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

Национальный институт стандартов и технологии (НИСТ) представляет собой федеральное агентство, оказывающее консультационную поддержку при утверждении официальных стандартов гражданского времени в США. На попечении экспертов, занятых в лабораториях НИСТ в Гейтесберге (Мэриленд) и Боулдере (Колорадо), находится порядка двенадцати цезиевых часов или даже больше. Часы работают постоянно, обеспечивая возможность снять показания в любой момент. Тем не менее, при всей феноменальной точности, показания цезиевых часов имеют незначительные расхождения, измеряемые наносекундами. Каждые 12 минут показания цезиевых часов сверяют между собой, отсчитывая ход за ходом и выясняя, какие часы спешат, какие отстают и насколько велика разница в показаниях. Затем данные по всей группе часов-генераторов количественно обобщают и рассчитывают то, что Паркер называет «средним воображаемым».

Полученный результат берется за основу при утверждении стандартов государственного времени, а уж как оно будет воспринято отдельными электронными устройствами, зависит от имеющихся в наличии хронометров и вашего местонахождения в конкретный момент. Часы, встроенные в ваш ноутбук или персональный компьютер, регулярно сверяются с другими часами в интернете и подвергаются автоматической калибровке. Некоторые часы случайным образом попадают на сервер НИСТ и других служб точного времени и в результате становятся более точными. Каждый день на многочисленных серверах НИСТ регистрируется 13 миллиардов сигналов от компьютеров из разных стран мира, посылающих запросы на предмет поверки времени. Если вы находитесь в Токио, вас, вероятно, соединят с сервером службы точного времени в Цукуба, которая находится под началом Национального института метрологии Японии. В Германии референтным источником служит Физико-технический федеральный институт.

Где бы вы ни находились, при сверке часов ваш сотовый телефон, скорее всего, получает данные от системы глобального позиционирования GPS, которую обслуживает сеть навигационных спутников, синхронизированных с сигналами Военно-морской обсерватории США в Вашингтоне, округ Колумбия, которая воспроизводит эталонные секунды посредством группы тактовых генераторов, включающей более 70 цезиевых часов. Прочие разновидности часов – настенные, настольные и наручные, сигналы хода и автомобильные часы, встроенные в панели управления, – оборудованы миниатюрными радиоприемниками, которые в США постоянно находятся в режиме приема сигналов НИСТ и радиостанции WWVB в Форт-Коллинз, Колорадо, которая транслирует сигналы точного времени в виде кода. (Сигнал подается на очень низкой частоте – 60 Гц. Диапазон настолько узок, что на пересылку кода уходит добрая минута времени.) Все эти часы способны генерировать время самостоятельно, но в большинстве своем они выступают в роли посредников и показывают время, транслируемое высокоточными хронометрами из высших звеньев командной цепи времени.

Мои наручные часы не оснащены ни радиоприемником, ни средствами спутниковой связи; они выпали из системы современных коммуникаций. Если мне необходимо двигаться в такт с большим миром, я сверяюсь с хронометром, а затем проворачиваю винт на своих наручных часах и перевожу стрелки на нужные цифры. Можно добиться еще большей точности, если регулярно сдавать часы в мастерскую. Там часовой механизм откалибруют на кварцевом генераторе тактовых импульсов, у которого точность представления данных выверяют по эталонам частоты НИСТ. В противном случае мои наручные часы будут держать равнение на самостоятельно воспроизводимые единицы времени, а время, которое они показывают, вскоре перестанет совпадать с показаниями других часов. Надев часы, я как будто привязал к запястью установленный ход времени, хотя в действительности я так и останусь разгильдяем, пока не изучу все часы, которые меня окружают. «Вы функционируете автономно», – заявил мне Паркер.

С конца XVII до начала XX века самые точные часы в мире хранились в Гринвичской королевской обсерватории в Англии. Регулировка часов по движению небесных сфер вменялась в обязанность Королевскому астроному. Такое положение вещей устраивало всех, кроме самого Королевского астронома, для которого это быстро стало проблемой. В начале 1830-х годов ученого мужа, только что приступившего к своим обязанностям, внезапно потревожил стук в дверь. На пороге стоял горожанин. «Приношу извинения за беспокойство, – сказал гость. – Вы не могли бы сказать, который час?»

Каждый день обсерваторию посещало невероятное количество людей, и в конечном счете городской муниципалитет обязал астронома выполнять заодно и функции службы точного времени. В 1836 году ученый делегировал эти полномочия своему помощнику Джону Генри Беллвиллу. Утром каждого понедельника Беллвилл производил калибровку своих часов по эталонным часам обсерватории. Часы Беллвилла представляли собой небольшой карманный хронометр, выпущенный выдающейся часовой фабрикой «Джон Арнольд и сын» по заказу герцога Суссекса. Затем он выезжал в Лондон к своим клиентам – часовщикам, банкирам и ремесленникам, выполнявшим ремонт наручных часов, а также к частным лицам, которым предоставлялись платные услуги синхронизации их часов с показаниями часов Беллвилла и, если уж на то пошло, с эталонными часами обсерватории. (В итоге Беллвиллу пришлось заменить золотой корпус часов на серебряный, чтобы не привлекать к себе лишнего внимания в «непопулярных кварталах города».) После кончины Беллвилла в 1856 году дело унаследовала вдова, а в 1892 году, когда и она отошла от дел, роль службы точного времени взяла на себя ее дочь Рут, которую прозвали «продавщицей времени из Гринвича». Все с тем же хронометром в кармане, который отныне звался «Арнольд 345», мисс Беллвилл отправлялась в Гринвичскую обсерваторию, а затем передавала клиентам точное время, которое позже назовут гринвичским средним временем – государственным временем Великобритании. Когда изобретение телеграфа позволило производить синхронизацию часов по Гринвичу в удаленном режиме практически одномоментно и по низкой цене, мисс Беллвилл фактически осталась не у дел, хотя нельзя сказать, что ее профессия в одночасье превратилась в анахронизм. Около 1940 года, на девятом десятке лет, она удалилась на покой, имея в активе около пятидесяти постоянных клиентов.

Я приехал в Париж, чтобы встретиться с современной последовательницей Рут Беллвилл, распределяющей сигналы точного времени в мировом масштабе. Разрешите представить вам доктора Элизу Фелицитас Ариас, директора отдела службы времени Международного бюро мер и весов (МБМВ). Эта хрупкая женщина с длинными каштановыми волосами производит впечатление благодушной аристократической дамы. Получив образование астронома, Ариас четверть века проработала в различных обсерваториях родной Аргентины, причем последние десять лет она сотрудничала с Военно-морской обсерваторией США. Ариас специализируется на астрометрии – науке о правильном измерении расстояний между небесными телами во внешнем космическом пространстве. Совсем недавно ей довелось сотрудничать с Международной службой вращения Земли, где занимаются мониторингом изменений положения нашей планеты, вплоть до самых незначительных, и на основании собранных данных рассчитывают, когда придется добавить в смесь времен еще одну високосную секунду. Я встретился с доктором Ариас в ее кабинете, и она угостила меня чашечкой кофе. «Нас объединяет общая цель, – сказала Ариас о своем отделе. – Мы должны разработать временную шкалу, которая окажется пригодной для международного применения». «Наша цель, – позже добавила она, – достичь абсолютного единообразия измерений».