В не таком уж далеком прошлом физики считали, что между временем и силой тяжести - гравитацией - никакой связи не существует. Этот взгляд коренным образом изменился, когда Альбертом Эйнштейном была создана теория относительности, доказывающая, что в поле сильного тяготения, вблизи планет и звезд, время идет медленнее, чем вдали от них.

Такие разные времена

Возьмем, к примеру, Солнце, по диаметру оно в 109 раз больше Земли. И, соответственно, сила тяжести на «светильнике мира» почти в 30 раз больше земной. Поэтому рядом с Солнцем часы будут идти медленнее, чем на Земле. Правда, это отличие - мизерное, равное всего двум миллионным долям взятой единицы времени, оно практически неощутимо. Но за пять миллиардов лет существования Солнца и Земли срок набежал изрядный. Оказывается, на Солнце времени прошло на 10 тысяч лет меньше, чем на Земле!

Есть во Вселенной звезды чудовищной плотности. Например, белые карлики в 200 тысяч раз «плотнее» Земли. А нейтронные звезды - в 40 триллионов раз! Естественно, что и время там замедляется очень сильно. У нас пройдет, скажем, год, а на поверхности нейтронной звезды - только шесть месяцев.

Но зачем забираться так далеко? В 1960 году американским физикам Р. Паунду и Г. Ребке удалось с помощью сверхточных часов уловить разницу во времени между земной поверхностью и вершиной 20-метровой башни. А итальянские ученые поднялись с часами в горы, оставив другие часы у подножья. После опыта выяснилось: наверху часы ушли вперед, а внизу, как и ожидалось, отстали на миллиардные доли секунды.

Кварцевый маятник

Понятно, что для подобных ОПЫТОВ нужна особая точность часов. Английский физик Чарльз Уитстон около двух веков назад заявил, что изобрел точные электрические часы. У них, как и у механических, имелся маятник. Его подталкивали электромагниты. Казалось, задача решена. Однако на деле выяснилось, что электромаятник качается неравномерно, и это сильно сказывается на ходе часов.

Лишь 80 лет спустя после Уитстона его соотечественнику Джеймсу Шорту удалось создать электрические часы, и какие! По точности они превзошли все до того существовавшие.

Особенность часов Шорта заключалась в том, что у них было два маятника. Один - несвободный, или «рабский», как называл его сам изобретатель. Этот маятник управлял работой часового механизма. Другой, свободный, командовал первым, заставляя его качаться в такт с собой.

«Командир» находился прямо-таки в идеальных условиях: в- глубоком подвале, защищенный от сотрясений, при постоянной температуре. Мало того, воздух - для уменьшения его сопротивления - частично выкачивался из футляра часов. Связь между двумя маятниками была электрическая, с участием электромагнитов.

Часы Шорта получили название астрономических, так как использовались в обсерваториях. Они работали в 100 раз точнее самых лучших механических часов и за сутки могли ошибиться всего на две тысячных доли секунды.

А много лет спустя российский изобретатель Феодосий Михайлович Федченко разработал электрочасы в 10 раз точнее часов Шорта. Но оказалось, что и это далеко не предел.

Появились часы, в которых роль маятника исполняла пластинка из минерала кварца, пьезокварц. Ученые заметили, что если к такой пластинке подвести переменный электрический ток, то в ней возникают колебания. Причем частота их сохраняется с поразительной точностью.

Кроме пьезокварца в часы помещались электронные приборы и специальный электромотор. Колебания пластинки передавались через приборы мотору, и тот двигал стрелки часов. А поскольку частота колебаний кварцевой пластинки, как уже говорилось, исключительно постоянна, то и погрешность хода часов была крайне мала. За 100 лет работы кварцевые часы могут отстать или уйти вперед лишь на три-четыре секунды!

Электронные или механические?

Но это в науке. А как в обыденной жизни? Непросто оказалось создать точные карманные и наручные электрочасы. Надо было оставить в них баланс и стрелочный механизм, а вместо заводной пружины использовать электрический привод, двигатель -конечно, миниатюрный, работающий от столь же миниатюрной батарейки.

Но беда заключалась в том, что таких маленьких батареек еще не существовало. Только в 1920 году французским часовщикам удалось сделать первые электрические карманные часы.

Прошло еще целых 35 лет, и вот, опять во Франции, наконец-то появились электрические наручные часы. А лет 10 спустя они уже выпускались тысячами.

Правда, эти часы были не очень надежными. Дело в том, что батарейкам приходилось подключаться к приводу и затем отключаться от него до 150 раз в минуту. В год это примерно 80 миллионов раз! Места подключений - контакты - не выдерживали такой огромной нагрузки и довольно быстро выходили из строя.

Этот недостаток удалось устранить только при помощи микроэлектроники, когда радиодетали уменьшились чуть ли не до микроскопических размеров.

Тогда же возникла возможность создать кварцевые наручные часы: пьезокварц и вся необходимая электроника теперь умещались в небольшом корпусе. Появились электронные часы и со стрелками, и с цифровой индикацией - у них на циферблате время высвечивалось.

Когда электронные наручные часы стали привычными и широко распространились, стало казаться, что механическим скоро придет конец, что они, с их сложным и тонким устройством, безнадежно устарели. Ведь электронные проще в изготовлении и к тому же способны не только показывать время, но и, например, сообщать прогноз погоды, объявлять курс валют, служить радиоприемником. Да мало ли что еще можно добавить в этот умный приборчик на руке.

Однако шло время, а механические наручные часы и не думали исчезать. Напротив, становились все лучше, все точнее. Часовые фирмы Швейцарии, США, Франции, Германии, Японии научились делать изумительно красивые, удобные и точные механические часы. Появились особо редкие, раритетные модели наручных часов, которые выпускаются в небольшом количестве или даже в единственном экземпляре.

Иметь на руке дорогие элитные часы стало престижно. Не только по костюму, но и по марке часов можно сразу определить, насколько успешен их владелец.

Время показало, что механические и электронные наручные часы - не конкуренты. Каждому свое. И те, и другие имеют право на существование.

Точнее природных

Уж до чего точны кварцевые часы, но атомные - несравнимо точнее. В них вместо маятника используются колебания атомов и молекул: например, в первых атомных часах (они были созданы в 1948 году) - молекул сильно разреженного аммиачного газа.

В механических часах маятник делает одно-два колебания в секунду. Поэтому часовому механизму работать с ним в паре нетрудно. Совершенно другая картина в часах атомных. Здесь частота колебаний достигает десятков миллиардов в секунду. Сразу использовать такую частоту невозможно. С помощью электронных приборов она снижается во много раз, и лишь после этого ток поступает к электромотору, двигающему стрелки.

За сутки «аммиачные» часы могут допустить ошибку, равную всего нескольким миллионным долям секунды. Другими словами, погрешность измерения времени у этих часов меньше одной секунды за тысячу лет!

Но и это еще не самая большая точность. Американские ученые создали часы, в которых используются колебания атомов редкого химического элемента цезия. На одну секунду цезиевые часы «просчитаются» только за 10 тысяч лет!

Потом появились рубидиевые атомные часы. Точность их так же велика, как и цезиевых, но занимают они значительно меньше места. Если цезиевые размещаются в шкафу, то рубидиевые уже можно носить в чемодане.

А не так давно учеными из Калифорнии были созданы водородные атомные часы просто невообразимой точности. Их ошибка - одна секунда за 30 миллионов лет!

Конечно, в повседневной жизни такая точность ни к чему. Но в астрономии, космонавтике, в изучении строения атома, в морской навигации - она крайне необходима. Например, с помощью атомных часов астрономы установили, что вращение Земли вокруг ее оси нельзя считать равномерным. Выяснилось, что наша планета весной вращается чуть медленнее, чем осенью. Изменяется и длина суток, примерно на одну тысячную доли секунды. Таким образом, принимать суточное вращение Земли за образец точности уже не приходится. Рукотворные атомные часы оказались точнее природных!