История часов. Эволюция от солнечных до водородных - Семен Бронников

С развитием атомной физики ученые предложили использовать в качестве колебательных систем именно частицы вещества. Так появились первые атомные часы. Идею о возможности использования атомных колебаний водорода для измерения времени предложил еще в 1879 году английский физик лорд Кельвин, однако только к середине XX века это стало возможным.

В 1930-х годах американский физик и первооткрыватель ядерного магнитного резонанса Исидор Раби начал работать над атомными часами с цезием-133, однако начало войны помешало ему. Уже после войны в 1949 году в Национальном комитете стандартов США с участием Гарольда Лайонсона были созданы первые молекулярные часы, использующие молекулы аммиака. Но первые такие приборы измерения времени не были точными, как современные атомные часы.

Относительно малая точность была связана с тем, что из-за взаимодействия молекул аммиака между собой и со стенками емкости, в которой находилось это вещество, изменялась энергия молекул, и их спектральные линии уширялись. Этот эффект очень похож на трение в механических часах.

Позднее, в 1955 году, Луи Эссен из Национальной физической лаборатории Великобритании представил первые атомные часы на цезии-133. Эти часы накапливали ошибку в одну секунду за миллион лет. Прибор получил название NBS-1 и стал считаться цезиевым эталоном частоты.

Принципиальная схема атомных часов состоит из кварцевого генератора, контролируемого дискриминатором по схеме обратной связи. В генераторе используются пьезоэлектрические свойства кварца, тогда как в дискриминаторе происходят энергетические колебания атомов, так что колебания кварца отслеживаются сигналами от переходов с разных энергетических уровней в атомах или молекулах. Между генератором и дискриминатором находится компенсатор, настроенный на частоту атомных колебаний и сравнивающий ее с частотой колебаний кристалла.

Атомы, используемые в часах, должны обеспечивать стабильные колебания. Для каждой частоты электромагнитного излучения существуют свои атомы: кальция, стронция, рубидия, цезия, водорода. Или даже молекулы аммиака и йода.

С появлением атомных приборов измерения времени стало возможным использовать их в качестве универсального эталона для определения секунды. С 1884 года Гринвичское время, считавшееся мировым стандартом, уступило место эталону атомных часов. В 1967 году решением XII Генеральной конференции мер и весов одну секунду определили как продолжительность 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133. Такое определение секунды не зависит от астрономических параметров и может воспроизводиться в любой точке планеты. Цезий-133, используемый в эталоне атомных часов, — единственный стабильный изотоп цезия со стопроцентной распространенностью на Земле.

Атомные часы используются и в спутниковой системе навигации; они необходимы для определения точного времени и координат спутника. Так, в каждом спутнике системы GPS установлены по четыре комплекта таких часов: два рубидиевых и два цезиевых, которые обеспечивают точность передачи сигнала в 50 наносекунд. На российских спутниках системы ГЛОНАСС тоже установлены цезиевые и рубидиевые атомные приборы измерения времени, а на спутниках разворачивающейся европейской геопозиционной системы Galileo — водородные и рубидиевые.

Точность водородных часов — самая высокая. Она составляет 0,45 наносекунды за 12 часов. По всей видимости, использование Galileo таких точных часов выведет эту навигационную систему в лидеры.

Казалось бы, век механических и электронных часов подошел к концу. Но наибольшую точность и удобство в эксплуатации доказали именно эти два варианта часов.

Мусульманские наручные часы напоминают время молитв и в некоторых случаях включают в механизм дополнительные функции, чтобы верующий соблюдал религиозный обычай по всем правилам. Обычно такие часы созданы на основе кварцевых калибров, поэтому максимально практичны в быту.

Группу кварцевых хронометров, которые автоматически рассчитывают время для пяти обязательных в исламе молитв, еще называют часами с азаном, или призывом, поскольку они сигналят в определенное время. Иногда в них встраивают дополнительные функции — календарь хиджры, компас с указателем на Мекку, а также термометр, таймер и секундомер. Часы наручные выпускаются с расчетом на локальный рынок и ориентированы на массового потребителя, поэтому стоят недорого.

В исламе пять обязательных молитв, и каждой из них соответствует определенное положение солнца:

Фаджр — утренняя, солнце под горизонтом.

Зухр — полуденная, солнце покидает зенит.

Аср — предвечерняя, начинается сразу после окончания предыдущей молитвы.

Магриб — вечерняя, солнце заходит за горизонт.

Иша — ночная, солнце полностью скрылось под горизонтом.

Самостоятельно вычислить точное время для намаза — задача непростая.

Согласно полученным значениям составляется молитвенное расписание для конкретной местности. При этом важно учитывать действительное географическое положение и время года, так как от этого зависит освещённость неба и начало утренней молитвы Фаджр, которая читается строго перед восходом солнца. Для верующего человека еще важно учитывать, по какому из двух мазхабов, ханафитскому или шафиитскому, определяется время послеполуденной молитвы Аср.

1. Часы мусульманские с азаном составляют расписание, исходя из географических координат, даты и заданной методики.

Получается, что расписание составляется автоматически на основе алгоритма, используемого всеми компаниями — от А1 Fajr до Casio.

2. Мусульманин совершает намаз лицом к Каабе — главной мусульманской святыне, возведенной в Мекке. В каждой мечети выстроена ниша, или михраб, которая указывает верное направление, однако в незнакомой местности верующий самостоятельно определяет, в какую сторону ему молиться. Как раз для этих случаев в Casio Prayer Compas и встроен компас с ориентацией на Мекку, который калибруют согласно географическому положению и магнитным полюсам.

3. В мусульманские часы также встраивают традиционный исламский календарь Хиджры, по которому верующие отмечают религиозные праздники. Он основан на смене лунных фаз, когда каждый новый месяц наступает в день неомении — первого появления луны на небосклоне после новолуния. Лунный календарь неточен, так как не всегда получается непосредственно наблюдать молодой лунный серп, поэтому месяц иногда начинается на день раньше или позже относительно предполагаемой даты, что зависит от ряда причин, например, погоды. Сделать в часах календарь Хиджры не так просто, как григорианский, тем не менее мусульманские наручные часы такую функцию предусматривают.

Хронометры компании Accutime, которая в 2013 году запустила линейку Hijri Watches, составленную из моделей с аналоговым циферблатом и двумя календарями — Хиджры и григорианским.