Laikrodžių evoliucija

Laikrodžių evoliucija

Laikrodis – dažniausiai su valandas ir sekundes žyminčiomis rodyklėmis – simbolizuoja reikšmingą laiko virsmą, nesustojantį laiko ratą. Metams baigiantis šis visiems atpažįstamas simbolis sutinkamas bei prisimenamas dažniau nei bet kada.

Sakoma, jog laikas – pinigai. Tačiau pačių laikrodžių istorija yra labai ilga, bet kartu ir žavi. Laiko stebėjimas buvo vienas iš ankstyviausių žmonijos poreikių ir nuo senovės civilizacijų buvo nueitas išties labai ilgas kelias. Į klausimą, kas yra laikas, žmogus siekė atsakyti įvairiais amžiais. Pažinti laiką, išmokti jį skaičiuoti ir valdyti nuo seno bandė visos išsivysčiusios civilizacijos.

Laiko matavimas pasaulyje prasidėjo nuolatinių dienos ir nakties kaitų stebėjimu. Vėliau laikui matuoti žmonės panaudojo mėnulio fazių keitimosi periodą – mėnesį. Neatsitiktinai sanskrito, graikų, lotynų kalbose mėnesio pavadinimas susijęs su žodžiu „matuoti“. Tačiau mėnulis turi vieną ydą: jo fazių pasikeitimo skaičius per metus truputį didesnis negu 12. Dėl to žemės darbai, religinės šventės, dažnai siejamos su metų laikais, atsidurdavo ne laiku ir ne vietoje.

Pirmasis žmonių išrastas laiko matavimo prietaisas buvo kalendorius. Yra trys primityviųjų kalendorių rūšys. Tai – Mėnulio, Mėnulio ir Saulės ir Saulės kalendoriai.

Pirmieji Mėnulio kalendoriai buvo tiesiog ant mamuto kaulų sužymėtos mėnulio fazės. Jie pradėti naudoti maždaug prieš 35 tūkstančius metų. Kaule būdavo padaryta 12 rėvų, kurios žymėdavo mėnesius. Rėvose – įpjautos parų žymos. Kasdien žmogus, perkeldamas medinį kaištuką rėvose, skaičiuodavo dienas.

Kas išrado laikrodžius?

Remiantis istoriniais įrašais ir archeologiniais radiniais, pirmuosius laiko skaičiavimo prietaisus sukūrė senovės egiptiečiai.

Šešėlio krypties saulės laikrodžiai atsirado maždaug III–II tūkstantmetyje prieš Kristų. Šiais prietaisais laikas buvo matuojamas šešėlio kryptimi horizontalioje ar vertikalioje plokštumoje. Tam tikslui buvo naudojami statūs, lygioje vietoje stovintys stulpai, kurių šešėlis, saulei keliaujant dangaus skliautu, sukdavosi tarsi rodyklė apie jų pagrindą. Rodykles, vadinamuosius gnomonus, tada atstojo milžiniški obeliskai.

Saulės laikrodžiai taip pat buvo sukurti maždaug tuo metu, III tūkstantmetyje prieš Kristų, ir gan tiksliai matavo laiką – bent jau tada, kai buvo saulėta.

Atliekant archeologinius kasinėjimus Egipte, buvo rastas tikslus šio laikrodžio aprašymas. Laikrodį sudarė du tiesūs strypai, tiksliai orientuoti šiaurės ir pietų bei vakarų ir rytų kryptimis. Pirmasis strypas – gnomonas. Pagal jo šešėlio padėtį skylučių, išgręžtų antrajame strype, atžvilgiu ir buvo matuojamas laikas.

Kada Lietuvoje buvo panaudoti pirmieji saulės laikrodžiai, deja, žinių nėra. Skaičiuojama, jog vienas seniausių saulės laikrodžių, išlikusių iki mūsų dienų, buvo 1682 metais įrengtas Šiauliuose – Šventųjų Petro ir Povilo bažnyčios pietinėje sienoje.

Pamažu atsirado ir kitokių, labai sudėtingų saulės laikrodžių. Buvo sukonstruotas net saulės laikrodis žadintuvas. Šio šešėlio krypties saulės laikrodžio lęšis nukreipdavo saulės spindulius į vieną patrankėlės tašką ir nustatytu laiku – dažniausiai tai būdavo vidurdienis – uždegdavo paraką. Tada patrankėlė iššaudavo, skelbdama vidurdienį. Šis neįprastas mechanizmas buvo pagamintas Vokietijoje XIX amžiuje.

Vandens tėkmė

Sumanieji egiptiečiai taip pat sugebėjo sukurti pirmąjį vandens laikrodžio pavyzdį, kuris, remiantis archeologiniais duomenimis, pirmą kartą buvo panaudotas Amun-Re egiptiečių civilizacijos. Vėliau vandens laikrodžių idėją perėmė senovės graikai ir pavadino juos klepsidromis – lotyniškai tai reiškia „vogti vandenį“. Skirtingai nuo saulės laikrodžio, vandens laikrodis galėdavo veikti tiek dieną, tiek naktį. Šie ankstyvieji laiko skaičiavimo prietaisai buvo gana primityvūs. Juos sudarė vandens rezervuaras su maža skylute, įpjauta dugne. Rezervuaru nenutrūkstamai tekėdavo vanduo, o valandos buvo pažymėtos linijomis vandens rezervuaro viduje.

Zhou dinastija tuo pačiu metu sukūrė ir savąsias vandens laikrodžio versijas.

Smėlio laikrodžiai

III amžiuje prieš Kristų atsirado ir dar vienas laiko matavimo prietaisas – smėlio laikrodis. Pirmasis jį aprašė graikų mokslininkas Archimedas. Europoje smėlio laikrodžiai paplito XV amžiuje, kai buvo pradėtas gaminti skaidrus stiklas. Stiklapūčiai išpūsdavo vienalytį, sandarų indą, į jį pripildavo trinto sijoto marmuro, susmulkinto alavo, švino, kiaušinių lukštų, garstyčių ar sorų sėklų. Smėlio laikrodžiais buvo matuojama laiko trukmė, per kurią smėlis išbyra iš vieno stiklinio indo į kitą.

Vis dėlto daugeliui ankstyvųjų laiko matavimo prietaisų buvo būdingos tos pačios problemos. Šešėliniai laikrodžiai ir saulės laikrodžiai neveikė naktį, vandens laikrodžiai buvo netikslūs, nes puikiai žinome, jog vanduo teka skirtingu greičiu, priklausomai nuo aplinkos temperatūros.

Vanduo taip pat turi dar keletą erzinančių savybių: žiemą jis užšąla, o vasarą – greičiau išgaruoja.

Senovės civilizacijos suprato, jog reikėjo laiko matavimo prietaiso, kuris galėtų įveikti net ir šias problemas. Atsakymas, kaip paaiškėjo, buvo mechaninis laikrodis.

Prarasdavo daug laiko

Pirmieji bandymai mechanizuoti laiko skaičiavimą prasidėjo maždaug III amžiuje prieš Kristų Graikijoje. Tai buvo paprastos vandeniu varomos laikrodžių versijos, galinčios perduoti energiją į nepertraukiamą sukimosi judesį.

Tačiau pirmieji tikrieji mechaniniai laikrodžiai pasirodė tik XIII amžiaus pabaigoje – XIV amžiaus pirmoje pusėje. Šiuose ankstyvuosiuose mechaniniuose laikrodžiuose buvo naudojamas atbulinės eigos mechanizmas su foliotiniu ar balansiniu ratu, kad būtų galima tiksliai stebėti laiką.

Jie buvo įrengiami bažnyčių, rotušių, rūmų bokštuose ir skirti viešai naudoti. Lietuvoje XVII amžiuje Vilniaus bokšto laikrodžiui mechanizmą sukūrė laikrodininkas Aleksandras Helmanas.

Vienas iš svarbiausių ankstyvųjų mechaninių laikrodžių variklių buvo svarsčiai. Kitas reikšmingas variklis, išrastas XV amžiuje Italijoje, – eigos spyruoklė. Pirmąsias spyruokles, susuktas iš ilgų plieninių juostų, tekdavo prisukti net kelis kartus per parą. XVI amžiaus pradžioje vokiečių meistras Peteris Henleinas šį prietaisą taip patobulino ir sumažino, kad spyruoklė tilpo 6 centimetrų skersmens dėžutėje ir prisukta veikdavo 40 valandų.

Nors šiandien gali skambėti kiek keistai, bet tuo metu tai buvo pažangiausi laiko skaičiavimo prietaisai – net jei būdavo prarandamos geros dvi valandos per dieną.

Švytuoklinis laikrodis, pakeitęs viską

Tikrą revoliuciją laiko skaičiavime XVII amžiaus antroje pusėje sukėlė švytuokliniai laikrodžiai. Išradus švytuoklę, laikrodžio tikslumas pagerėjo net 100 kartų! Nuo tada laikas pradėtas matuoti švytuoklės svyravimų periodais. Laikrodį su švytuokle galima rasti jau Leonardo da Vinčio brėžiniuose, tačiau didžiausi nuopelnai, išrandant tokį laikrodį, priskiriami italų mokslininkui Galilėjui. Jis 1636 metais paruošė pirmojo švytuoklinio laikrodžio projektą.

Tačiau vieną didžiausių laikrodžio dizaino naujovių 1657 metais pristatė žymus olandų fizikas, matematikas ir astronomas Kristianas Hiuigensas. Jo švytuoklinio laikrodžio konstrukcija buvo daug tikslesnė ir greitai išplito visoje Europoje. Jis pagamino pirmąjį veikiantį šio tipo laikrodį ir sugalvojo reguliatorių, kurio švytuoklė ne svyruotų, bet suktųsi lanku horizontalioje plokštumoje.

Tais pačiais metais jis patentavo savo prietaisą, o švytuoklės ilgus metus buvo tapusios jo aistra. Beje, ši aistra 1673 metais tapo kūnu – K. Hiuigensas išleido garsiąją knygą „Horologium Oscillatorium“, kuri laikoma vienu svarbiausių XVII a. mechanikos literatūros darbų.

Seniausias žinomas K. Hiuigenso stiliaus švytuoklinis laikrodis dabar eksponuojamas Mokslo muziejuje Leidene, Nyderlanduose.

Įvedė laiko balansą

XV amžiuje išradus maitinimo šaltinį, laikrodžiai pirmą kartą galėjo būti nešiojami. Jie palaipsniui mažėjo, kol XVII amžiuje pirmą kartą dienos šviesą išvydo kišeniniai laikrodžiai.

Dėl švytuoklės pagerėjus laikrodžių tikslumui, jie buvo pradėti naudoti ir vykdant mokslinius tyrimus bei astronominius stebėjimus. Tačiau tokie prietaisai veikdavo tik stabilioje padėtyje – pakabinti ant sienos, pastatyti ant stalo ar grindų, todėl jų nebuvo galima nešioti, judinti. Reikėjo sukurti tokį mechaninio laikrodžio reguliatorių, kuris, esant bet kokiai laikrodžio padėčiai, rodytų tikslų laiką. Tai padaryti pavyko išradus nešiojamų ir stacionarių mechaninių laikrodžių reguliatorių – balansą.

XIX amžiaus pabaigoje Šveicarijoje buvo sukurtas balansinis laikrodis. Jo veikimo principas toks pat, kaip ir švytuoklinio, tik balansinis laikrodis rodo laiką bet kurioje padėtyje. XVIII–XIX amžiuje balansiniai laikrodžiai buvo intensyviai tobulinami. Juose pradėta naudoti sekundinė rodyklė.

Pirmasis ir turbūt svarbiausias švytuoklinio laikrodžio eigos mechanizmo patobulinimas buvo padarytas Anglijoje: čia 1670 metais Viljamas Klementas pagamino pirmąjį švytuoklinį laikrodį su nuleistuko mechanizmu.

Nuleistukas yra tarpinė grandis, kuri jungia švytuoklę su krumpliaračių pavara ir varikliu. Švytuoklės valdomas nuleistukas palaikė jos svyravimus ir vykdė eigos rato reguliavimą.

Išradus subalansuotą spyruoklę žymiai pagerėjo laikrodžio tikslumas. Nepaisant šio laimėjimo, švytuokliniai laikrodžiai išliko vienu tiksliausių laikrodžių modelių net ir 20 amžiuje.

Tai buvo tol, kol nebuvo sukurti kvarciniai osciliatoriai ir atominiai laikrodžiai.

Mikroelektronika sparčiai pradėjo skintis kelią šeštajame dešimtmetyje. Tai lėmė, kad kvarciniai laikrodžiai tapo kompaktiškesni ir daug pigesni gaminti. Aštuntajame dešimtmetyje tai tapo pasaulyje dominuojančia laikrodžių ir rankinių laikrodžių technologija.

Atominis laikrodis yra tiksliausias laikrodis iš visų laikrodžių. Šiuose laikrodžiuose skaičiuojami šviesos virpesiai, atsirandantys atomuose. Šiuolaikinis atominis laikrodis su cezio atomais išlaiko 1 sekundės tikslumą 15 milijonų metų. Šiandien kiekvieno naudojamas laikas remiasi vidutiniu viso pasaulio atominių laikrodžių laiku. Pirmasis toks laikrodis buvo sukonstruotas JAV 1947 m.

Laikas – kasdienybės dalis

O ką mokslininkai gali mums papasakoti apie laiką?

Laiko tėkmė spartesnė jūsų veidui nei pėdoms, jei tuo metu stovite. Remiantis Alberto Einšteino reliatyvumo teorija, kuo arčiau Žemės centro esate, tuo lėčiau eina laikas, – šis ryšys jau yra išmatuotas. Pavyzdžiui, įkopus į Everesto viršukalnę metai tampa 15 mikrosekundžių trumpesni nei būnant jūros lygyje.

Kai Žemėje karaliavo dinozaurai, metus sudarė beveik 370 dienų. Žemės sukimasis lėtėja, nes Mėnulio gravitacija veikia kaip stabdis. Taigi diena per šimtmetį pailgėja apie 1,7 milisekundės.

Ar žinojote, jog fizikos pasaulyje sąvokos „dabar“ tiesiog nėra. Erdvė ir laikas – tai lyg skystis, veikiamas gravitacijos ir netgi mūsų pačių greičio. Kaip sakė A. Einšteinas, fizikai praeitį, dabartį ir ateitį vertina kaip nuolatinę, tačiau vis dėlto iliuziją.

Kadangi šviesai pasiekti mus prireikia laiko, viskas, ką matome, jau likę praeityje. Saulė, kurią galime išvysti dangaus skliaute, yra 8 minučių ir 20 sekundžių senumo, o šviesa, kurią skleidžia kaimynystėje esanti Kentauro proksimos žvaigždė, mus pasiekia būdama apie 4 metų senumo!

Atmintyje išliekančios naujos patirtys neabejotinai atrodo ilgesnės nei tos, kurios mums jau yra pažįstamos. Šis įdomus fenomenas žinomas keistumo efekto pavadinimu. Taigi atrodo, kad laikas senstant ima lėkti greičiau, nes vis daugiau dalykų mums jau yra pažįstami.

 

Jūsų komentaras

Sponsored Video

Daugiau leidinio naujienų