Opýtali sme sa na to Františka Kundracika z Matematicko-fyzikálnej fakulty UK v Bratislave.
Čas pestovania
Staroveké civilizácie odpozorovali striedanie dňa a noci a všímali si tiež pohyb Slnka po oblohe. Vďaka tomu začali určovať dni. Fázy Mesiaca im zasa pomáhali deliť čas na mesiace a striedanie ročných období na roky. Postupne ľudia vynašli rôzne spôsoby merania času, jedno ich však spájalo – všetky vynálezy merali čas na základe pravidelne sa opakujúcich prírodných dejov.
Čas a ročné obdobia začali byť pre ľudí dôležité vtedy, keď sa začali zaoberať poľnohospodárstvom. „Museli totižto vedieť, či už môžu sadiť, alebo ešte neprišla jar v pravom zmysle slova a ide iba o lokálne oteplenie. V literatúre sa najčastejšie spomínajú Egypťania, pretože tí čakali na záplavy Nílu, ktorý pohnojil okolité polia, a bolo pre nich dôležité vedieť, kedy príde záplava. Sledovali hviezdy a vedeli, že keď sa objavila na rannej oblohe hviezda Sírius, záplava už na seba nenechá dlho čakať. Už v tom čase vzniklo aj delenie na časový úsek - rok, ktorý trval 365 dní ako ten dnešný. Vedelo sa tiež, že to nie je úplne presná hodnota, ale približne raz za 4 roky takýto kalendár predbieha skutočnosť o jeden deň,“ vysvetľuje fyzik Kundracik.
Sumeri a egypťania
Dôvod, prečo má deň 24 hodín a hodina 60 minút a minúta 60 sekúnd, či prečo je 12 mesiacov, musíme hľadať u starých Sumerov približne vo štvrtom až v treťom tisícročí pred naším letopočtom.
„Sumeri používali šesťdesiatkovú sústavu, lebo číslo 60 sa dá presne rozdeliť na polovice, tretiny, štvrtiny, pätiny aj šestiny. Tento systém ľahko deliteľných čísiel sa používal pri delení roka na dni alebo rozdelení kruhu a ekliptiky na úseky s dvanástimi dvojhodinami, čím vznikol zvieratník, v ktorom každému znaku prináleží 30 stupňov.“ Počítanie na množstvo 12 bolo odjakživa populárne. Mali sme 12 mesiacov, 12 znamení zvieratníka, 12 apoštolov.
Dvanástka - tucet, boľa obľúbeá miera aj v našich končinách. Existujú mnohé teórie, prečo má deň 2x12 hodín. Jedna z nich hovorí o tom, že je to preto, že staroveké civilizácie počítali na prstoch. Najprv však nespočítavali celé prsty, ale iba ich jednotlivé články. Ak otvoríte ľavú dlaň a špičkou palca spočítate jednotlivé články zvyšných prstov, dostanete číslo 12. Dvanásť hodín cez deň a 12 v noci a máme 24-hodinový deň.
Priestupný rok
To, že rok má 365 dní, sa učia už prváčikovia. Tropický rok, teda čas, za ktorý obehne Zem okolo Slnka, je však viac ako 365 dní, presne 365,24219 dňa. Kalendárny rok je teda približne o štvrtinu dňa kratší ako tropický rok. Tento rozdiel potrebujeme z času na čas, presnejšie raz za štyri roky, vyrovnať. „Pre začiatok pestovateľského obdobia je kľúčový prvý jarný deň. Preto chceme, aby bol tento deň každý rok v rovnakom čase. Keďže však tropický rok nemá presne 365 dní, za štyri roky sa nám nazbiera jeden celý deň navyše. Ak by nebol priestupný rok a tento deň by sa nepridal k 28-dňovému februáru, tak by sa mohlo stať, že sa jar postupne presunie do leta, a to by bol poriadny zmätok.“ Priestupný rok sa zaviedol už v rímskom juliánskom kalendári, no ani toto počítanie nebolo celkom presné, pretože na konci každého roka nezostávala presná štvrtina dňa, ale iba 0,24219. Čo s tým?
„Za stáročia sa takto nazbierali niekoľko dňové nepresnosti. Gregoriánsky kalendár v r. 1582 preto vykonal ďalšiu úpravu, aby sa opravila časová chyba, ktorá sa nazbiera za sto rokov. Napriek tomu, že stovka je násobok štvorky, celé storočia nie sú priestupnými rokmi,“ opisuje terajší kalendárny systém Kundracik. Ani to však nie je celkom presné počítanie, pretože za tisíc rokov dôjde k posunu o 7,81 dňa, ktoré budú oproti skutočnosti navyše. „Preto napriek tomu, že storočia nie sú priestupné, tak každé štvrté storočie predsa len priestupné je. Preto roky 1700, 1800 a 1900 neboli priestupné, ale rok 2000 bol.“ Takto sa vyrovnávajú rozdiely medzi tropickým a kalendárnym rokom.
Priestupná sekunda
Tak ako sa raz za štyri roky pridá jeden deň do kalendára, tak sa občas, avšak v nepravidelných intervaloch, v systéme atómového merania času UTC od roku 1972 pridá alebo uberie jedna sekunda. „Naše dni sú odvodené od priemerného času rotácie Zeme okolo vlastnej osi, ale aj tá sa mení. Môže sa zrýchľovať alebo spomaľovať v závislosti od toho, ako je rozložená hmota na povrchu a vo vnútri Zeme. Napríklad ľadovce na póloch tvoria určitú hmotu. Ak by sa roztopili, tak by sa hmota presunula do oblasti rovníka a Zem by sa trošičku spomalila.“
Taktiež vtedy, keď sa udeje nejaké veľké zemetrasenie a dôjde k presunu hmoty v Zemi, jemne sa zmení aj rýchlosť jej rotácie, čím sa čas priemerného dňa zmení. V praxi to znamená, že podľa potreby sa sekunda ku dňu buď pridá, alebo z neho uberie. Nazývame to priestupná sekunda.
Letný a zimný čas
Od dnes teda opäť platí zimný čas, ktorý je prirodzený. Letný čas prvýkrát zaviedli v r. 1916, a aj to iba v niekoľkých krajinách Európy. Na území Československa fungoval letný čas s prestávkami od 40. rokov, každoročný letný čas sa zaviedol až v r. 1979. „V minulosti bola energia drahá, takže posúvanie hodín, aby sa nemuselo toľko svietiť, malo zmysel. Dnes podľa odhadov ušetrí letný čas iba 0,5 % spotreby energie, čo je zanedbateľné. Preto sa často diskutuje o tom, či sa zmena času zruší, alebo nie,“ uzatvára rozprávanie o čase fyzik.
Najpresnejšie hodiny riadia atómy
Atómové hodiny sa stali najpresnejšími hodinami sveta. Merajú čas pomocou rezonančnej frekvencie atómov. „Presné meranie času ovplyvňovala teplota či vlhkosť. Preto ľudia našli niečo, čo neovplyvňujú žiadne vonkajšie podmienky. Boli to procesy v atómoch. Funguje to tak, že zo zahriateho cézia, rubídia či yterbia sa uvoľňujú atómy a vyrobí sa technické zariadenie, ktoré dokáže merať pravidelné kmitanie týchto atómov. Napríklad atóm cézia (Cs) spraví 9 129 631 770 kmitov za sekundu. Sú to najpresnejšie hodiny, pretože atómy sa správajú rovnako, či je teplo, zima, či vlhko. Dnešné najmodernejšie atómové hodiny sú také presné, že aj keby išli 15 miliárd rokov, ich odchýlka od skutočného astronomického času by nepresiahla ani minútu,“ prezrádza fyzik Kundracik. Atómový čas je nesmierne dôležitý napríklad pri GPS zariadeniach, ktoré určujú vašu polohu na základe merania času potrebného na prechod rádiového signálu zo satelitu k vám. Nepresné meranie času by navigáciu znefunkčnilo.
Čo je to čas?
Ľudia vnímajú čas ako následnosť medzi dejmi. „To znamená, že ak má niečo príčinu, bude to mať o nejaký čas aj následok. Ak zapnem varič, o chvíľu sa začne variť voda. Čas vnímame ako niečo, čo ide mimo nás, ale vieme, že všetko má poradie. Dcéra sa predsa nenarodí skôr ako matka. Preto je čas viazaný na nejaké deje idúce jeden za druhým. Tomuto plynulému toku ľudia postupne vymysleli meracie jednotky,“ hovorí o tajomnej veličine Kundracik.
Takto sa meral čas
15. storočie p.n.l - Slnečné hodiny
Prastarý spôsob využíval na meranie času rotáciu Zeme, ktorá spôsobuje pohyb Slnka po oblohe. To pomocou tienidla vrhá tieň a ten ukazuje čas. Jedno z prvých zariadení, ktoré prostredníctvom tieňa určovalo čas, pochádza z Egypta približne z roku 1500 p. n. l. Často sa využívali nástenné slnečné hodiny, ktoré sa nachádzali na fasádach budov.
15. - 14. storočie p.n.l - Vodné hodiny
V istom okamihu začali mať ľudia potrebu merať čas, aj keď je zamračené alebo je noc. Začali preto vymýšľať iné metódy merania času, ako boli slnečné hodiny. Vodné hodiny fungovali tak, že z nejakej nádoby kvapkala voda v pravidelnom intervale do inej nádoby. Nevie sa presne, kde sa prvýkrát použili, často sa však spomína Babylon a Čína. S obľubou sa však používali najmä v starovekom Grécku, kde ich nazvali klepsydra – zlodejka vody. Pomocou nich napríklad vymedzovali rovnaký čas obhajoby pre obe strany zúčastnené na súde.
150 p.n.l - 335 n. l - Presýpacie hodiny
Sú založené na podobnom princípe ako vodné hodiny, akurát v nich hlavnú úlohu nehrá voda, ale piesok. Na meranie času využívajú jeho pohyb spôsobený zemskou príťažlivosťou. Presýpacie hodiny sa skladajú z dvoch nad sebou umiestnených sklenných baniek, ktoré sú spojené úzkym hrdlom, cez ktoré piesok putuje z hornej banky do dolnej.
520 - Sviečky
Meranie pomocou sviečky fungovalo tak, že sa čas meral na základe zisťovania úbytku zhoreného vosku či parafínu. Niektoré sviečky mali na sebe stupnice, ktoré pomáhali určiť časové jednotky. Takéto meranie ovplyvňovali rôzne rušivé vplyvy, ako napríklad vietor. Sviečky sa s obľubou používali v stredoveku v našich zemepisných šírkach, najmä v kostoloch a kláštoroch.
13. - 14. storočie - Mechanické hodiny
Prvé mechanické hodiny so závažím a systémom ozubených koliesok regulujúcich chod stroja boli vežové. Nemali ručičky, čas iba odbíjali. Hodiny poháňala tiažová energia klesajúceho závažia, ktoré uvádzalo do pohybu ozubené súkolie. Ručičky pribúdali postupne.
6. - 17. storočie - Kyvadlové hodiny
Princíp kyvadla objavil okolo roku 1600 taliansky astronóm Galileo Galilei. Dostal nápad zostrojiť mechanický stroj, ktorý bude počítať kmity kyvadla a cez prevodové koliesko ukazovať čas. Nikdy však kyvadlové hodiny neskonštruoval. Tie zhotovil až jeho syn Vincenzo a zdokonalil ich Holanďan Christian Huygens. Kyvadlové hodiny sa stali na dlhú dobu hlavným spôsobom merania času.
17. storočie - prenosné hodiny
Takéto hodiny majú v sebe namiesto kyvadla prstenec, ktorý vďaka strunke kmitá okolo svojej osi. Kmity takéhoto prstenca sú oveľa menej ovplyvňované pohybom pri ich prenášaní, než to bolo u kyvadlových hodín.
20. storočie - Kremenné hodiny
Začiatkom 20. storočia sa objavili elektronické merače času. Začala sa éra malých hodiniek. Našli si miesto nielen na ruke, ale aj na prste, krku. Väčšina dnešných hodín v sebe neukrýva ani kyvadielko, ani kmitajúci prstenec, ale kmitajúci kryštál kremeňa, ktorý sa začal používať v roku 1927. Kmity kryštálu sú vyvolané elektrickými impulzami a čas sa meria počítaním kmitov kryštáľu. Tým, že je frekvencia kmitov kryštálu kremeňa veľmi stabilná, sú takéto hodinky v porovnaní s mechanickými oveľa presnejšie.
