Часы. От гномона до атомных часов

Предлагаемая читателю книга чешского инженера, известного автора книг о часах Станислава Михаля посвящена истории часов и приборов измерения времени — одной из основных физических величин.

Время наряду с пространством составляет сущность нашего мира, образует арену общественно-исторической деятельности людей, является основным предметом их познания. С осознанием понятия времени связаны такие глубокие личные переживания каждого человека, как осознание безвозвратности прошлого, мимолетности настоящего, непознаваемости будущего. Наши возможности движения и изменения, воспитания и развития, размеры утраченных нами или открывающихся перед нами возможностей, весь тот опыт, из которого в конечном счете состоит наша жизнь, тесно связаны со временем.

Так же как человек не может освободиться от времени или управлять им, он не может жить, действовать, развиваться — быть человеком без ориентации во времени, без синхронизации своего поведения с изменениями окружающей среды, с поведением других людей и иных объектов. Показательно, что природа, создавшая человека, скупо отбирая в процессе естественного отбора лишь то, что необходимо для его существования и развития, снабдила его, как и большинство других живых организмов, специальным биологическим механизмом для ориентировочной интуитивной оценки времени — так называемыми биологическими часами.

Несовершенство этих естественных часов заставило человека придумывать и создавать искусственные устройства, более эффективно выполняющие функции измерения времени, — различные часы и другие приборы времени.

Мы все что-то знаем о часах. Почти у каждого современного человека, с детских лет окруженного различными образцами часовой техники и с годами неизбежно познающего какие-то отдельные факты их истории, применения, устройства и т.п., как правило, в конце концов складывается о часах более глубокое представление, чем первое расхожее мнение о них, как об удобных бытовых приборах, позволяющих упорядочить, а иногда и украсить нашу жизнь. Однако за исключением специалистов мы имеем обычно лишь некоторое общее представление о часах как о первых измерительных устройствах, сыгравших заметную роль в истории материальной культуры человечества, в развитии искусств и ремесел.

Нам мало что известно о их выдающейся роли в возникновении и развитии не только таких важных отраслей техники, как точная механика и прецизионное приборостроение, но и всего современного станочного производства, ведущего свою историю от первого делительного устройства и токарного станка часовых дел мастера XVIII в., об их роли в становлении таких научных дисциплин, как механика, теория колебаний и теория автоматического регулирования, об их роли в создании навигационных устройств, начавших «эпоху великих географических открытий».

Мало кто знает, что часы являются сегодня самым массовым измерительным прибором — их годовое производство в мире превышает 300 млн штук, а измерение времени — самым массовым измерением: ежедневно на земном шаре производится несколько десятков миллиардов таких измерений. Кроме того, измерение времени является в наши дни и самым точным видом измерений: предельная точность измерения времени определяется сейчас немыслимо малой величиной — погрешностью порядка 1·10^–11 %, или 1 с за 300 тыс. лет. Даже обычные бытовые часы с погрешностью 20 с в сутки (0,02%) сравнимы по точности с образцовыми измерительными приборами в других видах измерений, например в электроизмерениях.

Еще менее известна вторая, столь же фундаментальная сторона часовой техники, уходящая своими корнями в ту же глубокую историю и имеющая столь же важное и всестороннее значение в наши дни — использование часов в качестве средств программно-временного управления.

Действительно, роль часов в истории автоматики и автоматического управления носит, даже формально, основополагающий характер. Сам термин «автомат», заимствованный из греческого языка и означающий дословно «самодвижущееся устройство», был введен впервые в XVIII в. для обозначения движущихся механических игрушек, управляемых по определенной временной программе часовым механизмом. Так, еще в середине прошлого века в энциклопедическом словаре автоматами назывались «...такие машины, которые подражают произвольным движениям и действиям одушевленных существ. В частности, называют андроидом машину, производящую движения, похожие на человеческие». Последнее наименование (андроид) возникло от имени популярных швейцарских часовщиков того времени Пьера-Жака Дро и его сына Анри, прославившихся изготовлением наиболее сложных и эффективных автоматических часовых игрушек такого рода, состоящих подчас из групп людей и животных, весьма точно воспроизводящих целые сцены: люди читают, играют на музыкальных инструментах, пишут несколько фраз, собаки бегают и лают и т.п. (наглядное представление о таких устройствах дают, например, известные часы «Павлин» в ленинградском Эрмитаже).