Jak mierzyć czas, czyli co nam tutaj drga?
W zeszłym tygodniu pisałem o mierzeniu długości. Dzisiaj chcę opowiedzieć o mierzeniu czasu.
Przy mierzeniu długości lub odległości narzędzie pomiarowe może być dość proste: wystarczy kij lub sznur o ustalonej długości. Niełatwo jednak było wybrać jednostkę długości.
Z pomiarem czasu jest odwrotnie. Wirowanie Ziemi i związane z tym następstwo dni i nocy narzuca dobę jako podstawę mierzenia czasu - i to akceptują wszyscy. Problemem było wprowadzenie mniejszych jednostek, będących częściami doby.
Podział doby na 24 godziny istniał już w starożytnym Egipcie, gdzie zapożyczono go od Sumerów. Zabawna była podstawa, na jakiej przyjęto ten podział. Sumerowie przy liczeniu nie posługiwali się dziesięcioma palcami obu rąk (co jest podstawą używanego do dziś w arytmetyce systemu dziesiętnego), tylko czterema palcami lewej ręki (bez kciuka), a obiektami, które służyły jako elementy takiego „biologicznego liczydła”, były stawy.
Każdy palec ma trzy stawy, co przy korzystaniu z czterech palców daje 12 liczmanów, więc Sumerowie podzielili osobno noc i osobno dzień na 12 godzin. W dzień kolejne godziny odmierzało położenie słońca (do dziś stosujemy zegary słoneczne!), nocą obserwowano ruch określonych konstelacji na niebie. Ponieważ dzień rzadko trwa tak samo długo, jak noc, a w dodatku długość ta zmienia się w różnych porach roku - godziny miały zmienną długość, ale było to lepsze niż brak podziału czasu.
Z kolei podział godziny na 60 minut (a potem minuty na 60 sekund) zawdzięczamy Babilończykom.
Sprawę jednostek mamy więc załatwioną. Natomiast niebanalną sprawą był sposób mierzenia upływu czasu. Pierwsze czasomierze, oparte na wypływaniu wody z dziurawego naczynia lub korzystające z wolno spalającego się knota, były bardzo niedokładne. Kluczem do wszystkich dokładniejszych pomiarów czasu były (i są!) zjawiska związane z drganiem.
Galileusz w 1602 roku zauważył, że oscylacje wahadła cechuje izochronizm, to znaczy kolejne wychylenia wahadła następują po upływie dokładnie takiego samego czasu. To stało się podstawą budowy zegarów wahadłowych, które początkowo instalowano w wieżach kościołów i innych budowli. Pierwszy taki zegar zbudował Christiaan Huygens w 1657 roku - i jego konstrukcja (po miniaturyzacji do rozmiarów zegara ściennego lub stojącego pokojowego) bywa wykorzystywana do dziś.
Jednak zegara wahadłowego nie da się nosić przy sobie, a zapotrzebowanie na zegarki kieszonkowe i noszone na ręku pojawiło się bardzo szybko. Problem rozwiązał Thomas Mudge, konstruując w 1750 roku tak zwany wychwyt szwajcarski, w którym drgania wahadła zastąpiono obrotowymi drganiami palety kotwicy współpracującej z kołem wychwytowym. Tak działają zegarki mechaniczne do dziś! O tym, co drga w zegarkach elektronicznych - opowiem innym razem.