Почему так важно знать точное время и насколько оно точно?

В 1845 году к часам, установленным на башне церкви Святого Иоанна в английском Эксетере, приделали ещё одну минутную стрелку - такую же, как первая, но обгоняющую свою "сестру-близняшку" ровно на 14 минут.

Это, как объяснила местная газета, было сделано для "всеобщего удобства", поскольку часы показывали не только время в Эксетере, но и так называемое "железнодорожное время".

Наше представление о времени всегда определялось движением планет. Люди говорили о "днях" и "годах" задолго до того, как выяснили, что земля оборачивается вокруг своей оси и Солнца.

Фазы Луны давали представление о длине месяца. Движение солнца по небу позволяло определить "полдень".

Точный момент, когда солнце достигает зенита, зависит, конечно же, от вашего конкретного месторасположения. И если вы находитесь в Эксетере, то вы увидите это явление через 14 минут после того, как кто-то будет наблюдать его в Лондоне.

Люди устанавливали время на своих часах, руководствуясь наблюдениями за светилами конкретно в своей местности. И это было нормально - если им необходимо было координировать время с соседями: действительно, если вы и ваш собеседник находитесь в Эксетере и договариваетесь встретиться в 19:00, почему вам должно быть дело до того, что за 300 км, в Лондоне уже 19:14?

Но если вы находитесь в поезде, которому требуется проделать путь от Лондона до Эксетера с многочисленными остановками, причем, в каждом пункте - свое местное время, путешествие превращается в кошмар с точки зрения логистики.

Время, не только по Гринвичу

Считается, что первыми на Земле рассвет нового дня встречают в Японии, именно поэтому ее назвали Страной восходящего солнца. Однако во Владивостоке утро по Гринвичу наступает на час раньше, чем в Токио.

Острова Ратманова (Россия) и Крузенштерна (США) разделены всего четырьмя километрами. Но согласно часовым поясам их разделяет 21 час: если на острове Ратманова полдень понедельника, то на острове Крузенштерна - еще воскресенье, 3 часа пополудни.

В маленьком посёлке Раякоски, который расположен на границе Финляндии, Норвегии и России, встречаются сразу три часовых пояса: когда в России полдень, в Финляднии - 11 часов утра, а в Норвегии - 10.

Первые расписания движения поездов бодро уведомляли пассажиров: "Лондонское время на 4 минуты опережает время в Рединге и на 7 с половиной минут в Сайренчестере" и так далее, что окончательно запутывало пассажиров.

Но, что было более серьезно, путались машинисты и стрелочники, и это увеличивало риск столкновений.

Поэтому вскоре на железных дорогах Британии было введено так называемое "железнодорожное время", которое соответствовало времени по Гринвичу, устанавливаемому знаменитой одноименной обсерваторией.

Власти некоторых городов быстро осознали полезность стандартизации времени. Другие сопротивлялись насаждаемым из центра изменениям, называя местное время "правильным".

В течение многих лет глава прихода в Эксетере отказывался перевести стрелки на соборных часах.

На самом деле, нет такого понятия. как "правильное время". Это сравнимо с тем, как определяется стоимость денег - их традиционная ценность проистекает из общепринятой целесообразности.

Проблема с долготой

Но тем не менее, есть такое понятие, как точное время. И начало этому было положено в 1656 году голландцем по имени Христиан Гюйгенс.

Разумеется, часы существовали и до него. В Древнем Египте и у ассирийцев были водяные часы. Использовали также и пометки на свечах, чтобы отмечать время.

Но даже самые точные по тем временам приборы имели погрешность до 15 минут в день.

Для монаха, приступающего к очередной молитве, это было несущественно. Но была одна важная отрасль человеческой деятельности, где точное время имело огромную экономическую значимость: мореплавание.

Наблюдая за угловой высотой солнца над горизонтом, моряки вычисляли широту, а именно, где они находились по оси Север-Юг, Но вот долготу - местонахождение по оси Восток-Запад - им приходилось угадывать.

Ошибки могли, и зачастую приводили к тому, что суда оказывались за сотни морских миль от того места, куда их предположительно направляли шкиперы, иногда - с катастрофическими последствиями.

Так в чем же важность точного времени? Если вы знаете, когда точно полдень по Гринвичу, или в любой другой точке отсчета, то, наблюдая за солнцем, вы можете рассчитать разницу во времени и, соответственно, расстояние.

Маятник Гюйгенса был в 60 раз более точным, чем любой прибор измерения времени, но даже 15 секунд отставания в день набегают в более существенную погрешность в течение длительных морских переходов. Маятники раскачиваются не очень равномерно в условиях качки.

Правители морских держав осознавали важность проблемы с долготой: король Испании объявил награду за ее решение еще за 100 лет до появления маятника Гюйгенса.

Любопытно, что только после объявления сходной награды британским правительством, удалось сдвинуть дело с мертвой точки: в конце XVIII века после долголетних усовершенствований англичанин Джон Гаррисон создал прибор, погрешность которого составляла всего несколько секунд в день.

В конце концов, в мире все таки было принято то самое "правильное" время, по поводу которого так упорствовал приходской священник в Эксетере: время в формате UTC, или Всемирное координированное время, со специально оговореннными часовыми поясами.

Как правило, в этих зонах соблюдается правило устанавливать полдень в соответствии с положением солнца в наивысшей точке небесной сферы. Но не всегда.

С тех самых пор, как Мао Цзэдун упразднил 5 часовых поясов в Китае и перевел всю страну на пекинское время, часы у жителей Тибета или Синьцзяна бьют полдень на рассвете.

Почему так важны миллисекунды

Со времен Гюйгенса и Гаррисона часы становились все более и более точными. Всемирное координированное время определяется по атомным часам, которые в качестве периодического процесса используют колебания на уровне атомов с точностью до секунды в каждые сто миллионов лет.

Но нужна ли такая точность? Мы не планируем нашу утреннюю поездку на работу до миллисекунды, а точные наручные часы всегда были скорее символом престижа, нежели практической необходимости.

Больше 100 лет, еще до того как часовые позывные стали транслироваться по радио, представители семьи Бельвилль зарабатывали на жизнь тем, что каждое утро отмечали время по Гринвичу, а затем продавали его по всему городу за небольшую плату. Их клиентами были, в основном, часовщики, для которых точное соответствие их товара времени по Гринвичу было делом чести.

Но в некоторых случаях миллисекунды имеют огромное значение, например, на фондовом рынке, где можно заработать состояние, воспользовавшись спекулятивной возможностью на мгновение раньше конкурентов.

А недавно финансисты подсчитали, что выгоднее потратить 300 млн долларов на прокладку оптоволоконного кабеля в горных породах между Нью-Йорком и Чикаго, чуть-чуть выпрямив его маршрут. Это ускорило связь между биржами двух городов на три миллисекунды.

На глобально принятом точном времени работают компьютеры и системы коммуникации. Но самым важным важным последствием введения в действие атомных часов - как в прошлом точного времени для поездов и морских судов - стало их использование для путешествий.

Сегодня никто не использует для навигации угол наклона солнца к горизонту. У всех теперь есть спутниковая система навигации.

Даже самые простые смартфоны могут показать ваше местоположение, используя спутниковый сигнал: поскольку известно, где каждый спутник находится в данный момент времени на орбите, возможно методом триангуляции определить ваше местоположение на Земле.

Эта технология революционизировала все способы передвижения - от мореплавания до авиации, не говоря уже о картографии или альпинизме. Но все это работает только при условии, что спутники находятся в согласии между собой относительно точного времени.

Спутники GPS, как правило, несут на борту не менее 4 атомных часов, сделанных из цезия или рубидия. Гюйгенсу или Гамильтону такое и не снилось. Тем не менее, и здесь есть погрешности в несколько метров в определении точного местоположения - в результате помех по мере прохождения сигнала через атмосферу Земли.

Именно поэтому машины без водителя не могут обойтись без датчиков наряду с системой GPS. На дорогах несколько метров могут иметь решающее значение.

Часы, тем временем, продолжают совершенствоваться.

Недавно ученые разработали часы на основе элемента под названием иттербий, которые не потеряют и сотой доли секунды до того времени, как наше Солнце погаснет и поглотит Землю через 5 млрд лет.

Как эта дополнительная точность сможет трансформировать экономику и нашу жизнь? Время покажет.