Часы и сутки. Ритм жизни человека подчиняется природным часам: суточному циклу (день и ночь) и годовому (времена года).
Движение Земли по орбите вокруг Солнца и ее вращение проявляется через изменения на карте неба. Положение светил на небе в данной местности позволяет определить точное время. Солнечные часы, основанные на перемещении тени, позволили связать время с числом. В древнейших цивилизациях, в Египте, Индии, Китае такие устройства, состоящие из гномона, вертикального стержня, и циферблата с делениями вошли в обиход в конце второго тысячелетия до н.э. Это изобретение - прообраз стрелочных приборов, здесь есть шкала-циферблат, а вместо стрелки - тень от гномона. На заре космической эры указателем тени, установленным за иллюминатором, пользовались космонавты, чтобы узнать направление на Солнце и, развернув корабль, получить нужную освещенность снаружи или, задав вращение корабля вокруг этого направления, "загнать" определенную звезду в окуляр звездного прибора. На космическом жаргоне гномон называли палочкой Раушенбаха, именем ученого и инженера, заложившего основы систем управления ориентацией в космосе.
По свидетельству Геродота гномон и 12 частей дня греки узнали от вавилонян. Греческий философ Анаксимандр (610-546 гг. до н.э.) занимался астрономией. Солнечные часы, которые он установил в Лакедемоне, указывали солнцевороты и равноденствия, часы светлого времени суток. Его ученик Анаксимен изобрел науку о тенях "гномонику". Последователь Анаксимена философ Анаксагор на вопрос, чего ради предпочтительнее родиться на свет, чем не родиться ответил: "Ради созерцания неба и порядка Вселенной".
Двенадцать делений на шкале солнечных часов соответствуют двенадцати секторам зодиакального кольца, годового круга Солнца. День с утра до вечера делился на 12 часов, летом час был длиннее, зимой короче. Эталоном для астрономов служил равноденственный час, когда Солнце в марте и в сентябре пересекает экватор. Плиний в "Естественной истории" писал: "Так получается, что в силу различного прироста дневного времени, в Мегрэ самый длинный день содержит 12 равноденственных часов и восемь девятых одного часа, в Александрии 14 , в Италии 15, в Британии 17". В наших широтах в летнее солнцестояние день длится 17 часов 33 минуты.
В Древнем Риме солнечные часы появились как трофей, взятый в Сицилии во время Первой Пунической войны. По повелению императора Августа в 10 г. до н.э. в Риме установили солнечные часы с гномоном высотой в 22 м и циферблатом, поделенным на 12 зодиакальных секторов, размером 170 на 80 м.
В Риме гражданский день начинался в полночь и длился 24 часа, таким образом, на 12 часов делили и ночное время. В основе армейского распорядка был трехчасовой период, ночь делилась на 4 стражи (лат. vigilia), первая начиналась в 6 вечера, четвертая заканчивалась в 6 утра. Деление как дня, так и ночи на 12 часов перешло в Средневековье. Течение времени контролировало духовенство. Литургическое время следовало укрупненному делению суток на канонические часы. Начиная с Х -ХI веков в монастырях и церквях звон колокола подтверждал, что богослужебный распорядок идет своим чередом. У монахов-бенедиктинцев разбивка дня по литургическим часам следовала правилу основателя ордена Св.Бенедикта Нурсийского: до трех часов ночи служили Утреню, иначе Полуночницу, за ней следовали Хвалитны (до 6 утра). С утренней зарей начинался час первый, час третий - около 9 утра, час шестой - полдень (час обеда), час девятый - от 2 до 3 дня, за ними следовали Вечерня и Повечерие. Монахи придавали счету времени большое значение; поскольку Богу угодна регулярность молитв, они много сделали для усовершенствования часов. Герберт из Ориньяка, впоследствии римский папа Сильвестр II (умер в 1003 г.), изобрел часы, ход которых (возможно, течение воды, т.к. предположительно это были водяные часы), контролировался сообразно движению светил. Башенные часы с гирями установили в 996 г. в Магдебурге. В Москве башенные часы создал Лазарь Сербин в 1404 г.
Средневековые люди узнавали время по слуху - сигналами времени были пение первых петухов и колокольный звон. Темп жизни и основных занятий определялся природным ритмом, поэтому достаточно было деления дня на трехчасовые части, а знать, который час не было нужды.
Постепенно контроль времени переходил от церкви к деловым людям, к купцам. Начиная с XVI в. входят в быт солнечные часы, они изготовляются в самых разных формах, снабжаются магнитной стрелкой для ориентации по странам света, вместо гномона используется пластина в форме прямоугольного треугольника, скафис. На солнечных часах писали латинское изречение "Non numero horas nisi serenas", т.е. "Отсчитываю часы лишь светлого времени суток" или же, можно прочесть по-другому: "Отсчитываю лишь светлые (счастливые) часы". В полдень по солнечным часам с бастиона крепости палила пушка.
Около 1400 года появились переносные часы с пружинным механизмом, однако распространение механических часов началось только в конце XVIII в. Минута как отрезок времени не воспринималась, и механические часы долго не имели минутной стрелки. Точность хода до конца XVI в не превышала четверти часа в сутки. В делении часа на 60 минут и минуты на 60 секунд сохраняются следы шестидесятеричных дробей, шестидесятеричной системы счисления, которой пользовались в Вавилоне. Такие дроби применялись в астрономии вплоть до начала XVII в.
Для обозначения минут на циферблате появился второй ряд цифр - арабских. Равномерный ход механических часов позволил делить сутки на 24 равных часа, часы и Солнце разошлись: "Солнце встает, барских часов не слушает".
Механические часы достигли совершенства в XVIII в., когда в интересах безопасного мореплавания потребовалось изобрести способ точного определения долготы на борту корабля. В 1714 г. английский парламент учредил огромную премию будущему изобретателю, чей способ гарантировал бы точность не хуже 30 миль за четыре месяца плавания до Антильских островов и обратно. Для реализации способа, основанного на сравнении времени местного полдня и полдня на гринвичском меридиане, нужны были часы с точностью хода не хуже двух минут за интервал в четыре месяца. Деревенский плотник Джон Гаррисон работал над созданием корабельного хронометра 40 лет. Решающие морские испытания трижды проводил его сын, устойчивый ход часов обеспечил точность счисления места корабля в конце плавания от Портсмута до Ямайки и обратно не хуже 18 с небольшим миль.
Несмотря на интриги двора и скупость короля Георга III, Джон Гаррисон успел получить награду за неделю до своей кончины в 1766 г., тогда ему было 72 года.
Наручные часы вошли в обиход только в начале прошлого века. Мода на них пошла от авиаторов, и снова толчок часовому делу дали потребности навигации, теперь воздушной. В наше время все навигационные проблемы решают спутниковые системы GPS, ГЛОНАС. Принцип работы системы заключается в определении расстояния до спутника по времени задержки сигнала, поступающего с него. Основным требованием является точность хода часов на борту спутника и у приемника. Бортовые часы имеют эталонную точность, часы у приемка такой точностью не обладают. Прием сигналов с нескольких спутников одновременно компенсирует этот недостаток информации. Побочный эффект задержки в прохождении сигнала на триллионные доли секунды при положении спутника вблизи горизонта позволяет судить о состоянии ионосферы и отмечать предвестники землетрясений.
В средневековой Европе полагали, что время принадлежит одному Богу, извлекать из него выгоды, подобно ростовщикам, банкирам считалось грехом. С введением поясного времени, когда земную поверхность поделили на 24 часовых пояса, время отошло во власть политиков.
В Китае с его пятью часовыми поясами все живут по единому пекинскому времени. Единым среднеевропейским временем пользуется континентальная Европа от Испании до Польши. Европейские государства обязались синхронно переводить стрелки часов весной и осенью, ради достижения призрачных экономических выгод дважды в году подвергая население стрессу, связанному с переналадкой суточного цикла. К соглашению присоединилась и Россия, отодвинув в угоду Европе переход на зиму на последнее воскресенье октября.
В 1989 году прибалтийские республики отказались весной перевести вместе с Москвой время вперед и тем самым перешли на европейское время, и это было предвестником распада Советского Союза. Хотя время не подвластно политикам, они пытаются влиять на отношение к нему, обращение с ним и использование его, демонстрируя престиж власти. Восточные правители позволяют себе в этом отношении больше, чем цивилизованная Европа. Ливийский лидер Муамар Каддафи с тех пор как пришел к власти, многократно менял счет времени, переносил начало летоисчиления, переименовывал названия месяцев. Его примеру последовал Туркменбаши. В Европе такое случилось во Франции во времена Великой Революции.
Жизнеспособность человека, как всего живого, поддерживается циклическими процессами, что свойственно устойчивой системе. Ритм организма не разлаживается даже в условиях, когда он лишен возможности пользоваться такими периодическими ориентирами, как астрономические или искусственные (часы, трудовой распорядок). Французские спелеологи проводили эксперименты "Вне времени", изолируя испытателей в пещерах. Выяснилось, что когда человек попадает в среду, исключающую пользование привычными ориентирами, его жизненный ритм сохраняет циклическую периодичность, близкую к суткам. Биологические часы не у всех и не всегда идут одинаково, период цикла бодрствование - сон обычно превышает 24 часа, достигая 25 часов. Был открыт эффект удвоения периода. В то время как на поверхности при 24-часовых сутках 8 часов отводится на сон, при двухсуточнном цикле на сон достаточно двенадцати часов из 48, а оставшиеся 36 часов (два раза по 18) можно посвятить деятельности. Один из испытуемых отводил на сон 17 часов, а 33 часа бодрствовал, в результате удвоения 25-часового цикла биологических часов ему показалось, что в пещере он провел около двух недель, когда на поверхности прошло 30 дней. Эффект удвоения периода хорошо знаком математикам, занимающимся нелинейными колебаниями, всеобщность, универсальность этого явления открыта Митчеллом Файгенбаумом.
Знания о внутренних часах человека важны в практическом плане. Нарушение внутреннего ритма пагубно для здоровья и самочувствия, это испытывают те, кто в полете пересекает несколько часовых поясов и все, кого дважды в год выбивает из равновесия повсеместный перевод стрелок. Космонавт на околоземной орбите облетает вокруг вращающейся земли за 1,5 часа, пересекая зоны света и тени 17 раз за 24 часа. Удвоение этого периода дает трехчасовой интервал, который обычно отводится на выполнение определенной задачи - эксперимент, работу в открытом космосе и т.п. На Луне ночь длится 28 земных суток (572 часа), а день 14 (286 часов). Для жизни вне Земли необходимо приспособить цикличность организма к новым условиям окружающей среды.
Один из исследователей времени, Александер, сказал: "Время - сознание пространства, а пространство - тело времени".
И.Н.Гансвинд