Хронометрия [а] или часовое дело [б] ( досл . « изучение времени » ) — наука, изучающая измерение времени и хронометрирование . [3] Хронометрия позволяет устанавливать стандартные измерения времени, которые имеют применение в широком спектре социальных и научных областей. Часовое дело обычно относится конкретно к изучению механических устройств для измерения времени, в то время как хронометрия имеет более широкую сферу применения, включая также биологическое поведение по отношению ко времени (биохронометрия), а также датирование геологического материала ( геохронометрия ).
Часовое дело обычно используется конкретно по отношению к механическим приборам, созданным для измерения времени: настенные часы , наручные часы , часовые механизмы , солнечные часы , песочные часы , клепсидры , таймеры , регистраторы времени , морские хронометры и атомные часы — все это примеры приборов, используемых для измерения времени. Людей, интересующихся часовым делом, называют часовщиками . Этот термин используют как люди, которые профессионально занимаются приборами для измерения времени, так и энтузиасты и ученые часового дела. Часовое дело и часовые мастера имеют многочисленные организации, как профессиональные ассоциации, так и более научные общества. Крупнейшей организацией по членству в часовом деле в мире является NAWCC, Национальная ассоциация коллекционеров часов, которая базируется в США, но также имеет местные отделения в других местах.
Записи хронометража засвидетельствованы в палеолите в виде надписей, сделанных для обозначения прохождения лунных циклов и измерения лет. Затем были изобретены письменные календари, за которыми последовали механические устройства. Наивысший уровень точности в настоящее время достигается атомными часами , которые используются для отслеживания международной стандартной секунды. [4] [5]
Слово «хронометрия» образовано от двух корневых слов: «хронос» и «метрон» (χρόνος и μέτρον на древнегреческом языке соответственно), которые примерно означают «время» и «мера». [6] Сочетание этих двух слов принято обозначать как измерение времени.
В древнегреческом лексиконе значения и переводы различаются в зависимости от источника. Chronos, используемый по отношению ко времени в определенные периоды и связанный с датами во времени, хронологической точностью и иногда в редких случаях, относится к задержке. [7] Продолжительность времени, к которому он относится, варьируется от секунд до сезонов года и жизней, он также может относиться к периодам времени, в течение которых происходит, сохраняется или задерживается определенное событие. [6]
Корень слова соотносится с богом Хроносом в древнегреческой мифологии, который воплощал образ времени, возникшего из изначального хаоса. Известен как тот, кто вращает Колесо Зодиака, что является еще одним доказательством его связи с ходом времени. [8] Однако древнегреческий язык различает два типа времени: хронос, статичный и непрерывный прогресс настоящего в будущее, время в последовательном и хронологическом смысле, и кайрос , концепция, основанная на более абстрактном смысле, представляющая благоприятный момент для действия или изменения.
Kairos (καιρός) мало уделяет внимания точной хронологии, вместо этого используется как время, специально подходящее для чего-то, или также период времени, характеризующийся некоторым аспектом кризиса, также относящийся к концу времени. [6] Его также можно рассматривать в свете преимущества, прибыли или плода чего-либо, [7] но также он был представлен в апокалиптическом чувстве, и также показан как переменный между неудачей и успехом, будучи уподобленным части тела, уязвимой из-за щели в доспехах для Гомера , [ 9] выгода или бедствие в зависимости от точки зрения. Он также упоминается в христианском богословии , будучи использован как следствие действия Бога и суда в обстоятельствах. [10] [11]
Из-за неотъемлемой связи между хроносом и кайросом, их функции, древнегреческого изображения и концепции времени, понимание одного означает частичное понимание другого. Смысл хроноса, безразличного расположения и вечной сущности лежит в основе науки хронометрии, предвзятость избегается, и предпочтение отдается определенному измерению.
Биохронометрия (также хронобиология или биологическая хронометрия) — это изучение биологического поведения и моделей, наблюдаемых у животных, с факторами, основанными на времени. Его можно разделить на циркадные ритмы и циркандиальные циклы . Примерами такого поведения могут быть: связь суточных и сезонных приливных сигналов с активностью морских растений и животных, [12] фотосинтетическая способность и фототактическая отзывчивость у водорослей, [13] или метаболическая температурная компенсация у бактерий. [14]
Циркадные ритмы различных видов можно наблюдать через их грубую моторную функцию в течение дня. Эти закономерности становятся более очевидными, когда день далее подразделяется на время активности и отдыха. Исследование вида проводится путем сравнения свободно текущих и захваченных ритмов, где первый достигается из естественной среды вида, а последний — от субъекта, которого научили определенным моделям поведения. Цирканнуальные ритмы похожи, но относятся к закономерностям в масштабе года, такие закономерности, как миграция, линька, размножение и масса тела, являются распространенными примерами, исследования и изыскания достигаются с помощью методов, аналогичных циркадным закономерностям. [14]
Циркадные и цирканнуальные ритмы можно наблюдать во всех организмах, как в одноклеточных, так и в многоклеточных. [15] [16] Подразделом биохронометрии является микробиохронометрия (также хрономикробиология или микробиологическая хронометрия), которая занимается изучением поведенческих последовательностей и циклов в микроорганизмах. Адаптация к циркадным и цирканнуальным ритмам является неотъемлемой частью эволюции живых организмов, [15] [16] эти исследования, а также обучение адаптации организмов также выявляют определенные факторы, влияющие на многие реакции видов и организмов, и могут также применяться для дальнейшего понимания общей физиологии, это может быть применимо и к людям, например: факторы человеческой работоспособности, сна, метаболизма и развития заболеваний, которые все связаны с биохронометрическими циклами. [16]
Ментальная хронометрия (также называемая когнитивной хронометрией) изучает механизмы обработки информации человеком, а именно время реакции и восприятие . Помимо области хронометрии, она также является частью когнитивной психологии и ее современного подхода к обработке информации человеком. [17] Исследования включают применение хронометрических парадигм, многие из которых связаны с классическими парадигмами времени реакции из психофизиологии [18] , посредством измерения времени реакции субъектов с помощью различных методов и вносят вклад в исследования познания и действия. [19] Модели времени реакции и процесс выражения темпороструктурной организации механизмов обработки информации человеком имеют врожденную вычислительную сущность. Утверждалось, что из-за этого концептуальные рамки когнитивной психологии не могут быть интегрированы в их типичных формах. [20]
Одним из распространенных методов является использование потенциалов, связанных с событиями (ERP), в экспериментах со стимулом-реакцией. Это колебания генерируемых переходных напряжений в нервных тканях, которые возникают в ответ на стимульное событие либо непосредственно перед ним, либо после него. [19] Это тестирование подчеркивает ход и природу ментальных событий и помогает определить структурные функции в обработке информации человеком. [21]
Датирование геологических материалов составляет область геохронометрии и попадает в области геохронологии и стратиграфии , хотя и отличается от хроностратиграфии . Геохронометрическая шкала является периодической, ее единицы работают в степенях 1000, и основана на единицах продолжительности, в отличие от хроностратиграфической шкалы. Различия между двумя шкалами вызвали некоторую путаницу – даже среди академических сообществ. [22]
Геохронометрия занимается вычислением точной даты отложений горных пород и других геологических событий, давая представление о том, какова история различных областей, например, вулканические и магматические движения и явления могут быть легко распознаны, а также морские отложения, которые могут быть индикаторами морских событий и даже глобальных изменений окружающей среды. [23] Такое датирование может быть выполнено несколькими способами. Все надежные методы — за исключением термолюминесценции , радиолюминесценции [ 24] и датирования ЭПР (электронный спиновый резонанс) — основаны на радиоактивном распаде , фокусируясь на деградации радиоактивного материнского нуклида и росте соответствующего дочернего продукта. [23]
Измеряя дочерние изотопы в определенном образце, можно рассчитать его возраст. Сохраненное соответствие родительских и дочерних нуклидов обеспечивает основу для радиоактивного датирования геохронометрии, применяя закон радиоактивности Резерфорда-Содди, в частности, используя концепцию радиоактивного преобразования в росте дочернего нуклида. [25]
Термолюминесценция — чрезвычайно полезная концепция для применения, используемая в самых разных областях науки, [26] датирование с использованием термолюминесценции — дешевый и удобный метод геохронометрии. [27] Термолюминесценция — это производство света нагретым изолятором и полупроводником, его иногда путают с излучением света при накале материала, это другой процесс, несмотря на множество сходств. Однако это происходит только в том случае, если материал ранее подвергался воздействию и поглощению энергии излучения. Важно отметить, что излучение света термолюминесценции не может быть повторено. [26] Весь процесс, от воздействия излучения на материал, должен быть повторен, чтобы сгенерировать еще одно излучение термолюминесценции. Возраст материала можно определить, измерив количество света, выделяемого во время процесса нагрева, с помощью фотоэлемента, поскольку излучение пропорционально дозе излучения, поглощенной материалом. [23]
Метрология времени или метрология времени и частоты — это применение метрологии для хронометража, включая стабильность частоты . [28] [29] Ее основными задачами являются реализация секунды как единицы измерения времени в системе СИ и создание стандартов времени и стандартов частоты, а также их распространение . [30]
Ранние люди использовали свои основные чувства для восприятия времени суток и полагались на свое биологическое чувство времени для различения сезонов, чтобы действовать соответственно. Их физиологические и поведенческие сезонные циклы в основном находились под влиянием биологической системы измерения времени фотопериода на основе мелатонина — которая измеряет изменение дневного света в течение годового цикла, давая ощущение времени в году — и их циркумантальных ритмов, обеспечивающих предвосхищение экологических событий за несколько месяцев вперед, чтобы увеличить шансы на выживание. [31]
Ведутся споры о том, когда было самое раннее использование лунных календарей, и о том, можно ли считать некоторые находки лунным календарем. [32] [33] Большинство связанных находок и материалов эпохи палеолита сделаны из костей и камня с различными отметками от инструментов. Считается, что эти отметки не были результатом отметок, представляющих лунные циклы, а не нотационных и нерегулярных гравировок, образец более поздних вспомогательных отметок, которые игнорируют предыдущий дизайн, указывает на то, что отметки были использованием мотивов и ритуальных отметок вместо этого. [32]
Однако, поскольку внимание людей переключилось на сельское хозяйство, важность и зависимость от понимания ритмов и цикла сезонов росли, и ненадежность лунных фаз стала проблематичной. Древний человек, привыкший к фазам Луны, использовал их в качестве эмпирического правила, а потенциальная возможность влияния погоды на чтение цикла еще больше снижала надежность. [32] [34] Длина Луны в среднем меньше, чем наш текущий месяц, не выступая в качестве надежной альтернативы, поэтому с течением лет пространство погрешности между ними будет расти, пока какой-то другой индикатор не даст указание. [34]
Древнеегипетские календари были одними из первых календарей, а гражданский календарь даже просуществовал долгое время, пережив даже крах своей культуры и раннюю христианскую эпоху. Некоторые предполагают, что он был изобретен около 4231 г. до н. э., но точная и точная датировка в ту эпоху затруднительна, и изобретение приписывают 3200 г. до н. э., когда первый исторический царь Египта Менес объединил Верхний и Нижний Египет . [34] Первоначально он был основан на циклах и фазах луны, однако позже египтяне поняли, что календарь был несовершенен, заметив, что звезда Сириус всходит перед восходом солнца каждые 365 дней, год, как мы его знаем сейчас, и был переделан так, чтобы он состоял из двенадцати месяцев по тридцать дней с пятью эпагоменальными днями. [35] [36] Первый называется лунным календарем древних египтян, а второй — гражданским календарем.
Ранние календари часто содержат элемент традиций и ценностей своей соответствующей культуры, например, пятидневный вставной месяц гражданского календаря Древнего Египта, представляющий дни рождения богов Гора , Исиды , Сета , Осириса и Нефтиды . [34] [36] Использование майя нулевой даты, а также связь Цолькина с их тринадцатью слоями небес (произведение его и всех человеческих цифр, двадцать, что составляет 260-дневный год в году) и промежуток времени между зачатием и рождением во время беременности. [37]
Существует множество музеев часового дела и несколько специализированных библиотек, посвященных этой теме. Одним из примеров является Королевская Гринвичская обсерватория , которая также является источником нулевого меридиана и домом первых морских хронометристов, достаточно точных для определения долготы (созданных Джоном Харрисоном ). Другие музеи часового дела в районе Лондона включают Музей часовщиков , который вновь открылся в Музее науки в октябре 2015 года, коллекции часов в Британском музее , Музее науки (Лондон) и Коллекция Уоллеса . Библиотека Гилдхолла в Лондоне содержит обширную публичную коллекцию часового дела. В Аптоне, также в Соединенном Королевстве, в штаб-квартире Британского института часового дела находится Музей хронометража. Более специализированным музеем часового дела в Соединенном Королевстве является Музей Кукуленд в Чешире , в котором находится крупнейшая в мире коллекция старинных часов с кукушкой .
Одним из наиболее полных музеев, посвященных часовому делу, является Musée international d'horlogerie в Ла-Шо-де-Фоне в Швейцарии, в котором есть публичная библиотека часового дела. Musée d'Horlogerie du Locle меньше, но расположен неподалеку. Другие хорошие библиотеки часового дела, предоставляющие публичный доступ, находятся в Musée international d'horlogerie в Швейцарии, в Ла-Шо-де-Фоне и в Ле-Локле .
Во Франции в Безансоне есть Музей времени (Musee du Temps) в историческом дворце Гренвель. В Серпе и Эворе , в Португалии , есть Музей часов. В Германии есть Немецкий музей часов в Фуртвангене-им-Шварцвальд , в Шварцвальде , в котором находится публичная библиотека часового дела.
Два ведущих специализированных музея часового дела в Северной Америке — Национальный музей часов в Колумбии, штат Пенсильвания , и Американский музей часов в Бристоле, штат Коннектикут . Еще один музей, посвященный часам, — Дом Уилларда и Музей часов в Графтоне, штат Массачусетс . Одной из самых полных библиотек часового дела, открытых для публики, является Национальная библиотека часов в Колумбии, штат Пенсильвания .
Известные научные часовые организации включают в себя:
