Борис Крук - ...И мир загадочный за занавесом цифр. Цифровая связь

Первые механические часы были громоздки и несовершенны. Даже известные своей точностью астрономические часы, созданные Тихо Браге, приходилось каждый день "подгонять" при помощи молотка. В наших глазах, скажем прямо, способ не слишком совершенный. Тогда не было известно ни одного механического явления, которое бы периодически повторялось через одно и то же сравнительно небольшое время.

Между тем к середине XVII в. возникла острая необходимость в более точном измерении времени. Это было связано в первую очередь с нуждами мореплавания. Завершилась эпоха великих географических открытий. Новые земли, открытые в Вест-Индии, Ост-Индии, многочисленные острова в южных морях и океанах усиленно колонизировались. Тысячи и тысячи судов - галеонов, бригов, баркентин - бороздили моря, пересекали огромные океаны, денно и нощно обогащая европейские метрополии. Для успешного завершения дальних морских переходов на кораблях необходимо было точно определять координаты. При этом оказывалось важно, чтобы часы долго сохраняли правильный ход в условиях морской качки. Вот этого-то условия и не могли обеспечить гиревые механические часы. Нужно было найти принципиально новый путь создания механических часов.

И этот путь отыскали. Великий Галилео Галилей, наблюдая за колебаниями маятника, обнаружил, что они изохронны, т. е. частота колебаний не меняется даже при их затухании. В письме от 5 июня 1636 г. голландскому адмиралу Л. Реалю он сообщал, что хочет приступить к созданию часов, в которых маятник будет соединен со счетчиком колебаний. Однако свой замысел он начал осуществлять лишь в 1641 г., за год до смерти. Работа не была завершена.

Автором маятниковых часов стал в 1657 г. 27-летний голландец Христиан Гюйгенс. Первый экземпляр этих часов изготовил часовщик из голландского города Гаага Соломон Костер. В том же году Генеральные штаты Голландии выдали патент, закрепляющий авторство Гюйгенса. По тем временам это были очень точные, почти совершенные часы. В январе 1657 г. Гюйгенс писал: "На этих днях я нашел новую конструкцию часов, при помощи которой время измеряется так точно, что появляется немалая надежда на возможность измерения при ее помощи долготы, даже если придется везти их по морю".

Так были созданы часы, в принципе не отличающиеся от любых современных часов: электронных (кварцевых), молекулярных, атомных, квантовых и т.д. Общим для всех них является то, что измерение, или счет, времени производится с помощью стабильного периодического процесса, в частности колебания маятника, кристалла кварца, молекул, атомов. Однако стабильность разных процессов, естественно, различна.

В самом деле, задумайтесь: все имеющиеся на Земле часы идут "неточно"! Конечно, неточность эта разная у различных часов. Например, у атомных или квантовых часов, роль "маятника" в которых выполняют колебания атомов водорода или молекул аммиака, ошибка в измерении времени в 1 с набегает за 300000 лет. С помощью этих часов время измеряется точнее, чем астрономическими методами. Такая точность вполне удовлетворяет современную науку, технику, и именно квантовые часы служат эталоном в службе времени и навигации. Все остальные часы имеют гораздо меньшую точность хода, что обусловлено меньшей стабильностью периодических процессов, получаемых, например, с помощью кварцевого или механического резонатора. Чтобы измерять время с заданной точностью, которая зависит от качества часов и вида резонатора, все мы (одни реже, у кого часы получше, другие чаще, у кого часы похуже) вынуждены сравнивать показания своих времяхранящих механизмов и приборов с эталоном времени.

В старину передача сигналов точного времени производилась механическими, звуковыми или световыми устройствами. В Петербурге ровно в полдень стреляла пушка. В морских портах строго в определенное время с мачты падал шар. В городах для сверки часов служили башенные часы. Сейчас сигналы точного времени передаются по радио, телевидению.

Безусловно, высокая точность хранения и передачи меток времени, достигнутая в наши дни (погрешность не более 1 мкс), позволяет решать сложнейшие научные задачи, в том числе и такие новые, как дальняя космическая навигация. Но в идеале хотелось бы иметь единую систему "всемирного" времени, состоящую из первичных часов и большого числа связанных с ними вторичных часов. Ясно, что высокой точностью должны обладать лишь первичные часы, и они будут синхронизировать работу всей сети вторичных часов. Главные первичные атомно-цезиевые часы этой системы расположены в Риме, но вовсе не в Италии, а в американском штате Нью-Йорк. Они связаны с сетью вторичных часов, расположенных в других странах. Погрешность отсчета времени в этой системе не превышает одной стомиллиардной доли секунды. Вдумайтесь, читатель, в эту цифру. Она, поистине, фантастична!