Говорят, началом человеческой культуры надо считать тот момент, когда человек стал делать попытки измерять время. У первобытного человека, как и у современного дикаря, не было часов. И можно, пожалуй, даже сказать, что народ или нация тем культурнее, чем больше они ценят время.
В наше время часы представляют собой довольно сложный механизм. Между тем первые часы — предок всех существующих на свете часов — были чрезвычайно просты по устройству. Это был вертикальный шест, поставленный на открытом месте; по величине отбрасываемой им тени можно было судить о времени дня.
Древние греки называли такой прибор — «гномоном». Это были солнечные часы простейшего устройства.
«Гномон» впервые появился в древней Греции. В 547 г. до нашей эры греческий философ Анаксимандр соорудил такие часы в Спарте. Это были в то же время первые «городские часы». Тень от такого вертикально поставленного стержня в течение дня описывает угол, величина которого меняется в зависимости от времени года: летом он больше, зимой — меньше. Для каждого месяца, даже дня нужны для данного города особые циферблаты; часы, годные для одного города, не будут верно показывать время в другом месте. Поэтому следует признать большим достижением установку шеста не вертикально, а «по оси мира», т. е. по направлению к Полярной звезде; циферблат при этом сделали подвижным.
Такие «солнечные часы» можно сделать и карманными и большими общественными. Древние общественные солнечные часы изображены на рисунке.
Рис. 114. Солнечные часы в Индии.
Главная их часть — вертикальная стена с лестницей. Стена направлена прямо на юг, и потому в полдень не отбрасывает тени на другую стену, поставленную к первой под прямым углом и ограниченную полукругом. До и после полудня тень падает на западную и восточную часть этой дуги. Размеры этой дуги довольно значительны — около 6 м, а высота всего сооружения — 18 м. Благодаря такой большой высоте уже через минуту можно было заметить смещение тени.
Солнечным «карманным» часам часто придавали форму кольца, иногда таких размеров, что его можно было носить на пальце. Образцы подобных часов можно видеть во многих заграничных музеях.
Устройство «солнечного кольца» было следующее. Самая существенная часть этих часов — отверстие, через которое получается на внутренней стороне кольца изображение Солнца — в виде блестящей точки. Часы обозначены на внутренней части кольца. Для приспособления кольца к временам года циферблат сделан подвижным в виде скользящей ленты; она должна быть поставлена так, чтобы отверстие было против месяца, во время которого пользуются прибором.
Недостаток солнечных часов в том, что они бесполезны при отсутствии солнца. Вот почему мысль человека уже на заре культуры начала работать над созданием другого прибора для измерения времени. Таким измерителем времени могли служить: горящая свеча, пылающая лучина, тлеющий фитиль — равномерно разделенные на части; наконец — количество вытекающей воды из сосуда. Из этих приборов особенное развитие получили «водяные часы».
Мы встречаем их почти у всех древних культурных народов: у китайцев, индусов, вавилонян, египтян, греков, римлян… У греков водяные часы назывались «клейпсидра». В летописи истории техники отмечены замечательные часы, построенные греком Ктезибием (учителем знаменитого техника древности — Герона). В клейпсидре Ктезибия вода, выливаясь из резервуара, приводила в движение колесо, соединенное с системой других колес. Это были, надо думать, первые часы с циферблатом, часы, которые ходили круглые сутки.
Рис. 115. Водяные часы с «заводом» на 12 часов.
Еще более сложные часы были подарены Гарун аль Рашидом Карлу Великому в 870 г. Особый водяной механизм указывал часы боем от падения определенного числа шариков в медный таз. В полдень 12 рыцарей выезжали из стольких же дверей, закрывавшихся за ними.
Рис. 116. Часы Карла Великого.
В течение средних веков водяные часы проникли в крупные города Италии, Франции и Англии. Так, на площади св. Марка в Венеции в XVI в. стояли водяные часы с автоматом, отбивавшим часы (три «волхва» ударяли в колокол).
В древнем Риме водяные часы были приняты в сенате, и время ораторов ограничивалось количеством вытекшей воды. Существовали выражения: «требовать воды», т. е. требовать времени для речи; в сочинениях Плиния встречается выражение: «терять воду» т. е. бесполезно тратить время.
Водяные часы обладают тем существенным недостатком, что вода испаряется и с течением времени часы начинают показывать время неверно. Удобнее в этом отношении «песочные часы». При раскопках Помпеи были найдены опрокинутые песочные часы, и по ним определили, что землетрясение началось в 2 часа ночи. В XVI в. такие песочные часы было принято носить прикрепленными к колену, подобно тому как мы на ремне носим карманные часы. В наше время песочные часы применяют для варки яиц; мореплаватели пользуются такими полуминутными часами для определения скорости хода корабля при выкидывании лота и проч.
По мере того как совершенствовались водяные часы, усложнялся их механизм, в часы проникли зубчатые колеса, циферблат и пр., зарождалась идея «колесных часов», т. е. таких, которые приводились в движение грузом. Для этого достаточно было только заменить поплавок водяных часов грузом.
Когда появились первые колесные часы и кто их изобрел, не установлено. Одни называют архиепископа Пасифика (IX в.), другие — кардинала Герберта (впоследствии — папа Сильвестр II). Последний будто бы в 996 г. соорудил в Магдебурге (Германия) колесные часы.
Однако, не установлено, были ли это действительно колесные часы, приводимые в движение грузом. Первые достоверные сведения о колесных часах относятся к XIII в. В немецких летописях отмечено, что король Фридрих II получил в подарок от султана «колесные часы», которые показывали, помимо времени, также ход Солнца, Луны, звездное время и пр. У Данте в «Божественной комедии» (1318 г.) упоминаются «колесные часы с боем».
К концу XIII в. башенные колесные часы получают большое распространение. В России первые башенные часы были поставлены в 1404 г. в Москве на башне великокняжеского дворца. Их установил за 150 рублей (около 30 фунтов серебра) пришедший с Афона «сербин Лазарь». На них была сделана механическая фигура человека, выбивавшего молотом каждый час. Народ дивился этой заграничной выдумке, а летописец говорит о них следующее:
«Сей же часник наречеся часомерье; на всякий же час ударяет молотом в колокол, размеряя и рассчитывая часы нощные и денные: не бо человек ударяше, но человековидно, самозванно и самодвижно, страннолепно, никако сотворено есть человеческою хитростью, преизмечтанно и преухищренно…»
Колесные часы, подобно солнечным и водяным, показывали время неточно. Астроном XVI в. Тихо Браге попробовал было применить колесные часы для астрономических наблюдений, но скоро заменил их ртутными (1590 г.).
Начало XVI в. ознаменовалось изобретением карманных часов. Изобретателем их является Петер Генлейн в Нюренберге.
Рис. 117. Памятник изобретателю карманных часов Петеру Генлейну в Нюренберге.
Первые его карманные часы получили название «нюренбергских яиц», хотя часы эти имели форму барабана. Они имели одну стрелку, показывавшую только часы; минут они не показывали; циферблат, был железный. Заслуга Генлейца заключается, однако, не в том, что он сумел сделать маленькие переносные часы, а в том, что ввел в часы пружину.
Один из современников этого изобретателя в 1511 г. пишет о них: «Он (Петер Генлейн) делал их из железа со множеством колесиков. Часы ходили и отбивали время в течение 40 часов. Их можно было носить в кошельке».
В XVI в. сделала большие успехи также техника башенных часов. К этому времени относится постройка знаменитых «Страсбургских часов», долго считавшихся «чудом механики».
Рис. 118. Страсбургские часы.
Конструктор их, Исаак Габрехт, ставил их в течение 1572–1574 г. Часы шли до 1789 г. и остановились. В 1838–1842 гг. часовщик Швильге соорудил произведение, превзошедшее старое, хотя по размерам и форме часы эти походили на старые.
В страсбургских часах спереди стоит небесный глобус, передающий звездное время, т. е. ежедневное движение звезд; на глобусе означено более 5000 звезд и при помощи его можно во всякое время видеть, какие звезды стоят над Страсбургом. Позади глобуса расположен календарь. Статуя Аполлона указывает день стрелою. Сам календарь представляет круг, делающий полный оборот в 365 или 366 дней; он показывает также праздники. В полночь 31 декабря внезапно располагаются «подвижные праздники» (Пасха, Троицын день и пр.) на те дни, в которые они придут в году.
Часы показывают также время восхода и захода Солнца, Луны и пр.
Механизм был рассчитан на 10 000 лет!
Современные страсбургские часы могут ходить точно благодаря тому, что в них использован ряд открытий XVII века. Прежде всего введен маятник, «как регулятор хода часов». Законы качания маятника установил Галилей, ему же принадлежит мысль применить маятник к часам; он говорит о маятнике, как регуляторе, в одном ив своих писем (1636 г.) к губернатору Голландской Индии.
На практике это открытие использовал впервые (независимо от Галилея) знаменитый голландский физик Гюйгенс. Благодаря Гюйгенсу часовое дело стало на научную основу. Ему же принадлежит заслуга другого замечательного усовершенствования в часах: он ввел в карманные часы упругую спираль для регулировки колебания балансира. Свое изобретение он уступил одному часовщику, который и взял патент на часы с маятником 16 июня 1657 г.
Рис. 119. Первые часы с маятником (1657 г.). Из сочинения Гюйгенса.
В XVII в. было установлено, кроме того, что часы с маятником летом идут медленнее, вследствие удлинения маятника от тепла: наоборот, зимой они идут скорее, вследствие укорочения маятника от холода. Открытие это сделано французом Пикаром в 1670 г.
Перед часовщиками встала нелегкая задача: устранить этот недочет часов с маятником. Это было достигнуто так называемым «компенсационным маятником», изобретенным английским часовщиком Гаррисоном. Действие такого маятника основано на неодинаковом расширении латуни и железа; маятник сделан из этих двух металлов.
В 1761 г. тому же Гаррисону удалось осуществить наконец «хронометр» — столь необходимый в морском деле инструмент. Часы Гаррисона после полугодового плавания показали отклонение всего на 1 1/2 минуты. За эти часы изобретатель получил от английского парламента премию в 10 000 фунтов стерлингов.
В XIX в. в области часового дела, помимо увеличения точности, была выдвинута новая задача — создания «системы часов», идущих совершенно одинаково. Без этого невозможна жизнь большого города, невозможна работа на железных дорогах. Уже в начале прошлого столетия в Париже был установлен обычай возвещать пушечным выстрелом 12 часов. Но такой способ проверки часов не совершенен, потому что звук требует времени для своего распространения. По звуковому методу не достигается идеальная система часов. Правда, можно, зная расстояние от пушки, производить «поправку на звук», но это не всегда легко сделать. Только с введением электрических часов и поверки часов по радио можем мы говорить не только о времени в данном городе — на основании разбросанных по городу «электрических часов», но также о времени мировом. Большие радиостанции в определенные часы по определенно составленному правилу дают сигнал для проверки часов. И с тех пор как введено «поясное время», на Земле стало возможным установить 24 системы часов, разница между показаниями которых выражается в целом числе часов.
Интересно отметить, какой точности достигли современные часы. Один из самых точных хронометров — хронометр Рифлера — изменяет ход за день всего на 0,0008 секунды. Нужно 1000 дней, чтобы часы изменили свой ход менее чем на одну минуту.