Kalejdoskop
W jednym z pomieszczeń National Physical Laboratory (NPL) w południowo-zachodnim Londynie znajduje się dość dziwne ostrzeżenie: „Nie dotykaj masera”. Tabliczka ta umieszczona jest na wysokiej czarnej skrzynce na kółkach. Rzecz jest niepozorna, ale niezwykle ważna. Jest to jedno z niewielu takich urządzeń, pomagających zapewnić światu absolutnie dokładny czas...
Wszystkie zegary świata
Nazywają się maserami wodorowymi. Wraz z około 400 innymi, rozmieszczonymi na całym świecie, pomagają światu określić, która jest w danej chwili godzina, z dokładnością do nanosekundy. Bez tych zegarów – oraz ludzi, technologii i procedur wokół nich – współczesny świat powoli pogrążyłby się w chaosie. Dla wielu branż i technologii, na których polegamy, od nawigacji satelitarnej po telefony komórkowe, czas jest niezwykle ważnym narzędziem.
Nie zawsze było tak, że wszyscy na świecie przestrzegali tego samego czasu. Przez wieki było to niemożliwe, a czas można było określić tylko lokalnie przez najbliższy zegar. W jednym miejscu było południe, ale nieco dalej była 12.15. Jeszcze w XIX wieku w Stanach Zjednoczonych obowiązywały setki różnych standardów czasowych, określanych przez miasta i lokalnych zarządców kolei.
Częściowo powodem było to, że nie było dobrego sposobu na zsynchronizowanie wszystkich zegarów świata. Przez większą część historii ludzkości nie miało to większego znaczenia: ludzie pracowali, kiedy musieli, nie podróżowali daleko, a jeśli chcieli poznać godzinę, mogli to sprawdzić spoglądając na pobliski zegar słoneczny, miejski zegar lub nasłuchując dzwonów kościoła.
Jednak wraz z nadejściem epoki przemysłowej stało się jasne, że ten stan rzeczy nie może trwać dalej. W niektórych przypadkach nieścisłości czasowe niosły ze sobą fatalne konsekwencje. Na przykład w amerykańskiej Nowej Anglii w połowie XIX wieku dwa pociągi zderzyły się czołowo, powodując śmierć 14 osób, ponieważ jeden z konduktorów używał źle nastawionego zegarka, który był nieprawidłowo zsynchronizowany z zegarkiem jego kolegi.
Rozwijające się gospodarki potrzebowały lepszego, spójnego pomiaru dokładnego czasu, tak by fabryki mogły zatrudniać pracowników w tych samych godzinach, pociągi mogły odjeżdżać i przyjeżdżać, kiedy powinny, a bankierzy mogli stemplować transakcje finansowe. Jak zauważył kiedyś historyk Lewis Mumford, to zegar, a nie silnik parowy, był najważniejszą częścią rewolucji przemysłowej. Silniki parowe mogły napędzać fabryki i transport, ale nie były w stanie synchronizować ludzi i ich działań.
Przez pewien czas głównym arbitrem tego nowego wspólnego czasu była miejscowość Greenwich w Londynie. Przechowywane tam zaawansowane zegary mechaniczne pokazywały „prawdziwy” czas, tzw. Greenwich Mean Time (GMT). W 1833 roku dodano do masztu Royal Greenwich Observatory kulę, która opadała zawsze o 13.00 każdego dnia, by kupcy, fabryki i banki mogli na nowo nastawić zegarki.
Kilka lat później GMT zaczął być transmitowany po całym kraju telegraficznie jako „czas kolejowy”. W latach 80. XIX wieku sygnał czasu z Greenwich zaczął być wysyłany przez Atlantyk kablem podmorskim do Harvardu w Cambridge w stanie Massachusetts. A na Międzynarodowej Konferencji Meridian w Waszyngtonie ponad 25 krajów zdecydowało, że GMT powinien stać się międzynarodowym standardem czasu.
Czas atomowy
Jednak w miarę upływu lat stało się jasne, że trzeba jakiegoś lepszego sposobu synchronizacji czasu. Chronometrażyści z Greenwich mogli twierdzić, że obsługują jedne z najdokładniejszych zegarów na świecie, ale opierali swoje obliczenia na mało wiarygodnym wskaźniku: czasie, jaki zajmował Ziemi jeden obrót wokół własnej osi. W XX wieku naukowcy zdali sobie sprawę z tego, że rotacja naszej planety przyspiesza i spowalnia z biegiem lat, ze względu na efekty grawitacyjne Księżyca, Słońca oraz planet a także zmiany geologiczne.
Mniej więcej w tym samym okresie fizycy kwantowi zasugerowali, że atomy mogą zawierać znacznie lepszy sposób mierzenia czasu. W ten sposób zrodziła się idea zegara atomowego. Masery wodorowe w NPL w Londynie to jedne z najważniejszych zegarów atomowych. Na całym świecie jest ich w sumie dość niewiele, a obsługiwane są przez krajowe instytuty metrologiczne.
Podczas gdy większość ludzi nie musi znać czasu z dokładnością do nanosekundy, w wielu branżach i technologiach jest to niezbędne. – Nawigacja satelitarna jest prawdopodobnie jedną z najbardziej powszechnych dziedzin, w której wymaga się wysokiej dokładności, ale są też inne – mówi metrolog Patrick Gill z NPL. – Synchronizacja komunikacji, dystrybucja energii i handel finansami wymagają wysokiej precyzji czasu. Nowe technologie niosą również dodatkowe wymagania: sieć telefoniczna 5G opiera się na przykład na precyzyjnej synchronizacji, podobnie jak technologia nawigacji kierująca pojazdami autonomicznymi.
Dla niektórych czas zegarowy ma swoją ciemną stronę. Socjolog Barbara Adam twierdzi, że kiedy przemysł przejął kontrolę nad czasem, stał się on „wymiernym zasobem, który jest podatny na manipulacje i zarządzanie”. Kultury nieprzemysłowe często inaczej myślą o czasie. Dla niektórych płynie on „pod górę”, a dla niektórych bardziej przypomina jezioro niż linię prostą.
Prawda jest taka, że nie ma zegara na Ziemi, który kiedykolwiek mógłby być idealnie stabilny lub działać dokładnie we właściwym tempie. Było to prawdą już wtedy, kiedy ludzie używali zegarów słonecznych i jest to nadal prawdą dzisiaj – nawet w przypadku atomowego pomiaru czasu. Wszystko to wynika z faktu, że pojęcie mierzenia czasu jest ludzkim wymysłem, który zawsze podlegać będzie różnym rewizjom.
Jednego z naukowców z NPL zapytano, czy on sam jest zwykle punktualny. Odpowiedział: – Ja myślę tylko w nanosekundach.
Andrzej Malak
