Jak se měřil čas

Měření času měla odedávna dva směry; prvním bylo sledování úseků delších než jeden den a jeho výsledkem bylo vytvoření kalendáře, druhým bylo měření časových intervalů kratších než jeden den.

Už v nejstarších dobách existovalo několik pomůcek, s jejichž pomocí byl odměřován čas. Jedny z nejstarších byly sluneční a vodní hodiny, později se objevily také hodiny přesýpací (ty byly nejpřesnějším prostředkem na měření kratších časových úseků až do 17. století). Vodní hodiny využívaly odkapávající vody a podle jejího množství, které buď nateklo do nádoby nebo z ní odteklo se určoval čas. Nejstarší doložené vodní hodiny pocházejí ze třetího století před n. l. a postavil je Ktésibios z Alexandrie, který byl znám jako vynikající matematik a mechanik. Ktésibiovy hodiny byly postaveny v chrámě Arsinoé a soška chlapce stojící na plováku ukazovala čas na stupnici vyryté na otáčivém bubnu. Pro každý měsíc v roce byla na hodinách jiná stupnice (hodina v létě byla delší než hodina v zimě). Protože obsah vody v zásobníku "hodin" byl omezený, používalo se tohoto způsobu k měření kratších úseků, případně musely mít hodiny trvalou obsluhu, která včas vodu doplňovala. Stejný princip měření času je také využíván u přesýpacích hodin, kde vodu nahradil jemný písek. Také u přesýpacích hodin byl měřený časový úsek omezen jejich velikostí; "přesýpačky" tak sloužily pro měření časových úseků kratších než jednu hodinu (nejčastěji se vyráběly velikosti do deseti minut).
Sluneční hodiny (gnómony) ve starém Egyptě se objevují někdy v polovině 4. tisíciletí před n. l., kdy se k měření času využíval stín vrhaný obelisky stavěnými na počest slunečního boha Ra; k měření ale postačila i tyč zabodnutá do písku. Jak přesně se určování času z vrženého stínu provádělo (zda z délky stínu nebo jeho směru) není známo, protože se nezachovalo žádné dílkování. S prvním dílkováním pro správné odečtení času se setkáváme v období kolem roku 1500 před n. l. Ze starého Egypta také pochází dělení dne na 24 hodin - přesněji na dvakrát dvanáct hodin. Egypťané rozdělovali den na 12 hodin od východu do západu slunce a na dalších 12 hodin nočních. Z toho vyplývá, že egyptská hodina se v průběhu roku měnila a v létě byla hodina denní delší než hodina noční a v zimě tomu bylo naopak. Od Egypťanů převzali znalost slunečních hodin Řekové a podobně byl odměřován čas také v Babylonii.
A proč je den rozdělen na 24 hodin (12 denních a 12 nočních) a ne třeba na deset nebo sto? Dělení pochází od Babylóňanů, pro které byla bylo číslo 12 dokonalým číslem a výhodné bylo také tím, že je bylo možné dělit na dva, tři, čtyři nebo šest dílů (což u čísla deset nebo sto nejde). A 60 minut v jedné hodině má původ v babylónské šedesátkové soustavě.
V 1. tisíciletí před n. l. došlo k vylepšení slunečních hodin, když začala být využívána nakloněná rovina a stupnice byla řešena zvlášť pro každý měsíc. Později v 6. století před n. l. byla tyč vrhající stín nakloněna směrem k nebeskému pólu (autorem tohoto vynálezu byl podle některých historiků řecký filozof Anaximandros). Přestože se sluneční hodiny staly "přesnějšími", nebyla jejich stavba nijak jednoduchá, protože bylo potřebné adaptovat stupnici pro každou zeměpisnou šířku zvlášť. To bylo také jedním z důvodů, proč se sluneční hodiny nijak masivně nerozšiřovaly po světě. Na fakt, že pro každou zeměpisnou šířku je potřebná jiná stupnice, narazili v roce 263 před n. l. Římané, kteří ukořistili v sicilské Catině sluneční hodiny a převezli je do Říma, kde je instalovali. Hodiny pak "šly špatně" celých sto let, protože až v roce 164 před n. l. byly vyrobeny hodiny odpovídající zeměpisné poloze Říma.
Po pádu Říše římské upadaly sluneční hodiny v zapomění a teprve kolem roku 650 nařídil papež Sabianus, aby se instalovaly na věže kostelů. Nadále přetrvávalo, že přesnost stanovení času byla v průběhu roku různá (což je způsobeno nerovnoměrným pohybem Slunce po obloze); přesto byly sluneční hodiny při správné konstrukci až do začátku 18. století nejpřesnějším časoměrným zařízením. Středověk neměl potřebu rozdíl délky hodin řešit, ale problém nastal až s nástupem mechanických hodin, kdy vzhledem k povaze zařízení musela být každá hodina stejná. První mechanické hodiny se údajně objevily někdy na konci 10. století (spolehlivě doloženy jsou ale až na přelomu 13. a 14. století v anglických klášterech) a jejich "přesnost" dosahovala 15 minut za den. Jednalo se o výrobek, který mnohdy zabíral celou místnost a jeho výrobou se zaobírali kováři a tesaři. Oscilátorem v takových hodinách byl lihýř, který byl opatřen závažími o hmotnosti až 600 kg. Hodiny byly opatřeny jedinou ručičkou, která ze den oběhla jednou ciferník se 24 dílky (i na pražském orloji můžeme odečíst čas měřený na 24 stejných hodin - ovšem den tady začíná okamžikem západu Slunce). Teprve později byly hodiny konstruovány tak, že ručička oběhla ciferník během jednoho dne dvakrát a díky tomu byly dílky mezi jednotlivými hodinami větší a bylo možné odhadovat i zlomky hodiny. Po zdokonalení konstrukce byly hodiny vestavovány do věží a jako orloje často byly kromě měření času vybaveny mnoha dalšími funkcemi. Zajímavé je, že k seřizování mechanických hodin byly využívány hodiny sluneční.
Teprve v 16. století přibyla k hodinám minutová ručička (stejné století přineslo i první kapesní hodinky s pružinovým pohonem, které se nejčastěji nosily jako přívěšek na krku). První hodiny s minutovou ručičkou sestrojil v roce 1577 švýcarský hodinář Jošt Burgi pro astronoma Tychona Brahe, který je využíval pro svá astronomická pozorování. A vteřinová ručička se do hodin dostala o dalších sto let později, v roce 1676.
Dalším výrazným vylepšením mechanických hodin byly kyvadlo. První hodiny s kyvadlem sestrojil v roce 1656 (někdy se uvádí rok 1657) holandský fyzik Christian Huygens, který tak uskutečnil myšlenku Galilea Galilei z roku 1582. Nevýhodou kyvadlových hodin byla náročnost na mechanickou přesnost a nemožnost využívat je jako mobilní. Naopak jejich přesnost byla neporovnatelně lepší a odchylka u nejlepších dosahovala jen několika vteřin za den. Huygens později upravil v hodinách lihýř a vybavil jej pružinou, čímž vznil nepokoj, který se později využíval při konstrukci přenosných hodin.
Největšího rozmachu dosáhlo hodinářství v 18. století, jehož konec přinesl i první náramkové hodinky. Rozvoj souvisel s prací anglického hodináře Johna Harrisona, který v roce 1760 (po čtyřiceti letech práce) zdokonalil systém nepokoje natolik, že mohl postavit lodní chronometr, u kterého odchylka za 24 hodin nepřesahovala 0,2 s. Ovšem takový lodní chronometr (který byl velice ceněným a dlouhá léta nesměl být prodáván mimo Anglii) byl velice drahý a jeho cena dosahovala 30% celkové ceny lodi. Teprve začátkem 19. století se jeho cena začala snižovat a dosahovala výše odpovídajícímu dvouletému příjmu zručného dělníka. Přesnost hodin již tedy byla taková, že se podařilo změřit nerovnoměrnosti v pohybu Země a mechanické hodiny vytlačily co do přesnosti veškeré další prostředky pro měření času.
Pokud se týká nepravidelností byly díky velmi přesnému časovému normálu zjištěny v pohybu Země tři periody. První souvisí s pravidelnými klimatickými změnami a jejich periodicida je roční s výchylkou 22 milisekund. Druhá je způsobena pohybem Země po elipse a perioda je půlroční s amplitudou 10 milisekund a třetí je způsobena excentricitou dráhy Měsíce - perida je 13,8 a 27,6 dne, ale poruchy jsou menší než jedna milisekunda. Země se tak díky těmto nepravidelnostem oproti plynule běžícímu času v květnu "opožďuje" o 30 milisekund a naopak v září se "zrychluje" o 25 milisekund.
V roce 1850 byly poprvé představeny elektrické hodiny, které poháněl elektromotor na střídavý proud. Hodiny si ale nezískaly větší popularitu a elektrické hodiny se opět konstruovaly až mnohem později.
Další významná změna přichází až ve druhé polovině 20. století, kdy byl ve Švýcarsku vyvinut systém quartz. V tomto systému mechanický oscilátor klasickách hodin byl nahrazen křemenným oscilátorem využívajícím piezoelektrický jev. Odchylka takových hodin nepřesahovala 10 vteřin za rok. V současnosti jsou vrcholem přesnosti atomové hodiny, které pracují na základě kmitů atomů cesia. U nejlepších z nich může odchylka dosáhnout 1 vteřinu za 15 miliónů let. Nejpřesnější čas, nazývaný atomový čas, se pak určuje jako vážený průměr ze sedmi nejlepších časových laboratoří, které mají k dispozici několik desítek cesiových hodin a speciálních časových normálů.
Na závěr ještě zmínka o letním a zimním čase. V průběhu 20. století byl v mnoha zemích zaváděn do praxe letní a zimní čas a původním cílem tohoto opatření bylo ušetřit elektrickou energii. Přestože v současné době už je jasné, že změna času nepřináši úspory, pokračuje praxe střídání času. V roce 1996 dokonce Evropská unie přijala směrnici, která změnu času ustálila na termínu závazném pro všechny členské země. A také se čas od času objevují iniciativy, jejichž cílem je střídání časů zrušit. Jednou z posledních akcí v tomto směru je iniciativa senátora Petra Šilara, který chce k myšlence zrušení letního času spojit odpírače i v ostatních zemích EU.

HLAVNÍ PRAMENY:
[1] S. Hawking: Stručná historie času, Argo, Praha 2007
[2] E. Kotulová: Kalendář aneb kniha o věčnosti a času, Svoboda, Praha 1978
[3] P. Zandl: Když se rozběhl čas - in: Svět, ročník 2008, číslo 11
[4] H. Válková: "Evropané, spojte se proti letnímu času", MF Dnes 18.5.2011
[5] V. Vanýsek: Základy astronomie a astrofyziky, Academia, Praha 1980
[6] http://www.mcwdn.org/Time/TimeHistory.html

-----
Příště: Kosmonautické "průšvihy"; plánované zveřejnění: 30.5.2011.