Физика времени

Рекордные по точности атомные часы представляют собой сложные технические устройства, использующие самую совершенную электронную аппаратуру и такие приборы, как, например, лазер. Это необходимо для того, чтобы все атомы, участвующие в работе колебательной системы, излучали волны согласованно, чтобы колебания электрического поля в волне можно было четко и без помех считать и переводить в показания на «циферблате».

После создания атомных часов единицей времени — взамен определенной доли суток или года, как это было прежде — стала «атомная секунда». Это промежуток времени, в течение которого в электромагнитной волне, испускаемой в точно определенной линии излучения атома цезия, произойдет 9 192 631770 колебаний *).

_{*) О новейших достижениях в этой области см. статью: Басов Н. Г. и др. Миллион лет с точностью до секунды // Наука и жизнь.-1984.-№ 6 и книгу: Завельский Ф. М. Время и его измерение.- М: Наука, 1987.}

Модель Вселенной

Вернемся в XIV век. Это был век технических изобретений, которые возникали по всей Европе и сразу же входили в жизнь. Усовершенствование часовых механизмов, сооружение все более сложных часов приняло тогда, как говорят историки, характер всеобщего увлечения.

Любопытные часы изготовил в середине XIV века мастер Дж. де Донди из Падуи. Это были не просто часы, а то, что называли астрариумом. Конечно, они показывали время и притом с довольно высокой точностью. Но это еще не все. Астрариум воспроизводил перемещение Солнца, Луны и планет по небесной сфере. И все это в полном соответствии с астрономическими знаниями той эпохи.

Это была вполне удавшаяся попытка построить действующую модель Вселенной, то есть это было воспроизведение Вселенной в действии посредством часового механизма.

Нужно помнить, что в те времена законы движения планет — законы Кеплера — еще не были открыты. Вместо этого имелась описательная система мира, созданная Птолемеем (90—160 годы нашей эры), великим астрономом древности, жившим в Александрии. Она удачно описывала видимые движения планет, но была чрезвычайно сложной и громоздкой.

Согласно Птолемею, планеты двигались по окружностям, центры которых в свою очередь перемещались вдоль других окружностей и т. д. Движение каждой планеты представляло собою сложение нескольких одновременных круговых движений. Эти круговые движения назывались эпициклами.

Птолемей считал, что «наблюдаемые небесные явления воспроизводятся неизменными круговыми движениями». В простейшем случае нужно считать, что Солнце движется вокруг Земли по большой окружности, а планета обращается по малой окружности, центром которой служит Солнце. Но для объяснения всех деталей и тонкостей в видимом движении планет нуж- нужно было добавлять новые окружности — эпициклы. Всего их было для объяснения движений Солнца, Луны и пяти известных тогда планет — Меркурия, Венеры, Марса, Юпитера и Сатурна.

Система была неестественно громоздкой, и вся ее сложность проистекала из того, что Птолемей, как и другие астрономы вплоть до Коперника, считал Землю неподвижной. Земля

находилась у него в центре мироздания. Поэтому систему Птолемея называют геоцентрической.

Но нужно отдать должное системе Птолемея — это была первая и весьма полная система мира, которая с немалой пользой служила людям на протяжении четырнадцати веков.

Многочисленные цепляющиеся друг за друга колеса астрариума воспроизводили эпициклы Птолемея. А вся эта часовая машина представляла собою систему Птолемея «в металле», как говорят инженеры.

Модели Вселенной, подобные астрариуму, наглядным и очевидным образом представляли любому человеку устройство Вселенной.

Система Птолемея — это тоже модель Вселенной. Но в отличие от астрариума, она воспроизводит мир в теоретическом виде — в виде чисел, таблиц, графиков. Она позволяет вычислять наперед пути небесных светил и эти предсказания проверяются потом наблюдениями.

В современной науке тоже строятся модели Вселенной или, как еще говорят, космологические модели. Они описывают уже не Солнечную систему с ее планетами, а весь мир звезд и галактик, ставший доступным астрономическим наблюдениям. Эти модели имеют теоретический, физико-математический характер. Модель Вселенной, созданная в 1922—24 годах в Петрограде замечательным советским математиком и механиком А. А. Фридманом (1888—1925) лежит в основе современной космологии — науки о Вселенной как целом. О ней мы подробно расскажем в главе 10.

Астрономические часы

Часы мастера из Падуи показывают Солнечную систему в действии. Но и Солнечная система в свою очередь — это наши надежные, неизменно действующие часы. А главные наши часы — это сама Земля.

Вращение Земли, регулирующее во времени всю нашу жизнь, совершается с большой равномерностью. Его даже считали идеально периодическим, ибо не замечали никаких признаков замедления или ускорения.