь!». Стрімке, буремне життя потребує організації, планування своїх дій, і в певному сенсі ми вимушені встигати за бігом часу. Його називають «четвертим виміром». У цій, можливо, нескінченній протяжності, невпинно відбувається зміна подій і постають нові форми. Пропонуємо простежити історію приладів для виміру часу, дослідила яку Віра Степанян.

Природний час

Учені дійшли висновку, що в людини є так званий «внутрішній годинник», пов’язаний із біологічним ритмом. Біоритми властиві не тільки людям, а також рослинам, тваринам і навіть мікроскопічним істотам, до прикладу планктону, який вдень укривається від хижаків, а вночі піднімається на поверхню води за водоростями. Або пригадаємо дерева: відомо що вони можуть жити тисячоліттями, щороку повторюючи цикл росту — восени скидають листя, а навесні активно розпускають нове, Ще й зберігають пам’ять: одне кільце — прожитий рік,— вузьке або широке залежно від клімату. Це дозволяє вченим уявити клімат давніх часів.

Циркадні ритми: чи переводиться біологічний годинник?

Гори поглинали радіоактивні елементи, які виділяли енергію з певною швидкістю, що і дозволяє встановити час формування гірських порід. Шкалу, що відображає важливі етапи в історії планети називають геологічною хронологією. Вивчаючи скам’янілості, до прикладу, динозаврів, науковці поділили доісторичний час на періоди (ери), а хронологію встановлюють у залежності від залишків, які підтверджують: основою життя є вуглець. Виявлено, що слабореактивний вуглець-14 засвоюється тільки живим організмом, а коли той перестає функціонувати, то радіоактивна речовина поступово зникає, і ступінь випромінювання дає можливість встановити момент смерті.

Часові пояси

Міжнародне бюро часу в Парижі займається координацією національних служб часу і обчисленням всесвітнього часу. Цікаво згадати, що протягом двадцяти років Міжнародною службою часу керував Микола Стойко — українсько-французький астроном одеського походження. Служба використовує атомний час, який став основою нинішнього Міжнародного атомного часу (TAI), що відправляє точні сигнали до мілісекунди. Всесвітній координований час (UTC) — стандарт, за яким регулюються час і годинники. Відлік часу в світі ведеться від Гринвіцької обсерваторії в Лондоні, яка розташована на довготі 0 градусів. Під час переміщення на захід ми переводимо годинник на годину назад, якщо на схід — на годину уперед. Для відліку часу світ поділено на 24 часових пояси шириною у 15 градусів. Слід згадати про «літній час», який встановлюється на певній території на літній період з метою ефективного використання денного світла, хоч науковці й вважають, що це негативно впливає на здоров’я людей.

Завдяки сучасній глобальній системі навігації і приладів можна з точністю до 100 метрів визначити координати, скажімо, корабля у будь-якій точці земної поверхні. Навігаційна система, що використовує і час і локацію, збігається із супутниковою системою: саме сигнали супутників, що обертаються за орбітою Землі, приймаються приладами глобальної системи навігації.

Космічний час

У роботах Ісаака Ньютона була утверджена концепція простору-часу. Він вважав, що час спливає незалежно від місця і назвав це «абсолютним часом» — все у світі рухається в одному моменті часу. Він розробив теорію механічного руху, що стала об’єднаною фізичною теорією: земні і небесні рухи об’єднувались у загальний механічний рух матеріальних тіл. Дослідник уявляв Всесвіт у певних його аспектах подібним до годинникового механізму, де все рухається за певними траєкторіями. Звідси виникала думка, що і рух небесних тіл можна заздалегідь розрахувати. А вже в ХХ столітті Альберт Ейнштейн сформулював теорію відносності — теорію гравітації, яка передбачала розширення Всесвіту. Нам відомо, що одна з теорій зародження Всесвіту — «великий вибух», в результаті якого стався викид матерії, і це, як вважають, відбулось близько 13 мільярдів років тому. Також не можна не згадати про спосіб вимірювання відстані між зірками, що рахується світловими роками.

Людський вимір часу

Авторка книги «Самоменеджмент» О. Штепа наводить кілька типів часу: психофізичний — якщо людина у стані натхнення, то здається, що час «летить»; психофізіологічний, коли, до прикладу, темпераментна людина суб’єктивно сприймає 1 хвилину як 0,7 хвилин; особистісно-психологічний час, що відображає зв’язок об’єктивного часу із суб’єктивним поділом на життєві віхи; соціально-психологічний час, який відображає зв’язок об’єктивного часу та суб’єктивного сприйняття людиною його дискретності, розбиття на культурні епохи, історичні періоди. А з позицій соціокультурної концепції авторка вирізняє два типи часу: англо-європейський та арабський. Характеристику їм надав філософ та культуролог Т. Джеймс : тип часу визначається культурними особливостями сприймання людиною себе відносно уявної лінії часу. У першому випадку людина відчуває себе «поруч із часом» (вчасність, відповідність до часу), а в другому — на «лінії часу», сприймає його як категорію «крізь час» (зрілість, завершеність). Крім того є дві форми часу: послідовна (хронологія подій); непослідовна (повторення однієї і тієї самої події на різних історичних етапах), як і поділ уявлень на циклічний, лінійний та спіралеподібний хід часу тощо. Однак розглянемо, з чого все починалось.

Стародавні способи вимірювання часу

Говорячи про перші давні свідомо вироблені моделі орієнтування в плині часу та зміні природних сезонів, слід згадати календар. Єгипетський календар допомагав визначити початок річного циклу, коли на небі з’являється зірка Сіріус і розливатиметься річка Ніл. Давні календарі були дуже старанно складені як, до прикладу, ацтекський, вирізаний з каменю. Люди багатьох давніх культур вірили у те, що саме за допомогою небесних божеств рухається Сонце, змінюються фази Місяця, пори року, за чим спостерігали та наглядали шамани і жерці.

За античності римляни внесли вдосконалення в заплутану календарну систему літочислення і впровадили юліанський календар. У 46 році до н. е Юлій Цезар ввів календар, тривалість року якого складає 365 із чвертю доби, що означало, що кожного четвертого року до календаря додавалася одна доба. Але ця система не враховувала місячні фази. В свою чергу китайці календарний рік складали за ходом Сонця, а місяці — за місячними фазами. Кожен рік названо іменем тварини. Астрономи довгий час вважали Землю центром Всесвіту, а навколо неї уявляли сферу, до якої входили Сонце, Місяць, планети, нерухомі зірки. Модель Всесвіту давньогрецького астронома Клавдія Птолемея, творця геоцентричної системи світу проіснувала майже 1500 років, поки астроном Миколай Коперник не почав утверджувати геліоцентричну систему світу, стверджуючи, що саме Земля та інші планети обертаються навколо Сонця. Сучасний, григоріанський календар, був запроваджений у 1582 році папою римським Григорієм ХІІІ, котрий слідом за 4 жовтня позначив день 15 жовтня, і нині цей календар затверджено як міжнародний стандарт. Офіційно у всьому світі новий рік починається 1 січня, але Китай, Індія та деякі інші. країни користуються місячним календарем.

Найпростішим хронометричним приладом є сонячний годинник: перша згадка, як вважають деякі історичні джерела, пов’язана з рукописом китайця Чиу-Пі близько 1100 років до н. е. Однак, є повідомлення, що знайдено давньоєгипетський сонячний годинник ХV століття до н. е. Єгиптяни поділили добу на 24 години, а ніч — на регулярне дванадцятигодинне переміщення зірок на небі: коли зірка з’являлася, знали яка година закінчилася. Згодом день розділили на 12 частин і в цьому випадку вже орієнтувалися за довжиною тіні, яку відкидав гномон — перший сонячний годинник у вигляді вертикального обеліска і горизонтальної шкали. Про час дізнавалися за довжиною тіні на шкалі. У Межиріччі годину поділили на хвилини і секунди. Перший гномон в Елладі був встановлений Анаксимандром Мілетським (VI століття до н. е.), який вивчав астрономію в Єгипті. Елліни замінили гострий кінець гномона невеликим отвором у вигляді «сонячного ока», яке відкидало на шкалу світлову точку. У Рим сонячний годинник прийшов з Еллади: воєначальник Папірій Курсор побудував його в храмі Квіринал. А під час розкопок у Портічі 1755 року був знайдений портативний бронзовий сонячний годинник римського походження.

Винахід компаса ще до нашої ери належить китайцям, а в Європі він з’являється лише у 1195 році, а в поєднанні із сонячним годинником — у XV столітті, завдяки відомому астроному Йоганнесу Мюллеру з Нюрнберга. Він же — автор першої книги про сонячні годинники. Водночас з’являється багато підручників з вивчення теорії сонячних годинників в університетах. Ці прості прилади набували різноманітних конструкцій: портативні, дорожні, кишенькові. На корпусах вони мали позначки, якими вказувалися траєкторії Сонця, календарні дні тощо. Деякі приклади: пластинчастий сонячний годинник, що складався з двох або трьох чотиригранних пластинок, на нижній розміщувався компас; серед дорожніх годинників назвемо дерев’яні восьмигранні, загострені ціпки з нанесеною на них шкалою, так звані «ашахад», що означало період подорожі «червень–липень», такі використовувались індійськими мандрівниками. А ще були футлярні годинники, на які наносилась шкала для різних географічних широт; кільцеві годинники і годинники  у вигляді книги зі складними шкалами роботи майстрів У. Шніпа і Х.Кенінга; функціональні багатогранні сонячні годинники; оригінальні аналематичні годинники, на яких позначалися знаки зодіаку. Серед них були також рефракційні, пірамідальні, віконні і, навіть, дзеркальні, описані у книзі Й. Б. Бенедіктуса, та багато інших конструкцій. Такі годинники були доволі точними, тому користувалися великою популярністю в Європі, що спричинило виникнення центрів з виготовлення хронометричних приладів: у германських землях працювали відомі майстри Тихо Браге, Регіомонтан, Г. Пейєрбах та його учні, Х. Шисслер, Ганс Трошер та інші. У Бельгії в ХVІ столітті працював нідерландець Райнер Гемма Фрізіус; у Богемії — Габельмель, Й. Енгельбрехт. Були відомі астрономічні обсерваторії на Сході, як наприклад, в Індії: Джай Сінгх ІІ, правитель Джайпура у ХVІІІ столітті побудував обсерваторію Джантар-Мантар з годинником заввишки 18 метрів, пізніше звів ще 5 обсерваторій у інших містах. Свої спостереження він виклав у книгах, серед яких є «Трактат про астролябію».

Астролябія — давній пристрій, описаний ще Птолемеєм, був широко застосовуваний мусульманами. Середньовічні бронзові астролябії, які вимірювали положення Сонця та проводили інші астрономічні спостереження, являли собою круглу плиту, поділену на 360 градусів. Її доповнювала карта зірок із зодіакальними знаками. Астроному Гіппарху у ІІ столітті до н. е. належало не одне важливе відкриття, серед яких й визначення часу за положенням зірок. Він склав зоряний каталог з даними про рух 1022 зірок. Інший астрономічний годинник, за допомогою якого, знаючи дату, по тих же зірках визначали час, мав назву ноктурлабіум, цей винахід ІХ століття належав Пацифікусу з Верони. В Європі користувалися толедськими таблицями, що походили з ХІІІ століття. А найбільш точний каталог з 997 зірок склав Тихо Браге.

Після сонячного годинника мова піде про клепсидру — ще один важливий вимірювальний прилад, назва якого походить від грецьких слів klepto — брати і udor — вода. Простими водяними годинниками були китайські та індійські: різнорівневі резервуари зі сходинками, якими повільно стікала вода. І коли вся вода опинялася внизу, відмічався відрізок часу, і процес повторювався. Китаєць Чан Хен збудував небесний глобус, що приводився у рух силою води. Найдосконаліший же водяний годинник був розроблений Су Суном 1090 року: він мав сигнальний пристрій часу та багато інших особливостей. Однак. повернемось до Єгипту, де водяний годинник використовувати почали вперше. Саме тут зберігся найстаріший у світі прилад подібного типу. Нині експонований музеєм Каїру, він відноситься до епохи Аменхотепа ІІІ (ХIV століття до н. е.). Корпус пристрою наповнювався водою, яка витікала крізь маленький отвір на днищі. На внутрішній поверхні було позначено 12 нічних годин. Крім єгиптян відзначились у цій справі ассирійці, які в 650 році до н. е. будували конічні водяні годинники з круглими концентричними часовими шкалами. В Індії циліндричну посудину з отвором на дні ставили у велику ємність із водою, а коли циліндр наповнювався водою, звучав гонг. В Елладі клепсидра стала відомою близько 400 року до н. е. Механік Ктесібій Александрійський (150 рік до н. е.) значно вдосконалив водяний годинник. У Римі водяний годинник ввів цензор Публій Корнелій Сципіон Назіка в 172 році до н. е., але ще за часів Цицерона був відомий такий вираз «aquam perdo» («втрачаю воду») — під час ораторських виступів водяний годинник відігравав велику роль. Арабський середньовічний інженер Аль-Язарі у ХІІІ столітті в своїй книзі детально описує водяні годинники незвичайних конструкцій як от, наприклад, із флейтовим сигнальним пристроєм для вимірювання часу. Конструкція механізму складна і непересічна, особливо для мусульман, які оминали зображувати образи тварин — за описами це скульптурне зображення чотирьох павичів, що рухались, показуючи час. В епоху Ренесансу з’явилися клепсидри барабанного типу із сигнальним пристроєм, а в ХVII столітті француз Клод Перро створив колісний годинник.

Довгі віки люди вимірювали час користуючись вогняним годинником, простим прикладом якого слугує годинник-свічка. Почав його використовувати король англосаксонського королівства Вессекс Альфред Великий у ІХ столітті. Свічка довжиною 1 метр ділилася на секції, кожна з яких згорала за годину, за ніч вигорало три свічки, водночас освітлюючи приміщення. Згадаємо також олійні лампадні годинники: на колбу наносилася часова шкала такого розміру, щоб вистачило для освітлювання між шостою годиною вечора і восьмою годиною ранку. Більш складним за принципом дії цей простий пристрій став у ХІХ столітті. Варто нагадати, що винахід вогняних, лампадних та багатьох інших годинників належить китайцям: саме китайське населення вважало, що їх виробив Фу-сі, міфічна божественна сутність, якій за легендами належала місія цивілізування китайських земель.

Пісочний годинник вперше згадується 1339 року у Парижі Він був пов’язаний із виробництвом скляних колб, а також із технологією виготовлення піску: ретельно обробленого, обпеченого, тонкозернистого, неодноразово просіяного крізь тонке сито і висушеного. Але такий годинник не досягав точності, скажімо, сонячного годинника.

Механічні годинники

Нова ера хронометрії починається з винаходу механічного годинника, який складається з таких головних частин: двигун, передавальний механізм зубчастих коліс та регулятор руху і спуск, що передає імпульси регулятору і підпорядковує рух передавальному механізму. Ще в XVI столітті італійський астроном Галілей відкрив принцип роботи маятника, а нідерландський вчений Християн Гюйгенс винайшов маятниковий годинник, здійснивши справжню революцію у вимірюванні часу. Щоб маятник не зупинявся після коливань він підвісив на барабан невелику вагу, яка повільно обертала його, примушуючи маятник рухатися. Щотижня годинник потрібно було завести ключем. Перший маятниковий годинник із зовнішніми батареями розроблений у 1840 році.

У XVIII столітті англійський годинникар Джон Гаррісон вирішив за винагороду уряду взяти участь у конкурсі, в якому необхідно було придумати, як саме визначити місцезнаходження корабля в морі — тобто винайти точний спосіб визначення географічної довготи під час плавання з Англії в Індію. Тому що бортова хитавиця на кораблі виводила з ладу маятниковий годинник. Гаррісон винайшов мудрований механізм у годиннику, так званий «Х-1», який мав пристрій з окремими циферблатами для секунд, хвилин, годин і днів місяця. Варто згадати про «вічний» маятниковий годинник — perpetuum mobile, який був сконструйований у 1771 році французом Луї Антуаном Ле Платтом з Нансі: він заводився повітрям у прихованому каналі, що розміщувався в стінці за годинником, —зміна температури на 1 градус могла завести пружину на 28 годин.

Баштові годинники

Годинники на вежах або куранти (від французького слова courant — той, що біжить) слугували не лише прикрасою будівель різного призначення, але й сповіщали населення про важливі події у місті. Вони відбивають час за налаштованою програмою на справжніх дзвонах, зазвичай виконуючи музичну фразу, а також можуть відтворювати синтезовані звуки дзвонів на акустичних системах. Середньовічні ковалі і слюсарі були, власне, першими годинникарями великих курантів. Уже з ХІV століття в Європі з’являються перші куранти зі складним астрономічним механізмом і слід зазначити, що гирі вироблялися з каменю і піднімали вагу у кілька центнерів за допомогою пристрою у вигляді зубчастої передачі. Головним матеріалом у будівництві баштового годинника було залізо, з якого виготовляли рами, вали, шестерні та інші механічні елементи. Найскладнішим було виробництво шестерень: їх виготовляли окремо, потім збирали в один цілісний вузол. Згадаємо середньовічні празькі куранти або Староміський астрономічний годинник у Празі майстрів Мікулаша Кадана та Яна Шинделя, який складається з трьох частин: астрономічні диски, що показують роки, місяці, дні, години, а також час сходу і заходу Сонця і Місяця, положення зодіакальних знаків; рухомі фігурки — «Хід апостолів» ; календарний циферблат, оздоблений готичними скульптурками. Один з найбільших баштових годинників розміщено на вежі Парламенту у Лондоні, який було доручено створити Едуарду Джону Денту. Він долучив до роботи відомого знавця теорії годинникових механізмів Едмунда Бекетта-Денісона і вже через невеликий проміжок часу вежу прикрасив знаменитий годинник Біг-Бен, діаметр циферблату якого 7 метрів, а вага Великого дзвону (одного з шести) — 13,7 тонн. З 1859 року годинник без перебоїв служив до 1976 року, коли відбулося падіння чотиритонного вантажу на механізм. Невдовзі, в 1977 році, його було відреставровано і запущено. Зауважимо, що перевагами спускового механізму Денісона зацікавились всі європейські годинникарі.

Настінні годинники теж виготовлялися із заліза, пізніше з бронзи та латуні. В англійських майстернях в 1600 році були відомі так звані люцернові годинники, за формою схожі на старі свічкові ліхтарі. Круглий циферблат мав одну різьблену стрілку, оздоблений римськими цифрами, гравірованими фігурками та орнаментами. Приводилися у рух такі годинники гирями, а пізніше за допомогою кронштейнів. За часів Людовика XV у Франції пішла мода на настінні «картельні годинники»: механізм вставлявся в пейзажну або архітектурну композицію. Англія експонує і так звані «табернаклові годинники»: футляр закінчувався своєрідним піддашшям над циферблатом. У Франції вони називались «годинники-релігіези» і нагадували фасади костелів. Серед майстрів варто згадати відомого механіка Варейна, який прикрашав годинники аплікаціями, вазами, каріатидами, фігурками тварин тощо. Безліч варіантів мали маятникові годинники в Австрії на початку ХІХ століття: вони мали прямокутні корпуси, або були у формі музичних інструментів, човнів, романтичних скульптурних композицій. Підлогові годинники були подібні на баштові. Шафи годинників виготовлялися з індійського та гондураського червоного дерева, з дуба, з горіхової та самшитової деревини і прикрашалися різьбленим орнаментом або інкрустацією, нагадуючи художній витвір заввишки спочатку 180, а пізніше — 270 сантиметрів. Увійшли в моду лаковані залізні циферблати, а у XVIII столітті з’явилася хвилинна стрілка.

Годинникові стрілки виготовляли спершу вручну, а в 1800 році їх почали штампувати за допомогою спеціальних пресів. Займалися виготовленням стрілок дві компанії — у Женеві та іншому швейцарському місті — Флер’є. 1783 року в швейцарській компанії Breguet був розроблений дизайн стрілок відомий як «Яблука Breguet». Сьогодні вони прикрашають годинники класичного або «ретро-стилю». Існує поняття «ретроградної стрілки»: вона рухається за власною дугою, а в кінці шкали повертає назад до нульової відмітки.

Малогабаритні та кишенькові годинники

Головними центрами з виготовлення кишенькових годинників у XVI столітті стали майстерні в Нюрнберзі, під керівництвом Петера Генляйна, і в Блуа, якою володіли Жульєн Кудрі і Жак де ля Гарде. У Західній Європі французькі годинникарі славилися найвищим рівнем виробництва. Розвивається виготовлення малогабаритних годинників, звісно ж, і у Швейцарії. Французи, здебільшого гугеноти, що переселились сюди, організували розвинуте виробництво: тепер Швейцарія вважається «країною годинників». Кустарні майстерні виросли у великі підприємства, а ці в свою чергу розділилися на окремі виробництва з виготовлення механізмів, футлярів, стрілок тощо. Країна першою перейшла на напівавтоматичне виробництво, а згодом — на автоматизоване.

Електричні та електронні годинники

Винахідник електромеханічного друкуючого телеграфу у ХІХ столітті Александр Бейн сконструював перший електричний годинник. У 1840 році з’являється перший хроноскоп Чарльза Вінстона, що вимірював швидкість випущеного снаряду. Найбільш досконалий годинник В. Х. Шортта в обсерваторії Единбурга вирізнявся найвищою точністю до появи у 1927 році кварцового годинника і став необхідною приналежністю Гринвіцької обсерваторії. Кварц — мінерал, який під дією струму починає вібрувати з відповідною частотою, мікросхеми виводять показник часу на циферблат. Годинники з дисплеєм показують час цифрами: циферблат з рідких кристалів сприймає електросигнали, що подаються мікропроцесором. На ХІІІ конференції Бюро мір і ваг у Парижі з’явилося визначення одиниці часу — 1 атомна секунда. Атомний годинник NIST-F2 накопичує помилку в 1 секунду протягом 300 мільйонів років.

Успішно конкурують із швейцарськими японські годинники. Наручні годинники тут уперше з’явилися в 1881 році, а в 1969 році японська фірма Seiko запропонувала перший наручний атомний годинник, вартість якого тоді дорівнювала вартості автомобіля. Сучасні годинники брендів Casio, Orient, Seiko вирізняються своєю точністю, стильністю, тривалістю терміну служби, надійністю та лаконічністю.

Завершуючи нарис, хочеться згадати і про унікальні годинники, які можна побачити лише в музеї, і про сучасні оригінальні винахідливі витвори годинникарського мистецтва. Кожен з таких пристроїв за своєю природою пов’язує розрізнене сприйняття часу і дозволяє надскладним структурам, створеним людиною, орієнтуватись і координувати свої процеси.

Авторка: Віра Степанян

Iлюстрації: Катя Березовська