Actualele dezvoltări științifice și tehnologice necesită o măsurare a timpului cât mai precisă. Pentru a permite atingerea unor nivele de precizie foarte mari se utilizează ceasuri atomice și un sistem sofisticat de transmitere a standardului de timp la nivel planetar. În cele ce urmează vă voi prezenta câteva „scale de timp” și câteva metode de determinare a „orei exacte”.

Timpul, o mărime fizică imaterială

Timpul este, probabil, una din cele mai tulburătoare noțiuni asupra căreia mintea omenească s-a aplecat adesea, încercând să-i pătrundă înțelesul. Dar de fiecare dată, deducțiile logice ale filozofilor sau calculele exacte ale fizicienilor și ale matematicienilor s-au lovit de un zid elastic, dar de nepătruns. Contemplând din timpuri străvechi lumea materială sau imaterială care ne înconjoară, mintea omenească a căutat, dar mai ales a reținut, fenomene observabile cu caracter repetitiv. Acestea au constituit puncte de sprijin în enunțarea unor legi fizice necesare cunoașterii structurate a mediului înconjurător.

Dar modul de a gândi și fenomenele observate au fost într-o interdependență continuă care a dus la formarea unor modele unitare de analiză a realității fizice. Repetabilitatea unor evenimente a condus inevitabil la găsirea unor ceasornice naturale cu ajutorul cărora sunt analizate alte fenomene, repetitive sau nerepetitive. S-a ajuns astfel la crearea unei scale ce punctează o dimensiune nepalpabilă numită timp. Această scală a fost marcată echidistant, pe baza „bunului simț”, postulându-se astfel „principiul uniformității curgerii timpului”.

La începutul secolului XX acest principiu a fost zdruncinat de teoria relativității care a introdus noțiunea de „timp propriu”, dependent de sistemul de referință ales. Mai apoi s-a emis ipoteza existenței unor neuniformități legate de densitatea de masă-energie, sau de „epocă” în care s-au desfășurat evenimentele, termenul de „epocă” fiind legat de trecutul sau viitorul Universului. Pe măsură ce s-a dezvoltat navigația pe mări și oceane, pe măsură ce s-au dezvoltat științele exacte: matematica, fizica dar mai ales astronomia, au fost dezvoltate mai multe metode de măsurare a timpului. În cele ce urmează voi prezenta câteva dintre aceste metode.

Timpul Universal (Universal Time – U.T. sau Greenwich Mean Time – G.M.T.)

În navigație și astronomie se folosește același timp pentru întreaga planetă. S-a stabilit ca acesta să fie cel din localitatea Greenwich, Anglia, prin care trece Primul meridian al planetei (longitudinea 0 grade) și unde se află Observatorul Astronomic Regal Greenwich. Timpul Universal se măsoară folosind un sofisticat ceas atomic a cărui eroare este mai mică de o secundă la 300 ani.

Timpul Standard (Standard Time)

Deoarece Pământul se învârte în jurul axei sale în aproximativ 24 ore, globul pământesc a fost împărțit (într-o primă aproximație) în 24 zone orare, astfel încât Soarele să indice, la ora 12 a fiecărei zone, sudul geografic. Timpul standard corelează Timpul Universal cu timpul local al unei zone de pe Pământ prin adăugarea sau scăderea unui număr de ore, în funcție de zona orară în care se găsește locația respectivă. Astfel, pentru regiuni situate între 0 și 180 grade longitudine estică (adică la est față de Greenwich) ora locală se calculează ca: U.T.+1, U.T.+2, …, U.T.+12, iar pentru zonele situate între 0 și 180 grade longitudine vestică (adică la vest de Greenwich), ora locală se calculează ca: U.T.-1, U.T.-2, …, U.T.-12. De exemplu, timpul standard în România este Timpul Universal + 2 ore.

Timpul Sideral (Sidereal Time)

Timpul Sideral se mai numește și Timp astronomic sau Timp celestial. Acest mod de măsurare a timpului se află în concordanță cu poziția stelelor pe cer. Se consideră o zi siderală (Sidereal Day), timpul în care Pământul efectuează o rotație completă în jurul propriei axe, astfel încât o stea îndepărtată (nu Soarele) să se găsească pe cer în aceeași poziție. Deoarece Pământul are și o mișcare de revoluție în jurul Soarelui, ziua siderală este puțin mai scurtă decât 24 ore. Mai precis, ziua siderală are 23 ore 56 minute și 4,1 secunde măsurate în unități de Timp Universal. O zi siderală este împărțită în 24 ore siderale, o oră siderală are 60 minute siderale iar un minut sideral are 60 de secunde siderale.

Timpul Solar (Solar Time)

Timpul solar este timpul măsurat în funcție de poziția Soarelui pe cer și poate fi măsurat cu un ceas solar. Ziua solară începe în momentul în care Soarele trece prin dreptul meridianului local (amiaza) și se termină după aproximativ 24 ore, când Soarele se găsește din nou în dreptul meridianului local. Datorită mișcării Pământului în jurul Soarelui și a poziției axei sale de rotație în raport cu planul orbitei, durata zilei solare se modifică în timpul anului, fiind mai scurtă în luna martie (26-27) și septembrie (12-13) decât în lunile iunie (18-19) și decembrie (20-21).

Trecerea timpului este măsurată cu ajutorul unor ceasuri, mai mult sau mai puțin precise. Vă voi prezenta în cele ce urmează câteva categorii importante:

Ceasul solar (cadranul solar) Cel mai simplu dispozitiv cu care se poate măsura timpul este ceasul solar (sau cadranul solar) pe timpul zilei și doar când cerul este senin. Precizia ceasului solar nu este foarte mare, având în vedere că Pământul are și o mișcare de revoluție în jurul Soarelui pe o orbită eliptică. Pentru a mări precizia, va trebui ca tija care produce umbra să fie paralelă cu axa Nord-Sud a Pământului, adică înclinarea față de planul orizontal să fie egală cu latitudinea locului (în zona României aproximativ 45 grade).

De asemenea, cu acest dispozitiv putem afla cu o bună precizie poziția punctelor cardinale, după cum urmează: urmărim poziția și lungimea umbrei lăsate de tija verticală, în cursul zilei. Când lungimea acestei umbre are valoare minimă, direcția umbrei coincide cu direcția Nord-Sud, fiind îndreptată spre nord în emisfera nordică și spre sud în emisfera sudică. În acel moment Soarele se găsește pe meridianul locului și spunem că este „amiaza”. Ceasul solar este format dintr-o tijă fixată într-un plan vertical care este orientat pe direcția Nord-Sud și un plan orizontal, așezate în așa fel încât, atunci când razele solare cad pe tijă, umbra acesteia să se găsească pe planul orizontal. Deoarece Pământul se rotește în jurul axei sale, se poate marca pe suprafața orizontală poziția umbrei la diferite ore ale zilei.

 

DSCN4162

Ceasurile destinate navigației maritime

Necesitatea determinării poziției navei în timpul unor călătorii lungi pe mări și oceane a făcut ca ceasurile de marină să fie foarte precise. De ce? Dacă ceasul de la bordul navei indică greșit ora, poziția navei determinată prin metode astronomice este, de asemenea, greșită.

Ceasurile utilizate în astronomie

Ceasurile utilizate de astronomi au și ele un grad de precizie foarte ridicat. Căutarea poziției ulterioare a unui corp ceresc, cunoscându-se o poziție determinată într-un moment anterior, este condiționată de utilizarea unui ceasornic extrem de precis.

Ceasurile electronice pilotate cu cuarț

Au apărut mai târziu, când dezvoltarea electronicii a permis realizarea unor oscilatori foarte stabili prin intermediul unor rezonatori cu cuarț menținuți în incinte termostatate.

Ceasurile atomice

Sunt ceasuri extrem de precise. Eroarea lor este atât de mică încât în sute de ani incertitudinea de măsurare este mai mică decât o secundă.

Metode moderne de determinare a „orei exacte”

Foarte multe experimente științifice au nevoie de un standard de timp. De asemenea, sincronizarea unor rețele de calculatoare care au puncte nodale răspândite pe întreg globul pământesc necesită standarde de timp precise, ieftine și la îndemână.

  • Sistemul GPS: Cea mai răspândită metodă actuală este utilizarea unui receptor GPS cu ajutorul căruia se sincronizează ceasul unității de calcul cu ceasul sistemului GPS. Sistemul GPS este sincronizat cu un ceas atomic și, prin urmare, ceasurile calculatoarelor sau ale rețelelor de calculatoare sincronizate cu ajutorul unui receptor GPS au precizia unui ceas atomic etalon.

  • Standardul radio (DCF77): O metodă mai „terestră” constă în sincronizarea echipamentelor prin recepția unui standard de timp emis prin unde radio. Astfel, în Germania, în apropiere de Frankfurt am Main, este situat un emițător radio de unde lungi (77,5 kHz) numit DCF77. Acesta transmite un semnal codificat ce permite recepția standardului de timp pe o suprafață foarte mare din Europa, până la o distanță de 2000 km de stația de emisie. Există chiar și ceasuri de larg consum care sunt foarte precise deoarece sunt sincronizate cu emițătorul DCF77.

Concluzii

Stadiul actual al dezvoltării tehnologiilor, a experimentelor și a echipamentelor științifice necesită utilizarea unor standarde de timp cât mai precise. Viteza finită a luminii limitează posibilitățile de transmitere „simultană” a standardului de timp la nivel planetar.

Probleme și mai mari apar atunci când explorarea spațiului cosmic, a Soarelui sau a altor planete se face cu nave ce se află la zeci de milioane de kilometri față de Pământ. În aceste situații apar întârzieri de zeci de minute sau ore. Etalonarea și sincronizarea echipamentelor în astfel de situații reprezintă adevărate provocări.

sursa: stiinta.info