Měření času

Přesýpací hodiny

Přesýpací hodiny dřevěné

Sypání písku v přesýpacích hodinách může být použito k měření uplynulého času. Tento děj také konkrétně reprezentuje přítomnost jako prostor mezi minulostí a budoucností.
Čas je jedna ze základních fyzikálních veličin, jíž se měří vzdálenost mezi událostmi na první souřadnici časoprostoru. Čas se dá také definovat jako neprostorové lineární kontinuum, v němž se události stávají ve zjevně nevratném pořadí. Jako takový je podstatnou složkou struktury vesmíru. Je velmi obtížné, až nemožné, si čas nějak představit. Pokusy o pochopení času byly po dlouhou dobu především doménou filosofů, později i vědců. Na povahu a smysl času existuje množství silně odlišných náhledů, a je proto obtížné nabídnout jeho nekontroverzní a jasnou definici. Důležitým pojmem je tzv. šipka času (angl. arrow of time), která určuje smysl (směr) plynutí času, který odpovídá směru rozpínání vesmíru.

Měření času

Čas měříme hodinami. Měřením času se také zabývají hlavně vědci a technici a v minulosti to byl jeden z hlavních úkolů astronomie. Čas má ovšem zásadní význam i pro běžný lidský život, který je z povahy věci časově omezen („nemám čas“), pro organizaci lidské společnosti (kalendář), včetně hospodářství („čas jsou peníze“). Čas byl vždy důležité téma pro spisovatele, umělce a filosofy. Jednotky času kvantifikují délku trvání událostí a intervalů mezi nimi. Pravidelně se opakující události a objekty se zjevně pravidelným pohybem dlouho sloužily jako standardy pro jednotky času – mezi takové očividně pravidelné jevy patří pohyb Slunce po obloze, fáze Měsíce a kmit kyvadla.

Historie

Pro určování denní doby a pro měření kratších (infradiánních) intervalů se využíval (zdánlivý) denní pohyb Slunce, měřený délkou stínu, později gnómonem a slunečními hodinami. Vyspělejší kultury užívaly i vodní hodiny (klepsydra) a od středověku přesýpací hodiny s pískem . Ty byly nejpřesnějším prostředkem na odměřování kratších intervalů až do 17. století.

První mechanické hodiny se podle nejistých zpráv objevily snad ve 12. století, spolehlivé zprávy jsou však až z přelomu 13. a 14. století z anglických a francouzských klášterů. Mechanické hodiny se skládají ze tří částí: 1) oscilátoru, 2) zdroje energie a 3) počítacího a indikačního zařízení. První hodiny užívaly jako oscilátor poměrně nepřesný lihýř, jako zdroj energie závaží a měly i bicí zařízení. Od 14. století se vyráběly přenosné a kapesní hodiny s pružinou, byly ovšem málo přesné. Při pokusech s volným pádem měřil snad Galileo Galilei čas počítáním srdečního tepu a krátce před smrtí zkonstruoval velmi důmyslné hodiny s využitím kyvadla jako oscilátoru (prvku určujícího rychlost chodu hodin).

Kyvadlové hodiny však poprvé realizoval až roku 1657 holandský fyzik Christiaan Huygens, který také o něco později vybavil lihýř pružinou, čímž vznikl nepokoj, přesnější oscilátor, který se hodil i do přenosných a velmi malých hodinek. Přesnost kyvadlových hodin se dále zvyšovala a v 18. století se podařilo změřit nerovnoměrnosti v pohybu Země. Tím byl zdánlivý pohyb Slunce jako časový normál nahrazen mechanickými oscilátory a hodinami.

Ve 20. století se začaly používat i jiné pohony a oscilátory. Nejrozšířenější jsou dnes hodiny s elektrickým pohonem a piezoelektrickým či křemenným (quartzovým) oscilátorem. Ten má vysokou přesnost, nízké výrobní náklady a snadno se propojuje s elektronickými obvody. Pro nejpřesnější měření času se užívají atomové hodiny, využívajících vlastní frekvence pravidelných kmitů při stavovém přechodu atomu cesia. Nejpřesnější světový čas se určuje statistickým průměrem několika set césiových hodin po celém světě.

Nepřesnost (lépe variace chodu) hodin, která činila u prvních lihýřových hodin asi 100 s/den, se u nejlepších kyvadlových hodin snížila na sekundu za rok, u křemenných hodin na sekundu za tisíc let a u césiových hodin za milion let, celkově tedy o 12 desetinných řádů. Měření času a kmitočtu patří dnes k nejpřesnějším měřením vůbec.