Prva sprava za mjerenje protoka vremena bilo je sunce. Naš pra-pra-pra-prapredak pogledao bi u nebo i otprilike znao koje je doba dana. Neprecizno, ali posve dovoljno da umornog lovca upozori kako bi se trebao vratiti kući prije mraka u kojem ga vrebaju opasni grabežljivci.
Duljina sata u Egipćana nije bila jednaka
Napretkom civilizacije, pojavom trgovine i drugih tekovina moderne civilizacije, preciznost mjerenja vremena dobila je na važnosti. I tu su negdje začeci mjerenja vremena kakvo poznajemo danas. Nije li iznimno intrigantna činjenica da su još 2000 godina prije nove ere stari Egipćani dali dnevnom i noćnom vremenu po dvanaest odjeljaka, podijelivši tako dan na 24 sata, mjeru koju koristimo evo već četiri tisuće godina?
Egipatski sat nije bio jednolik – ovisno o godišnjem dobu vrijeme mjereno od izlaska do zalaska sunca bilo je strogo određeno, pa se duljina sata mijenjala kako se mijenjala dužina dana. Noć je također imala svoje sate, dok su se dnevni produžavali, noćni su se skraćivali – i obrnuto.
Babilonci utemeljili podjelu na 60 minuta
Pomalo nepraktičan varijabilni sat mudraci drevnog Babilona standardizirali su, a njihov standard i danas pratimo: oko 300-te prije nove ere sat su podijelili na odsječke od pet i od dvanaest sekundi, utemeljivši (modernu) podjelu sata na šezdeset minuta, a minute na šezdeset sekundi. Time je mjerenje vremena postalo za svoje doba iznimno precizno, a tu preciznost valjalo je mjeriti odgovarajuće preciznim instrumentima. Alternativno decimalno vrijeme u kojem je dan podijeljen na deset sati, svaki sa po sto minuta, koristilo se u drevnoj Kini i vrlo kratko vrijeme u Francuskoj nakon Revolucije.
Vrijeme se isprva mjerilo jednostavnim napravama – sunčevim satovima i klepsidrama, posudama u koje je u jednoličnom i poznatom vremenu kapala voda ili neka druga tekućina. Ovi instrumenti bili su neprecizni, ali mehanički pouzdani – kameni blok bilo je zaista teško prevrnuti ili pomaknuti. Od tog doba nadalje, mjerenje vremena obavljali su sve precizniji, sofisticiraniji i osjetljiviji uređaji.
Prijenosni sat starog Herophilosa
Stari Grci su usavršili klepsidre dodavanjem kompliciranih mehanizama i automatona. Mehanizme je bilo relativno jednostavno zaglaviti običnim štapom, ali preciznost mjerenja vremena bila je fantastična – tolika da je grčki liječnik Herophilos u kućne posjete nosio prijenosnu klepsidru kako bi mogao mjeriti puls svojim pacijentima. Fantastično, ali ipak treba napomenuti kako su još prije njega babilonski astronomi koristili klepsidre za astronomske izračune kretanja nebeskih tijela.
U trećem vijeku pojavili su se prvi pješčani satovi, preciznosti ne bitno veće od one vodenih satova. No, pijesak u staklenim sferama bio je daleko praktičniji, pa su povjesničari zabilježili kako su u to vrijeme neki ljudi nosili pješčane satove sa sobom, baš kako gotovo svatko danas nosi ručni sat. Mehanička otpornost učinila ih je dijelom tadašnje brodske navigacijske opreme, doprinjevši preciznosti navigacije tih davnih pomoraca.
Industrijska revolucija u ritmu sata s klatnom
Nakon toga, dugo ništa – tek u srednjem vijeku dogodio se ozbiljniji pomak u preciznosti mjerenja vremena, kada je nizozemski astronom, fizičar, matematičar i općenito napredan čovjek Christiaan Huygens izmislio sat sa klatnom, mehaničku napravu koja je svoju preciznost zahvaljivala međuodnosu klatna i gravitacije Zemlje. Satovi sa klatnom bili su toliko precizni da su dobili i kazaljku koja je pokazivala minute, toliko su precizni bili ti čudesni novi satovi. Sofisticiranost je postajala sve očitijim problemom – jak vjetar mogao je narušiti preciznost mjerenja vremena, a po prvi put pojavljuju se i suptilni problemi – ovisno o temperaturi klatno se skraćivalo ili izduživalo, pa je po prvi put problem postala i promjena nevidljiva golim okom.
Sat s klatnom zadržao se jako dugo (a možda i vi imate u svom stanu jedan takav sat). Cijela industrijska revolucija odvijala se u tik-tak ritmu sata s klatnom, koji je mehaničkim usavršavanjem dotjeran do fantastične preciznosti od deset milisekundi dnevno. Sat sa mehaničkim mehanizmom bio je značajno precizniji od svih prije nabrojanih rješenja i izvrsno je poslužio u navigaciji i mnogim mjerenjima i znanstvenim eksperimentima.
Kvarcni sat - precizniji što se duže koristi
Zamijenio ga je 1927. godine – kvarcni sat. Ne baš model kojeg nosite na ruci, ali princip je isti: preciznost mjerenju davale su oscilacije kvarcnog kristala. U idealnim uvjetima kvarcni sat bio je precizan do desetak sekundi – godišnje. Posljedica sofistikacije je ovisnost o temperaturi – za takvu preciznost kvarcni sat mora biti čuvan na konstantnoj temperaturi. Tehnološko rješenje: neki (skupi) satovi matematički kalkuliraju vlastito odstupanje od idealnog vremena i zbog toga – što ih duže koristite, postaju sve precizniji.
Sad smo već ušli duboko u dvadeseto stoljeće, vrijeme intenzivnog napretka znanosti. Ništa se ne prepušta slučaju niti se zanemaruje, posebice ne mjerenje vremena. Godine 1955. Louis Essen izumio je prvi atomski sat – uređaj koji vrijeme mjeri brojeći oscilacije elektrona u atomu Cezija 133, kojih u jednoj sekundi ima 9.192.631.770! Preciznost? Jedna sekunda u 300 godina. Ovako fino mjerenje vremena otvorilo je vrata mnogim znanstvenim pokusima, ali i danas posve ovozemaljskim dobrima poput GPS sustava za navigaciju. Problemi? Na tako maloj skali, sve postaje problem. Susjedni atomi, oscilacije, harmonici, temperatura, elektromagnetska zračenja... Analogija mehaničkom satu bio bi uređaj sastavljen od nano-zupčanika, kojeg svako zrno prašine može zaglaviti.
Sekunda greške u 80 milijuna godina
Uporni kakvi jesu, znanstvenici su i atomskom satu uspjeli povećati preciznost, korištenjem tzv. “atomske fontane” - kugle načinjene od atoma Cezija 133, ohlađene vrlo blizu apsolutne nule, držane pomoću dvije laserske zrake; mjerenje se odvija prolaskom kugle kroz šupljinu u kojoj mikrovalno zračenje pobuđuje elektrone, a preciznost ovakvog mjerenja je jedna sekunda u 80 milijuna godina!
I to je otprilike to. Stigli smo do kraja zanimljive priče o mjerenju vremena, jer u budućnost nažalost ne možemo. Ipak, znanstvenici nam nude uvid u moguće satove buduće generacije, i zaista te priče djeluju poput znanstvene fantastike!
2001. godine napravljen je prvi optički sat – ion žive zarobljen u elektromagnetskom polju, čije optičke (čitaj: laser) oscilacije omogućuju preciznost od jedne sekunde u 4.5 milijuna godina. A prošle godine, nešto izmjenjenom tehnikom znanstvenici su preciznost doveli do jedne sekunde u 650 milijuna godina. Problemi? Sjetite se izvjesnog Alberta Einsteina i njegove opće teorije relativnosti – ovako precizni satovi uvelike osjećaju posljedice gravitacijske privlačnosti, pa će optički sat kojeg objesite na zid sobe u prizemlju i optički sat kojeg objesite na zid sobe na katu – mjeriti različita vremena! Sat na katu otkucavat će brže od sata u prizemlju (po formuli od jedne sekunde u 10^18 za svaki centimetar razlike u visini). Znanstvena fantastika, zar ne?
GPS osjeća posljedice Einsteina
Inače, već i postojeći GPS sustavi u svojim kalkulacijama uzimaju u obzir Einsteinove nestašluke. Iako njihovi satovi nisu tako precizni, udaljenosti su velike, zbog čega GPS sustav osjeća posljedice opće teorije.
Treba li nam zaista takva preciznost? Znanstvenicima svakako! Oni jako dobro znaju kako će iskoristiti svaku preciznu decimalu vremena. Za nas obične smrtnike... hm, kako vam zvuči GPS koji može prikazati položaj do u jednog centimetra precizno?
Autor kolumne je jedan od vodećih domaćih informatičara i ekspert za slobodni softver, informatički novinar, bivši stručni savjetnik za informatiku u poglavarstvu Grada Zagreba i vlasnik tvrtke Operacijski sustavi.
Stare tekstove autora možete pronaći na njegovom osobnom blogu oddparity.org.
