ПИПУНЫРОВ ИСТОРИЯ ЧАСОВ

тен свободный анкерный ход для карманных часов. Этим заложе­ на прочная основа для дальнейшего развития прецизионных ча­ сов на основе классической колебательной хронометрии.

На втором этапе (XIX в. — первые десятилетия XX в.) было достигнуто дальнейшее повышение точности хода маятниковых часов до 0,01 с благодаря применению хода «с постоянной силой» или свободного анкерного хода, инварного маятника, повышению изохронизирующего действия пружинного подвеса. Исключи­ тельное значение для повышения точности хода маятниковых часов имело применение для этого средств электротехники. Наивысшим достижением было создание в 1921 г. английским ученым Шортом электрических астрономических маятниковых часов с двумя маятниками: одним — свободным, другим — рабочим. Точность их хода 0,001 с.

Дальнейшее повышение точности хода балансовых часов со спиральной пружиной было достигнуто благодаря усовершенст­ вованию и технологическому освоению изобретенного в XVIII в. свободного анкерного хода, который во второй' половине XIX в. вошел во всеобщее применение в карманных часах, а в первые десятилетия XX в.— и в наручных. Немалое значение для этого имело применение материалов из ферроникелевых сплавов (инвара, элинвара, ниварокса и др.) для балансовых пружин, а также достигнутые успехи в разработке теории хода балансовых часов на основе теоретических и экспериментальных исследо­ ваний-;

На третьем этапе (после окончания второй мировой войны и до наших дней) развитие классической колебательной хрономет­ рии доведено до наивысшего возможного уровня; по существу, были исчерпаны все ресурсы повышения точности и надежности хода маятниковых и балансовых часов на традиционно меха­ нической основе. Встал вопрос о применении в часах более доб­ ротных осцилляторов и новых средств техники. Были созданы конструкции наручных часов, пригодных для массового произ­ водства на основе взаимозаменяемости и всесторонней автома­ тизации.

Точность измерения секунды повышалась не постепенно, а ступенями, по мере того как появлялись требования к повышению точности со стороны мореходства, промышленности, науки и техники. «Что было бы, — отмечает К. Маркс, — без часов в эпоху, когда решающее значение имеет стоимость товаров, а потому и рабочее время, необходимое для их производства?» [5,418].

В условиях развивающегося капиталистического производст­ ва реальное значение времени и контроль за его использованием Все более и более возрастают, в особенности в период развития позднекапиталистической экономики. Стало необходимым пони­ жение средней нормы прибыли компенсировать повышением темпов производства и увеличением эксплуатации наемного труда путем введения скоростных машин и средств передвиже-

ния. Производство вследствие такой его интенсификации начи­ нает страдать хроническим недостатком времени. По мере про­ никновения машинной техники во все сферы хозяйства эта болезнь делается болезнью и индустриального общества в целом.

XIX—XX века ознаменовались бурным развитием науки, что было бы невозможно без применения точных часов. В связи с этим во всех астрономических обсерваториях развилась служба точного времени, а с появлением радио — передача сигналов точного времени.

В настоящее время трудно переоценить значение для науки повышения точности определения времени, связанной с разви­ тием техники измерения времени. Вместе с тем это всегда влечет за собой и развитие науки.

Измерение коротких интервалов времени приобрело, в част­ ности, особое значение, когда было обнаружено существование элементарных частиц типа мезонов, гиперонов, нейтронов и антинуклонов. Время существования некоторых частиц чрез­ вычайно мало: оно не достигает даже микросекунды, и наблю­ дения над элементарными частицами стали возможны лишь благодаря тому, что научились производить физические измере­ ния в очень коротких интервалах времени.

Повышение точности измерения времени на 2—3 порядка в связи с появившейся возможностью применения для этой цели электронной схемы в сочетании с новыми осцилляторами (кварц, камертон, атом, молекула) открыло невиданные возможности для новых открытий. Развитие научной мысли не только ставило перед хронометрией все новые и новые задачи, но рано или позд­ но открывало средства для решения этих задач. И это весьма характерно для взаимосвязи развития науки и хронометрии [18].

Новейшая и современная история часов изложена в третьей части книги. Наибольший прогресс в техническом воспроизвод­ стве равномерных движений для целей измерения времени был достигнут только благодаря изобретению и совершенствованию кварцевых и атомных часов, когда наука перешла от изучения макромира к микромиру. Изобретение и совершенствование квар­ цевых часов в 20—30-х годах XX в. было вызвано развитием пьезотехники — новой области радиотехники, исследующей явле­ ния пьезоэлектричества и использование их для конструирова­ ния различной радиотехнической аппаратуры. С помощью кварцевых часов точность измерения секунды может быть дове­ дена до (3--4) -10-14. Точность эта такова, что дает возможность уловить ничтожно малые колебания при вращении Земли вок­ руг оси. Изобретение кварцевых часов открыло колоссальные возможности в развитии приборов времени с использованием средств электроники.

Усовершенствования в области радиочастотной спектроскопии и электроники позволили создать в 1955 г. атомные часы, осно­ ванные на использовании квантовомеханических осцилляторов —

Рис. 1. Диаграмма роста точности приборов времени

молекул и атомов. С их появлением стало возможным осущест­ вить окончательный переход от измерения времени на основе вращения Земли к измерению всех интервалов времени, включая продолжительность суток и года, в атомных единицах.

Современная наука и техника дают возможность измерять резонанс атома более точно, чем движение звезд и планет, и этот резонанс оказался более устойчивым, чем движение планет.

В настоящее время наилучшим эталоном времени признан водородный мазер, изготовленный в Швейцарии, с шириной спектра 1 Гц; его стабильность может быть доведена до 10-13. Имеются и другие атомные эталоны единицы времени. В Англии с 1958 г. в качестве базы единицы времени принят цезиевый эталон с атомно-лучевой трубкой. Измерять время и частоту с помощью этих часов можно с точностью до 1 • 10"", в то время как астрономическими средствами (по разности между после­ довательными пересечениями звезд меридиана) с такой точно­ стью время не может быть определено.

Атомные часы поистине являются детищем атомного века; они позволили повысить точность измерения секунды по мень­ шей мере на три порядка и произвели настоящую революцию в технике измерения времени [29, 172]. После этих изобретений хронометрия стала важным направлением современной научнотехнической революции и адекватной по своим возможностям ее требованиям.

Развитие радиоэлектронных полупроводниковых приборов начиная с 50-х годов нашего столетия открыло новые значитель­ ные перспективы в отношении создания не только электромеха­ нических, но и электронно-механических наручных часов. Так, в 1959 г. были созданы камертонные наручные часы с применением электронных схем на транзисторах, а в 1967 г.— наручные часы с кварцевым, осциллятором на интегральных схемах со стрелоч­ ной и цифровой индикацией. Точность хода новых наручных ча­ сов на несколько порядков выше, чем у обычных карманных часов. С каждым годом значение применения электроники в соз­ дании новейших приборов времени увеличивается, и в настоящее время точная механика и электроника уже вполне породнились в этой области между собой. Отсюда тесная связь электротехни­ ки и электроники с точной механикой в практике современной часовой промышленности. Специалист в области точной меха­ ники теперь не имеет права ограничивать себя только механи­ ческими решениями, а должен выбирать оптимальный для дан­ ных условий вариант, будь он только механическим или электри­ ческим или тем и другим.

Уорд [43, 39] приводит диаграмму роста точности хода ча­ сов со времени появления механических часов до наших дней (рис. 1). По диаграмме можно судить о динамике повышения точности хода часов. Пока в качестве регулятора шпиндельного хода применяли фолио, повышение точности хода часов проис­ ходило крайне медленно. Только после изобретения маятниковых часов стал возможен ускоренный прогресс. Он особенно увели­ чился после изобретения электрических часов с двумя маятни­ ками. Подлинная революция в этой области произошла после изобретения кварцевых и атомных часов. На диаграмме хорошо видны эти узловые моменты («скачки»).

Часть 1

ИСТОРИЯ ЧАСОВ ДРЕВНЕГО МИРА И СРЕДНИХ ВЕКОВ

стали воздвигать грандиозные сооружения — ориентиры, по ко­ торым можно было бы судить о последовательности времен года; с их сменой были связаны созревание плодов, злаковых культур, сезонные передвижения птиц. Часть сооружений подоб­ ного типа сохранилась, и мы можем судить, какой грандиозный труд затрачен на их создание.

Одним из таких грандиозных мегалитических сооружений является Стоунхендж, построенный на рубеже каменного и брон­ зового веков, примерно через тысячу лет после египетских пира­ мид. Создание его совпало по времени с расцветом минойскоц цивилизации. Никакое другое мегалитическое сооружение Евро­ пы не насчитывает столько шлифованных камней. Если смот­ реть на Стоунхендж с земли (рис. 2), нельзя заметить никакого; порядка. Он внушителен только тогда, когда его обозревать в плане, сверху. Некогда камни-монолиты стояли в правильном порядке в виде сложной фигуры. Теперь уже этот порядок, во многом нарушен.

Главная ось Стоунхенджа, направленная вдоль аллеи, ука­ зывает на точку восхода Солнца в день летнего солнцестояния, когда восход можно было наблюдать над пяточным камнем. Основные и часто повторяющиеся ориентиры, наблюдаемые в Стоунхендже, были сознательно, точно и искусно направлены на Солнце и Луну. По этим ориентирам можно было фиксировать все важнейшие точки восходов и заходов Солнца и Луны в раз­ личных стадиях их видимого перемещения по небесной сфере.

служивший алтарем; в отдалении стояла заостренная кверху колонна-гномон, служившая для установления визуальной линий: от алтаря к восходящему Солнцу во время летнего солнцестояния.

Рис. 2. Развалины Стоунхенджа

Другой круг, расположенный концентрически с первым, состоял из 56 лунок. Это кольцо из ям. Диаметр кольца 87,8 м с промежутками между центрами лунок 4,8 м. Точное размеще­ ние 56 точек на такой окружности представляло собой немалое техническое достижение. Лунка служила для отсчета лет (по лунке на каждый год). Число 56—это наименьшее число лет, за которое Луна завершает цикл своего движения по небосводу; он служит для того, чтобы предсказывать все предельные положе­ ния Луны в данное время года, а также затмения Солнца и Лу­ ны. Число 56 оказалось одной из самых старых, самых загадоч­ ных тайн Стоунхенджа. Этот 56-летний интервал между восхода­ ми зимней Луны над камнем D сохранялся на протяжении мно­ гих столетий и состоял из трех циклов в 19+19+18 солнечных лет. Точный интервал для восхода Луны над камнем D опреде­ лялся жрецами Стоунхенджа в 18,81 солнечных лет. Он несколь­ ко отличается от метонового цикла, состоящего из полных 19 солнечных лет, по прошествии которого фазы Луны приходят

Камни D и F определяли предельные азимуты восходов Луны на протяжении лунного цикла, когда Луна доходила в свое прежнее положение по прошествии 18,81 солнечных лет. За этот период северная точка восхода Луны передвигается от D к пя­ точному камню, затем к точке F, а потом вернется к D. Таким образом, эта точка из-за отставания узлов лунной орбиты колеб­ лется, как маятник, из стороны в сторону в пределах аллеи. Луна находится над камнями D и F каждые 37 или 38 лет; она возвращается в свое положение каждые 56 лет, или, говоря ина­ че, так Луна завершает цикл своего движения по небосводу.

Рис. 3. Схема устройства Стоунхенджа

Установлено, что если взять три белых камешка а, b, с и положить их в лунки с номерами 56, 38, 19, а затем взять три черных камешка х, у, z и положить их в лунки с номерами 47, 28 и 10 и каждый год, скажем в день летнего и зимнего солнцестоя­ ния, перекладывать камешки-метки по кругу в соседние лун­ ки, то эта простая операция позволила бы точно предсказывать все важные лунные события на протяжении многих сотен лет.

Стоунхендж мог служить надежным календарем для предска­ зания смены времен года в связи с потребностью регулирования сельскохозяйственных работ. По нему можно было также опре­ делять приближение солнечных и лунных затмений. В ранней истории человечества религия и религиозные обряды и кален­ дарь неотделимы друг от друга.

Предполагают, что Стоунхендж был не только обсерватори­ ей и солнечным каменным календарем, но и служил местом для

проведения праздника по случаю наступления летнего солнце­ стояния. И еще даже теперь в день, когда Солнце оказывается точно над заостренной колонной, сюда по традиции стекаются любители посмотреть на это зрелище.

Об этом сооружении сохранилось немало легенд и сказаний, но только в XX в. проявился научный интерес к разгадке тайны Стоунхенджа. В 1901 г. выдающийся английский астроном Норман Локьер первый научно доказал идею об астрономичес­ кой ориентации Стоунхенджа. Он провел расчет и показал, что постройка этого сооружения относится к 1880—1480 гг. до н. э.

Современный исследователь Дж. Хокинс на основе научных расчетов с использованием электронно-вычислительной машины получил для времени постройки Стоунхенджа близкую к резуль­ татам Локьера дату—1850 г. до н. э. В результате тщательных исследований Хокинс пришел к выводу: «Сейчас уже нельзя сомневаться, что Стоунхендж представляет собой обсерваторию» [98, 10].

Крупнокаменные постройки с астрономической целью созда­ вались и в Древнем Египте, и в Вавилоне. Известно, что пирами­ ды были ориентированы по странам света, а вход в них имел направление на Полярную звезду. Многоэтажная Вавилонская башня была построена тоже для астрономических наблюдений.

Можно утверждать, что обелиски Древнего Египта, эти своеобразные гномоны, отмечавшие определенные периоды дня, служили указателями времени. Они воздвигались во многих частях мира. Вблизи Каира находится один из гигантских обе­ лисков, который был воздвигнут за 3 тыс. лет до н. э. Его подо­ бием является обелиск «Игла Клеопатры», ныне находящийся

вЛондоне. Первоначально первый из этих обелисков стоял перед храмом Солнца; предполагают, что богослужение начина­ лось тогда, когда тень Солнца от обелиска падала против входа

вхрам.

Глава I

ЧАСЫ ДРЕВНЕГО ВОСТОКА

Солнечные и водяные часы Древнего Вавилона

Современные историки древнего мира утверждают, что третье тысячелетие до нашей эры было великой творческой эпохой в области материальной и духовной культуры на берегах Тигра и Евфрата [88,25].

Астрономия и астрономические наблюдения достигли весьма высокого уровня развития. Была установлена связь гелиакичес­ ких восходов звезд с полевыми работами. Особенно существен-

но, что время летнего солнцестояния связывалось с гелиакичес­ ким восхождением наиболее яркой звезды — Сириуса.

Исследования Нейгебауэра и Мартини показали, что ориенти­ ровка древневавилонских храмов производилась по большому кругу небесной сферы, который около 3 тыс. лет до н. э. прохо­ дил через Полюс мира. Это расположение храмов можно просле­ дить примерно до 2880 г. до н. э. Храмы, построенные в четвер­ том тысячелетии, такой ориентировки не имеют [54, 6—7]. Бесспорно, это было сделано в итоге использования результатов, полученных благодаря астрономическим наблюдениям, на осно­ ве которых уже в третьем тысячелетии до н. э. в Древнем Вави­ лоне развивалась звездная астрономия [74, 111]

Говоря об астрономических достижениях древних вавилонян, еще-недавно упускали из виду их большие успехи в области математики. После открытий, сделанных немецким историком математики О. Нейгебауэром и французским ассириологом Ф. Тюро-Данженом, есть все основания утверждать, что дости­ жения древних вавилонян в области математики были столь же велики, как и в области астрономии. Благодаря этому древние вавилоняне могли заложить основу для развития научной астро­ номии, создать фактическую основу для последующих обобще­ ний в астрономии. Вавилоняне при астрономических наблюде­ ниях не могли, разумеется, обходиться без применения тех или иных инструментов. Известно например, применение ими мери­ дианного инструмента, которой был использованво времена древнеасеирийского царя Тукультинурта I (1260—1232 до н. э.) при перестройке дворца. В то время были также хорошо знако­ мы с солнечными и водяными часами [159, 75].

Геродот рассказывает, что греки заимствовали гномон из Вавилона [59, 112]. Достоверность этого сообщения теперь нахо­ дит подтверждение в древневавилонском тексте «Mul Apin». На­ иболее ранние сохранившиеся копии этого текста относятся при­ мерно к 700 г. до н. э., но они, несомненно, основаны на более старом материале и содержат сводку астрономических знаний того времени. Там имеется таблица с данными о правильном использовании гномона. Витрувий свидетельствует, что тип полусферических солнечных часов, циферблат которых изготов­ лен в виде полости, вогнутой наподобие чаши, был также заимст­ вован древними греками у вавилонян. Как показал бельгийский историк Франц Кюмон, заимствования древними греками у вави­ лонян счета и меры, в основе которых лежали числа 12 и 60, а также солнечных часов и основных астрономических понятий восходят ко времени установления торговых сношений между азиатским Востоком и ионийскими городами [118].

Полусферические солнечные часы (рис. 4) были инструмен­ том, весьма нужным древневавилонским астрономам. Они при­ способили их для определения не только дневного, но и ночного времени. Последовательное восхождение двенадцати созвездий (знаков зодиака) каждую ночь на расстоянии одного часа один