Historia czasu i jego pomiaru

Nie mamy czasu na zastanawianie się nad czasem. Czas jest tak powszechny, bezwzględny i uniwersalny. Jednak czas jest zjawiskiem relatywnie nowym w naszym życiu. Nasi pradziadowie nie wiedzieli która jest godzina. Nawet czas środkowoeuropejski (CET) zawdzięczamy... Hitlerowi.

zegar na wieży
Najstarszy wciąż działający zegar astronomiczny w Pradze z 1410 roku.

Wiek wielkich wynalazków

Wielu ma uczucie, że żyjemy w wyjątkowych czasach. Takich "wyjątkowych czasów" nigdy nie było. Wyjątkowym uważamy czasy w których żyjemy. To tylko złudzenie powodowane naszą historyczną krótkowzrocznością. Każdy wiek był wiekiem wynalazków. Wynalazków dokonywali ludzie zawsze i w każdym czasie. To tylko nasza ignorancja i tunelowa wizja świata każe nam twierdzić, że żyjemy teraz w wyjątkowym czasie. Dla nas tak... innego czasu przecież nie znamy a historii rozwoju świata nie sposób ogarnąć.

Tutaj ograniczę się tylko do wynalazku czasu, który zatrząsł świat w posadach i zmienił nas może bardziej niż bezprzewodowy internet zmienia nas dzisiaj. Sprawdź sam czy żyjemy w ciekawych czasach?

Zapomniane średniowieczne wynalazki

Dzięki Maurom rozwijała się nauka; matematyka, astronomia, medycyna. Monumentalne katedry z sklepieniem żebrowym świadczą o ich wiedzy i możliwościach technologicznych. Później powstały pierwsze uniwersytety (Bolonia, Oxford, Salamanka, Padwa) i przemysłowa produkcja żelaza. Konstruowano coraz lepsza broń; proch, artylerię, kusze i gwiaździste twierdze. Udoskonalało się rolnictwo; irygacja, żelazne pługi, trójpolówki. Mnisi a po tym drukarze produkowali książki rozpowszechniające wiedzę. Wiele przełomowych usprawnień budowy statków jak ożaglowanie łacińskie, ster, luneta, astrolabium, sekstant, kompas i zegar umożliwia nawigację i eksplorację naszej planety. Także papier, okulary i wiatraki były kamieniami milowymi rozwoju średniowiecznej Europy. 

Diabeł tkwi w szczegółach

Szereg drobnych wynalazków składa się na wielkie odkrycia. Śrubę wynaleziono około roku 1450 ale dopiero niemiecki inżynier górnictwa Agricola opisał sto lat później, w roku 1556 metody zastosowania metalowych śrub jako alternatywę dla, do tej pory powszechnie używanych, gwoździ i klinów. Na wynalazek śrubokrętu musieliśmy czekać jeszcze 200 lat (1740). Oczywiście nie było tokarek i śruby wykonywano ręcznie, czyli różnie. Brytyjczyk Sir Joseph Whitworth opracował kolejne sto lat później (1841) pierwszy uniwersalny gwint zwany British Standard. Sprężynę zastosowano po raz pierwszy w roku 1504. W roku 1592 po raz pierwszy zastosowano w Europie wał korbowy wbudowany w holenderskie wiatraki - pierwsze efektywne maszyny przemysłowe.

zegary średniowieczne
Zegar Giovanniego Di Dondi z Padwy z XIV wieku.

Wynalazek czasu

Od tysięcy lat istniała potrzeba mierzenia czasu. Egipcjanie używali klepsydry już 3,5 tys. lat temu. Chiński opis zegara słonecznego liczy co najmniej 3 tys. lat a w Anglii służył prawdopodobnie do astronomicznego określania czasu już 4,3 tys. lat temu (Stonehenge). Przez wieki używano zegarów słonecznych z ich wadami; nie działały w nocy i dni pochmurne a jednostka czasu (powiedzmy godzina) miała długość zależną od pory roku. Przez tysiące lat żyliśmy w rytmie czasu zgodnego z otaczającą nas naturą, według czasu biologicznego.

Klepsydry wodne lub piaskowe były dobre jedynie do mierzenia krótkich okresów czasu jak to czynili Grecy przy zawodach sportowych. Grecy eksperymentowali także z aparatami z użyciem kół zębatych. Arabowie (Maurowie) używali już we wczesnym średniowieczu rodzaj zegara zwanego kwadransem lub kwadrantem.

Dopiero pod koniec średniowiecza nastąpił przełom dzięki kilku wielkim na swe czasy wynalazkom technicznym otwierającą drogę rozwoju mechanicznych zegarów takich jakie ciągle możemy podziwiać na ratuszowych wieżach, z najpiękniejszymi przykładami w Pradze i wielu włoskich miastach.

Wynalazek pierwszego mechanicznego zegara przypisuje się Francuzowi; Gerbertowi z Aurillac (późniejszy papież Sylwester II). Naukowiec żyjący w X wieku rozpowszechnił w chrześcijańskiej Europie arabskie nauki, m.in. cyfry arabskie oraz system dziesiętny - co już było rewolucyjnym postępem w średniowiecznym świecie.

sprężyna zegarowa

Sprężyna!

Najprostszym napędem pierwszych zegarów były ciężarki (czasami olbrzymie kamienie, w zależności od wielkości zegara na wieży) na linie nakręconej na bęben. Aby wahadło kontynuowało swoją prace potrzebuje ciągłego wspomagania do czego używano ciężarków. Z wynalazkiem sprężyny można było się pozbyć ciężarków, choć wiele stojących i wiszących zegarów do dzisiaj posługuje się tą techniką. 

Wynalazek sprężyny był kolejnym genialnym wynalazkiem który uczynił zegar przenośnym i nadającymi się do użycia w żegludze morskiej. Niemiec Peter Henlein z Norymbergi zbudował w roku 1504 pierwszy zegar napędzany nakręcaną sprężyną, choć samą sprężynę wynaleziono prawdopodobnie około już koło roku 1400. Wynalazek Henleina otworzył drogę do budowy chronografów i zegarków kieszonkowych lub naręcznych.

Największym problemem pierwszych konstruktorów zegarków sprężynowych było nie tylko aby chodziły dokładnie ale także aby chodziły równo. Sprężyna w miarę rozwijania się pracuje wolniej. W roku 1525 praski zegarmistrz Jacob Zech (lub Czech?) znalazł rozwiązanie które ulepszył później Szwajcar Gruet. Wynalazkiem był bęben wyrównawczy (fusee) dozujący równomiernie działanie sprężyny. Od tego czasu zegary obok funkcji ozdobnej miały praktyczne zastosowanie do mierzenia czasu co spowodowało duży popyt na zegary Grueta. Szwajcarscy rzemieślnicy podnosili kwalifikacje produkując coraz precyzyjniejsze i mniejsze kółka zębate, więc i mniejsze, dokładniejsze zegary. Już w XVI wieku urodziło się pojęcie "szwajcarskiego zegarka".

Od około roku 1550 przy budowie zegarów użyto śrub, dzięki czemu montaż konstrukcji był precyzyjniejszy i solidniejszy, a także użyto kół zębatych z łatwiejszej w obróbce miedzi zamiast żelaza. Zaczęto eksperymentować z zegarami ze wskazówką minutową.

Symbol statusu

Każda część zegara, każde kółko zębate i ośka wykonywane było w żmudnej ręcznej pracy z użyciem młotka i pilnika. Zegary były wówczas bardzo kosztowne i tylko najbogatszych było na nie stać. Własny zegarek był wspaniałym symbolem statusu społecznego. Zwykły mieszczanin mógł za darmo zobaczyć czas na wieży ratusza lub kościoła, a w nocy patrolująca po ulicach straż miejska (ned. Schutterij - De Nachtwacht lub halabardnicy) wołała każdą okrągłą godzinę.

  • Mimo, że upłynęło już 500 lat, to w pewnych kręgach nowobogackich istnieje nadal potrzeba kupowania kosztownych zegarków jako symbolu statusu społecznego. Rolex, z tej dolnej półki do elity jak Patek Philippe Sky Moon Tourbillon, Ulysse Nardin Royal Blue Tourbillon, Hublot Black Caviar Bang i marki które zwykłym śmiertelnikom nic nie mówią jak Breguet, Blancpain, Louis Moinet, Vacheron... zegarki w cenie wielu milionów.
precyzyjne zegary
Replika zegara astronomicznego, zbudowanego w 1501 przez Lorenzo della Volpaia oraz schemat zegara wahadłowego Christiana Huygensa z 1657.

Wahadło!

Wahadła nie trzeba było odkrywać. Wachające sie rzeczy widział człowiek zawsze wokół siebie. Podobnie jak każdy widział kiedyś jabłko spadające z drzewa lub pędzący pociąg. Jednak sam widok nie czyni z nas Newtonów czy Einsteinów.

Legenda mówi, że w roku 1581 Galileusz w czasie mszy w w Pizie zabijał czas obserwacją stropu katedry (Duomo). Naukowca zafascynował stały rytm czasowy wahadłowo bujającej się lampy wotowej. Odkrył, że niezależnie jak ciężka jest lampa i jaki duży jest jej rozmach to czas wahania pozostaje ten sam. Jedynie długość wahadła ma wpływ na czas. Czas wahania mierzył Galileusz za pomocą swego... pulsu - to była powszechnie używana jednostka czasu w tych czasach. Leonardo da Vinci zrobił podobną obserwację już sto lat wcześniej, ale na szkicach pozostało, podobnie zresztą u Galileusza, który poprzestał na teorii.

W parę lat po śmierci Galileusza holenderski naukowiec Christiaan zbudował w roku 1656 pierwszy dokładny zegar wahadłowy. Jego zegar miał tolerancję jednej minuty na dobę a późniejsze wersje już tylko 10 sekund. Wyniki swojej pracy opisał Huygens w książce "Horologium oscillatorium" (1658) która to praca ma w historii światowej nauki miejsce równe pracom Kopernika, Galileusza i Newtona. Także Heweliusz używał wahadła do swoich badań astronomicznych już w 1652 roku. Adam Adamandy Kochański był polskim konstruktorem zegarów – w 1659 zaproponował zastąpienie wahadła zegarowego sprężyną regulującą i zestandaryzowanie liczby wahnięć wahadła na godzinę (wyprzedzając tym wynalazek balansu ze spiralą Huygensa z 1675), ponadto zbudował zegarek z wahadłem magnetycznym.

Zegar konstrukcji Huygensa nadawał się już do precyzyjnych pomiarów czasu co do sekundy, musiały stać się dokładniejsze. Dopiero sto lat później ten wynalazek doczekał się upowszechnienia. W tych czasach myśl techniczna nie rozprzestrzeniała się tak szybko, czego dowodem był słynny paryski zegarmistrz Julien Le Roy który tego samego odkrycia dokonał  ale... 100 lat później.

Wahadłowi zawdzięczamy także inne odkrycie sprzed 150 lat znane jako wahadło Foucaulta - naocznie udowadniające obrót Ziemi.

Do XVI wieku zegar był najbardziej zaawansowanym urządzeniem jakie człowiek był w stanie stworzyć.

zegarek z rubinami

Rubinowe łożyska

Kolejnym postępem w udoskonalaniu zegarów było w roku 1704 zastosowanie przez Szwajcara Nicholasa Facio, pracującego w Londynie, kamieni szlachetnych jako łożysk. Rubiny i szafiry są bardzo twardym materiałem, niemal tak twardym jak diament - świetnie nadającym się jako łożyska wiecznie kręcących się osiek. Obróbka tak twardych materiałów była możliwa dopiero w XVIII wieku. Wzrosła dokładność i żywotność zegarów. Jeszcze wiele wieków producenci zegarków reklamowali się ilością rubinów w zegarku w domniemaniu; im więcej tym lepiej i... drożej.