To nejúchvatnější z fyziky

Od chvíle, kdy se během vývoje naší planety lidé stali lidmi, zrodila se též věda – prvotně i dodnes definovatelná stále stejným způsobem – snahou porozumět světu kolem nás – snahou umět odpovědět na otázky, které nás nenechávají klidnými.

1.1 POJEM ČASU V HISTORICKÉM KONTEXTU

Pojem ČAS vždy byl a je úzce vázán k pohledu směrem vzhůru – k obloze a k vesmíru. Pohled na hvězdnou oblohu vyvolává v každém z nás znovu a znovu smíšené pocity věčnosti i běhu času, jenž je nám v rámci existence na tomto světě vyměřen.

Jedny z prvních představ o čase najdeme v nejstarších textech indické a hindské filosofie z konce 2. tisíciletí před naším letopočtem. Dle hindské kosmologie prochází vesmír znovu a znovu cykly stvoření, destrukce a znovuzrození s tím, že každý cyklus trvá 4320 milionů let. Platón ve svém díle Timaeus (cca 360 let př. n. l.) vyjadřoval čas měřením periodicky se pohybujících nebeských těles. Jeho současník Aristoteles použil obecnější definici, že „čas je napočítaný pohyb ve vztahu k před a po“.

Zatímco pro řeckou filosofii nemá „universum“ počátek ani konec a bude trvat věčně, středověcí filosofové a především pak teologové přišli s představou světa stvořeného v konkrétní okamžik. Tento teologický pohled na svět (mnohde přetrvávající dodnes) pokládá pouze Boha za nekonečnou entitu a vše ostatní – trvání vesmíru i vesmír sám o sobě – je konečné.

Dodnes je svět primárně rozdělen na dva tábory v názoru na podstatu času. Stoupenci Newtonova pohledu považují čas za fundamentální součást struktury okolního světa tvořící „rozměr“ v němž probíhají děje a jednotlivé události jako jednosměrná nevratná sekvence.

Jiný filosofický pohled, reprezentovaný především Immanuelem Kantem, naopak nepovažuje čas za objektivní realitu, ale pouhou intelektuální kategorii tvořenou lidským vědomím. Dle tohoto názoru nemá proto smysl hledat objektivní měření času, ani debatovat o „toku“ času. Dle tohoto názoru jsou čas i prostor pouhými vjemy v mozku myslící bytosti.

Newtonův názor na prostor a čas však přesáhl filosofický rozměr – Isaac Newton vytvořil zcela konzistentní fundament moderní fyziky, který dodnes poskytuje spolehlivý scénář nebeských jevů. I ke všem současným cestám do vesmíru je Newtonovská fyzika stále zcela dostatečným a spolehlivým nástrojem!

1.1.1 6 ZNÁMÝCH + 1 NEZNÁMÁ

Máme 7 základních jednotek soustavy SI.

Šest z nich chápeme velmi dobře, o čase však nevíme téměř nic!

Většina lidí nemá problém (více či méně exaktně) definovat co je to délka (metr). Podobně nedělá problém popsat pojem hmotnost (kilogram). Mnozí zpravidla hravě zvládnou objasnit elektrický proud (ampér), a někteří i svítivost (kandela). Poměrně jasnou představu máme o teplotě (kelvin) v termodynamickém slova smyslu. A protože chemie bavila málokoho, jen nevelká část populace si poradí s látkovým množstvím (mol).

Překvapivě nekonkrétní jsou však všichni, položíme-li jim otázku: Co je to čas?

Všichni o „něm“ něco řeknou, všichni jej důvěrně znají – vnímají jako reálnou součást světa, a přesto jej nikdo neumí exaktně definovat. Najdeme jen nemnoho pokusů o definici času:

• Čas měří vzdálenost mezi událostmi na časové souřadnici časoprostoru.

• Čas je fyzikální veličina, která vyjadřuje dobu trvání děje.

• Čas vyjadřuje okamžik (umístění dané události) v časové škále.

• Čas je neprostorové lineární kontinuum, v němž se události stávají ve zjevně nevratném pořadí. Jako takový je podstatnou složkou struktury vesmíru.

• Čas je rozměrem, v němž události procházejí od minulosti přes přítomnost až k budoucnosti, a je vyjádřením trvání události.

• Čas je to, co měří hodiny.

• Čas je velmi obtížné, až nemožné, si nějak představit.

Z výšeuvedeného je zřejmé, že poznání podstaty času je dosti mělké a povrchní. Čas se prolíná všemi vědeckými experimenty probíhajícími na domovské Zemi i ve vesmíru a přitom víme tak málo o jeho podstatě. Mezinárodní soustava jednotek SI se nám snaží pomoci pochopit čas tím, že definuje sekundu jako základní jednotku takto:

Snaha se cení, avšak pomohla nám tato definice sekundy nějak pochopit, co je to čas?

Tato kniha se pokusí být sdílnější!

1.1.2 MĚŘENÍ ČASU

Čas neumíme měřit přímo – pouze zprostředkovaně – vnímajíce a měříce důsledky „toku“ času. Pravidelně se opakující události a pozorování „pravidelných“ jevů sloužily historicky jako „standardy“ času.

Pro určování denní doby se využíval zdánlivý pohyb Slunce – měřený slunečními hodinami či astroláby. Jiné kultury užívaly i přesýpací hodiny.

První přesné vodní hodiny (zajišťující stálý tlak vody, a tím pádem i rovnoměrné měření času) vynalezl Ktesibios (cca 250 př. n. l.). Geniální řecký technik a matematik žijící v Alexandrii dal světu na dalších cca 1800 let spolehlivou a technicky relativně jednoduchou metodu měření času – fungující (na rozdíl od slunečních hodin) v jakoukoliv denní dobu a v libovolném počasí.

První mechanické hodiny se prý objevily ve 12. století. Galileo Galilei však prokazatelně jako první objevil mechaniku kyvadla a formuloval způsob, jak jej použít pro přesné měření času. Fyzicky však kyvadlové hodiny poprvé sestavil roku 1678 holandský fyzik Christiaan Huygens. Přesnost mechanických hodin se dále zvyšovala a v 18. století se jimi podařilo změřit i nepravidelnosti v pohybu Země kolem Slunce.

Technický pokrok přinesl v pozdějších letech elektronická řešení a především quartzové (krystal křemene) obvody pro měření času. Dodnes jsou „digitálky“ levným a přitom spolehlivým i přesným zdrojem času pro každého z nás. Pro „vědeckou přesnost“ a armádní účely se však dnes užívají „atomové hodiny“ – využívající super přesné frekvence pravidelných kmitů při stavovém přechodu atomů (nejčastěji cesia či rubidia).

V dnešní době vedly potřeby moderní společnosti mimo jiné i k celosvětové „standardizaci“ měření času. Je třeba, aby všechna letiště na planetě pracovala se stejným časovým základem, počítačové servery vyžadují totéž a armádní systémy analogicky usilují o to, aby případný celosvětový útok byl započat „najednou“. Z těchto důvodů (a mnoha dalších) používá lidstvo především následující časové standardy:

1.1.3 UNIVERSAL TIME – UNIVERZÁLNÍ ČAS

UT (Universal Time) je systém měření času založený na rotaci Země. Je nástupcem staršího systému GMT. Označení GMT se však v hovorovém vyjadřování používá dodnes.

Základem měření tohoto času jsou jevy svázané s rotací Země kolem své osy. Jelikož se rotace Země postupně velmi mírně zpomaluje (slapové jevy) a taktéž samotná rotace Země je mírně nepravidelná, je i UT shodně nepravidelný – UT je tudíž nepříliš dokonalý systém měření času.

Pro velmi přesné měření času dnes proto užíváme Mezinárodní atomový čas (TAI), nicméně UT je v běžném občanském životě mnohem důležitější – neboť právě tento čas vyjadřuje rytmus života planety (den a noc) a řídí i biorytmy živých organismů.

1.1.4 MEZINÁRODNÍ ATOMOVÝ ČAS

Mezinárodní atomový čas TAI (temps atomique international) je definován pomocí atomové sekundy a je nezávislý na rotaci Země. Jde v současné době o nejpřesnější měření času.

TAI se počítá jako statistický průměr z velkého množství atomových hodin po celém světě.

1.1.5 KOORDINOVANÝ SVĚTOVÝ ČAS

UTC (Universal Coordinated Time) je koordinovaný světový čas. Někdy je nazýván taktéž „Zulu Time“. UTC je základem systému občanského času, kde jednotlivá časová pásma jsou definována svými odchylkami od UTC. UTC je de facto syntézou TAI a UT, kdy je výsledkem čas vysoce přesný a přitom synchronizovaný s astronomickým rytmem naší planety.