Изобрели телеграф, затем айфон: гениальные идеи, изменившие мир - Стивен Джонсон

вычислений в секунду, одновременно перетасовывая информацию. Все эти операции координируются главными часами, которые сейчас почти без исключения сделаны из кварца. Тот факт, что существуют компьютеры для выполнения домашней работы или просмотра видео, объясняется не только новаторами вроде Стива Джобса и Билла Гейтса; наши компьютеры также зависят от многовековых инноваций часовщиков.

Вне астрономического времени

Как только мы начали измерять дни с помощью кварцевых часов, мы обнаружили, что продолжительность дня не так и надёжна, как мы думали. Дни укорачивались или удлинялись ввиду приливов и отливов на поверхности планеты, ветра, дующего над горными хребтами, или внутреннего движения расплавленного ядра Земли. Если мы хотели точно определить время, мы не могли полагаться на вращение Земли. Нам нужен был лучший хронометр.

Открытие атома в начале двадцатого века, которое возглавили такие ученые, как Нильс Бор и Вернер Гейзенберг, привело к появлению впечатляющих и смертоносных инноваций в области энергетики и оружия, включая атомные электростанции и водородные бомбы. Атомные исследования также привели к менее известному, но столь же важному открытию. Бор заметил, что электроны, вращающиеся внутри атома цезия, движутся с поразительной регулярностью. Эти электроны отстукивали ритм, который был гораздо надёжнее, чем вращение Земли, и мог быть использован для измерения равных промежутков времени.

Первые атомные часы появились в середине 1950-х годов, и они сразу же установили новый стандарт: теперь мы могли измерять наносекунды, миллиардные доли секунды. Атомные часы в тысячу раз точнее кварцевых. Они могут измерять время с отклонением всего в одну секунду каждые пять миллиардов лет!

13 октября 1967 года Международная конференция по мерам и весам объявила, что основное время планеты будет измеряться в атомных секундах. День перестал быть временем, которое требуется Земле для совершения одного оборота. День стал равен 86400 атомным секундам, отсчитываемым 270 синхронизированными атомными часами по всему миру. Эти часы используют кварцевые механизмы и обнуляются каждый год, чтобы атомные и солнечные ритмы не слишком расходились.

Нильс Хенрик Давид Бор был датским физиком. Он внёс фундаментальный вклад в изучение культуры атома и квантовой теории, за что он получил Нобелевскую премию по физике в 1922 году.

Атомное время кардинально изменило повседневную жизнь. Международные авиаперевозки, телефонные сети и финансовые рынки – все они зависят от наносекундной точности. Каждый раз, когда вы смотрите на смартфон, чтобы определить своё месторасположение, вы обращаетесь к сети из двадцати четырёх атомных часов, расположенных на спутниках на низкой околоземной орбите. Эти спутники снова и снова посылают сигналы: Время 11:48:25.084738.. Время 11:48:25.084739… Поскольку спутники находятся в предсказуемых позициях, по-настоящему «умный» телефон может вычислить точное местоположение путём триангуляции между тремя различными метками времени. Эта система глобального позиционирования (GPS) – современная высокотехнологичная версия того, что делали морские навигаторы восемнадцатого века: сравнивали время.

Долгое, очень долгое время

История измерения времени, казалось бы, сводится к ускорению и делению дня на всё меньшие и меньшие отрезки. Однако измерение времени в атомную эпоху движется в прямо противоположном направлении: измерение в эонах, а не в микросекундах.

В 1890-х годах польско-французский учёный Мария Кюри предположила, что излучение – это не какая-то химическая реакция между молекулами, а нечто, присущее атому. Это открытие было настолько важным для развития физики, что впоследствии она стала первой женщиной, получившей Нобелевскую премию. Её исследования быстро привлекли внимание мужа, Пьера Кюри, который оставил свои собственные исследования кристаллов и сосредоточился на радиации. Вместе они обнаружили, что радиоактивные элементы распадаются с постоянной скоростью. Период полураспада углерода-14, например, составляет 5730 лет. Оставьте немного углерода-14 на пять тысяч лет, и вы обнаружите, что половина его исчезла.

Пьер Кюри и Мари Склодовска Кюри, 1903 г.

И снова наука открыла новый источник «равного времени», только эти часы не отсчитывали микросекунды колебаний кварца или наносекунды электронов цезия. Время распада радиоуглерода исчислялось столетиями или тысячелетиями, и эта скорость также могла быть использована в качестве «часов».

Большинство часов сосредоточены на измерении настоящего: сколько сейчас времени? Но радиоуглеродные часы – это всё о прошлом. Различные элементы распадаются с разной скоростью. Они подобны часам, тикающим в разных временных масштабах. Углерод-14 «тикает» каждые 5730 лет, а калий-40 – каждые 1,3 миллиарда лет. Углеродное датирование, как известно, является идеальными часами для «глубокого времени» человеческой истории, в то время как калий-40 измеряет геологическое время, историю самой планеты. Когда более десяти тысяч лет назад гомо сапиенс впервые пересёк Американский континент, не было историков, способных записать сказания об их путешествии. Однако история записана с помощью углерода в костях первобытных людей и древесного угля, который они оставляли на местах стоянок. Мы обладаем огромными знаниями о доисторических миграциях людей по всему земному шару во многом благодаря углеродному датированию. Без него далёкое прошлое человеческих миграций или геологических изменений было бы похоже на учебник истории, в котором все страницы беспорядочно перетасованы: изобилующий фактами, но лишённый хронологии и причинно-следственных связей.

Таков своеобразный парадокс времени в атомный век: мы живём во всё более короткие промежутки времени, управляемые часами, которые тикают с безукоризненной точностью. Мы подчинили наши естественные ритмы абстрактной временной сетке. И в то же время у нас есть способность воображать и записывать истории, которым тысячи или миллионы лет, прослеживать цепочки причин и следствий, охватывающие десятки поколений. Наши временные горизонты расширились в обоих направлениях – от микросекунды до тысячелетия. Полученные нами знания могут помочь нам решить некоторые из наиболее важных проблем 21 века.

Свет

Представьте, что некая инопланетная цивилизация наблюдает за Землёй в поисках признаков разумной жизни. В течение миллионов лет о нашем доме не было бы известно почти ничего. И только столетие назад внезапно стали бы появляться важные изменения: ночью поверхность планеты светилась бы огнями уличных фонарей городов, сначала в Соединенных Штатах и Европе, а затем неуклонно распространяясь по всей Земле. Если смотреть из космоса, то можно сказать, что появление искусственного света стало самым значимым изменением во внешнем виде планеты за последние 65 миллионов лет.

Искусственный свет изменил то, как мы живём, как работаем и даже спим. Он вдохновил людей на инновации, влияющие на все аспекты жизни, от производства и архитектуры до товаров для дома и развлечений. Он помог создать глобальные сети связи и лежит в основе разработок в