Проще говоря, солнце идет по кругу из-за вращения Земли
[50], и, соответственно, по положению падающих теней можно установить время дня. Всякий, кому случалось укрываться от зноя в тени листвы или пляжного зонта, прекрасно знает, как она ползет в сторону. И если вы воткнете в песок палку, движение ее тени будет сообщать смену часов. На этом принципе, разумеется, основаны солнечные часы. Короче всего тень в полдень. Для большей точности измерения палку нужно наклонить так, чтобы она смотрела точно в северный полюс небесной сферы (полюс мира), отмеченный, как сказано на с. 255, Полярной звездой.
Для «полевых» солнечных часов можно приспособить в основание стержня полую полусферу или дугу с нанесенными через равные промежутки рисками часов. Небесная сфера напрямую спроецируется на эту криволинейную поверхность. Солнечные часы с плоским «циферблатом» сконструировать много проще, но тут придется поразбираться с нанесением часовых штрихов, так как около полудня тень движется медленнее, чем утром и вечером. Вы можете разделить день на любое удобное вам число часов. Нынешняя традиция делить сутки на две половины по 12 часов каждая восходит к древним вавилонянам (и может быть связана с 12 знаками зодиака, рядом созвездий, через которые в своем движении по небесному своду как бы проходят Солнце и планеты).
Однако главная революция в счислении времени за всю историю человечества и технология, которую нужно возродить в ходе перезагрузки, — это механические, «заводные» часы
[51]. Это удивительное устройство отстукивает ритмичный пульс, подобно сердцу. Чтобы его создать, нужны четыре ключевых компонента: источник энергии, генератор колебаний, стопор-регулятор и система шестерен.
Главная часть любого механизма — это источник энергии, и простейший способ его обеспечить — груз, привязанный к веревке, намотанной на вал так, чтобы груз, опускаясь под действием силы тяжести, сообщал валу вращение. Главная трудность здесь — регулировать высвобождение этой связанной энергии, чтобы она превращалась в размеренный ход часов, а не в мгновенное падение груза наземь. Устройство, выполняющее эту функцию, называется анкер или регулятор хода, и мы о нем чуть ниже поговорим.
Пульсирующее сердце механических часов, узел, производящий регулярный отсчет времени, называется осциллятором. Идеальный вариант без технических сложностей — простой маятник, груз, раскачивающийся на жесткой стреле. Физический принцип его работы состоит в том, что период колебаний — время, за которое маятник успевает качнуться на небольшой угол и вернуться в исходное положение, — зависит от длины стрелы. Маятник качается строго с одной и той же периодичностью, хотя сила трения и сопротивление воздуха мало-помалу уменьшают амплитуду его колебаний: именно эта размеренность и есть главная причина его полезности для отсчета времени. Третий элемент, анкер, выполняет важнейшую функцию: интегрирует сигналы осциллятора, чтобы управлять источником энергии. Анкер маятника — это зубчатое колесо, то сцепляющееся, то расцепляющееся с двуплечим рычагом, качающимся вслед за маятником. В верхней точке каждого качания освобожденный анкер под тяжестью груза проворачивается на шаг, и его наклонные зубья подталкивают маятник, чтобы не останавливался. Таким образом, эта изящная конструкция подхватывает периодический импульс качающегося маятника, чтобы с каждым колебанием выпускать порцию потенциальной энергии груза. Двойное условие — необходимость длинного маятника и запаса высоты для опускающегося груза — определяет конструкцию часов: старинные напольные высокие часы похожи друг на друга.
Дальше уже не так сложно собрать систему шестерен, которая, в сущности, выполняет математическое вычисление, преобразуя прерывистое вращение анкерного колеса в равномерный ход главной шестерни, за 12 часов описывающей полный круг часовой стрелкой по циферблату, и минутной стрелки, на которую вращение передается в отношении 60:1. Деление часа на 60 минут (название происходит от латинского термина partes minutiae primae, «первая малая часть»), а минуты — на 60 секунд (partes minutiae secondae, «вторая») — это тоже наследие древних вавилонян. Часы с маятником помогают точно хронометрировать природные процессы и научные опыты: в эпоху промышленной революции это устройство существенно обогатило набор инструментов ученых и изобретателей
[52].
Продолжительность часов, отмеряемых ползущей тенью на солнечной шкале, оказывается в разные моменты года разной: зимний час короче летнего. Лишь два дня в году все деления на солнечных часах тень проходит за равное время: это дни равноденствия (даты, когда и ночь и день продолжаются ровно по 12 часов)
[53]. Эти особенные дни бывают весной и осенью, и, если вы встанете в полдень на экваторе, солнце пройдет прямо над вашей головой и тень исчезнет под вашими ногами. В любом месте земли утро равноденствия легко узнать: солнце выходит из-за горизонта точно на востоке (под прямым углом к небесному полюсу, наблюдаемому в вашей местности). Именно этот «стандартный» час равноденствия (продолжительность которого на солнечных часах можно замерить песочными для эталона) отсчитывают механические хронометры.
