Jedną z cech ludzkiego umysłu jest świadomość upływającego czasu. Różne testy prowadzone na zwierzętach pokazują, że łatwo kojarzą one współistnienie pewnych zjawisk (na przykład dostają jedzenie, gdy zapali się światło), natomiast nie zrozumieją, że dzieje się tak, na przykład, co drugi lub co trzeci dzień.
Przez długie wieki, dokładna znajomość upływającego czasu nie była jednak ludziom potrzebna. W tych częściach świata zbliżonych do równika, gdzie rozwijały się pierwsze cywilizacje, dzień był podobny do dnia, a przemijania pór roku praktycznie się nie zauważa. Ludzie organizowali swoje życie zależnie od pór dnia i nocy, których długość jest w tych okolicach praktycznie zawsze taka sama.
Nocne życie było jednak uzależnione od światła Księżyca, tej jedynej, naturalnej nocnej latarni. Gdy Księżyc świecił jasno, można było organizować nocne łowy, wychodzić ze swoich kryjówek – wieść życie zupełnie inne niż w okresach, gdy Księżyc był w okolicach nowiu i nic nie rozświetlało nocnych ciemności.
Pierwsze kalendarze segregujące mijające dni, których setki i tysiące trudno było osobno zliczać i rejestrować, były oparte o cykl księżycowy. Cykl ten trwający 29 i pół dnia wyznaczający zwyczaje „nocnego życia” wpisał się trwale w fizjologię kobiet. W wielu legendach i przekazach historycznych rokiem nazywany jest właśnie miesiąc księżycowy i stąd wiek biblijnych patriarchów (Abrahama, Matuzalema, Mojżesza) określany jako 700 – 900 lat nie powinien nas dziwić.
Gdy ludzie przenosili się w rejony o klimacie umiarkowanym i zaczęli zajmować się uprawą roli, zauważyli regularność odradzania się przyrody w cyklu słonecznym. Naturalnym, powtarzającym się cyklem kalendarzowym stał się rok. Kłopot, z którym borykali się twórcy różnych kalendarzy polega jednak na tym, że długość dnia, miesiąca księżycowego i roku nie współgra ze sobą, gdyż są to zjawiska zupełnie niezależne, związane z obrotami Ziemi, krążeniem Księżyca i ruchem Ziemi dookoła Słońca.
W zasadzie każdy rejon i każdy naród miał swój kalendarz, który nigdy nie mógł być precyzyjny i trwały. Ostatecznie przyjął się na świecie kalendarz wywodzący się z czasów rzymskich, korygowany przez włoskich papieży. Miesiące (za wyjątkiem lutego) wydłużono do 30 lub 31 dni, aby 12 mieściło się w roku, wyznaczono 7-dniowe tygodnie (też nie mieszczące się dokładnie w 365 dniowym roku), a rok uzupełnia się co 4 lata (ale nie zawsze) dodatkowym dniem.
Kalendarz, którego używamy obecnie, jest na tyle, ile to było możliwe, zgodny z cyklem słonecznym (przemijania pór roku), choć ciągle mówi się o jego reformie, tak, aby był bardziej „arytmetyczny”. Inne kalendarze, ciągle używane przez różne grupy wyznaniowe, są bardziej skomplikowane i wyznaczanie początków roku i dat świąt dodaje autorytetu różnym „guru”. Chyba najbardziej zawiły i niezgodny z naturalnymi cyklami jest tzw. Kalendarz Majów, oparty na cyklach 20-dniowych, interpretowany na podstawie wykutych w kamieniu obrazków i będący dla oszołomów New Age proroctwem kolejnego „końca świata” w 2012 roku.
Dawniej, gdy życie społeczne toczyło się wolniej, pory dnia były wyznaczane na podstawie położenia Słońca na niebie. Dokładniej można było mierzyć czas zegarami słonecznymi, w których cień pręta skierowanego dokładnie na Gwiazdę Polarną padał w dzień na odpowiednio wyskalowaną tarczę. Zegar słoneczny pokazywał godzinę niezależnie od pory roku. Później opracowane zegary mechaniczne, początkowo miały też tylko jedną wskazówkę – godzinową.
Na podstawie położenia Słońca wyznaczano czas niezależnie w każdym punkcie Ziemi, gdzie ludzie skupiali swoje domostwa. W podróże, trwające długi czas, nie zabierano zegarków (jeszcze takich nie znano) i po przybyciu do jakiejś miejscowości podróżny przystosowywał się do lokalnego czasu wyznaczanego najczęściej zegarem słonecznym na wieży kościelnej i biciem dzwonów.
Takie sposoby określania czasu, oddzielnie dla każdej miejscowości stosowane były w USA jeszcze w połowie XIX wieku. Dopiero po zbudowaniu linii kolejowych w poprzek kontynentu wprowadzono ścisłe zasady ustawiania lokalnych zegarów.
Do wyznaczania dokładnego czasu i korekty różnych zegarów, zaczęto obserwować przesuwające się po nocnym niebie gwiazdy. Celowało w tym obserwatorium astronomiczne w Greenwich koło Londynu i czas wyznaczany przez to obserwatorium został przyjęty, jako uniwersalny. Ponieważ Ziemia jest kulą, to w chwili, gdy w Greenwich jest południe i Słońce świeci z najwyższego punktu na niebie, to w Nowym Jorku zaledwie wychyla się z pod horyzontu a dalej na zachód jest jeszcze głęboka ciemność.
Wyznaczenie jednego czasu dla całej Ziemi byłoby niepraktyczne. Ludzie wędrujący po świecie musieliby się przyzwyczajać, że świt i zachód Słońca występuje o bardzo różnych godzinach wskazywanych przez zegary. Na rozległym terytorium Chin, gdzie wprowadzono jednolity czas, Słońce zachodzi w lecie na chińskich obszarach graniczących z Władywostokiem ok. 7:30, natomiast w Tybecie ok. 11 wieczorem.
Aby uniknąć takich dysproporcji a jednocześnie ujednolicić czas w sąsiednich miastach i osiedlach, wprowadzono strefy czasowe. Pomiędzy strefami czas różni się na ogół o całą godzinę, co ułatwia przeliczanie czasu i ustawianie zegarków. Są jednak dziwactwa. Niedawno dyktator Wenezueli nakazał przesunięcie zegarów o pół godziny, aby nigdy nie wskazywały czasu obowiązującego na jakichś obszarach nielubianego USA.
Z powodu wprowadzonych stref czasu, podróżując z Chicago na Florydę lub do Nowego Jorku, „popychamy” zegarki o jedną godzinę, a lecąc do Polski – o 7 godzin. Ale dzięki temu czas wschodów i zachodów Słońca jest w innych miejscach świata w przybliżeniu zgodny z naszym przyzwyczajeniem.
Jeżeli mamy zegarek ustawiony zgodnie z czasem Greenwich i pod ręką kalendarz astronomiczny z wyznaczonymi położeniami gwiazd nad Greenwich o pewnych porach nocy, to mierząc precyzyjnie położenie gwiazd nad naszym horyzontem, możemy obliczyć jak daleko jesteśmy od Greenwich (dokładniej – jak daleko od południka Greenwich i od równika). Jest to podstawa tak zwanej nawigacji astronomicznej, stosowanej od dwustu lat przez kapitanów statków.
Do tego należy jednak znać czas Greenwich z dokładnością do sekundy, bo Ziemia kręcąc się, unosi statek względem nieruchomych gwiazd, co sekundę o kilkaset metrów. Konstrukcja zegarów precyzyjnie pokazujących czas w ciągu wielomiesięcznych podróży morskich była wielkim wyzwaniem mechaników XVIII wieku.
Obecnie nawigatorzy korzystają z systemów satelitarnych, gdzie pozycja satelitów, a nie gwiazd, przekazywana jest drogą radiową do odbiorników naziemnych. Ponieważ satelity poruszają się z prędkością około 8 kilometrów na sekundę, to pomyłka o milionową część sekundy dawałaby już kilkunastometrowe błędy wyznaczania pozycji.
Naukowcy projektujący system nawigacji satelitarnej (GPS) wiedzieli, że czeka ich niespodzianka. Już od stu lat fizycy wiedzą, że czas nie płynie jednakowo na różnych miejscach. W poruszających się względem siebie obiektach, te same, precyzyjne zegary zaczną dla zewnętrznych i wewnętrznych obserwatorów wskazywać różne czasy. I nie jest to spowodowane mechanicznymi przyczynami, przeciążeniem w ruchu itp. Jest to cecha naszego otoczenia, cecha świata, w którym żyjemy.
Zostało to odkryte pomiarami prędkości światła przez Michelsona i Morleya, którzy ze zdziwieniem stwierdzili, że prędkość światła jest zawsze taka sama, niezależnie czy mierzymy światło od obiektu, od którego się oddalamy, czy się do tego obiektu zbliżamy. Einstein zinterpretował to zjawisko, jako zmianę odmierzanego
czasu (i wymiarów przestrzeni) i to niezależnie jaki „zegar” do tego użyjemy. W jednakowy sposób będą zmieniały swój chód zegary mechaniczne, elektroniczne a nawet biologiczne (np. podział komórek bakterii).
Głośny stał się „paradoks” a raczej prawda, że astronauci wysłani w przestrzeń, wrócą nie tak postarzali jak ludzie pozostający na Ziemi. Lecz do tego, aby efekt był zauważalny, musieliby podróżować z prędkością zbliżoną do światła, co jest nierealne. Błąd zegarów GPS umieszczonych na satelitach, zarówno z powodu prędkości jak i z powodu zmniejszonej grawitacji, jest jednak zauważalny i trzeba było to obliczyć i skorygować.
Jeszcze sto lat temu inżynierowie konstruując najdokładniejsze zegary bazowali na obrotach Ziemi. Uznawano bowiem, że Ziemia w swojej ogromnej masie nie jest podatna na wpływy zewnętrzne i zawsze będzie się obracała w tym samym tempie. Sekundę zdefiniowano, jako jakąś kilkudziesięciotysięczną część pełnego obrotu Ziemi. W połowie XX wieku stwierdzono jednak, że najdokładniejsze „atomowe” zegary zaczynają wskazywać czas różny od obserwacji astronomicznych. Ziemia spowalnia swoje obroty!
Nie jest to dużo i musiałyby minąć setki milionów lat, aby odczuć różnicę. W tak długim okresie, życie biologiczne na pewno by się przystosowało. Ale naukowcy musieli zmienić definicję sekundy – jest ona teraz wyznaczana „elektronicznie” i do wskazań wzorcowych zegarów dodawana jest sekunda na przełomie roku (w noc sylwestrową).
Najdokładniejszy czas świata, względem którego mogą być ustawiane wszystkie zegarki, jest obecnie osiągalny w każdym domu. Od lat produkowane są „zegary atomowe”, które z atomami mają niewiele wspólnego, lecz ich chód jest poprawiany sygnałami radiowymi, przenoszącymi wskazania prawdziwych „zegarów atomowych”, umieszczonych w specjalnie zbudowanych laboratoriach. Sygnały te mogą być również wyłapywane przez zegarki naręczne i samochodowe. W codziennej praktyce możemy korzystać z dokładnego czasu przekazywanego do naszych telefonów komórkowych (nie wszystkich!).
To czy czas można cofnąć, intrygowało od dawna filozofów a później fizyków. Wiadomo, że można czas spowolnić, ale na to czy można go cofnąć i znaleźć się w przeszłości, współczesna fizyka nie zna jeszcze odpowiedzi. Być może tak, ale fizycy twierdzą, że wymagałoby to olbrzymich, niszczących wszystko energii. I z tego względu nie może się to nam udać.
Ale to już inny temat, który opiszę w przyszłości.
(ami)
