Czas to podstawa. Żeby kontrolować złożone procesy technologiczne czy produkcyjne, potrzeba nam dobrej podstawy w postaci wzorca czasu. Gdyby nie pomiar czasu, nie wiedzielibyśmy nawet, że czas płynie, a już tym bardziej - że nam ucieka! Od najdawniejszych czasów ludzie odczuwali upływ czasu. Tak jak dziś, tak i w przeszłości człowiek pierwotny dostrzegał upływ czasu dzięki obserwacji zjawisk okresowych.
Taka okresowa podstawa czasu musi być stabilna i użyteczna. A to rzadkie. Weźmy na przykład ludzkie ciało. Jest rytm bicia serca, ale jego tempo zmienia się w trakcie wysiłku. Dlatego tętno nie jest stabilne. Dlatego na przykład ssaki regulują swój cykl dobowy za pomocą jąder nadskrzyżowaniowych - grup neuronów ulokowanych tuż nad skrzyżowaniem nerwów wzrokowych. To nasz nadrzędny zegar. Za główny rytm snu - czuwania odpowiada złożony mechanizm komórkowy. W uproszczeniu: gen produkuje substancję, która w powiązaniu z innymi tworzy kompleks. Kompleks ten z kolei hamuje ekspresję genu, od którego zależy jego produkcja. Z czasem blokada się rozpada. Tak tworzy się pętla ujemnego sprzężenia zwrotnego. Całość trwa około 24 godzin. Oczywiście jak każdy zegar także ten wymaga dostrajania. Nieprzypadkowo jądra nadskrzyżowaniowe obsiadły nerwy wzrokowe. Dzięki temu mogą być dostrajane przez naturalny rytm dnia i nocy.
Mechanizm zegara biologicznego jest delikatny. Życie w dużym mieście, oświetlanym sztucznym oświetleniem, może go całkowicie rozregulować. Dobra miara czasu musi się opierać na innych zjawiskach. Stabilność zapewni im symetria. Proces fizyczny, który odmierza czas, musi być powtarzalny. Jeśli nagramy go na filmie i puścimy w odwrotnym kierunku, nie powinniśmy dostrzegać oczywistych różnic. Taki warunek - na mocy zasady wyprowadzonej przez wybitną niemiecką matematyczkę prof. Emmę Noether - spełniają zjawiska, które zachowują energię.
Od razu widać, że zjawisk idealnie zachowujących energię nie ma. Zegary mechaniczne trzeba nakręcać - albo ponownie skręcając sprężynę, albo dźwigając ciężarki, które zdążyły już opaść. Zegary kwarcowe przestają pracować, kiedy wyczerpie się bateria. Owszem, wynaleziono niezwykle sprytny mechanizm samonakręcania zegarków ręcznych w trakcie machania rękami Ale jeśli właściciel jest leniwy, nawet to nie pomoże. Dlatego znakomitym wskaźnikiem czasu są ciała poruszające się w przestrzeni kosmicznej. W kosmosie przynajmniej nie ma tarcia.
To dlatego już od starożytności (a może i od prehistorii?) ludzie patrzyli w niebo. Najbardziej interesowały ich dwa ciała niebieskie - Księżyc i Słońce. W regionach międzyzwrotnikowych preferowano Księżyc, a na dużych szerokościach geograficznych wybierano Słońce. Ruch Słońca po nieboskłonie blisko równika jest nad wyraz nudny. Dzień trwa z grubsza 12 godzin przez cały rok, a Słońce zasadniczo wędruje nad głową. Za to w nocy, kiedy jest chłodno i kiedy najczęściej podróżują karawany, Księżyc jest doskonale widoczny. Dlatego pierwsze stabilne miary czasu opierały się na tzw. kalendarzach lunarnych.
Cywilizacje północy Europy z kolei chętniej wyznaczały rok za pomocą kolejnych przesileń i równonocy. Ruch Słońca jest na tych obszarach wyraźnie zróżnicowany, a w rejonach podbiegunowych Słońce albo znika na całe dnie, albo nigdy nie zachodzi. Pory roku rządzą cyklami uprawy roli i migracji (bo kiedy przychodzą roztopy, drogi stają się nieprzejezdne), a więc kalendarz solarny staje się wygodniejszy. Oczywiście na styku cywilizacji pojawia się konieczność stosowania obu tych kalendarzy. Od faz Księżyca pochodzi nasz siedmiodniowy tydzień oraz użyteczna miara upływu czasu wewnątrz roku (dawny "miesiąc" to po prostu Księżyc). Natomiast dzień czy rok - ich długość i podział na pory - wyznaczone są cyklem solarnym.
Znakomicie ilustruje to kalendarz chrześcijańskich świąt kościelnych. Da się w nim wyróżnić dwa cykle. Datę Bożego Narodzenia ustalono w IV w. po Chrystusie. W owym czasie 25 grudnia był dniem zimowego przesilenia (dziś wypada ono 21 lub 22 grudnia). Wszystkie daty świąt związanych z Bożym Narodzeniem - Zwiastowanie, Adwent, a także Objawienie Pańskie (znane jako święto Trzech Króli) - są więc stałe. Za to cykl paschalny, odliczany względem Wielkanocy (Wielki Post, Triduum Paschalne, Zesłanie Ducha Świętego, ale też Boże Ciało) nadal zachowuje ruchomy charakter cyklu lunarnego. Zresztą żydzi czy muzułmanie stosują tylko kalendarz lunarny.
Kiedy zaczął się czas? I jak się skończy? Czy potrafimy dotrzeć do jego początków? Czytajcie we wtorek w "Nauce dla Każdego"
Materiał promocyjny
Materiał promocyjny
Materiał promocyjny
Dzisiejsza gazeta (e-wydanie)
