Widok z kosmosu na półkulę Ziemi ogarniętą nocą. Widoczne gdzieniegdzie duże skupiska świateł w miastach

Czas nieoczywisty – jednostki miary cz. III

Czas czytania w minutach: 7

Już czas wrócić do naszej serii artykułów na temat jednostek miary. I właśnie czas jest tym, czym się dziś zajmiemy. Jest to o tyle ciekawy temat, że w użyciu są jednostki bazujące na trzech zjawiskach, a każde z nich nijak się ma do dowolnego innego. I to dlatego między innymi rewolucja październikowa wybuchła w listopadzie…

Ziemia

Jednym z tych podstawowych zjawisk jest cykl dnia i nocy, związany oczywiście z tym, że Ziemia obraca się wokół własnej osi. Na nim bazuje pojęcie doby. Jest to rzecz jasna czas, jaki Ziemi zajmuje wykonanie pełnego obrotu, czyli obrotu o 360°… Tyle że to nieprawda. A przynajmniej – nie do końca. Trzeba pamiętać, że poza obrotem Ziemi wokół własnej osi, mamy jeszcze do czynienia z okrążaniem przez Ziemię Słońca.

Wyobraźmy sobie, że zaczynamy rachubę równo w południe, gdy Słońce jest najwyżej nad horyzontem. Ziemia się obraca, przychodzi wieczór, noc, poranek… I wreszcie dochodzimy do pełnego obrotu. Gdybyśmy mogli – pomimo jasności – zobaczyć odległe gwiazdy, byłyby dokładnie w tym samym miejscu, co wczoraj. Ale nie Słońce – okazuje się, że do momentu górowania Słońca brakuje jeszcze około czterech minut! Ziemia musi się obrócić o jeszcze niemal stopień.

Na tym właśnie polega różnica między dobą słoneczną a gwiazdową. Z przyczyn praktycznych na Ziemi niemal zawsze posługujemy się dobą słoneczną, tę gwiazdową zostawiając astronomom. Wróćmy więc do naszej doby słonecznej. Jest ona podzielona na 24 godziny. Każda z nich dzieli się na 60 minut, a każda z tych z kolei – na 60 sekund. I dopiero sekunda jest jednostką układu SI, więc dalej dzieli się na milisekundy, mikrosekundy i tak dalej. Jeśli więc ktoś chciałby zobaczyć, jak wygodne są jednostki imperialne, albo amerykańskie jednostki zwyczajowe, w codziennym życiu, niech sobie poćwiczy przeliczanie godzin na miesiące czy sekund na tygodnie – dobrej zabawy. Ale dlaczego akurat 24 godziny na dobę? Odpowiedzi musimy szukać w starożytnym Egipcie.

Egipskie palce

Dwadzieścia cztery to dwukrotność dwunastu. A dwunastka właśnie była podstawą egipskiego sposobu liczenia. Dlaczego? Odpowiedź mamy pod ręką, a właściwie – w ręce. Poza kciukiem każdy z naszych palców ma po trzy paliczki. Oznacza to, że na jednej dłoni mamy 12 paliczków, które możemy w miarę wygodnie liczyć kciukiem. Tajemnica więc się częściowo rozwiązała. Ale dlaczego w takim razie Egipcjanie dzielili dobę na 24 godziny, a nie na dwanaście?

Ponieważ używali zegarów słonecznych, które kiepsko działały nocą, i odwrotnie, gwiazdozbiorów, których nie było widać w dzień. Dlatego też dzień dzielił się na 12 godzin i noc na dwanaście godzin – razem 24. A ponieważ uznano, że dalej te jednostki trzeba podzielić na mniejsze kawałki – 60 minut w godzinie i sekund w minucie wydawało się całkiem sensowną liczbą. Dlaczego? Ponieważ 60 nie tylko jest wielokrotnością 12, ale też ładnie dzieli się przez wiele liczb.

Jak już wspomniałem, układ SI dąży do zdefiniowania wszystkiego przy użyciu stałych fizycznych. Czas obrotu Ziemi wokół własnej osi się do tych stałych nie zalicza – występują w nim niewielkie wahania. Książkowa definicja sekundy jest dość skomplikowana i nam tutaj niepotrzebna1Jakby ktoś chciał wiedzieć – “Jest to czas równy 9 192 631 770 okresom promieniowania odpowiadającego przejściu między dwoma poziomami F = 3 i F = 4 struktury nadsubtelnej stanu podstawowego S1/2 atomu cezu 133Cs (powyższa definicja odnosi się do atomu cezu w spoczynku w temperaturze 0 K)”. To co ważne, to jej konsekwencje praktyczne.

Czas uniwersalny potrzebny

Skoro powiedziałem Wam, że sekunda ma stałą, jednoznacznie zdefiniowaną długość, a czas obrotu Ziemi wokół własnej osi potrafi się lekko zmieniać – oznacza to, że doba nie zawsze ma równe 24 godziny. Ale przecież dziś, w naszej globalnej wiosce, wiele systemów musi “chodzić” w tym samym czasie! A z drugiej strony, nie chcemy, żeby nam godzina na zegarku “oddryfowywała” od tego, co widzimy za oknem. Co na to poradzić?

Wezwać na pomoc organizację o dumnej nazwie “Międzynarodowa Służba Ruchu Obrotowego Ziemi i Systemów Odniesienia”. Organizacja ta zajmuje się między innymi zapewnianiem, że czas uniwersalny jest skoordynowany ze średnim czasem słonecznym. Robią to, co jakiś czas dodając tzw sekundę przestępną. A to miejsce raz na kilka lat – o północy w ostatnim dniu czerwca lub grudnia. Tak, oznacza to, że czasem świętujemy Nowy Rok o całą sekundę za wcześnie!

A o co chodzi z tym czasem uniwersalnym? Otóż czas jakiś temu ustalono, że dobrze byłoby mieć jeden, uniwersalny czas, względem którego można synchronizować wszelkie inne ustalenia. Gdy mówi się o czymś takim, najczęściej pierwszą przychodzącą do głowy nazwą jest Greenwich i czas GMT. Problem z czasem Greenwich jest taki, że zmienia się on dwa razy do roku, tak samo, jak czas w Polsce. Innymi słowy, my zawsze jesteśmy przesunięci względem czasu GMT, natomiast sam czas GMT nie jest niezmienny. Ponieważ nie wszystkie kraje zmieniają czas w tym samym dniu – nie wszystkie w ogóle zmieniają czas – zdecydowanie łatwiej jest ustalać przesunięcia czasowe, odwołując się do niezmiennego czasu. I taką rolę właśnie pełni UTC2Universal Time Coordinated. Dzięki temu możemy powiedzieć, że zimą w Polsce obowiązuje czas UTC+1, a latem UTC+2, i sprawa jest jasna.

Słońce

Tymczasem spójrzmy na inny poziom. Dość oczywistym cyklem, patrząc w dłuższym okresie, jest cykl pór roku. Ten rzecz jasna bazuje na ruchu Ziemi wokół Słońca. I tu znowu mamy kilka różnych definicji. Przede wszystkim – mamy rok zwrotnikowy, mierzony pomiędzy dwoma równonocami wiosennymi. Średni rok zwrotnikowy trwa 365 dni, 5 godzin, 48 minut i 45 sekund. Widać więc od razu, że nie ma to wiele wspólnego z dobą. A dób jest w roku zwrotnikowym nieco mniej niż 365 i ćwierć. Z drugiej strony w roku gwiezdnym3Zdefiniowanym, podobnie jak doba gwiezdna, jako czas między dwoma takimi samymi ustawieniami Ziemi względem odległych gwiazd trwa nieco dłużej niż 365.25 doby. Jest jeszcze rok astronomiczny, który trwa równo 365.25 doby. Jest on używany najczęściej do obliczeń w różnych dziedzinach nauki.

Widać więc wyraźnie problem związany z konstrukcją kalendarza, czyli próbą dopasowania dwóch nieprzystających do siebie systemów miary czasu. Ten ułamek doby musiał sprawiać problemy. Rzecz jasna, częściowo rozwiązało je wprowadzenie co cztery lata dnia przestępnego. Rozwiązanie to zastosowali już starożytni Rzymianie w kalendarzu opracowanym na polecenie Juliusza Cezara.

Czyj kalendarz lepszy?

Problem polega na tym, jak często ten dzień przestępny powinien występować? Żeby kalendarz nie rozjeżdżał się z porami roku, rok kalendarzowy powinien być jak najbardziej zbliżony do roku zwrotnikowego. A ponieważ w roku zwrotnikowym ten “nadmiarowy” kawałek to nieco mniej, niż ćwierć doby, to umieszczanie dni przestępnych równo co cztery lata jest lekką przesadą4Warto też dodać, że ze względu na jakiś błąd na początku kalendarza juliańskiego dni przestępne pojawiały się co trzy lata – dopiero po kilkunastu latach urzędnicy rzymscy połapali się, że coś tu nie gra. Że to tylko kilka minut różnicy? Może i tak, ale jak przemnożyć kilka minut przez półtora tysiąca lat… Wprawdzie różnica nie była tak znacząca, jak ta, która doprowadziła do powstania kalendarza juliańskiego – kiedy to grudzień wypadał we wrześniu – ale i tak była zauważalna.

Dlatego też kalendarz gregoriański był na nowo zsynchronizowany ze słonecznym i wprowadził ograniczenie dni przestępnych: jeśli rok jest podzielny przez 100, ale nie przez 400, dodatkowego dnia nie ma. Ten układ powinien wystarczyć na następne kilka tysięcy lat… Ale choć został opracowany pod koniec XVI wieku, to wiele krajów przez długi czas nie chciało go wprowadzać. I dlatego też, gdy rosyjscy bolszewicy organizowali w październiku 1917 rewolucję, w większości Europy był już listopad.

A skoro już mówimy o dłuższych okresach, to warto też wspomnieć o ich nazwach. Dekada, wiek czy tysiąclecie są znane i oczywiste. Z mniej znanych można wymienić rok galaktyczny – czas obiegu Układu Słonecznego wokół centrum naszej Galaktyki – w przybliżeniu 230 milionów lat. I przy okazji: “olimpiada” to miara czasu. Są to po prostu cztery lata pomiędzy kolejnymi Igrzyskami Olimpijskimi.

Księżyc

No i na koniec warto jeszcze wspomnieć o tym poziomie, który występuje pomiędzy rokiem a dobą: o miesiącu. Już sam fakt, że słowo “miesiąc” było kiedyś synonimem słowa “Księżyc” daje jasną podpowiedź, że miesiąc ma coś wspólnego z cyklem księżycowym. Ale znowu: mamy tu kolejne zjawisko astronomiczne, czyli ruch Księżyca wokół Ziemi, które nijak się ma do pozostałych dwóch. Księżyc na pełny obrót dookoła Ziemi zużywa około 29.5 doby. Nie jest to ani ładna wielokrotność doby, ani rok nie jest wielokrotnością tej liczby. Co za tym idzie, próby upchnięcia miesięcy w kalendarz również wiązały się z rozmaitymi problemami. I tak na przykład w kalendarzu żydowskim czasem występuje 12 miesięcy, a czasem 13. Z kolei kalendarz Republiki Francuskiej, wykorzystywany tuż po Rewolucji, miał dwanaście trzydziestodniowych miesięcy – i kilka dni dodatkowych, wstawianych na koniec roku, po wszystkich miesiącach.

Biorąc to pod uwagę, nasze miesiące, które mają między 28 a 31 dni, nie powinny wydawać się takie dziwne. Ale dlaczego rozkład dni w miesiącach jest akurat taki, a nie inny? Znów winę – przynajmniej po części – ponoszą Rzymianie5Sono pazzi questi romani!. Przede wszystkim, rzymski rok zaczynał się od marca, nie od stycznia. W tym kontekście fakt, że to akurat luty jest “tym dziwnym”, nie powinien być tak zaskakujący. W kalendarzu obowiązującym przed juliańskim reszta miesięcy miała mieć teoretycznie na przemian 29 lub 31 dni, żeby z grubsza pasować do miesięcy księżycowych…

Ale wymagało to wstawiania od czasu do czasu dodatkowego miesiąca. Juliusz Cezar pozmieniał długości miesięcy, pozbywając się przy tym konieczności wstawiania bonusowego miesiąca… A przy okazji uwiecznił sam siebie w kalendarzu: miesiąc siódmy6Według ówczesnych – piąty po łacinie nazywał się Iulius. Jego następca, Oktawian August, doprowadził do nazwania na swoją cześć kolejnego miesiąca… A przecież miesiące poświęcone tak wybitnym postaciom nie mogły być krótsze od innych, prawda?

Tydzień

Skoro było o latach, miesiącach i dniach, to warto by jeszcze wspomnieć o tygodniach. Zastanawialiście się kiedyś, dlaczego akurat siedem dni? Cóż, w historycznych kalendarzach liczba dni tygodnia potrafiła wynieść na przykład 10, jak w Egipcie, czy w Republice Francuskiej, albo 8, jak w Rzymie. Na liczbę 7 wpadli prawdopodobnie Babilończycy. O tym, dlaczego siódemka była uznawana za szczęśliwą liczbę, pewnie kiedyś napiszemy więcej, ale tutaj akurat liczba ta ma zapewne znowu związek z astronomią. Otóż Babilończycy obserwowali siedem głównych ciał niebieskich: Słońce, Księżyc, Merkurego, Wenus, Marsa, Jowisza i Saturna. Prawdopodobnie każdemu z nich “poświęcony” był jeden dzień.

Podobnie też wyglądało to u Greków – tam również tydzień miał dni siedem, po jednym na każde z głównych ciał niebieskich. Jednocześnie poświęcało to dzień konkretnemu bogu – na przykład dzień Słońca – Heliosowi czy dzień Marsa – Aresowi. O ile w języku polskim nazwy dni tygodnia nie mają nic wspólnego z mitologią, o tyle w języku angielskim i przynajmniej niektórych innych germańskich wciąż widać ślady tego podejścia. Sunday to przecież nic innego jak dzień słońca, Monday – księżyca (Moon), Tuesday – od Tyra, czyli nordyckiego boga wojny… Choć i tutaj są wyjątki, bo na przykład w językach skandynawskich sobota (po duńsku lørdag) oznacza… dzień mycia, czy też dzień łaźni.

Jednak etymologia, choć niewątpliwie fascynująca, wykracza trochę poza zakres tego artykułu. Wiecie już, jak i dlaczego mierzymy czas. Następnym razem porozmawiamy więc o tym, co możemy zrobić, mając do dyspozycji czas i odległość – czyli o szybkości.

Źródła:

https://www.discovermagazine.com/planet-earth/why-are-there-seven-days-in-a-week

https://www.almanac.com/fact/where-did-the-names-of-the-days

https://www.scientificamerican.com/article/experts-time-division-days-hours-minutes/

https://astronomy.swin.edu.au/cosmos/s/Sidereal+Day




0 0 votes
Oceń artykuł
Powiadom mnie!
Powiadom o
guest
3 komentarzy
Oldest
Newest Most Voted
Inline Feedbacks
View all comments
Mateusz

A co sądzicie o kalendarzu światowym? https://pl.wikipedia.org/wiki/World_Calendar

[…] Tankowanie samolotu? Matematyka. Lot na Marsa? Matematyka. Dostosowywanie kalendarza do czasu słonecznego? Budynek podpalający teren dookoła? Numery telefonu? Tak, zgadliście: matematyka… Choć wcale […]