Куда летит время. Увлекательное исследование о природе времени - Алан Бёрдик

Ранее определение местного времени по звездному транзиту требовало колоссальных затрат труда. С приближением нужного момента астроном бросал беглый взгляд на часы, отмечал время с точностью до секунд и уставлялся в телескоп. Поле обзора было расчерчено на ряды вертикальных линий, отделенные друг от друга равными промежутками, для нанесения которых обычно использовалась паутина. Через некоторое время в поле зрения вплывала звезда – яркая светящаяся точка, сверкающая серебром, окруженная цветным гало. Отсчитывая секунды вслух, прислушиваясь к тиканью часов, а иногда к ударам метронома, астроном отмечал точное время прохождения звезды через каждую черту, уделяя особое внимание линии, расположенной посередине, которая изображала меридиан. Методология наблюдения предписывала визуально фиксировать местонахождение звезды по тактам часов дважды – непосредственно перед прохождением линии и сразу после прохождения, документировать обе позиции и сравнивать их между собой, высчитывая разницу в десятых долях секунды, которая равнялась точному времени пересечения меридиана. Данные о времени прохождения звезд по меридианам по дням и неделям можно было сравнивать между собой. Поскольку движение звезд подчинено строгому распорядку, ответственность за любое отклонение от предполагаемого графика возлагалась на часы, которые в таких случаях настраивали заново.

Погрешность измерений при подобной технике регулировки времени достигала двух десятых секунды, но в самой основе метода была допущена системная ошибка. В телескопах разных обсерваторий использовались линзы разной прозрачности. Более того, далеко не в каждой обсерватории часы отбивали такт с одинаковым постоянством, к тому же степень шумоизоляции и вибрационной защиты также не была приведена к единому стандарту. Звезда могла оказаться непривычно яркой или тусклой; мерцать в невидимых воздушных потоках, а в решающий момент и вовсе скрыться за тучами. Самой коварной оказалась погрешность, обусловленная влиянием человеческого фактора, известная в астрономии под названием «систематическая ошибка наблюдателя». В 1795 году королевский астроном Гринвичской обсерватории объявил, что рассчитал своего ассистента по той причине, что показатели времени прохождения звезд по меридиану, зарегистрированные ассистентом, всякий раз на секунду отставали от тех, которые регистрировал он сам: «Мой ассистент следовал собственной методике подсчета, бессистемной и запутанной». Однако в скором времени выяснилось, что данные расчета времени у двух разных наблюдателей никогда не совпадают в точности; каждому человеку свойственна систематическая ошибка наблюдателя. На протяжении последующих пятидесяти лет европейские астрономы только и делали, что измеряли величину погрешности своих наблюдений и сравнивали результаты между собой, безуспешно пытаясь нащупать причину ошибки.

А корень зла следовало искать в самой физиологии человека – «неудачной характеристике нервной системы астронома», как заключил Хирш в 1862 году. Через десять лет в ходе экспериментов немецкого физика и физиолога Германа Гельмгольца было установлено, что процессы восприятия, мышления и действия протекают не одномоментно; скорость человеческой мысли имеет пределы. Подвергая различные части тела добровольца слабому воздействию электротока, Гельмгольц определил продолжительность времени, которое требовалось организму для генерации ответа на раздражитель, который испытуемый отмечал кивком головы. Хотя скорость реакции варьировала в широких пределах, однако в свете обобщенных данных расчетов Гельмгольца стало ясно, что нервные импульсы человека распространяются со скоростью около 36 метров в секунду, что намного меньше результата в 14 миллионов километров в секунду, полученного другими исследователями. Гельмгольц сравнивал человеческие нервы с телеграфными кабелями, «пересылающими сообщения с далеких окраин в центр управления страной». Передача данных занимает некоторое время, которое расходуется на осознание раздражителя и генерацию ответа, а между делом – заодно и на «восприятие мозгом полученной информации и волевое побуждение», как писал Гельмгольц. По его оценкам, фаза восприятия и волевого побуждения длится около 0,1 секунды.

Уже знакомый нам астроном Хирш называл данный интервал «психологическим временем», подозревая, что именно оно в ответе за систематическую ошибку наблюдателя, и провел серию экспериментов для прояснения вопроса. Во время одного из опытов на доску с грохотом падал стальной шар; услышав звук падения, испытуемый должен был надавить на телеграфный ключ. Хирш замерял продолжительность времени между звуком и ударом телеграфного ключа при помощи хроноскопа – специального устройства, способного определять интервалы времени с точностью до секунды, прибавляя к расчету примерно половину скорости нервного импульса, установленной Гельмгольцем. Хроноскоп, изобретенный несколькими годами ранее часовым мастером Маттиасом Хиппом, который позже принял участие в опытах Хирша в качестве добровольца, изначально предназначался для измерения скорости вылета ружейной дроби и падающих объектов. Впоследствии Хипп занял пост директора швейцарской телеграфной службы, а в 1860 году ушел в отставку и основал собственную телеграфную компанию в Невшателе, которая занималась в том числе и поставками оборудования для нового эксперимента в области передачи временных сигналов, затеянного Хиршем. Теперь ученый проводил опыты при помощи хитроумного приспособления, изображавшего прохождение искусственных звезд через линии меридианного инструмента. По предположению экспериментатора, систематическая ошибка наблюдателя варьировала не только от человека к человеку, но и от одного наблюдения к другому в течение дня и на протяжении года; также ее значения могли изменяться в зависимости от яркости звезды и направления ее движения. Если определению времени прохождения звезды через меридиан вместо спокойного ожидания нужного момента предшествовало мысленное представление момента пересечения линии меридиана, значение систематической ошибки наблюдателя также изменялось.

Вскоре астрономы научились минимизировать влияние систематической ошибки наблюдателя за счет устранения личностного компонента в астрономических наблюдениях: прием сигналов времени способом «глаз и ухо» уступил место электрохронографу – вращающемуся барабану бумаги, закрепленному прямо на корпусе часов. Отмечая транзит звезды, астроном нажимал на телеграфный ключ и проставлял на бумаге отметку, избавляясь от необходимости сверяться с часами и даже думать о них, в результате которой регистрация времени происходила с задержкой, обусловленной индивидуальными особенностями восприятия. Теперь два астронома могли рассчитывать на объективные результаты сравнения погрешностей измерений, полученных при использовании одних и тех же часов. Даже находясь в разных обсерваториях, расположенных на расстоянии нескольких километров друг от друга, ученые могли одновременно фиксировать прохождение той или иной звезды по меридиану, сверяясь с одними и теми же часами по телеграфу (после поправки на скорость передачи телеграфных сообщений), а затем рассчитать величину расхождения в результатах.