Часы и время

Лишь 80 лет спустя после Уитстона англичанину Вильгельму Шорту удалось создать электрические часы, но какие! По точности они превзошли все, до того существовавшие.

Особенность часов Шорта заключалась в том, что они имели два маятника. Один — несвободный, или «рабский», как называл его сам изобретатель. Этот маятник управлял работой часового механизма. Другой, свободный, командовал первым, благодаря чему оба маятника качались в такт.

«Командир» этот находился прямо-таки в идеальных условиях для работы: в глубоком подвале, защищенный от сотрясений, при постоянной температуре. Мало того, для уменьшения сопротивления при качании маятника воздух из футляра часов частично выкачивался. Связь между двумя маятниками была электрическая, с участием электромагнитов.

Часы Шорта получили название астрономических, так как использовались в обсерваториях для сохранения точного времени. Они шли в 100 раз точнее самых лучших механических часов и за сутки могли ошибиться всего на две тысячных доли секунды.

Много лет спустя российский изобретатель Феодосий Михайлович Федченко разработал электрочасы, которые шли в 10 раз точнее часов Шорта. Но оказалось, что и это еще далеко не предел.

Были созданы часы, в которых роль маятника выполняет пластинка из минерала кварца, пьезокварца. Ученые выяснили, что если к такой пластинке подвести переменный электрический ток, то в ней возникают колебания. Причем частота этих колебаний остается неизменной.

Кроме пьезокварца в часах должны быть электронные приборы и специальный электромотор. Колебания пластинки с помощью приборов рождают электрический ток, который передается мотору, и тот двигает стрелки часов. А поскольку частота колебаний кварцевой пластинки, как уже говорилось, исключительно постоянна, то и погрешность хода часов крайне мала. За 100 лет работы кварцевые часы могут отстать или уйти вперед лишь на 3–4 секунды!

Электронные или механические?

Особенно непросто оказалось создать карманные и наручные электрочасы. Надо было оставить в них баланс и стрелочный механизм, а вместо заводной пружины использовать электрический привод, двигатель, конечно, миниатюрный, работающий от столь же миниатюрной батарейки.

Но беда заключалась в том, что не существовало еще достаточно маленьких батареек. Только в 1920 году французским часовщикам удалось сделать первые электрические карманные часы.

Прошло еще 35 лет, и в той же Франции появились наручные электрические часы. А лет десять спустя они уже выпускались тысячами.

Не все было хорошо в этих часах. Их батарейкам приходилось подключаться к приводу и затем отключаться от него до 150 раз в минуту. В год это примерно 80 миллионов раз! Места подключений, контакты, не выдерживали такой огромной нагрузки и довольно быстро выходили из строя.

Этот недостаток удалось устранить только при помощи микроэлектроники, когда радиодетали уменьшились чуть ли не до микроскопических размеров.

Стало возможным создать кварцевые наручные часы. В небольшом корпусе смогли разместиться и пьезокварц, и вся необходимая электроника. Есть электронные часы со стрелками, есть с цифровой индикацией, в которых время высвечивается на циферблате.

Когда электронные наручные часы стали привычными и широко распространились, казалось, что механическим скоро придет конец, что они безнадежно устареют с их сложным и тонким механизмом. Казалось, что электронные часы вне конкуренции. Они проще в изготовлении и к тому же способны на очень многое, например, сообщать прогноз погоды, объявлять курс валют, служить радиоприемником. Да мало ли что еще можно добавить в этот умный приборчик на руке.

Однако шло время, а механические наручные часы и не думали исчезать. Напротив, они становились все совершеннее. Часовые фирмы Швейцарии, США, Франции, Германии, Японии научились делать изумительно красивые, удобные и точные механические часы. Появились особо редкие, раритетные, модели наручных часов, которые выпускаются в нескольких десятках экземпляров и даже в единственном.

Иметь на руке дорогие, наилучшие, элитные часы стало престижным. Не только по костюму, но и по марке часов сразу можно определить, насколько успешен в жизни их владелец, чего он смог добиться.

Время показало, что механические и электронные наручные часы не конкуренты друг другу. Каждые удобны по-своему. И те и другие необходимы.

Атомная точность

Уж до чего точны кварцевые часы, но атомные — несравнимо точнее. В них в качестве «маятника» используются колебания атомов и молекул. В первых атомных часах (они были созданы в 1948 году) роль «маятника» исполняли молекулы сильно разреженного аммиачного газа.

В механических часах маятник делает одно-два колебания в секунду, поэтому часовому механизму работать с ним в паре нетрудно. Совершенно другая картина в часах атомных. Здесь частота колебаний достигает десятков миллиардов в секунду. Сразу использовать такую частоту невозможно. С помощью электронных приборов она снижается во много раз, и лишь после этого ток поступает к электромотору, двигающему стрелки.

За сутки аммиачные часы могут допустить ошибку, равную всего нескольким миллионным долям секунды, то есть погрешность измерения времени посредством этих часов меньше одной секунды за тысячу лет!

Но и это еще не самая большая точность. Американские ученые создали часы, в которых используются колебания атомов редкого химического элемента цезия. На одну секунду цезивые часы могут ошибиться только за 10 тысяч лет!

Потом появились рубидиевые атомные часы. Точность их столь же велика, как и цезиевых, но занимают они значительно меньше места. Если цезивые размещаются в шкафу, то рубидиевые можно поместить в чемодане.

А не так давно учеными из Калифорнии были созданы водородные атомные часы невообразимой точности. Их ошибка — одна секунда за 30 миллионов лет!