Що робити з часом, коли Земля не встигає за годинником

Роберт Вінандс, керівник лабораторії часу Фізико-технічного федерального відомства в Брауншвайгу звик до того, що відвідувачі зазвичай розгублено озираються: „А де ж, власне, надточні годинники?” У приміщенні завбільшки зі спортивну залу стоять якісь металеві бойлери для нагрівання води. Ані годинникових стрілок, ані великих електронних табло, що ними мали б бігти цифри. Із знайомих приладів – лише термометри та вимірювачі вогкості повітря:

„Окрім кондиціонерів ми маємо також власний фундамент. Лабораторію будували в шістдесятих роках минулого століття. Тоді еталонами часу були кварцові годинники. На точність їхньої ходи впливали навіть незначні коливання ґрунту. Сьогоднішні, атомні, не таки чутливі, але зі стабільним фундаментом надійніше. Дуже важливо, що це приміщення - так званий, „ящик Фарадея”, тобто стіни екрановані міддю для того, аби нейтралізувати електромагнітний вплив іззовні. Заходити сюди з увімкненими мобільними телефонами теж заборонено,” –

пояснює Роберт Вінандс. Найвідомішим хронометром у брауншвайзькій „майстерні часу” є цезієвий CS2. У 90-х роках у світі не існувало точнішого атомного годинника. Три мільйони років має минути, щоб він відстав чи побіг уперед на одну секунду. Від CS2, який швидше нагадує невеличкий підводний човен, тягнуться кабелі до центрального пульту. „Це години, - вказує на екран керівник лабораторії, - потім, звичайно, хвилини, секунди а далі - ще 14 величин”:

„Пересічному громадянинові зазвичай важко уявити, для чого потрібна така точність вимірювання часу. 15-та цифра за комою після секунди справді не відіграє жодної ролі для будильника. На роботу через неї ніхто не запізниться. Але вже 12-та, наприклад, важлива для супутникової навігації. 11-та після коми – це обов’язкова мінімальна величина для координації мереж мобільного зв’язку. З технічним поступом атомні годинники дедалі більше набувають практичного значення.”

Тисячоліттями людство орієнтувалося в часі двома способами: спостерігаючи за рухом планет та зірок, а також створюючи різні прилади, які функціонували незалежно від обертання небесних світил. Спочатку хвилини та години рахували за допомогою крапель води, піщинок, що падали з однієї місткості в другу. В 17-му столітті винайдено маятниковий годинник. У 18-му з’явився перший корабельний хронометр - після багатомісячних мандрів до далеких країн він відставав усього лише на кілька секунд. 20-те століття на зміну механічним лічильникам принесло кварцові та атомні. Саме завдяки останнім, людство сьогодні може вимірювати час найточніше, ніж будь-яку іншу фізичну величину. Один із способів, наприклад, – примусити атоми цезію за певних умов „підстрибувати” в вакуумній камері. Роберт Вінандс:

„Відомо, що впродовж однієї секунди повинно відбутися 9 192 631 770 „стрибків” атомів. З технічного погляду, такий годинник є витвором інженерного мистецтва, але засада дуже проста: нам не треба нічого робити, лише рахувати. Коли лазерний промінь зафіксує останній атом, мине рівно секунда.”

Годинники, що ми їх носимо на руці, бачимо на вулицях, за якими розпочинаються телевізійні новини й рушають у дорогу потяги та літаки, в ідеалі мають іти синхронно. З цією метою запроваджено UTC – Всесвітній Скоординований Час. Загалом на різних континентах сьогодні працює 250 атомних годинників. Але для визначення універсального стандарту усереднюють дані лише найточніших із них, які впродовж минулого року дали найменшу похибку. Такими зазвичай опиняються 50 найдосконаліших приладів, що встановлені в Військово-морській національній обсерваторії США. „Еталон часу made in USA”, - каже співробітник Фізико-технічного федерального відомства в Брауншвайгу Андреас Баух:

„Звичайно, в американців є всі підстави казати: за нашими хронометрами живе ціла планета. Вони відчувають себе володарями Всесвітнього Часу, й, коли хочете, є його виробниками. І це певною мірою справедливо, бо жодна інша країна не інвестує стільки коштів у розробку найновіших, найдосконаліших атомних годинників. Наскільки в цьому зацікавлений військовий комплекс, мені важко оцінити, але фактом залишається - сигнал UTC усім службам стандартизації в світі надають сьогодні Сполучені Штати Америки.”

Та хоч би як точно людство навчилося лічити час, керувати ним і надалі буде вища небесна організація. Науковці, зокрема, встановили, що 200 мільйонів років тому Новорічне свято припадало б не раз на 365 днів, а на кожний 380-й, бо припливи та відпливи, спричинені гравітаційним тяжінням Місяця, поступово сповільнюють швидкість обертання Землі навколо своєї осі. Але й в цьому процесові не має чіткої закономірності. Переміщення магми всередині планети, так само, як і потужні землетруси можуть зробити один рік трохи довшим, другий, навпаки, коротшим. Іще у 18-му столітті астрономи зі здивуванням помітили, що не кожен календарний день триває рівно 24 години. „Спрощено можна сказати так: старіючи, Земля „втрачає оберти”, - пояснює Роберт Вінандс:

„Цей ефект вельми незначний. І все ж таки щороку наша планета запізнюється в середньому на 0,8 секунди, доки вона повернеться на позицію торішнього першого січня. Теоретично, ми мали б кожні півтора року зупиняти годинники на секунду, аби синхронізувати їх з обертанням Землі.”

На практиці й такий порядок не гарантував би бажаного наслідку. Бо космічні закони - теж не без винятків. Співробітник геофізичного інституту Боннського університету Аксель Нотнаґель:

„Від 1980 до 1999-го додаткову секунду запроваджували щороку. Потім Земля раптом пришвидшила обертання, й необхідність у синхронізації відпала. 2006-го знову набіг „зайвий час”, тому в новорічну ніч 61 секунду спочатку відрахували еталонні годинники нульового Ґринвічського меридіану, а за ними по черзі - в інших часових поясах. Але не всім національним інститутам стандартизації така процедура до вподоби. Американці давно пропонують відмовитися від дрібних кроків, і корегувати універсальний час тоді, коли похибка сягне принаймні півгодини. За приблизними розрахунками, це може статися 2600-го року. „Тоді, - кажуть американські експерти, - ми просто введемо додаткову годину. Як це тепер робиться з переходом на зимовий час.”

Більшість астрономів виступає проти. Адже тоді доведеться постійно підганяти астрономічний час до Всесвітнього Скоординованого. Інакше телескопи в різних куточках планети неможливо буде синхронно вишикувати в одному напрямкові. За відірваним від космічної реальності часом працюватиме й найважливіший робочий інструмент в обсерваторіях - комп’ютери. Останнє слово в розв’язанні цієї проблеми мають, утім, не власники найбільшої кількості надточних атомних годинників, а розташована в Парижі Міжнародна служба оцінки параметрів обертання та координат Землі. Керівник національної лабораторії часу Німеччини Роберт Вінандс:

„Держави, об’єднані міжнародною конвенцією, постановили, що тільки ця організація має право корегувати земні годинники. Раніше такими повноваженнями був наділений Папа Римський.”

За матеріалами німецької преси