Od slunečních hodin po atomovou přesnost: O vývoji času aneb proč každá sekunda trvá jinou dobu

Určitě se všichni shodneme na tom, že mít k dispozici informaci, kdy zapadne Slunce, je poměrně silná výhoda. Už v pravěku si "lidé" uvědomovali, že čas plyne a některá období trvají zhruba podobně dlouho. Prvním přelomovým bodem byla neolitická revoluce - lidé začali dělat i něco jiného než honit zvířata po lese, vznikaly počátky pěstování a lidský život se uklidnil. Pravděpodobně tento faktor může za vynález prvních hodin - slunečních. Nám teď přijde jasné, že stín se hýbe podle Slunce a že Slunce se na obloze posouvá téměř po přímce. Primitivním civilizacím však poutal pozornost boj o život, a proto až zpomalení doby v neolitu vnuklo lidem myšlenku, jak si svůj život zjednodušovat.

Pravěké začátky

Postupně se začaly objevovat věci, jako "Měsíc se hýbe", "stín se hýbe" a podobné, až se přišlo na to, že Slunce vždy vychází na jedné straně a zapadá na druhé. Tehdy to musel být úchvatný objev, ale pamatujme, stále se nacházíme v době asi 5000 p.n.l. Počátky této pokročilejší civilizace s sebou přinesly i první sluneční hodiny, takzvané gnómony (řecky gnómon = ukazatel). I když se nejstarší našly na území Irska, populární byly především v Egyptě. Běžné sluneční hodiny mají hůlku a kolem ní v kruhu nakreslená čísla (přičemž na polovinu z těch čísel stín nikdy nepadne). V Egyptě to bylo myšlené podobně, akorát místo malé paličky byl obrovský obelisk a místo čísel byla na místo dovlečena nějaká deska, do které se do poloviny (nebo dle potřeby) vyryla čárka. Samozřejmě, kvůli oběhu Země kolem Slunce se nová čárka musela rýt poměrně často a celkově to bylo poměrně nepřesné, ale na potřeby tehdejší doby to postačovalo.

Rekonstrukce gnómonů

Hodiny a minuty

A právě Egypťané byli ti, kteří se rozhodli, že bude fajn mít i menší jednotku než den. Čas, kdy bylo slunce zapadlé, rozdělili na dvanáct částí, a to podobné udělali i s dobou, kdy bylo Slunce nad obzorem. Tady už pravděpodobně v mnohých z vás svitne podezření. Vzhledem k tomu, že Země není plochá, ale je jakž takž kulatá, Slunce bude nad obzorem o něco déle, než když není vidět. Čili i když si to oni sami pravděpodobně neuvědomovali, každá dvacetičtvrtina u Egypťanů trvala jinou dobu. Mimochodem, tento systém byl použit i v Bibli, v novějších výtiscích je to už však převedené.
 
Na scénu přicházejí Řekové, národ, který byl vždy o krok napřed. Pravděpodobně v roce 625 p.n.l. přichází na svět Thalés. O jeho převratných objevech jsme psali už i u nás, dovolíme si však krátké shrnutí. Thalés vnesl světlo do oblasti geometrie a matematiky, určil jeden z filozofických směrů, podal důvod vzniku zemětřesení, ale nejvíce se blýskl na poli astronomie, protože si všiml pár důležitých detailů a přisuzuje se mu i jedno z prvních přesných dělení času. Například asistoval při tvorbě 24 stejně dlouhých hodin a dokázal podle Slunce vypočítat, kdy začne další. Thalés totiž změřil dráhu, kterou Slunce projde, dokud je na obzoru a z ní zjistil úhel. Dosazením do rovnice zjistil, kolik času uběhne, když Slunce nevidíme a následně celou dobu rozdělil na 24 částí. Řekům se připisuje ještě jedno prvenství - jako první definovali ještě něco kratšího než hodinu. První verze minuty vychází z Thaletova měření a trvá, než Slunce nepřejde jeden stupeň na obloze, čili asi jako čtyři naše minuty.

Thalés z Milétu

Objevy nové doby

Postupem času se však požadavky lidí měnily a ve středověku již tomu bylo úplně jinak než ve starověku. Z toho titulu se proslavil i perský matematik Al-Biruni. Ten v roce 1000 zavedl velké množství časových jednotek. Uznány byly už i minuty, které byly tak jako dnes 1/60 hodiny. Přesně tak fungovaly i jím vyhlášené sekundy. Al-Biruni takto pokračoval ještě dál a po sekundách (ang. seconds) zavedl ještě thirds a fourths, které vyjadřovaly 1/60 předchozí celé hodnoty. Určitě bude mnoha zajímat, proč právě číslo 60. Dáno číslo bylo zvoleno v rámci kompromisu vůči světu geometrie, se kterým je matematika úzce spjata. V té době byla populární astronomie, která využívala jak dělení času, tak i geometrii a propojené jednotky byly velkým zjednodušením. Dnes už po vteřině následují setiny (1/100 sekundy), čili tady se systém s číslem 60 láme. Vždyť nakonec, doba pokročila a v dnešní době již není potřebný.
 
Když už lidé věděli co jak dlouho trvá, nějaké měřítko by bylo na místě. Příchod prvních mechanických hodin se datuje k roku 1579. Hodin vznikalo po světě několik a každé z nich dokázaly měřit a tikat sekundy. Jediný problém byl, že každým hodinám trvala vteřina jiný časový úsek a spolehlivost hodin trvala jenom tak dlouho, dokud majitel nespatřil druhé.
 
Další zásadní objev přednesl William Clement v roce 1644. Prohlásil, že kyvadlo specifických fyzikálních vlastností může mít dobu kmitu dvě sekundy. O 26 let později předvedl hodiny, které na tomto principu fungovaly a sekunda trvala vždy sekundu, bohužel, předběhl ho Galileo, který shrnul veškerý zájem. Tímto vynálezem se sekundu podařilo přesně definovat a vyjádřit a o dvě stě let později byla do definice sekundy přidána věta, která hlásá, že sekunda je polovina kmitového času kyvadlových hodin, které Clement použil. A od té doby již nebylo co řešit.

Replika Galileových hodin.

Každá sekunda je o něco delší

Jistě každý uzná, že definice hovořící o kmitajícím kyvadle není zrovna reprezentativní pro novou dobu, a tak byla několikrát vyměněna. Nejjednodušší říká, že sekunda je 1/86400 slunečního dne. Ta byla tehdy bezpochyby správná. Aktuálně je však oficiální definice mimořádně složitá. V soustavě jednotek SI totiž nyní stojí, že sekunda uběhne tehdy, když 9 192 631 770 izotopů cesia ¹³³Cs za sebou změní stav ze základního do excitovaného (tzv. atomový čas). Nebo jednodušeji - pokud by se ve speciálních atomech vzdálil elektron od jádra o vrstvu dále a toto se událo fakt mnohokrát po sobě, uběhla by sekunda.
 
Jednoznačně je nyní na místě otázka "Panebože proč?". Odpověď je naštěstí mnohem jednodušší než stávající definice sekundy. Oběh Země kolem Slunce je čím dál tím pomalejší. Zpomaluje se ale tak nenápadně, že to není možné pozorovat na vzdálenosti mezi Sluncem a Zemí, ale na chemických reakcích ano. Kinetika reakcí působí množství faktorů a tlak je jedním z nich, proto bude vždy délka průběhu reakce úměrná k rychlosti oběhu Země kolem Slunce (pokud nepřijde do hry další faktor). No a shodou okolností přes 9 miliard izotopů cesia dalo přesné číslo.

Zde historie vývoje času končí a jak vidíme, prošla si mnoha turbulencemi. Věříme, že si znovu o něco chytřejší a že všechny věci byly pečlivě objasněny. "Domestikace" času stála množství námahy, nakonec, skloubilo se to, co je vesmírem dáno, a to, co od času chtěli lidé. Je skoro až neuvěřitelné, že něco tak komplexního stále funguje, i když ne zrovna na vteřinu přesně.