Сверим часы: разница во времени

Еще в глубокой древности люди догадывались, что время следует за солнцем, и чем дальше двигаться на запад, тем позже будет наступать рассвет, а если двигаться на восток, то все будет ровно наоборот. Но поскольку тогда никто не путешествовал с собственными часами, чтобы сверять их с местным временем, то и далеко идущих выводов из этих наблюдений не последовало.

Даже когда люди оторвались от видимых ориентиров суши и устремились в открытый океан, вычисления географических координат проводились с помощью астрономических параметров, не связанных со временем. Широта определялась по углу солнца в зените, а для определения долготы использовался довольно сложный метод лунных расстояний, требовавший одновременного проведения сразу трех наблюдений: высоты Луны над горизонтом, высоты Солнца (или другой звезды) над горизонтом и углового расстояния между ними.

Эти замеры не всегда удавалось проводить точно, представление о долготе у первых мореплавателей было крайне приблизительное, поэтому неудивительно, что их каравеллы зачастую долго плутали. А тех, кому повезло не заблудиться, иногда подстерегали шокирующие открытия.

Обогнать сутки

Итальянский дворянин Антонио Пигафетта, участвовавший в первом кругосветном плавании и ведший подробный дневник до самого возвращения на родину, описал странный эпизод, случившийся уже после убийства Магеллана на Филиппинах. Когда остатки команды на последнем уцелевшем корабле обогнули мыс Доброй Надежды и плыли вдоль западного побережья Африки, 9 июля 1522 года они были вынуждены высадиться на островах Зеленого Мыса, чтобы пополнить припасы. Пигафетта как главный хроникер экспедиции особенно интересовался календарем: «Чтобы определить, не ошиблись ли мы в счете дней, мы поручили сошедшим на берег спросить, какой сегодня день недели; они выяснили у жителей острова португальского происхождения, что сегодня четверг. Это нас сильно удивило, так как, по нашему мнению, была только среда. Мы не могли поверить, что ошиблись; я же был удивлен более других, поскольку, пребывая всегда в добром здравии, отмечал каждый день без исключения, описывая все события дня».

Впрочем, тут же Пигафетта сделал правильный вывод, что поскольку они плыли все время на запад и вернулись к тому же месту, то где-то они должны были выиграть 24 часа.

Вскоре из этого последовали практические выводы. В 1530 году голландский ученый Гемма Фризиус придумал метод определения долготы с помощью часов. Было замечено, что при каждом повороте Земли на 15о (один меридиан) время полудня сдвигается на один час вперед с востока на запад. Если замерить точное время в порту отправления, а затем сравнивать с солнечным временем в пути, то разница и будет составлять координаты долготы. Естественно, механизм для такого измерения должен быть максимально точным: в районе экватора отставание часов на несколько минут может дать погрешность в сотни морских миль.

Когда Великобритания захватила гегемонию в океане, в 1675 году по указу Карла II в лондонском пригороде Гринвиче была основана обсерватория специально для уточнения жизненно важных для мореплавателей координат, в первую очередь эталонного времени. А в 1713 году английский парламент объявил так называемый Акт о долготе — награду в 20 тысяч фунтов (4 миллиона на современные деньги) тому, кто представит реально точные часы королевскому флоту. В 1735 году часовщик-самоучка Джон Гаррисон смастерил первый морской хронометр Н1, показавший в испытательном плавании на паруснике «Центурион» из Лондона в Лиссабон лишь незначительное отклонение. Гаррисон продолжил работу и создал еще четыре экземпляра морских хронометров, вошедших во все учебники часового дела. Заслуженную награду от Комиссии долгот за модель Н5 мастер получил, наконец, в 1772 году, когда ему исполнилось 80 лет.

Пара минут

Хотя на планете оставалось все меньше белых пятен, вопрос меридианного времени по-прежнему считался проблемой моряков и совсем не волновал обитателей суши, за исключением разве что астрономов, поскольку им нужно были синхронизировать наблюдения. В 1785 году с помощью аккуратной перевозки через Ла-Манш восьми хронометров, изготовленных Джоном Арнольдом, была установлена точная разница долгот между Гринвичской и Парижской обсерваториями: она составила 9 минут 19,8 секунды. В XIX веке хронометры активно перемещали между английскими, немецкими, русскими и американскими обсерваториями, а начиная с середины столетия сигнал точного времени стали передавать по телеграфу.

На радость ученым у людей появилась возможность зажить по точному солнечному времени. При таких скрупулезных наблюдениях разница между «местными» часами в соседних городах могла составлять несколько минут, что зачастую сбивало с толку путешественников.

Чем больше люди путешествовали, тем яснее становилось, что им нужна не астрономическая точность, а унификация. В 1825-м в Англии был пущен первый пассажирский поезд. Развитие железных дорог в стране в конце концов привело к осознанию необходимости единого стандартного расписания, и к 1850 году все поезда в стране стали ходить по времени Гринвича, на которое вскоре были переведены и городские часы.

Хуже ситуация была в континентальной Европе, где голландские поезда ходили по времени, принятому в Амстердаме, а бельгийские — в Брюсселе. В Германии же местные астрономы получали особо садистское удовольствие, заставляя железнодорожников сверять свои часы с фактической разницей долгот в разных городах, например в Берлине и Мюнхене, для чего на станциях устанавливались специальные столбы с рисками, показывающими разницу в минутах.

Если подобные проблемы донимали жителей компактной Европы, то что уж говорить о транспортной системе США и Канады. Впрочем, в Западном полушарии мыслили прогрессивно. В 1869 году в Нью-Йорке прошел съезд железнодорожников, итогом которого стал проект «системы национального времени», практически идентичный современной поясной. Территорию США предлагалось расчертить на 4 меридиана с разницей в один час, чтобы при переходе из одного пояса в другой менялась только часовая стрелка, а минутная и секундная показывали одно и то же время. Единственное отличие этой системы заключалось в том, что за точку отсчета предлагалось взять вашингтонский меридиан.

Но поскольку в международной навигации уже давно нулевым меридианом считался Гринвичский, то после долгих споров было решено не множить сущности. В октябре 1884 года делегаты из 25 стран мира собрались на Международную меридианную конференцию в Вашингтоне, итогом которой стало рождение системы мирового поясного времени. Вначале она получила аббревиатуру GMT (Greenwich Mean Time, или Среднее время по Гринвичу), а в конце 1970-х была переименована в UTC, что является видоизменной аббревиатурой Coordinated Universal Time, то есть «Всемирное координированное время».

Сколько в мире часовых поясов

Формально поверхность Земли поделена на 24 часовых пояса, время в которых отличается на один час. Но в реальности существует 37 часовых поясов: еще семь с получасовым и три с 45-минутным шагом, а также два дополнительных пояса UTC+13 и UTC+14, используемые на атоллах Тонга и Кирибати в районе линии перемены дат. В области полюсов меридианы сходятся, поэтому там нет официальных часовых зон. Например, в Антарктиде полярные станции живут по местному времени своих стран.

Обычно нестандартные зоны, не кратные часу, вводятся в удаленных и малонаселенных местах, чтобы больше соответствовать реальному солнечному времени, но есть и исключения, самое значительное из которых — Индия, живущая в поясе UTC+5:30. Существует остроумная версия, почему так получилось. Когда Индия находилась под британским управлением, англичане для быстрого подсчета времени в обеих странах придумали следующий фокус. Если посмотреть на часы в Лондоне ровно в 6 часов вечера, когда стрелки на одной линии, а затем мысленно поменять значения стрелок, то получится 12:30 — время в Дели. И не надо ничего высчитывать.

24 меридиана

Существуют два распространенных заблуждения о Вашингтонской конференции. Первое состоит в том, что проект 24 часовых поясов Земли с точкой отсчета от Гринвича был главной повесткой, а второе — в том, что после принятия резолюции на эту систему сразу перешел весь мир. Оба не соответствуют истине. Во-первых, 24-часовая система гринвичского времени была лишь одним из вариантов обсуждения и никем особо не лоббировалась. Но, безусловно, имел значение тот факт, что на нее еще до начала конференции перешли Великобритания, США, Канада и Швеция. Во-вторых, большинство европейских стран согласились использовать гринвичскую поясную систему только (!) на железных дорогах. И ее категорически отвергла Франция, упорно желающая жить по парижскому времени. Только в 1911 году был принят декрет, утверждающий во Франции и Алжире «парижское среднее время с задержкой на 9 минут 21 секунду», то есть фактически гринвичское время, но «с французским прононсом». И до 1970-х годов Франция жила по времени нулевого меридиана, лишь тогда перешла в пояс UTC+1. В России меридианное время приняли после революции в 1919 году, в стране было установлено 11 часовых поясов.

Как ни странно, но дольше всех введению UTC сопротивлялись астрономы, которым казалось, что местные жители потеряют что-то важное, если минутные стрелки во всех городах выставятся одинаково.

Абсурда истории добавил и пресловутый переход на летнее время, впервые предложенный в 1907 году лондонским строителем Уилльямом Уиллеттом. Для экономии освещения и улучшения настроения соотечественников он рекомендовал переводить часы в апреле на 20 минут вперед каждое воскресенье, а осенью по такой же схеме — на 20 минут назад. Тогда это нововведение подняли на смех, но уже во время Первой мировой войны идея продуктивного использования солнечного освещения нашла своих почитателей, и в Англии впервые был осуществлен перевод стрелок сразу на час.

Отдельное обсуждение вызвала и граница перемены дат, в свое время озадачившая моряков Магеллана. Логично было разместить ее на противоположной стороне от нулевого меридиана, где-то в Тихом океане. Официально линия никак не обозначена и является рекомендательной для государств. Существенный изгиб она делает в районе Берингова пролива, отделяя часовой пояс Аляски UTC−9 от российского крайнего пояса UTC+12. Также сдвигают линию перемены дат на тихоокеанских атоллах. Например, в 1995 году государство Кирибати поменяло часовой пояс островов архипелага Лайн с UTC−10 на UTC+14, чтобы в календарях всех островов Кирибати был один день.

Часы с мировым временем

Первые часы, показывающие время во всех 24 поясах планеты, изобрел швейцарский мастер Луи Коттье. Он родился в 1894 году в городке Каруже под Женевой в семье часовщика. Коттье-старший придумал свою систему исчисления времени в разных частях планеты еще в 1885-м, и считается, что эскизы отца подвигли Луи, открывшего в 1930-х годах собственную мастерскую в Женеве, на разработку модуля мирового времени. Свое знаменитое «кольцо городов» — вращающийся рант с нанесенными на нем названиями мировых столиц, символизирующих соответствующие пояса, — мастер изобрел в 1931 году. И сразу же предложил изобретение четырем крупнейшим женевским часовым фирмам: Patek Philippe, Rolex, Vacheron Constantin и Agassiz. В моделях первого поколения названия городов с Лондоном наверху были напечатаны прямо на циферблате и вращалось только кольцо с 24-часовой индикацией, а в 1940-х годах Коттье доработал систему, сделав кольцо городов вращающимся и добавив для мирового времени отдельную стрелку. Интересно, что сам изобретатель редко покидал регион Женевы и мирно скончался в 1966 году в родном Каруже.

Квантовый триллер

Очевидно, что вращение планеты не является равномерным, поэтому длина солнечных суток имеет расхождение с календарными. В ХХ веке для корректировки UTC использовалось эфемеридное время, основанное не на обороте Земли вокруг своей оси, а на эталонном тропическом годе, а с 2001 года земное время исчисляется атомными часами с программой автоматической корректировки до секунды, чтобы «подтягивать» календарь к реальному солнечному дню.

Многие по-прежнему думают, что мировое время — это рекомендательная система, которую можно менять на свое усмотрение в зависимости от настроения. Однако чем больше мир связывается компьютерными системами, тем острее звучит вопрос их синхронизации, четко привязанной ко времени, не говоря уже о том, что на UTC основана международная система навигации и авиаперевозок.

Естественно, ученые все чаще задумываются о том, как бы вообще отобрать у людей власть над мировым временем и передать ее тому, кто поумнее — тем же компьютерам.

В 2014 году международная группа студентов из Гарварда, Йеля и Института Нильса Бора в Копенгагене опубликовала в журнале Nature Physics работу, посвященную квантовому мировому времени. Идея заключалась в том, чтобы расположить на орбите квантовую сеть часов, синхронизированных с Землей, космосом и друг с другом. Они не только будут знать точное время в каждой точке планеты, но и фактически этой планетой управлять, поскольку на их показаниях будет основываться работа телекоммуникационных сетей, транспорта, военного комплекса, наземных и космических обсерваторий и фондовых рынков. Возникает хороший сценарий для триллера.