Промежуток длинной в час. Время и календарь

И ЕДИНИЦ ИХ ИЗМЕРЕНИЯ

Понятие времени более сложное, чем понятие длины и массы. В обыденной жизни время - это то, что отделяет одно событие от другого. В математике и физике время рассматривают как скалярную величину, потому что промежутки времени обладают свойствами, похожими на свойства длины, площади, массы.

Промежутки времени можно сравнивать. Например, на один и тот же путь пешеход затратит больше времени, чем велосипедист.

Промежутки времени можно складывать. Так, лекция в институте длится столько же времени, сколько два урока в школе.

Промежутки времени измеряют. Но процесс измерения времени отличается от измерения длины, площади или массы. Для измерения длины можно многократно использовать линейку, перемещая её с точки на точку. Промежуток времени, принятый за единицу, может быть использован лишь один раз. Поэтому единицей времени должен быть регулярно повторяющийся процесс. Такой единицей в Международной системе единиц названа секунда . Наряду с секундой используются и другие единицы времени: минута, час, сутки, год, неделя, месяц, век. Такие единицы, как год и сутки, были взяты из природы, а час, минута, секунда придуманы человеком.

Год - это время обращения Земли вокруг Солнца.

Сутки - это время обращения Земли вокруг своей оси.

Год состоит приблизительно из 365 суток. Но год жизни людей складывается из целого числа суток. Поэтому вместо того, чтобы к каждому году прибавлять 6 часов, прибавляют целые сутки к каждому четвёртому году. Этот год состоит из 366 дней и называется високосным .

Неделя. В Древней Руси неделя называлась седмицей, а воскресенье – днём недельным (когда нет дел) или просто неделей, т.е. днём отдыха. Названия следующих пяти дней недели указывают, сколько дней прошло после воскресенья. Понедельник - сразу после неделя, вторник - второй день, среда - середина, четвёртые и пятые сутки соответственно четверг и пятница, суббота - конец дел.

Месяц - не очень определённая единица времени, он может состоять из тридцати одного дня, из тридцати и двадцати восьми, двадцати девяти в високосные годы (дней). Но существует эта единица времени с древних времён и связана с движением Луны вокруг Земли. Один оборот вокруг Земли Луна делает примерно за 29,5 суток, и за год она совершает примерно 12 оборотов. Эти данные послужили основой для создания древних календарей, а результатом их многовекового усовершенствования является тот календарь, которым мы пользуемся и сейчас.

Так как Луна совершает 12 оборотов вокруг Земли, люди стали считать полнее число оборотов (то есть 22) за год, то есть год – 12 месяцев.

Современное деление суток на 24 часа также восходит к глубокой древности, оно было введено в Древнем Египте. Минута и секунда появились в Древнем Вавилоне, а в том, что в часе 60 минут, а в минуте 60 секунд, сказывается влияние шестидесятеричной системы счисления, изобретённой вавилонскими учёными.

Время является самой трудной для изучения величиной. Временные представления у детей развиваются медленно в процессе длительных наблюдений, накопления жизненного опыта, изучения других величин.

Временные представления у первоклассников формируются прежде всего в процессе их практической (учебной) деятельности: режим дня, ведение календаря природы, восприятие последовательности событий при чтении сказок, рассказов, при просмотре кинофильмов, ежедневная запись в тетрадях даты работы - всё это помогает ребёнку увидеть и осознать изменения времени, почувствовать течение времени.

Единицы времени, с которыми знакомятся дети в начальной школе: неделя, месяц, год, век, сутки, час, минута, секунда.

Начиная с 1 класса , необходимо приступать к сравнению знакомых, часто встречающихся в опыте детей временных промежутков. Например, что длится дольше: урок или перемена, учебная четверть или зимние каникулы; что короче: учебный день ученика в школе или рабочий день родителей?

Такие задания способствуют развитию чувства времени. В процессе решения задач, связанных с понятием разности, дети приступают к сравнению возраста людей и постепенно овладевают важными понятиями: старше - моложе - одинаковые по возрасту. Например:

«Сестре 7 лет, а брат на 2 года старше сестры. Сколько лет брату?»

«Мише 10 лет, а сестра моложе его на 3 года. Сколько лет сестре?»

«Свете 7 лет, а её брату 9 лет. Сколько лет будет каждому из них через 3 года?»

Во 2 классе у детей формируются более конкретные представления о данных промежутках времени. (2 кл. «Час. Минута » с. 20)

Для этой цели учитель использует модель циферблата с подвижными стрелками; объясняет, что большая стрелка называется минутой, маленькая - часовой, поясняет, что все часы устроены таким образом, что пока большая стрелка движется от одного маленького деления до другого, проходит 1 мин , а пока маленькая стрелка движется от одного большого деления до другого, проходит 1 час . Счет времени ведется от полуночи до полудня (12 ч. дня) и от полудня до полуночи. Затем предлагаются упражнения с использованием модели часов:

♦ назвать обозначенное время (с. 20 №1, с. 22 №5, с. 107 №12)

♦ обозначить время, которое называет учитель или ученики.

Даются разные формы чтения показаний часов:

9 ч 30 мин, 30 мин десятого, половина десятого;

4 ч 45 мин, 45 мин пятого, без 15 пять, без четверти пять.

Изучение единицы времени используется при решении задач (с. 21 №1).

В 3 классе уточняются представления детей о таких единицах времени, как год, месяц, неделя . (3 кл. ч. 1, с. 9) С этой целью учитель использует табель-календарь. По нему дети выписывают названия месяцев по порядку и количество дней в каждом месяце. Сразу же выделяются одинаковые по продолжительности месяцы, отмечают самый короткий месяц в году (февраль). По календарю учащиеся определяют порядковый номер месяца:

♦ как называется пятый месяц в году?

♦ которым по счету является июль?

Устанавливают день недели, если известно, число и месяц и наоборот, устанавливают, на какие числа месяца приходятся определенные дни недели:

♦ на какие числа приходятся воскресенья в ноябре?

С помощью календаря учащиеся решают задачи на нахождение продолжительности события:

♦ сколько дней длится осень? Сколько недель она длится?

♦ сколько дней длятся весенние каникулы?

Понятия о сутках раскрывается через близкие детям понятия о частях суток - утро, день, вечер, ночь. Кроме того, опираются на представления временной последовательности: вчера, сегодня, завтра. (3 кл., ч. 1, с. 92 «Сутки»)

Детям предлагается перечислить, чем они были заняты от вчерашнего утра до сегодняшнего утра, что будет делать начиная с сегодняшнего вечера до завтрашнего вечера и т. п.

«Такие промежутки времени называют сутками »

Устанавливается соотношение: Сутки = 24 ч

Затем устанавливается связь с изученными единицами времени:

♦ Сколько часов в 2 сутках?

♦ Сколько суток в двух неделях? В 4 неделях?

♦ Сравнить: 1 нед. * 8 суток, 25 ч. * 1 сут., 1 мес. * 35 сут.

Позднее вводится такая единица времени, как квартал (каждые 3 мес, всего 4 квартала).

После знакомства с долями решаются задачи:

♦ Сколько минут составляет третья часть часа?

♦ Сколько часов составляет четвертая часть суток?

♦ Какую часть года составляет один квартал?

В 4 классе уточняются представления об уже изученных единицах времени (ч. 1, с. 59): вводится новое соотношение -

1 год = 365 или 366 суток

Дети узнают, что основными единицами измерения являются сутки - время, в течение которого Земля делает полный оборот вокруг своей оси, и год - время, в течение которого Земля делает полный оборот вокруг Солнца.

Тема «Время от 0 часов до 24 часов » (С. 60). Дети знакомятся с 24 -часовым счислением времени суток. Они узнают, что началом суток является полночь (0 ч.), что счет часов в течение суток идет от начала суток, поэтому после полудня (12 ч.) каждый час имеет другой порядковый номер (1 час дня - это 13 ч, 2 часа дня -14 ч...)

Примеры упражнения:

♦ Как сказать по-другому, сколько сейчас времени:

1) если от начала суток прошло 16 ч, 20 ч, три четверти часа, 21 ч 40 мин, 23 ч 45 мин;

2) если сказали: четверть пятого, половина второго, без четверти семь.

Вырази:

а) в часах: 5 суток, 10 суток 12 ч, 120 мин

б) в сутках: 48 ч, 2 недели

в) в месяцах: 3 года, 8 лет и 4 мес, четверть года

г) в годах: 24 мес, 60 мес, 84 мес.

Рассматривают простейшие случаи сложения и вычитания величин, выраженных в единицах времени. Необходимые преобразования единиц времени здесь выполняют попутно, без предварительной замены заданных величин. Чтобы предупредить ошибки в вычислениях, которые намного сложнее, чем вычисления с величинами, выраженными в единицах длины и массы, рекомендуется давать вычисления в сопоставлении:

30мин 45сек - 20мин58 сек;

30м 45см - 20м 58см;

30ц 45кг - 20ц 58кг;

♦ С помощью какого действия можно узнать:

1) какое время покажут часы через 4 ч, если сейчас 0 ч, 5 ч...

2) сколько времени пройдет от 14 ч до 20 ч, от 1 ч до 6 ч

3) какое время показывали часы 7 ч назад, если сейчас 13 ч, 7ч 25 мин?

1 мин = 60 с

Затем рассматривается самая крупная из рассматриваемых единиц времени - век, устанавливается соотношение:

Примеры упражнений:

♦ Сколько лет в 3 веках? В 10 веках? В 19 веках?

♦ Сколько веков составляют 600 лет? 1100 лет? 2000 лет?

♦ А.С. Пушкин родился в 1799 г, а умер в 1837г. В каком веке он родился и в каком умер?

Усвоению отношений между единицами времени помогает таблица мер , которую следует повесить в классе на некоторое время, а также систематические упражнения в преобразовании величин, выраженных в единицах времени, их сравнении, нахождении различных долей любой единицы времени, решение задач на вычисление времени.

1 в. = 100 г. в году 365 или 366 суток

1 г. = 12 мес. в месяце 30 или 31 сутки

1 сут = 24 ч (в феврале 28 или 29 суток)

1 ч = 60 мин

1 мин = 60 с

В теме «Сложение и вычитание величин » рассматриваются простейшие случаи сложения и вычитания составных именованных чисел, выраженных в единицах времени:

♦ 18ч 36 мин -9ч

♦ 20 мин 30 с + 25 с

♦ 18ч 36 мин - 9 мин (в строчку)

♦ 5 ч 48 мин + 35 мин

♦2 ч 30 мин - 55 мин

Позднее рассматриваются случаи умножения:

♦ 2 мин 30 с 5

Для развития временных представлений используется решение задач на вычисление продолжительности событий, его начала и конца.

Простейшие задачи на вычисление времени в пределах года (месяца) решаются с помощью календаря, а в пределах суток - с помощью модели часов.

Упражнение № 1

Детям предлагается прослушать две магнитофонные записи. Причём одна из них 20 секунд, а другая 15 секунд. После прослушивания дети должны определить, какая из предложенных записей длится дольше, чем другая. Данная задача вызывает определённые затруднения, мнения детей расходятся.

Тогда учитель выясняет, что для того, чтобы выяснить продолжительность мелодий, их необходимо измерить. Вопросы:

Какая из двух мелодий длится дольше?

Можно ли это определить на слух?

Что, нужно для того. чтобы определить продолжительность мелодий.

На этом уроке можно ввести часы и единицу измерения времени - минуту .

Упражнение № 2

Детям предлагается прослушать две мелодии. Одна, из них длится 1 минуту, а другая 55 секунд. После прослушивания дети должны определить, какая мелодия длится дольше. Это задание вызывает затруднение, мнения детей расходятся.

Тогда учитель предлагает во время прослушивания мелодии считать, сколько раз будет двигаться стрелка. В процессе этой работы дети выясняют, что при прослушивании первой мелодии стрелка двигалась 60 раз и прошла полный круг, т.е. мелодия длилась одну минуту. Вторая мелодия длилась меньше, т.к. пока она звучала стрелка двигалась 55 раз. После этого учитель сообщает детям, что каждый « шажок » стрелки - это отрезок времени, который называется секунда . Стрелка, проходя полный круг- минуту - совершает 60 «шагов, т.е. в одной минуте 60 секунд.

Детям предлагается афиша: «Приглашаем всех учащихся школы на лекцию о правилах поведения на воде. Длится лекция 60.....».

Учитель объясняет, что художник, который рисовал афишу, не знал единиц времени и не написал, сколько будет длится лекция. Ученики первого класса решили, что лекция будет длится 60 секунд, т.е. одну минуту, а ученики второго класса решили, что лекция будет длится 60 минут. Как вы думаете, кто из них прав? Ученики выясняют, что правы ученики второго класса. В процессе решения данной задачи дети делают вывод, что при измерении отрезков времени необходимо пользоваться единой мелкой. На этом уроке вводится новая единиц измерения времени - час .

Почему вы решили, что правы ученики второго класса?

Что нужно для того, чтобы не было таких ошибок?

Сколько минут в одном часе? сколько секунд?

В основу измерения времени астрономической хронологией положено движение небесных тел, которое отражает три фактора: вращение Земли вокруг своей оси, обращение Луны вокруг Земли и движение Земли вокруг Солнца. Эти факторы являются определяющими в выделении основных единиц времени.

Первой естественной единицей време­ни, выделенной пер­вобытными людьми, были сутки, связанные со сменой дня и ночи - времени работы и отдыха.

Сутки – это отрезок времени, в течение которого Земля делает один полный оборот вокруг своей оси относительно какой-либо точки на небе. Различаются звездные и солнечные сутки. Звездные сутки равны интервалу между двумя последовательными положениями в одной и той же точке неба определенной звезды. Солнечные сутки определяются аналогичным положением солнца. Поскольку Солнце движется относительно звезд в одном направлении с Землей, звездные и солнечные сутки не совпадают (солнечные длиннее примерно на 4 минуты). За год разница между звездными и солнечными сутками достигает примерно около суток. Кроме того, Земля движется вокруг Солнца с разной скоростью, и поэтому солнечные сутки не являются постоянной величиной. Для облегчения счета времени введено фиктивное понятие "среднее солнце ", т. е. движение Солнца принято считать равномерным. Поэтому сутки стали постоянной единицей, они делятся на 24 часа, в каждом из которых 60 минут, в минуте – 60 секунд, в секунде – 60 терций. Возникновение мелких единиц измерения времени (часов, минут, секунд) связывают с древневавилонсклой двенадцатиричной системой счета. В 1792 г. французский астроном и математик Пьер Симон Лаплас предложил десятичное деление суток, т.е. – на 10 часов по 100 минут в каждом и по 100 секунд в минуте. Но это деление не было воспринято.

Точка отсчета суток – полночь – в России была установлена декретом Советской власти, подписанным В.И. Лениным в феврале 1919 г.: "Время в течение суток считать от 0 до 24 часов, принимая за начало суток полночь".

Земля, вращаясь вокруг своей оси, последовательно поворачивается к Солнцу разными частями поверхности, и день наступает не во всех местах Земного шара одновременно. В XIX в. С. Флешинг предложил поясное время - систему счета часового времени, основанную на разделении поверхности Земли на 24 часовых пояса. В 1884 г. в Вашингтоне состоялась Международная конференция по введению единого поясного времени и единого начального меридиана. Начальным (нулевым) меридианом стал тот, который проходит через Гринвичскую лабораторию в пригороде Лондона. Местное время часовых поясов, расположенных на восток от Гринвича, из пояса в пояс увеличивается на час, а на запад – на час уменьшается. Границы поясного времени в незаселенных местах (океанах, пустынях, горах) было решено поводить по меридианам, а на остальных территориях – с учетом физико-географических особенностей (по крупным рекам, водоразделам) или по межгосударственным и административным границам. На той же конференции установили т.н. "линию перемены даты" – меридиан 180º в.д., находящийся в противоположной части Земного шара от нулевого Гринвичского меридиана.

Обратив внимание на прохождение Луной различных фаз от одного новолуния до другого, лю­ди выделили более крупную единицу измерения времени - лунный (синодический) месяц (от греческого "синодос " – сближение, схождение, так как в момент новолуния Солнце и Луна "сближаются"). Месяц – это период наблюдаемого чередования лунных фаз, зависящих от движения Луны вокруг Земли. Синодический (лунный) месяц составляет 29 суток 13 часов 44 минуты 2,9 секунды. Первоначально его продолжительность определяли в 30 дней.

С фазами Луны в значительной мере связано и уста­новление следующей единицы времени - семидневной недели. Счет дней семидневками возник на Переднем Востоке и в Египте несколько тысячелетий назад. Названия дней недели во многих языках повторяются, и чаще всего обозначают порядковый номер в неделе. Исключение составляет слово шаббат, возникшее для обозначения дня недели еще в Древнем Вавилоне, где обозначало покой, поскольку день считался несчастливым, и не следовало работать, а нужно было предаваться покою. Есть и другой вариант: в аккадском языке слово "шаббатум" означало "полнолуние" или "фаза Луны", это указывает на то, что счет семидневками был связан с примерной продолжительностью каждой фазы Луны.

Необходимость следить за сменой времен года связанной с видимым движением Солнца (фактически – с движением Земли вокруг Солнца) вызвала к жизни появление солнечного года. Год астрономически соответствует реальному полному обороту Земли вокруг Солнца. Астрономический солнечный год именуют тропическим. Два раза в году Солнце и Земля находятся в таком взаимном положении, когда солнечные лучи равномерно освещают земные полушария, и день равен ночи на всей планете. Эти дни получили названия весеннего (21 марта) и осеннего (23 сентября) равноденствия. Интервал времени между последовательными положениями Солнца в точке весеннего равноденствия и назван тропическим годом, е го продолжительность 365 суток 5 часов 48 минут 46 секунд.

Сутки, тропический год и синодический месяц – величины несоизмеримые, их невозможно выразить одну через другую. Поэтому, при выделении солнечного года месяцы являются единицами условными, никак не связанными с реальными лунными месяцами.

Век - в древней Руси эта хронологическая величина сначала понималась как продолжительный отрезок времени – эпоха. В летописях указывалось: "От Адама до сего времени минуло есть веков 6", "Были веки Трояни, минули лета Ярославля", Позднее "веком" стали именовать ряд лет, "сколько долголетний человек прожить может"; "та семьдесят лет преобразуют век человеческого живота". Наконец, с XVII в. "век" стал употребляться в значении "столетие".

Новый век начинает считаться с первого года. В 2000 г. было дано специальное разъяснение Государственного комитета Российской Федерации по стандартизации и метрологии о том, когда начинается 21-е столетие и 3-е тысячелетие: "В соответствие с документом Международной организации по стандартизации ISO 8601 и российских ГОСТ 7.64-90 система счета больших промежутков времени (летоисчисление) осуществляется по григорианскому календарю, введенному с 1582 г. и принятому в России с февраля 1918 г. Счет годов в Григорианском календаре производится с 1-го года новой эры. Поэтому 1-е столетие (век) новой эры содержит годы 1-100 и завершается в конце 100-го года. Второй век начинается в 101 году и продолжается до окончания 200-го года и т.д. Продолжая принятый календарный счет годов, получим, что 31 декабря 2000 г. наступит конец ХХ века и второго тысячелетия. Следовательно, 21-е столетие и третье тысячелетие действительно начнутся 1 января 2001 г.".

Эрой называется начальная точка отсчета летосчисления (от латинского aera - исходный момент, исходное число), а также сама система летоисчисления. В исходной точке нуждается любая календарная система. Особенностью эры является ее условность, т.к. отправной точкой могло быть любое знаменательное историческое или мифологическое событие в жизни того или иного народа или государства. В зависимости от характера такого события различают эры политические, религиозные, астрономические. Так, например, счисление календаря от рождества Христова или от сотворения мира - религиозные эры . Широко были распространены и политические эры, определяемые, к примеру, временем царствования тех или иных династий: в Египте – династии фараонов, в Китае и Японии – династии императоров, в Западной Европе, особенно в Италии – династии римских императоров. Существует мнение, что само слово "эра" (aera) не что иное, как соединение начальных букв латинской фразы "Ab exordio regni Augusti" ("От начала воцарения Августа" (63 г. до н.э.)). Башкиры в XVI в. в своих хрониках-шереже в качестве исходной даты новой эры взяли дату взятия Казани Иваном Грозным, что тоже является политической эрой.Различают также фиктивные и реальные эры. В реальных эрах за основу отсчета принимают реальное историческое событие (например, падение Казани, эра Диоклетиана от момента вступления на престол этого императора и пр.). Фиктивные эры - от рождества Христова, т.к. невозможно доказать или опровергнуть реальность рождения этого персонажа, или мусульманская эра – хиджра - отсчитываемая от недоказуемой даты бегства Мухамеда из Мекки в Медину.

Выделяют и т.н. мировые эры, считающие время от сотворения мира. На Руси принята византийская мировая эра, считающая годом сотворения мира 5508 г. до н. э. А вообще церковь датирует сотворение мира в диапазоне от 6984 по 3483 года до н.э.

Сейчас наиболее распространенной в мире является эра от Рождества Христова, высчитанная монахом Дионисием Малым как начавшаяся в 754 г. от основания Рима или в 281 г. до начала эры Диоклетиана. В России эта эра введена Петром Великим 1 января 1700 года.

В 1627 г. французский ученый Петавий предложил способ обратного счета, т.е. "до рождества Христова" или до н.э., этот счет стал широко применяться с к. XVIII в. При этом принято, что 1-й год до н.э. непосредственно примыкает к 1-му году н.э. Также принято, что число лет до н.э. возрастает по мере удаления в прошлое, но месяцы, числа в них и дни недели считаются точно также, как и в годах н.э.

Циклы (круги) временные. В эпоху средневековья также известен счет времени более крупными временными единицами, чем год. В "Пискаревском летописце" сказано: "Обновление кругом: небо обновляется за 100 лет, звезды за 50 лет, солнце за 28 лет, луна за 19 лет, море за 60 лет, воды за 7 лет, земля за 10 лет, ветра за 4 лета, а високост за 4 и индикт за 15 лет…, епакта за 12 лет, основание за 19 лет". Рассмотрим некоторые из перечисленных единиц:

Индикт – порядковый номер года внутри 15-летнего цикла (индиктикона) (от лат. "индико " - объявляю, назначаю). Появление индиктового счета связано с именем римского императора Октавиана Августа, установившим взимание налогов в таком порядке: в первое пятилетие – мед и железо, во второе – серебро, в третье – золото. По прошествии 3-х 5-летних циклов (люстров) повторялся тот же порядок в сборе налогов. В Византии индиктовый счет ввел император Константин Великий в 312 г., а с правления императора Юстениана (537 г.) датировка по индиктам стала в Византии обязательной. Исходной точкой индиктового счета является "сотворение мира".

Начало индикционного года не совпадало с началом церковного или гражданского года. Различается несколько вариантов начала индикта:

В Древней Руси счет времени индиктами заимствован из Византии (с началом индикта 1 сентября), и употреблялся вплоть до XVIII века.

Круг Луны . В V в. до н.э. афинский астроном Метон установил, что 19 солнечных лет содержат 235 полных лунных месяцев, через каждые 19 лет наблюдается повторение лунных фаз в одни и те же числа солнечного календаря. 19-летний цикл называется лунным или метоновым циклом , а порядковый номер года внутри этого цикла – кругом луны . Тогда же в Афинах вошло в обычай выставлять на всеобщее обозрение доски с обозначенным золотыми буквами числом лет, прошедших от начала текущего 19-летнего лунного цикла. Поэтому это число стали называть золотым.

Круг Солнца . Последовательность дней в году повторяется периодически через 28 лет. Этот временной промежуток в византийской и русской средневековой хронологии назывался солнечным кругом , а порядковое место года в его пределах – кругом солнца .

Круг солнца важен для определения дней недели. В древнерусских календарях (месяцесловах) каждому дню недели с начала до конца года, начиная с 1 марта, соответствовала одна из 7 букв славянской азбуки. Одна и та же буква в продолжение года соответствует одному и тому же дню. Вруцелето (воскресная буква), которая соответствует воскресенью данного года. После того, как определены вруцелето и круг луны года, по специальной таблице легко устанавливается пасха.

Великий индиктикон – так называется период в 532 г., так как фазы луны возвращаются к тем же числам месяцев через 19 лет, а дни недели, учитывая високосные годы, через 28 лет, т.о. 19 х 28 = 532 лет. Все элементы приходят в прежний порядок, и дни пасхи по юлианскому календарю повторяются совершенно точно.

Все эти тонкости учитываются при переводе дат, указанных в летописях, на современную систему летоисчисления, так как нередко события указываются не с точной датой, а по отношению к тому или иному церковному празднику, чаще всего пасхе. Поэтому необходимо ориентироваться в расчете церковных праздников.

Самый короткий промежуток времени, имеющий физический смысл, - так называемое планковское время. Это время, за которое фотон, перемещающийся со скоростью света, преодолеет планковскую длину. Планковская длина выражается, в свою очередь, через формулу, в которой связаны между собой фундаментальные физические константы - скорость света, гравитационная постоянная и постоянная Планка. В квантовой физике считается, что на расстояниях меньше планковской длины не может быть применено представление о непрерывном пространстве-времени. Протяженность Планковского времени составляет 5,391 16 (13)·10–44 с.

Торговцы Гринвичем

Джон Генри Бельвиль, сотрудник знаменитой Гринвичской обсерватории в Лондоне, додумался еще в 1836 году продавать время. Суть бизнеса заключалась в том, что мистер Бельвиль ежедневно сверял свои часы с точнейшими часами обсерватории, а потом разъезжал по клиентам и позволял им за деньги выставить точное время на своих часах. Сервис оказался настолько востребованным, что был унаследован дочерью Джона - Рут Бельвиль, которая оказывала услугу до 1940 года, то есть уже 14 лет спустя после того, как по радио Би-би-си впервые передали сигналы точного времени.

Без стрельбы

Современные системы хронометрирования бега на спринтерские дистанции далеко ушли от тех времен, когда судья стрелял из пистолета, а секундомер запускался вручную. Поскольку сейчас в результате учитываются доли секунды, которые намного короче времени человеческой реакции, всем рулит электроника. Пистолет - это больше не пистолет, а светошумовое устройство без всякой пиротехники, передающее точное время старта на компьютер. Чтобы из-за скорости распространения звука один бегун не услышал стартовый сигнал раньше другого, «выстрел» транслируется на динамики, установленные рядом с бегунами. Фальстарт также определяется электронным способом, с помощью датчиков, встроенных в стартовые колодки каждого бегуна. Время финиша регистрируется лазерным лучом и фотоэлементом, а также с помощью сверхскоростной камеры, снимающей буквально каждое мгновение.

Секунда за миллиарды

Самыми точными в мире считаются атомные часы из JILA (Joint Institute for Laboratory Astrophysics) - исследовательского центра, базирующегося в Университете Колорадо, город Боулдер. Этот центр - совместный проект Университета и Национального института стандартов и технологий США. В часах охлажденные до сверхнизких температур атомы стронция помещены в так называемые оптические ловушки. Лазер заставляет атомы колебаться со скоростью 430 трлн колебаний в секунду. В результате за 5 млрд лет прибор накопит погрешность лишь в 1 секунду.

Атомная прочность

Все знают, что самые точные часы - атомные. Система GPS использует время атомных часов. И если наручные часы подстраивать по сигналу GPS , они станут суперточными. Такая возможность уже существует. Часы Astron GPS Solar Dual-Time, произведенные компанией Seiko, имеют на борту чипсет GPS , что дает им возможность сверяться со спутниковым сигналом и показывать исключительно точное время в любой точке мира. Причем никаких специальных источников энергии для этого не требуется: Astron GPS Solar Dual-Time питается только энергией света через панели, встроенные в циферблат.

Не разгневать Юпитера

Известно, что на большинстве часов, где на циферблате используются римские цифры, четвертый час обозначен символом IIII вместо IV. Судя по всему, за этой «подменой» стоит долгая традиция, ибо точного ответа на вопрос, кто и зачем придумал неправильную четверку, не существует. Зато есть разные легенды, например о том, что поскольку римские цифры - это те же латинские буквы, то число IV оказывалось первым слогом имени очень почитаемого бога Юпитера (IVPPITER). Появление этого слога на циферблате солнечных часов римляне якобы считали кощунством. Оттуда все и пошло. Те, кто не верит легендам, предполагают, что дело в дизайне. С заменой IV на IIII в. первой трети циферблата используется только цифра I, во второй только I и V, а в третьей только I и Х. Так циферблат выглядит аккуратнее и упорядоченнее.

Сутки при динозаврах

Кому-то в сутках не хватает 24 часов, а у динозавров и того не было. В давние геологические времена Земля вращалась гораздо быстрее. Считается, что в период образования Луны сутки на Земле длились два-три часа, а Луна, которая была намного ближе, облетала нашу планету за пять часов. Но постепенно лунная гравитация тормозила вращение Земли (за счет создания приливных волн, которые образуются не только в воде, но и в коре, и в мантии), при этом орбитальный момент Луны увеличивался, спутник ускорялся, переходил на более высокую орбиту, где его скорость падала. Этот процесс продолжается и поныне, и за век сутки увеличиваются на 1/500 с. 100 млн лет назад, в разгар эпохи динозавров, продолжительность суток составляла примерно 23 часа.

Бездны времени

Календари в различных древних цивилизациях разрабатывались не только ради практических нужд, но и в тесной связи с религиозно-мифологическими воззрениями. Из-за этого в календарных системах прошлого фигурировали единицы времени, намного превышавшие продолжительность жизни человека и даже срок существования самих этих цивилизаций. Например, в календаре майя фигурировали такие единицы времени, как «бактун», составлявший 409 лет, а также эпохи из 13 бактунов (5125 лет). Дальше всех пошли древние индусы - в их священных текстах фигурирует период вселенской деятельности Маха Манвантара, составляющий 311,04 трлн лет. Для сравнения: срок существования Вселенной по данным современной науки - примерно 13,8 млрд лет.

У всех своя полночь

Унифицированные системы исчисления времени, системы часовых поясов появились уже в индустриальную эпоху, а в прежнем мире, особенно в аграрной его части, счет времени был организован по-своему в каждом населенном пункте с опорой на наблюдаемые астрономические явления. Следы этой архаики можно наблюдать и сегодня на горе Афон, в греческой монашеской республике. Здесь тоже используются часы, однако полночью считается момент заката, и часы каждый день выставляются по этому моменту. С учетом того, что некоторые монастыри расположены выше в горах, а другие ниже, и Солнце для них скрывается за горизонтом в разное время, то и полночь для них наступает не одномоментно.

Живи дольше - живи глубже

Сила гравитации замедляет течение времени. В глубокой шахте, где сила притяжения Земли сильнее, время идет медленнее, чем на поверхности. А на вершине горы Эверест - быстрее. Эффект гравитационного замедления был предсказан Альбертом Эйнштейном в 1907 году в рамках общей теории относительности. Ждать экспериментального подтверждения эффекта пришлось более полувека, пока не появилась аппаратура, способная фиксировать сверхмалые изменения в течении времени. В наши дни самые точные атомные часы фиксируют эффект гравитационного замедления при изменении высоты на несколько десятков сантиметров.

Время - стоп!

Давно замечен такой эффект: если человеческий взгляд случайно падает на циферблат часов, то секундная стрелка будто бы на какое-то время замирает на месте, а ее последующий «тик» кажется более длительным, чем все остальные. Этот феномен носит название хроностазиса (то есть «времястояния») и, видимо, восходит к тем временам, когда нашему дикому предку жизненно необходимо было среагировать на любое обнаруженное движение. Когда взгляд падает на стрелку и мы обнаруживаем движение, мозг делает для нас стоп-кадр, а потом быстро приводит ощущение времени к обычному.

Прыжки во времени

Мы, жители России, привыкли, что время во всех наших многочисленных часовых поясах отличается на целое количество часов. Но за пределами нашей страны можно встретить часовые зоны, где время отличается от Гринвича на целое количество плюс полчаса или даже 45 минут. Например, время в Индии отличается от GMT на 5,5 ч, что в свое время породило шутку: если ты в Лондоне и хочешь узнать время в Дели - переверни часы. Если из Индии переехать в Непал (GMT?+?5,45), то часы придется перевести на 15 минут назад, а если в Китай (GMT?+?8), который тут же, по соседству, то сразу на 3,5 часа назад!

Часы для любых испытаний

Швейцарская компания Victorinox Swiss Army создала часы, способные не только показывать время и переносить жесточайшие испытания (от падения с высоты 10 м на бетон до переезда по ним восьмитонного экскаватора), но и в случае необходимости спасти жизнь своего обладателя. Они называются I.N.O. X. Naimakka. Браслет сплетен из особой парашютной стропы, используемой для сброса тяжелой военной техники, и в сложной ситуации обладатель может распустить браслет и использовать стропу множеством способов: чтобы поставить палатку, сплести сеть или силки, зашнуровать ботинки, наложить шину на поврежденную конечность и даже добыть огонь!

Часы с ароматом

Гномон, клепсидра, песочные часы - все эти названия старинных приборов для счета времени нам хорошо знакомы. Менее известны так называемые огневые часы, в простейшем виде представляющие собой градуированную свечу. Свеча прогорела на одно деление - прошел, допустим, час. Гораздо изобретательнее в этом отношении были люди Дальнего Востока. В Японии и Китае существовали так называемые часы с благовониями. В них вместо свечей тлели палочки с благовониями, причем каждому часу мог соответствовать собственный аромат. К палочкам иногда привязывали нити, на конце которых крепился грузик. В нужный момент нить перегорала, грузик падал на звучащую пластину и раздавался бой часов.

К Америке и обратно

Международная линия смены дат проходит в Тихом океане, однако и там, на множестве островов, живут люди, жизнь которых «между датами» порой приводит к курьезам. В 1892 году американские торговцы убедили короля островного королевства Самоа перейти «из Азии в Америку», переместившись к востоку от линии смены дат, для чего островитянам пришлось дважды пережить один день - 4 июля. Более века спустя самоанцы решили все вернуть обратно, так что в 2011 году пятницу, 30 декабря, отменили. «Жители Австралии и Новой Зеландии не будут нам больше звонить во время воскресной службы, думая, что у нас понедельник», - заявил по этому поводу премьер-министр страны.

Иллюзия момента

Мы привыкли делить время на прошлое, настоящее и будущее, но в известном (физическом) смысле настоящее время - это некоторая условность. Что происходит в настоящем? Мы видим звездное небо, но свет от каждого светящегося объекта летит до нас разное время - от нескольких световых лет до миллионов лет (туманность Андромеды). Солнце мы видим таким, каким оно было восемь минут назад.
Но даже если речь идет о наших ощущениях от ближайших объектов - например, от лампочки в люстре или теплой печки, которой касаемся рукой, - необходимо учитывать время, которое проходит, пока свет летит от лампочки к сетчатке глаза или информация об ощущениях движется от нервных окончаний к мозгу. Все, что мы ощущаем в настоящем, - это «сборная солянка» явлений прошлого, далекого и близкого.

Александр Таранов 03.12.2015

Понравился пост?
Поддержи Фактрум, нажми:

Александр Берзин, октябрь 2007 г.

Определение времени

В буддизме время не рассматривается как абсолютная среда, в которой происходят события и которая существует независимо от них. Таким образом, с буддийской точки зрения пространство и время не составляют систему координат, определяющую положение объектов, находящихся в ней. Время (dus, санскр. кала ) – это несоответствующая воздействующая переменная (ldan-min ‘du-byed ). Иными словами, это изменчивое явление, которое не является ни формой физического явления, ни способом осознавания. Оно может быть приписано изменчивому континууму концептуально.

Точнее, время – это промежуток, приписанный континууму последовательности причины и следствия или измеренный в его рамках. Поскольку время приписывается концептуально, это функция ума, который его концептуально обозначает, и оно существует относительно ума.

• Это не значит, что если мы перестали концептуально обозначать время и вошли в совершенно неконцептуальное состояние, то время перестанет существовать объективно или субъективно. Время приписывается концептуально, но это не значит, что оно существует только когда кто-либо его обозначает. Также это не значит, что время или временной промежуток могут быть познаны только концептуально. Определённо, мы также познаём время неконцептуально. Когда мы видим, как разбивается стакан, падающий со стола, мы не просто наблюдаем за серией статичных кадров, как на киноплёнке, и объединяем их на концептуальном уровне в событие. Одновременно с видением стакана в разных точках пространства, мы видим и его падение, его непостоянство и момент падения.
• Непостоянство и изменчивость предполагают наличие причины и следствия. А причина и следствие предполагают время как интервал между ними, который можно измерить. Хотя пустотность как неизменное явление и глубочайшая истина (don-dam bden-pa , абсолютная истина) относительно всего не зависит от причин и следствий, это не означает, что глубочайшая истина относительно всего заключается в том, что на самом деле всё существует независимо от времени. Если бы это было так, причин и следствий не было бы вовсе.
• Точно так же, если мы предположим, что глубочайшая истина находится за пределами категорий истинного существования, истинного несуществования, и того и другого, ни того ни другого и она невыразима, – время всё равно не окажется полностью несуществующим. Мы должны понимать, что время, как и все достоверно познаваемые явления, существует вне невозможных способов бытия. Оно существует, но его существование подкрепляется только словами и концепциями: это обозначаемый объект (btags-chos ), относящийся к словам и концепциям, обозначаемый на основе последовательности причин и следствий.

В разных индо-тибетских традициях буддизма есть несколько точек зрения относительно времени. Однако во всех буддийских системах время – это изменчивое явление, концептуально приписываемое потоку ума. Иными словами, время является созданной умом мерой изменений, происходящих в потоке познания личности. Если быть точнее, время определяется как длина промежутка, измеренного в личном потоке ума, от совершения этим индивидом причинного действия до переживания им же результата этого действия. В известном смысле, это расстояние, измеренное по оси времени между двумя точками в потоке ума определённой личности.

Временные промежутки

В буддизме не говорится о времени как о проходящей субстанции: речь идёт, скорее, о временных промежутках. Они изменчивы, поскольку мы воспринимаем их – возьмём для примера год – от момента к моменту, при этом каждый переживаемый момент этого «года» отличен от другого. Но они не являются ни формами физических явлений, ни способами осознавания.

• Временной промежуток измеряется последовательностью кармических переживаний, таких как период между разрушительным поступком человека и созревшим результатом этого – переживанием несчастья и страданий этим же человеком.
• Также он измеряется последовательностью актов познания, например, как промежуток времени между тем, как один наблюдатель видит падающий с дерева лист и затем видит этот же лист, лежащий на земле.
• Далее, время измеряется как непрерывное изменение форм физических явлений согласно физическим законам причины и следствия. Например, континуум упомянутого листа или горшка с молоком, превращающегося в горшок с йогуртом.

Итак, поскольку время измеряется или приписывается на основе промежутка в континууме или последовательности умственных либо физических событий, очевидно, что время соотносится с наблюдателем и зависит от него. Это верно и для переживания наблюдателем двух событий, и для умственного обозначения наблюдателем этих событий и промежутка между ними.

• Но не забывайте, пожалуйста, что время – изменчивое явление, которое не относится ни к формам физических явлений, ни к способам осознавания.
• Отрезок времени – не то же самое, что и субъективное восприятие и концептуализация отрезка времени, что относится к способам осознавания.
• С возрастом отрезок времени, например в год, большинству людей начинает казаться короче. В 40 лет кажется, что год проходит быстрее, чем в четыре года. Так происходит потому, что один год – это только два с половиной процента жизни сорокалетнего взрослого, тогда как для четырёхлетнего ребёнка он составляет целых 25% жизни. Но с объективной точки зрения, поскольку время – это не вещь, которая проходит или заканчивается, бессмысленно говорить, что его скорость увеличивается с возрастом. Это всё равно что говорить о разных скоростях, с которыми водит машину сын бесплодной женщины.

Единицы измерения времени

Поскольку время – это промежуток, умственно обозначенный или отмеренный в изменчивом умственном либо физическом континууме, единицы его измерения относительны и являются лишь условностью.

«Год»

Один и тот же человек может обозначить определённый интервал по-разному, в зависимости от того, какому соглашению он или она следует. Возьмём, например, обозначение «год». Год обычно отсчитывается с точки зрения пространственных перемещений и местонахождений либо небесных тел, либо людей, измеряющих год. Конечно, это приводит к вопросу связи между временем и пространством, но мы не будем его касаться.

• Солнечный год – это временной промежуток, который измеряется одним оборотом Земли вокруг Солнца. Традиционно его измеряли с точки зрения наблюдателя с Земли как прохождение Солнца либо через 12 знаков (khyim ), либо через 27 лунных созвездий (zla-skar , лунные дома) зодиака (‘khor-lo ). Эти знаки и лунные созвездия – не что иное, как галактики за пределами нашего Млечного Пути. Но поскольку Солнце вращается вокруг центра галактики Млечный Путь, а другие галактики движутся в разных направлениях и кажутся относительно неподвижными для наблюдателя с Земли, временной промежуток между появлениями определённой галактики позади восходящего Солнца каждый год будет разным. Поэтому у нас есть 29 февраля и високосные года. Таким образом, длина солнечного года непостоянна.
• Лунный год измеряется 12 циклами фаз Луны – например, от полнолуния до полнолуния или от новолуния до новолуния. Этот промежуток также меняется от года к году, поскольку новолуния и полнолуния зависят от положения Солнца относительно Луны. Когда Луна находится между Землёй и Солнцем, наступает новолуние (zla-stong ), а когда Луна находится с другой стороны Земли – полнолуние (zla-gang ). И поскольку промежуток между пребыванием Солнца в начале определённой галактики, такой как созвездие Овна (lug ), разнится, то разным будет и промежуток между новолуниями, когда Солнце будет заходить в это созвездие. Поэтому в буддийских и индуистских календарях для соотнесения лунного и солнечного годов периодически добавляются високосные месяцы (zla-bzhol ).
• Более того, один человек может обозначить 12 циклов фаз Луны как «год», но он же или другой человек может обозначить их как «менее года», если тот же отрезок времени измеряется солнечными годами. И этот промежуток будет разный в зависимости от того, когда он будет измеряться.
• С точки зрения теории относительности промежуток времени длиной в год также относителен скорости, с которой движется человек, в чьём потоке ума он измеряется, и скорости человека, занятого измерением. Чем ближе скорость путешествующего к скорости света, тем длиннее отрезок между его 29-летием и 30-летием, если он измеряется наблюдателем, путешествующим с меньшей скоростью. Опять же, не забывайте, мы не говорим здесь о переживании двух дней рождения двумя людьми, путешествующими с разной скоростью, что было бы способом осознавания года. Мы говорим о самом промежутке, который может быть обозначен как «год», между двумя днями рождения.

«День»

Если взять только один интервал, называемый «годом», существует ли тогда объективный промежуток времени, обозначаемый одним или двумя людьми различно, даже если два человека находятся в одном и том же месте и путешествуют с одинаковой скоростью друг относительно друга? Если такой объективный промежуток времени существует, он должен быть обозначен на основе частей, таких как определённое количество дней. Но обозначение «день» также может определяться по-разному в зависимости от способа измерения. Например, в тибетской и индуистской астрологии рассматриваются три вида дней. В зависимости от определения и способа измерения выделяют:

• Солнечный день (nyin-zhag ) – временной промежуток от одного рассвета до следующего. Он зависит от местонахождения наблюдателя на планете и меняется в течение года. Рассвет наступает всё позже с каждым днём после летнего солнцестояния и раньше – с каждым днём после зимнего солнцестояния.
• Зодиакальный день (khyim-zhag ) – временной промежуток между нахождением Солнца в двух последующих градусах, если наблюдать с Земли, в течение его движения по кругу зодиака в 360 градусов (dbyug ). Эти промежутки также меняются в течение года, поскольку Земля вращается вокруг Солнца по эллиптической орбите, и, таким образом, скорость Земли во время обращения меняется.
• Лунный день (tshes-zhag ), соотносящийся с фазами Луны. Разделим на 30 равных частей расстояние относительно Зодиака между положениями Луны в первое новолуние и последующее. Лунным днём будет временной промежуток между нахождением Луны в одной тридцатой части участка и в следующей тридцатой. Они также разнятся в течение месяца и года в силу эллиптических орбит вращения Луны вокруг Земли и Земли вокруг Солнца.
• Часовой день на Западе – это временной промежуток от середины между одними закатом и восходом до середины между следующими закатом и восходом. Естественно, восход и закат обозначаются по нахождению Солнца относительно восточного и западного горизонтов наблюдателя. Эти средние положения не меняются в течение года, но зависят от местонахождения.

«Час»

Существует ли определённое абсолютное количество часов, которые измеряются разными обозначениями дня?

• Двадцатичетырёхчасовой день изобрели египтяне, от которых оно перешло к иудеям, грекам и римлянам. Для всех них, однако, такой день был делением солнечного дня. День и ночь были поделены на 12 часов каждый, от рассвета до заката и от заката до рассвета. Так что такая длина часа, как одна двенадцатая дня либо ночи, менялась в зависимости от времени года и длины светового дня, от того, был ли это час дня или ночи, а также от местонахождения человека. Индуистская и буддийская астрология делит день и ночь, от рассвета до заката и от заката до рассвета, на промежутки по шесть часов (dus-tshan , dus-sbyor ). Стандартный час (lag-‘khor chu-tsod ) и сутки, состоящие из 24 часов, вошли в обиход в Западной Европе лишь в конце XIII века, когда были изобретены механические часы.
• Зодиакальный и лунный дни делятся в индуистской и буддийской астрологии на 60 часов (dbyug-gu ) равной длины.

Такой же метод анализа мы можем применить к минутам и секундам. Что касается атомных часов, которые используют как способ измерять промежутки в частоте колебаний атомов цезия, этот промежуток также меняется в зависимости от скорости, с которой двигаются атомы цезия, например, на космическом корабле, и от силы притяжения, воздействующей на атомы.

Существует ли временной промежуток общего локуса?

Следующий вопрос: «Существуют ли временной промежуток общего локуса, который служит основой для обозначения временных единиц разными людьми и различными ярлыками?» Общий локус (gzhi-mthun , общий знаменатель) двух явлений служит примером обоих явлений, например, буханка хлеба – это общий локус для еды и выпечки.

В рамках буддийской философии есть несколько мнений относительно общего локуса. Они присутствуют в дебатах между читтаматрой и прасангикой по поводу существования внешних явлений (phyi-don ).

Точка зрения читтаматры согласно ранним взглядам Цонкапы

В индийском буддизме школы читтаматры согласно её интерпретации Цонкапой в ранних его работах глиняный горшок общего локуса существует на обусловленном уровне, когда одновременно несколько людей достоверно видят его с разных расстояний и разных углов. Это справедливо и для двух людей, путешествующих с разной скоростью и наблюдающих один временной промежуток, например 2006 год. Каждый переживает 2006 год, и на обусловленном уровне он 2006-й для них обоих. Однако на абсолютном уровне нет глиняного горшка или 2006 года общего локуса, который происходил бы из натального источника (rdzas ), отличного от процесса его познания. Они не могут быть объектами познания полной поглощённости арьи (mnyam-bzhag , медитативное равновесие).

Позиция читтаматры согласно поздним взглядам Цонкапы

В своих более поздних сочинениях по читтаматре Цонкапа трактует читтаматру иначе – как школу, утверждающую отсутствие глиняного горшка или 2006 года общего локуса, даже как существующих на обусловленном уровне. Это общепринятое воззрение читтаматры в традиции гелуг. Когда двое людей одновременно и достоверно видят глиняный горшок либо воспринимают временной промежуток, обозначаемый ими как 2006 год, каждый переживает созревание склонностей (sa-bon , семена) общей, или коллективной, кармы (thun-mong-gi las ) в собственном потоке ума. Это не значит, что каждый достоверно видит глиняный горшок общего локуса или переживает 2006 год общего локуса.

Тем не менее, согласно взглядам читтаматры, глиняный горшок или 2006 год обнаружимы: оба человека могут указать на глиняный горшок, который каждый из них видит достоверно. На самом деле, если попросить обоих указать на глиняный горшок, который они видят, например, на столе, то каждый достоверно увидит другого, указывающего на тот же горшок, который он достоверно видит. Точно так же двое людей, путешествующих с разной скоростью, могут указать на возрастные изменения в своих телах, произошедшие в 2006 году, которые они достоверно воспринимают. И оба могут достоверно обозначить эти изменения как произошедшие в промежутке времени, называемом «2006 год». Если человек, путешествующий с околосветовой скоростью и переживающий изменения своего тела в 2006 году, встретит другого путешественника, тоже проживающего 2006 год, но движущегося с гораздо меньшей скоростью и, тем не менее, ещё живого, то второй также сможет указать на изменения в теле первого и верно обозначит их как появившиеся за промежуток времени, называемый «2006 годом» первым путешественником. Однако он не обозначил бы его как промежуток, названный «2006 годом», измеренным относительно изменений собственного тела.

Позиция прасангики гелуг

Прасангика гелуг соглашается с поздним толкованием читтаматры Цонкапой в том, что ни с точки зрения поверхностной, ни с точки зрения глубочайшей истины нет глиняного горшка либо 2006 года общего локуса, переживаемых двумя разными людьми как в разных местах, так и перемещающихся с разными скоростями. Однако понимание этого отличается.

Прасангика соглашается с читтаматрой, что видимость объекта, например глиняного горшка или 2006 года, не может возникать со стороны этого достоверно познаваемого объекта: она зависит от воспринимающего её ума. Но согласно прасангике, причина этого – в отсутствии на стороне достоверно познаваемого объекта находимой обозначаемой «вещи» (btags-don ), которая соотносится с его названиями и обозначениями. Таким образом, 2006 год, переживаемый путешествующим с большей скоростью, и 2006 год, переживаемый путешествующим с меньшей скоростью, не одинаковы и не различны – они ни одно, ни множество. Потому что нет такой вещи, как истинно существующий обнаружимый 2006 год. Однако, в отличие от читтаматры, прасангика утверждает, что внешние объекты существуют: это достоверно познаваемые объекты, такие как глиняный горшок или 2006 год, натальные источники и сущностная природа которых отличается от натальных источников и сущностной природы их познания.

Прасангика гелуг также утверждает, что существование глиняного горшка или 2006 года не может быть доказано определяющими характеризующими чертами (mtshan-nyid ) общего локуса со стороны глиняного горшка или 2006 года. Потому что не существует обнаружимых определяющих характеристик общего локуса, которые могли бы со своей собственной стороны доказывать существование любого явления в качестве того, чем оно является на обусловленном уровне. Таким образом, нет одной или нескольких основ для обозначения, которые со своей собственной стороны обладают либо совместно разделяют обнаружимые определяющие характеризующие черты (mtshan-gzhi ), которые делают их тем, чем они условно являются. Существование «промежутка времени», такого как 2006 год, устанавливается только как то, к чему относится достоверное умственное обозначение, – неважно, существует ли только одно достоверное умственное обозначение или их несколько и дано ли множество верных обозначений одним индивидом или несколькими. Не забывайте, согласно объяснению Чандракирти, достоверным называется обозначение, которое:

• установлено соглашением , или условностью (tha-snyed ),
• не опровергается другими, достоверно измеряющими и обозначающими то же понятие в терминах поверхностной истины,
• не опровергается другими, достоверно измеряющими и обозначающими то же понятие с точки зрения глубочайшей истины.

Археологи изучают далекое прошлое, исследуют возникновение, развитие и гибель древних культур. По различным находкам - орудиям труда, одежде, предметам домашнего обихода, вооружению - археологи узнают, как жили люди многие тысячи лет назад. Археологические находки позволяют также судить о связях между различными древними народами. Определение возраста археологических находок имеет при этом первостепенное значение для выяснения влияния одного народа на другой и решения ряда других важных археологических задач.

Как определяется возраст археологических находок?

Высокие курганы разбросаны по великой русской равнине. В них погребены воины в полном вооружении, каждый со своим боевым конем. Много.различных предметов положено в могильники этих людей, чтобы, согласно их верованиям, они и в загробной жизни ни в чем не нуждались. Эти курганы рассказывают нам об отдаленном прошлом нашей страны, о жизни и культуре сарматских племен, населявших несколько тысяч лет назад обширные пространства от Карпат на западе до Памира и Алтая на востоке.

Раскопки в Неаполе Скифском около Симферополя знакомят нас с более поздним историческим периодом. Здесь археологические находки свидетельствуют о существовании культуры скифов городского характера. Возраст скифских курганов обычно определяют по типу погребения и погребальным предметам местной работы, но иногда в курганах находят и привозные вещи: глиняные сосуды греческой работы, китайские ткани, зеркальце китайской работы... Эти вещи позволяют более точно установить время жизни скифа, погребенного в кургане.

По археологическим находкам в районах Приднепровья удалось узнать о так называемой трипольской культуре - о людях, живших около 5000 лет назад. Найденные археологами фигурки домашних животных, мотыги из рога оленя, ножи и серпы из кремня, кремневые наконечники стрел, остатки обмазки глинобитных жилищ, каменные зернотерки, множество статуэток позволили узнать, на каких диких животных охотился древний человек, какими домашними животными он владел, каким было его хозяйство и как складывались его верования.

Не так давно в Узбекистане археологи нашли погребенный в песках город. Раскопки его дали возможность многое узнать о высокой культуре древнего Хорезма. Обгорелые остатки крепости и жилищ позволили много веков спустя прочесть историю его гибели и узнать как и когда нашествие кочевников положило конец благосостоянию и мощи древнего Хорезма.

Еще более далеки от нас события, происходившие в древнем Египте. Они отделены от нас многими десятками веков, но неутомимые археологи находят пути для того, чтобы и в этом случае ответить на вопросы: что, как и когда?

В древнем Египте особое внимание уделялось погребению. Бальзамирование тела умершего и богатое убранство гробницы (различными предметами или их изображениями), согласно египетским верованиям, было необходимо для удобного и приятного существования его тени. Ведь древние египтяне верили, что человек состоит из трех частей: тела, искры божьей и тени, которая соединяет тело с искрой божьей. Египетские жрецы учили, что после смерти человека его тень еще тысячи лет бродит по земле. В точности похожая на человека, но только будто сотканная из тумана, тень может ходить, говорить и первые несколько сот лет должна питаться, потом ей достаточно лишь изображений пищи. Главное для тени - тело, в котором она жила раньше. Если оно не сохранилось, то тень тоскует и бродит неприкаянной по земле.

Эти взгляды заставляли древних египтян создавать грандиозные города мертвых, занявшие целый край западной пустыни, и строить огромные пирамиды, внутри которых располагались усыпальницы фараонов. Ныне эти города мертвых позволили многое узнать о давно минувшей жизни. Сопоставление отрывочных записей различных событий, терпеливое их изучение позволяют ученым восстановить историю древней жизни. Однако лишь тогда, когда удается уверенно датировать хотя бы отдельные важнейшие события, вся картина далекого прошлого приобретает достаточную последовательность и достоверность.

Установить даты археологам помогают исторические памятники и древние хроники, содержащие записи различных событий: войн и стихийных бедствий, смены царей и царских династий и т. д. Особенно удачно, когда одно и то же событие отмечается несколькими независимыми источниками или само событие таково, что мы можем точно определить время, когда оно произошло. Так, например, из древней китайской летописи известно о двух незадачливых астрономах по имени Хи и Хо, которые в 2200 г. до нашей эры не предсказали своевременно затмения Солнца и за эту провинность лишились голов. Сопоставление летописи с современным вычислением этого затмения дает точную метку времени и позволяет проверить, насколько правильно древние китайские летописцы отсчитывали время.

Однако археологам далеко не всегда так легко удается определить время исследуемых событий. Наоборот, чаще всего это оказывается совсем не просто. Между тем определение возраста археологических находок является совершенно необходимым условием для получения уверенных заключений об истории древних народов. Можно ли найти метод для непосредственного определения возраста археологических находок? Существуют ли часы для отсчета тысячелетий? Да, такие часы существуют, причем нескольких различных типов. Однако о том, каковы они, какой у них принцип действия и в каких пределах они работают, мы расскажем несколько далее.

А теперь заглянем еще дальше. Если б мы могли перенестись всего лишь на 10 000 лет назад, то обнаружили бы, что на земле нет ни городов, ни деревень; небольшие группы людей ютятся в пещерах, со всех сторон их подстерегают опасности. Страшные, непонятные им силы природы властвуют над ними. Плохо вооруженные, они охотятся на одних зверей и сами с трудом защищаются от других. Эти люди не имели письменности и не оставили почти никаких памятников.

Еще дальше в глубь веков! Как трудно узнать человека в этом существе с низким покатым лбом, обросшем волосами, облаченном в звериную шкуру. Полусогнувшись так, что руки иногда касаются коленей, сжимая дубину или каменный топор, пугливо крадется доисторический человек - предшественник гордо распрямившегося современного человека, владыки природы.

Для того чтобы разобраться в последовательности и смене этих давно минувших форм жизни, нужно определить их возраст. Как же это сделать?

Заставить заговорить вещи и даже камни.

Недавно в Испании была открыта пещера, которая в течение многих тысяч лет служила обиталищем то для людей, то для зверей. Они жили в ней, умирали, а земля, слой за слоем, прикрывала их останки. Множество всяких остатков образовало в этой пещере холм высотой 13,5 метра, поднимающийся с ее дна почти до самого свода. Сначала на небольшой глубине были обнаружены треугольные кинжалы из бронзы. Люди, которые их оставили, жили 2000 лет назад. Несколько глубже были найдены различные вещи и скелеты. Еще глубже - кости северного оленя и сделанные из кости резцы. Затем снова скелеты. Еще на два метра ниже было найдено много каменных ножей и сверл, оставленных людьми, жившими 10 тысяч лет назад. На один метр глубже лежали кости носорога и пещерного медведя. А на самом дне пещеры были найдены грубо выделанные каменные топоры и скребки, сделанные около 50 тысяч лет назад.

Процесс наращивания слоя земли идет медленно. Исследования показали, что в этой пещере для увеличения слоя земли на четверть дециметра требовался целый век.

Археологические находки, обнаруженные в различных частях света, позволили постепенно выяснить основные вехи развития человека и его культуры. Удалось установить, что 30-40 тысяч лет назад жили так называемые кроманьонские люди, имевшие продолговатый объемистый череп, широкое лицо и необычайной силы жевательные мышцы. Археологами найдены скелеты этих людей, а также изготовленные ими разнообразные орудия труда и рисунки животных на стенах пещер.

Неандертальские люди, жившие 50-70 тысяч лет назад, занимали среднее место между обезьяной и человеком. Их колени были всегда несколько согнуты. Лоб у них был скошен назад, подбородка почти не былo. Скелеты этих людей рассказали нам о том, как они выглядели; принадлежавшие им каменные орудия - топоры, ножи, шарообразно обтесанные камни, сверла и т. п.- позволили нам узнать, на какой ступени развития они находились. Существовавшие несколько сот тысяч лет назад питекантропы ходили так же прямо, как и мы, но голова их была значительно больше похожа на обезьянью, чем на человеческую. Они имели резко выступающие надбровные дуги и лоб, так круто уходящий назад, что в скошенном черепе умещалось мозга вдвое меньше, чем у современного человека.

В 1960 г. в Олдувейском ущелье в Танганьике (Африка) археологи супруги Мэри и Луис Лики нашли остатки еще более примитивного человека, который получил название Homo habilis ("человек умелый"). Этот человек в качестве орудий применял гальки с оббитым краем. Датирование пород, взятых из того слоя, где он был найден, позволило установить, что он жил около 2 миллионов лет назад.

Историю Земли принято разделять на отдельные большие этапы. Последний из них назван кайнозойской эрой, или эрой "новой жизни". Он длится уже около 55 миллионов лет. В конце кайнозойской эры появился человек и живем мы.

Кайнозойской предшествовала мезозойская эра, или эра "средней жизни", длившаяся приблизительно 135 миллионов лет. Это было время, когда на Земле стояло вечное лето. Климат тогда был настолько теплым и ровным, что в находимых ныне окаменевших деревьях той эпохи нельзя различить колец, так как деревья росли равномерно круглый год.

В мезозойскую эру властителями Земли на суше, в воде и в воздухе были пресмыкающиеся. Гигантские ящеры достигали огромных размеров, например, бронтозавр весил около 30 тонн, раз в пять больше, чем современный африканский слон. Длина бронтозавра равнялась 20 метрам, так что взрослому человеку нужно было бы сделать 30 шагов, чтобы пройти от его морды До хвоста. К концу мезозойской эры стало холоднее. В период оледенения все эти гиганты погибли.

Палеозойская эра, или эра "древней жизни", началась около 600 миллионов лет назад и окончилась 340 миллионов лет назад. Это было в общем спокойное, теплое время, лишь изредка прерывавшееся похолоданиями.

В начале палеозойской эры жизнь была только в океанах, в которых жили ракообразные существа - трилобиты и археоциаты - организмы, промежуточные между губками и кораллами. Археоциаты имели известковый скелет и длинные, похожие на корни волокна, с помощью которых они прикреплялись к подводным камням. Затем в морях появились рыбы, а растения и вслед за ними некоторые животные переселились на сушу. К концу палеозойской эры живые существа окончательно завоевали материки, размножились и упрочились на суше. Сырые дремучие леса из гигантских папоротников и хвощей покрыли Землю. В морях к этому времени трилобиты и археоциаты вымерли, но рыбы чрезвычайно размножились и дали большое разнообразие видов.

Еще более ранние периоды жизни на Земле называют эозойской эрой, или эрой "зари жизни". Первые материки и океаны появились на Земле около 1,5 миллиарда лет назад. В пластах, которые образовались около 700 миллионов лет назад, уже имеются остатки довольно сложных форм живых существ. Таким образом, вероятно, что около 1 миллиарда лет назад или даже несколько раньше на Земле возникла жизнь и первые скопления живых существ - крохотные комочки живого, похожего на студень вещества протоплазмы - появились в тепловатых водах океанов.

Тщательные розыски, кропотливые исследования позволили палеонтологам по остаткам древней жизни, а иногда только по неясным ее следам - отпечаткам на камнях - постепенно, шаг за шагом, разобраться в пути ее развития. Многочисленные сопоставления позволили выяснить последовательность развития различных форм жизни и, хотя и довольно приблизительно, установить их хронологию.

Успехи, достигнутые палеонтологами, нашли практическое применение в горнорудной промышленности. Знание возраста горных пород является одним из средств для уяснения характера горных образований и расположения в них руд, что важно как при поисках, так и при эксплуатации полезных ископаемых.

Возрастной метод в геологии уже получил широкое распространение и часто является решающим при поисковых работах и составлении геологических карт.

Примеров, подтверждающих это, можно привести много, рассмотрим лишь один. В 1929 г. в Приуралье у селения Верхне-Чусовские Городки была получена нефть. д. В. Блохин, производивший геологическое изучение местности, расположенной примерно на 500 км южнее, обнаружил в этом районе горные породы такого же типа и возраста, как и нефтеносные земли Йерхне-Чусовских Городков. Тогда он предложил вести бурение на нефть. В 1932 г. на глубине 800 м нефть была обнаружена. Так благодаря определению возраста горных пород был открыт Ишимбаевский нефтяной район.

Крупнейшие геологи уже давно отмечали важность определения возраста горных пород как для теоретической, так и для практической геологии. Академик В. А. Вернадский в своих работах подчеркивал важность определения длительности геологических процессов и возраста геологических формаций. Академик В. А. Обручев писал, что "...руководящую роль при поисках новых месторождений полезных ископаемых играет знакомство с геологическими процессами, которые в минувшие периоды жизни Земли создавали эти месторождения и создают их, конечно, и в настоящее время...". "Наличие каких же полезных ископаемых мы можем предполагать в горной стране?.. Ответ будет зависеть от возраста этой страны" (В. А. Обручев, Основы геологии, 1947, стр. 287, 293-294).

Когда ученые, исследуя минувшие эпохи, пользуются пластами земной коры как ступеньками, ведущими в прошлое, то остатки живых организмов служат для них метками для определения возраста, являются как бы окаменелой хронологией. Но, увы, этот основной для геологов палеонтологический метод определения возраста горных пород вследствие имевших место в древние времена массовых переселений живых организмов не всегда надежен и сам нуждается в опоре на другие, более точные методы.

Радиоуглеродные часы

Ни одни из описанных нами ранее часов не годятся для измерения столь больших промежутков времени и датирования давно минувших событий. Ведь часы, изготовленные человеком, в геологических масштабах времени появились сравнительно недавно, некоторые несколько тысячелетий, а другие лишь несколько десятков лет назад. Использование изготовленных человеком часов для непрерывного отсчета времени не насчитывает и нескольких сот лет.

Часы - вращающаяся вокруг своей оси Земля и часы - Земля, вращающаяся вокруг Солнца, работают уже миллиарды лет, однако отсчет по ним начался лишь несколько тысяч лет назад и, как мы теперь доподлинно знаем, велся нерегулярно, с провалами и сбоями.

Ученые разработали метод отсчета времени по годичным кольцам деревьев, но эта шкала времени простирается не очень далеко (до нескольких тысяч лет) и имеет ограниченное применение. Отложения ленточных глин, песка, солей также дают возможность отсчета времени. Все эти методы учеными изучались и использовались. Однако часы, основанные на этих процессах, оказались очень неточными.

Имеется еще ряд методов измерения больших промежутков времени. Целая группа таких методов основана на изучении смены различных форм жизни. На протяжении веков и тысячелетий одни виды растений и животных сменяли другие. Каждый из этих видов существовал более или менее продолжительное время. Многие виды существовали одновременно. Однако большинство из них, пережив период расцвета и широкого распространения, затем по разным причинам погибали и уступали место другим.

Изучив последовательность, в которой происходила смена одних видов другими, и хотя бы приблизительно определив продолжительность существования каждого из них, можно таким образом составить шкалу времени. Такие часы основаны на сопоставлении различных событий между собой и, следовательно, показывают относительное время . Они дают возможность уверенно определять последовательность разных явлений. Однако эти часы оказываются очень неточными при датировании отдельных событий, или, как часто говорят, определении возраста этих событий. Тем не менее и в настоящее время эти методы во многих случаях оказываются полезными и широко применяются.

В начале нашего века для отсчета больших промежутков времени были разработаны "радиоактивные часы". Именно они позволили определять возраст различных объектов исследования с приемлемой точностью, получать даты давно минувших событий и, в конечном счете, лучше разобраться в истории жизни на Земле, формировании самой Земли и даже развитии Солнца и звезд. Очень существенной особенностью радиоактивных часов является то, что с их помощью для археологических находок, горных пород и других объектов исследования определяется абсолютный возраст ; абсолютный в том смысле, что он находится по некоторым свойствам (радиоактивности) данного образца и непосредственно для данного образца, между тем как в методах относительной хронологии возраст данного образца определяется из сопоставления его с другими объектами, например остатками спор и пыльцы растений, раковинами различных типов и т. д.

"Радиоактивными часами" называют метод или, вернее, целую группу очень мощных методов, в которых явление радиоактивного распада ядер различных изотопов используется для определения больших промежутков времени. Проведенные исследования радиоактивных веществ показали, что скорость их распада не зависит от изменений окружающей температуры и давления по крайней мере в тех пределах, которые достижимы в земных лабораториях. Таким образом, процесс радиоактивного распада с успехом может быть использован для отсчета промежутков времени.

Интервал времени, в течение которого количество радиоактивного вещества уменьшается вдвое, называют периодом полураспада . Распад различных радиоактивных изотопов происходит с существенно различной скоростью, например: период полураспада висмута-212 равен 60,5 минутам, урана-238-4,5 миллиардам лет, а углерода-14-5568 годам. Таким образом, для измерения различных объектов и разных интервалов времени имейся достаточно широкий выбор подходящих изотопов. Тем не менее при использовании радиоактивных часов Для отсчета больших промежутков времени обнаружились специфические и серьезные трудности. Потребовалось много труда и научной выдумки для того, чтобы достигнуть той степени понимания используемых процессов, которая позволила эти трудности преодолеть.

Между тем принцип измерения больших промежутков времени с помощью радиоактивных часов очень прост. В некоторой мере он подобен принципу работы огненных часов, в которых соответствующим образом приготовленная палочка горит с постоянной и заранее известной скоростью. Зная начальную длину палочки, скорость ее сгорания и измерив длину несгоревшей ее части, можно без особого труда определить, сколько прошло времени от того момента, когда палочка была зажжена. Именно так и поступали в древности.

Рассмотрим работу радиоактивных часов, основанных на использовании радиоуглерода С 14 . При определении Промежутков времени радиоуглеродными часами начальное содержание в образце С 14 и скорость его распада считаются заранее известными, а измеряется количество углерода-14, оставшееся в образце к моменту измерений.

Скорость распада радиоуглерода ученые определили с помощью соответствующих лабораторных исследований специально приготовленных препаратов С 14 . Так как эта скорость не зависит от условий хранения препарата (температуры, давления и т. д.), то нет сомнений в том, что найденной ее величиной можно пользоваться при изучении любых образцов.

Однако между радиоуглеродными и огненными часами аналогия оказывается не полной в том отношении, что через равные интервалы времени длина горящей палочки огненных часов уменьшается на определенные отрезки, т. е. по закону арифметической прогрессии, а количество радиоактивного вещества через равные интервалы времени уменьшается в определенное число раз, т. е. по закону прогрессии геометрической. Если в начальный момент длина палочки огненных часов равнялась А, а скорость ее сгорания В, то через 1,2,3 часа ее длина будет равняться А - 1В, А - 2В, А - 3В и т. д. Если количество радиоактивного вещества в начальный момент равнялось А, то через равные и характерные для каждого радиоактивного изотопа интервалы времени оно будет равняться l / 2 A, 1 / 4 A, 1 / 8 A и т.д. Кривую, описывающую такое изменение величины, называют экспонентой . То, что количество имевшегося вначале радиоактивного вещества убывает с течением времени по экспоненте, никаких добавочных затруднений в отсчете времени не вызывает.

Труднее обстоит дело с определением начального содержания радиоуглерода в образцах. Как узнать начальное содержание радиоуглерода в материале, который никто специально не приготовлял и который тысячи или десятки тысяч лет пролежал в грунте, прежде чем ученый извлек его оттуда и назвал образцом?

Для ответа на этот вопрос потребовались разнообразные знания и многозвенная цепь остроумных и глубоких умозаключений. Перейдем к их рассмотрению.

Радиоуглеродный метод определения абсолютного возраста материалов органического происхождения был; предложен в 1946 г. В. Ф. Либби. Им же были разработаны физические основы этого метода. Известно, что в земной атмосфере и океанах, в наземных растениях и животных, в морских организмах, в общем, во всей биосфере Земли, имеется радиоактивный углерод С 14 . Правда, его относительно немного. Если из какого-нибудь органического материала, например, куска дерева, путем сжигания получить углерод, то в нем обнаруживается характерное для С 14 β-излучение. В качестве удобной количественной характеристики этого излучения вводят понятие об удельной активности, понимая под этим число распадов, происходящих за 1 мин в 1 г естественной смеси изотопов углерода. Для углерода, полученного из 1 только что срубленного дерева, удельная активность равна всего лишь 14 распадов на грамм в минуту. Между тем в 1 г углерода содержится около 5*10 22 атомов.

Естественный углерод представляет собой смесь не скольких изотопов, в том числе двух стабильных: С 12 (98,9%) и С 13 (1,1%), а также очень малого, равного лишь 1,07*10 -10 %, количества радиоуглерода С 14 . Однако предположение о том, что этот радиоуглерод является остатком того, который был на Земле в период ее образования, т. е. 4,5 миллиарда лет назад, совершенно невероятно. Ведь период полураспада С 14 равен всего лишь 5568 годам. Если бы 4,5 миллиарда лет назад вся Земля целиком состояла из радиоуглерода, то и в этом случае к нашему времени его осталось бы в миллиарды миллиардов раз меньше, чем обнаруживается сейчас.

Почему же на Земле радиоуглерод не исчез, не вымер и обнаруживается ныне? Очевидно, лишь потому, что есть какой-то механизм, который его все время порождает.

Этот механизм ныне известен и заключается в следующем. На Землю непрерывным потоком приходят космические лучи. В их составе есть тяжелые незаряженные частицы: нейтроны. При прохождении через земную атмосферу нейтроны космических лучей взаимодействуют с ядрами атмосферного азота. При этом происходит следующая ядерная реакция (рис. 49): нейтрон, сталкиваясь с ядром азота, образует с ним промежуточную неустойчивую систему, которая спустя очень короткое время выбрасывает протон и превращается в ядро радиоактивного углерода-14.

Вслед за перестройкой ядра довольно быстро происходит перестройка электронной оболочки и получается атом углерода, в химическом отношении идентичный любым другим углеродным атомам. Вступая в соединение с атомами кислорода, он окисляется до углекислого газа. Наряду с обычным углекислым газом воздуха он поглощается растениями, входит в состав углекислых солей, растворенных в океанах, и т. д. Таким образом, порожденный нейтронами космических лучей углерод-14 включается в биохимический круговорот жизни Земли.

Будучи радиоактивным, ядро атома углерода-14 через некоторое время распадается. При этом испускаются бета-частица (электрон) и антинейтрино, а ядро углерода-14 превращается в ядро стабильного азота-14.

Между тем всякий живой организм находится в состоянии непрерывного обмена с окружающей средой, поглощая одни вещества и выделяя другие. Поэтому представляется естественным предположение о том, что в живом организме удельная активность углерода должна быть такой же, как и в окружающей среде. Это заключение логично, но не бесспорно. К тому же оно представляет лишь одно звено довольно длинной цепи умозаключений, необходимых для отыскания начального содержания радиоуглерода в образцах.

Переберем же все эти звенья одно за другим: космические лучи вблизи от поверхности Земли содержат нейтроны. Эти нейтроны, взаимодействуя с азотом земной атмосферы, порождают радиоуглерод. Образовавшийся радиоуглерод окисляется до углекислоты, смешивается с обычной углекислотой атмосферы и таким образом включается в биохимический круговорот Земли. Все организмы в процессе обмена поглощают углекислоту и таким образом получают радиоуглерод.

Если в течение десятков тысяч лет интенсивность космического излучения, падающего на Землю, и соответственно плотность потока нейтронов вблизи от Земли, не изменялись;

если радиоуглерод, порожденный в земной атмосфере нейтронами космических лучей, разбавлялся в ней стабильным углеродом всегда в одинаковой мере;

если в земной атмосфере не было и нет иных нерегулярных источников радиоактивного и стабильного углерода;

если удельная активность углерода атмосферы не зависит от широты и долготы местности и высоты ее над уровнем моря;

если действительно относительное содержание радиоуглерода в живых организмах такое же, как и в атмосфере;

если все это так, то для определения начального содержания радиоуглерода в данном образце органического происхождения достаточно измерить его содержание в любой пробе нулевого возраста и органического происхождения, например, в только что срубленном дереве.

Эта величина измерена и хорошо известна. Она такова, что дает 14 радиоактивных распадов в минуту на 1 г естественной смеси всех изотопов углерода.

После отмирания организма его углеродный обмен с внешней средой прекращается. Таким образом, моментом начала отсчета радиоуглеродных часов является смерть организма . Десятки тысяч лет назад какое-то дерево было повалено лавиной или ледником, какое-то животное погибло в бою или от землетрясения, и с этого момента в них содержание стабильного углерода не изменялось, а количество радиоуглерода непрерывно убывало с вполне определенной скоростью, так что через 5568 лет его осталось лишь 1 / 2 от первоначального, через 11 136 лет - лишь 1 / 4 и т.д.

Насколько все эти допущения правомочны? Ведь если хотя бы одно из них неверно, то разваливается вся Цепь заключений, а определяемый радиоуглеродный возраст оказывается иллюзорным.

Для суждения о правильности всех этих предположений Либби и другими авторами была проведена широкая экспериментальная проверка метода на различных образцах известного возраста. При этом оказалось, что в пределах погрешности измерений результат определений абсолютного возраста образцов не зависит от геомагнитной широты пунктов взятия проб и от высоты этих пунктов над уровнем моря. Это свидетельствует о достаточно быстром усреднении, происходящем вследствие перемешивания атмосферы.

Кроме того, оказалось, что если принять во внимание некоторые различия начальной удельной активности углерода в наземных и морских организмах, то результаты радиоуглеродного датирования не зависят также и от типа образцов.

Однако решающей проверкой правильности радиоуглеродных часов должно было быть сравнение их показаний с возрастом достаточно древних образцов, надежно определенным другим способом. Понятно, что осуществить такую проверку было совсем непросто, так как для этого нужно было располагать предметами органического происхождения, возраст которых был бы заранее достаточно точно известен и составлял бы многие тысячелетия.

Для контрольных измерений удалось отыскать семь различных образцов дерева:

1) Кусок ели, возраст которой был установлен по годичным кольцам ее ствола и таким образом датирован 580 г. нашей эры.

2) Кусок дерева от окаменелого гроба (Египет), который по историческим данным был датирован 200±150 г. до н.э. Таким образом, в 1949 г., т.е. тогда, когда производились указанные исследования, возраст этого образца составлял 2149±150 лет (знаки ± и цифра 150 указывают на точность определения возраста и показывают, что в данном случае он был известен приблизительно в пределах от 2000 до 2300 лет).

3) Кусок дерева от пола дворца в северо-западной Сирии, который по историческим данным был датирован 675±50 г. до н.э.

4) Внутренняя часть дерева секвой, годичные кольца которой соответствовали интервалу времени от 1031 до 928 г. до н.э. В 1949 г. это соответствовало среднему, возрасту, равному 2928±52 года.

5) Кусок доски от похоронного судна египетского царя Сезостриса. Этот образец по историческим данным был датирован 1800 г. до н.э.

6) Кусок доски из акации с гробницы Джосера в Саккаре, который по историческим данным был датирован 2700±75 г. до н. э. Таким образом, возраст этого образца составлял около 4650 лет,

7) Кусок кипарисовой доски из гробницы Снофру в Мейдуме, который по историческим данным был датирован 2625±75 г. до н. э. Таким образом, возраст этого образца равнялся около 4600 лет.

Проделанные радиоуглеродные измерения возраста этих образцов, как это видно из рис. 50, дали довольно хорошее совпадение расчетов с экспериментами и таким образом подтвердили догадку и расчет пытливого ума ученых.

На основании указанных результатов В. Ф. Либби сделал вывод о справедливости следующих предпосылок, положенных им в основу радиоуглеродного метода:

1. Интенсивность космического излучения вблизи Земли, интенсивность потока нейтронов и соответственно удельная активность углерода в земной атмосфере по крайней мере в течение последних нескольких десятков тысяч лет постоянны.

Напомним, что удельной активностью углерода называют число радиоактивных распадов радиоуглерода, происходящих в 1 г углерода образца в 1 минуту.

2. Удельная активность углерода в живом организме данного типа одинакова и постоянна и, таким образом, является "мировой" постоянной биологического вещества.

3. После отмирания организма изменение в нем удельной активности углерода происходит по экспоненциальному закону, т. е. в соответствии с законом геометрической прогрессии.

Таким образом, казалось очевидным, что метод открывает возможность однозначного определения абсолютного возраста образцов органического происхождения. После этого многие исследователи стали широко и успешно применять радиоуглеродные часы для определения абсолютного возраста самых различных образцов.

Уточнение радиоуглеродного метода

Идея радиоуглеродного метода простая, но не бесспорная. Между тем в последующие годы, наряду с дальнейшими успехами метода, время от времени стали обнаруживаться и отдельные резкие отличия радиоуглеродных дат от тех, которые ожидались археологами и геологами в соответствии с их представлениями по тому или другому вопросу. При этом в части случаев радиоуглеродные даты в конце концов подтверждались, и археологам и геологам приходилось менять свои представления. Однако в другой части случаев неточными оказывались радиоуглеродные даты.

В то же время техника радиоуглеродных измерений и соответственно их точность были уже значительно улучшены, и ученые воспользовались этим для того, чтобы разобраться в тонкостях радиоуглеродного метода. При этом выяснилось, что ни одно из основных положений, сформулированных Либби, не выполняется точно и все они нуждаются в дополнительном анализе. В то же время оказалось, что удается сделать так, чтобы показания радиоуглеродных часов были достаточно точными и достоверными.

Для того чтобы в этом разобраться (а это интересно и даже поучительно), лучше всего, следуя истории развития этого метода, подвергнуть в нем сомнению каждый пункт. Действительно ли тысячи и десятки тысяч лет назад концентрация радиоуглерода в земной атмосфере была такой же, как и сейчас? Ведь если это не так, то отсчет времени становится неопределенным. Неопределенным в такой же мере, как если бы неизвестной была начальная длина палочки огненных часов.

Эти сомнения не напрасны. В 1958 г. де-Фриз, а затем Стайвер, Зюсс и др. показали, что удельная активность углерода в земной атмосфере уменьшается с увеличением активности Солнца. Этот эффект объясняется тем, что солнечные магнитные поля модулируют поток космических лучей, падающих на Землю. Такие исследования были доведены до нескольких тысяч лет назад, я при этом оказалось, что вариации удельной активности углерода не превышают 1-2% (рис. 51, кривая 1), что соответствует искажению абсолютного возраста, отсчитываемого с помощью радиоуглеродных часов, на 80-160 лет.

Однако не исключена возможность того, что в более отдаленном прошлом изменения удельной активности углерода в атмосфере Земли были более значительными, например, вследствие больших изменений климата Земли. Изучение этого вопроса представляет большой интерес.

Добавочным источником радиоуглерода в биосфере Земли является испытание ядерного и в особенности термоядерного оружия. Загрязнение атмосферы радиоактивным углеродом, произошедшее в результате ядерных испытаний над поверхностью Земли, имеет глобальный характер. Величина этого эффекта достигла значительной величины в сравнении со средней удельной активностью углерода за предшествующий период времени. Однако в настоящее время, в связи с запрещением ядерных испытаний в воздухе, величина ядерного эффекта имеет тенденцию к уменьшению. Так как эффект ядерных испытаний начал действовать лишь около 30 лет назад, то для датирования образцов старше этого возраста он не имеет значения (рис. 51, кривая 2).

Еще одной причиной нарушения постоянства концентрации радиоуглерода в биосфере Земли является разбавление природной смеси углерода стабильными изотопами. Такое разбавление обязано промышленным выбросам углекислоты в атмосферу. Вследствие перемешивания атмосферы эффект, в общем, имеет глобальный характер. Путем исследования древесных колец известного возраста Зюсс показал, что этот эффект начал действовать около 140 лет назад (рис. 51, кривая 3).

Таким образом, изменения удельной активности углерода в прошлом действительно имели место. Величина этих изменений в некотором интервале времени уже известна. Поэтому тогда, когда это возможно и нужно, в результаты измерений вводят соответствующую поправку и получают уточненное значение абсолютного возраста отобранных проб.

Теперь обсудим второе основное положение Либби. Действительно ли удельная активность углерода в живых организмах данного типа одинакова? Строго говоря, это не так. Килинг показал, что условия жизни данного организма в некоторой, хотя и небольшой мере влияют на концентрацию в нем радиоуглерода. Проистекающие из этого эффекта искажения в определении абсолютного возраста могут достигать нескольких сот лет.

Однако вскоре был найден выход и из этой трудности. Исследования показали, что когда у двух одновозрастных деревьев различается концентрация радиоуглерода (которую оценивают по отношению С 14 /С 12), то отношение стабильных изотопов С 13 /С 12 тоже оказывается измененным. Причем сдвиг отношения С 14 /С 12 всегда в два раза больше, чем сдвиг отношения С 13 /С 12 . Таким образом, независимое измерение отношения стабильных изотопов данного образца позволяет выяснить, есть ли изотопный сдвиг и какой он величины. Обычно он невелик и им можно пренебречь. Однако тогда, когда это нужно, вводят соответствующую поправку и получают уточненное значение абсолютного возраста.

Таким образом, удалось справиться с рядом трудностей, существенных в основном при датировании молодых образцов. Между тем при датировании очень древних образцов обнаружились трудности совсем особые. Анализ этих трудностей, позволивший очертить границы радиоуглеродного метода, или, если угодно, узнать, каким тысячелетием заканчивается "циферблат" радиоуглеродных часов, описан далее.

Границы радиоуглеродного метода

Вопрос о границах, в которых возможно и правомочно применение того или иного метода, всегда интересен и важен, Ведь очень часто самое существенное и новое лежит вблизи от них или даже за ними. Естественно, что у o ученых возникает желание раздвинуть эти границы. Так, например, геологам, пользующимся радиоуглеродным методом, очень нужно уметь датировать всё более древние образцы, так как это дает столь важную для них возможность проникнуть еще глубже в прошлое Земли.

Для физиков, ведущих дальнейшие разработки радиоуглеродного метода, вопрос о его границах не менее важен. Им нужно знать: достигнуты ли уже эти границы или еще нет? Является ли увеличение верхней возрастной границы радиоуглеродного метода вопросом только техническим, аппаратурным, или верхний возрастной предел радиоуглеродных часов ограничен особенностями самого метода?

Вопрос о нижней возрастной границе радиоуглеродного метода, по крайней мере в принципиальном отношении, решается просто и однозначно. Нижней границей является нулевой возраст. При современном техническом уровне радиоуглеродных измерений датировать образцы, имеющие небольшой возраст, можно с точностью до 50-30 лет. Таким образом, "циферблат" радиоуглеродных часов начинается от немного размазанного нуля.

То, что нуль радиоуглеродных часов несколько размазан, объясняется наличием погрешности измерений. Любой результат, полученный экспериментально, имеет некоторую погрешность, и радиоуглеродные даты в этом отношении не составляют исключения. Поэтому типичная запись отсчета радиоуглеродных часов содержит ту или иную дату и погрешность ее определения, например: Т =10 000 ± 70 лет. Такая запись означает, что истинное значение возраста образца с достаточно большой вероятностью лежит в пределах от 9030 до 1070 лет.

Можно ли снизить погрешность радиоуглеродных измерений? Да, но при этом нужно иметь в виду следующее: при радиоуглеродном датировании приходится исследовать образцы, обладающие очень малой радиоактивностью. Между тем измерительное устройство чувствительно и к другим излучениям, например к космическим лучам и радиоактивному излучению окружающих предметов. Величина этого постороннего, фонового излучения примерно такая же, как и измеряемого. Между тем уровень фона зависит от ряда причин и может несколько меняться. Поэтому для снижения погрешности измерений необходимо по возможности увеличить чувствительность прибора к измеряемому излучению и, наоборот, насколько это возможно, снизить его чувствительность к постороннему, фоновому излучению.

Для того чтобы уменьшить величину фона, приемник излучения (т. е. счетчик) окружают массивной защитой" устроенной из нескольких тонн свинца и 80-100 кг ртути. Это снижает фон в 6-8 раз. Кроме того, с помощью специальной электронной схемы сигналы, воспринимаемые прибором, сортируют, отбирая и сосчитывая лишь те, которые имеют определенную характерную для радиоуглерода энергию. Наконец, производят временной отбор сигналов. Для этого вблизи от измеряемого образца ставят уже не один, а два счетчика, воспринимающих излучение. Затем сшомощью специальной электронной схемы сосчитывают лишь те сигналы, которые появляются в обоих счетчиках одновременно. Помехи и шумы возникают нерегулярно и притом то в одном приемнике, то в другом, а сигналы от измеряемого образца возбуждают оба приемника одновременно. Поэтому такая схема позволяет почти без потерь сосчитать нужные сигналы и отсеять значительную часть ненужных. Все эти мероприятия позволяют снизить фон приблизительно в 20 раз.

Увеличение количества исследуемого вещества и увеличение длительности измерений также приводит к снижению погрешности результата измерений. При этом соответственно возрастают затраты труда и времени как на подготовку образцов, так и на их измерение. Однако, если это диктуется характером решаемой задачи, то на это приходится идти, так как таким образом можно снизить погрешность датирования молодых образцов вплоть до 20-10 лет.

Чем определяется верхняя возрастная граница радиоуглеродного метода? Каким тысячелетием кончается циферблат радиоуглеродных часов? Оказывается, что ответы на эти вопросы совсем не тривиальные; более того, по существу имеются две верхние возрастные границы.

Рассмотрим, почему это происходит. Если после отмирания дерево пролежит в земле около 50 000 лет, то содержание в нем радиоуглерода снижается в сотни раз. В таком образце остаточная активность радиоуглерода оказывается намного меньше фона. При этом даже тогда, когда длительность измерений доведена до нескольких суток, погрешность результата все же составляет не сколько тысяч, лет. Для более древних образцов погрешность оказывается еще больше и из-за малой точности измерения теряют смысл. Этим и определяется техническая верхняя возрастная граница радиоуглеродного метода.

Технической границей она нами названа потому, что в конечном счете ее величина определяется уровнем техники измерений. В настоящее время в большинстве радиоуглеродных лабораторий она составляет 40-50 тысяч лет. Техническую верхнюю возрастную границу можно отодвинуть увеличением количества измеряемого образца, 1 затягиванием длительности измерений или изотопным обогащением (например, путем термодиффузии). Все эти пути учеными уже испробованы и оказались пригодными, но очень трудоемкими. Используя их, удалось датировать отдельные древние образцы вплоть до 70000 лет.

При решении некоторых важных научных проблем трудности и длительность работы отступают на второй план и существенной считается лишь принципиальная возможность решения задачи. Поэтому так важно ответить на вопрос о том, до какого предела можно поднять верхнюю возрастную границу радиоуглеродного метода.

Обычно при определении абсолютного возраста радиоуглеродным методом учитывают лишь тот С 14 , который попал в организм из внешней среды, и, следуя Либби, считают, что после отмирания организма в нем имеет место лишь распад этого радиоуглерода. Ф. С. Завельский принял во внимание, что организмы (растения, животные) и сами содержат азот, а в сфере их обитания, т. е. у поверхности Земли, есть нейтроны. Отсюда следует, что внутри организмов при их жизни и после отмирания тоже образуется радиоуглерод.

Назовем С 14 , поглощенный организмом при его жизни из атмосферы, внешним радиоуглеродом, а тот С 14 , который образуется в самом организме как при его жизни, так и после отмирания, - собственным радиоуглеродом.

Полагая, что уменьшение количества внешнего радиоуглерода в образце происходит по экспоненциальному закону (рис. 52, пунктирная кривая J вн) и наряду с этим имеет место накопление в нем собственного радиоуглерода (рис. 62, J соб) мы неизбежно приходим к тому, что их сумма с течением времени изменяется по закону, отличному от экспоненциального (рис, 52, J эксп). Отсюда ясно, что третье положение, сформулированное Либби, о том, чтов образцах уменьшение удельной активности углерода происходит по экспоненциальному закону, т.е. в геометрической прогрессии, не может считаться точным.

собственная" активность, J эксп - экспериментальная, т.е. измеряемая на опыте активность углерода">
Рис. 62. Изменение активности углерода в образце с течением времени. J вн -активность углерода, полученного из внешней среды, J соб - "собственная" активность, J эксп - экспериментальная, т.е. измеряемая на опыте активность углерода

Между тем при определении абсолютного возраста измеряется именно это - суммарное или экспериментальное- значение удельной активности углерода образца. Легко понять, что если при этом не учитывается накопление собственного радиоуглерода, то найденное значение абсолютного возраста оказывается фиктивным.

Сколь велика совершаемая при этом ошибка? Она столь большая, что этот эффект нужно всегда учитывать, или столь малая, что им в любом случае можно пренебречь? Произведя соответствующие расчеты, Ф. С. Завельский показал, что абсолютный возраст образцов, определенный радиоуглеродным методом без учета образования в нем собственного радиоуглерода, действительно отличается от истинного. Однако для образцов, возраст которых меньше 50 000 и даже 70 000 лет, это различие столь малое, что им можно пренебречь. Это заключение наглядно демонстрирует рис. 52, на котором видно, что тогда, когда возраст образца составляет 70 000 лет, остаточная активность внешнего радиоуглерода (J вн) в 20 с лишним раз больше активности собственного радиоуглерода (J соб). Даже тогда, когда возраст образца равен 80 000 лет, J вн в 5-6 раз больше, чем J соб. Соответственно для образцов, возраст которых составляет около 80 000 лет, поправка на собственный радиоуглерод имеет величину около 1500 лет, или 2%. Для образцов, возраст, которых больше 90 000 лет, величина поправки на собственный радиоуглерод резко возрастает и достигает сначала десятков, а потом и сотен процентов * .

* (Завельский Ф. С., Еще одно уточнение радиоуглеродного метода, Доклады АН СССР, серия геол., т. 180, № 5, 1968. )

Теперь можно ответить на поставленные ранее вопросы. Разрабатывая в сороковые годы нашего века физические основы радиоуглеродного метода, Либби располагал измерительными приборами, которые позволяли определять абсолютный возраст образцов примерно до 20-30 тысяч лет. Имея дело с образцами не старше этого возраста, он был вполне прав, утверждая, что в них уменьшение удельной активности углерода с течением времени происходит по экспоненциальному закону.

И. Арнольд в 1954 г. уже упоминает о возможности образования радиоуглерода в самом образце, а Е. Олсон в 1963 г. оценивает влияние этого эффекта на отсчет радиоуглеродных часов и приходит к заключению о том, что в количественном отношении он несуществен. Учитывая уровень измерительной техники тех лет, такое заключение можно посчитать более или менее правильным.

Между тем в настоящее время техническая верхняя возрастная граница радиоуглеродного метода уже поднята до 50-70 тысяч лет и ставится вопрос о ее дальнейшем повышении. Из изложенного видно, что при датировании образцов, возраст которых больше 80-90 тысяч лет, кроме усовершенствования измерительной техники требуется также введение поправки на собственный радиоуглерод.

Для того чтобы узнать величину этой поправки, нужно определить содержание азота в образце и интенсивность нейтронного излучения грунта, в котором в течение десятков тысяч лет лежал образец. Однако в течение столь длительного хранения образца уровень нейтронного излучения грунта мог меняться. Понятно, что вследствие этого величина поправки определяется очень не точно. Поэтому когда в образце остаточная активность внешнего радиоуглерода становится меньше активности собственного радиоуглерода, то абсолютный возраст, определенный радиоуглеродным методом, становится неопределенным. Это обстоятельство кладет уже не технический, а принципиальный верхний возрастной предел увеличению отсчета тысячелетий радиоуглеродными часами.

Величина этого принципиального верхнего возрастного предела радиоуглеродного метода зависит от содержания азота в образце и от уровня нейтронного излучения грунта. Таким образом, для разных образцов она несколько различна. В среднем эта граница лежит около 100-120 тысяч лет.

Некоторые применения радиоуглеродных часов

Большое количество определений абсолютного возраста радиоуглеродным методом было проделано для образцов, взятых с торфяников. Их возраст ставился в соответствие с хронологией, основанной на исследовании пыльцы и спор древних растений. В общем, было получено достаточно полное соответствие между определением возраста по радиоактивному углероду и пыльцевому методу.

Остатки угля дали возможность с помощью радиоуглеродного метода датировать культурный слой пещеры Ласко (Франция), стены которой были покрыты доисторической живописью. Возраст этого слоя был определен в 15 500 ± 900 лет. Таким образом археологам были даны важные опорные даты.

Исследованию радиоуглеродным методом подверглись остатки древесного угля, найденные в доисторической стоянке человека, раковины, употреблявшиеся в качестве украшений доисторическими людьми, содержание желудка древнего животного и т. п.

Радиоуглеродным методом были исследованы образцы, взятые при раскопке отбросов, накопившихся против Храма Солнца в Перу. Возраст этих отбросов (раковин, веревок, цыновок, остатков животных) на разной глубине оказался различным - от нескольких сотен до десятков тысяч лет. Соответствующая датировка оказалась весьма важной при археологических исследованиях.

В Палестине около Мертвого моря были найдены свитки библии (книга Исайи). Радиоуглеродный анализ верхней обвертки свитка показал возраст 1917±200 лет.

Советские исследователи нашли на Таймыре довольно хорошо сохранившийся во льду труп мамонта. Для исследования его возраста радиоуглеродным методом были взяты сухожилия животного. В результате измерений относительного содержания радиоуглерода выяснилось, что мамонт пролежал во льдах Таймыра около 12 тысяч лет.

Десять с лишним лет назад антропологи были изрядно смущены находкой остатков пильтдаунского человека. Найденные череп и челюсть имели ряд признаков, взры-I вающих установившиеся представления об эволюции человека. Когда же с помощью радиоуглеродного метода определили абсолютный возраст этих находок и он оказался равным всего лишь около 500 лет, то стало ясно, что имела место мистификация или, если угодно, шутка.

В Северном Ираке была открыта Шанидарская пещера, в которой люди обитали в течение примерно 100 000 лет. Раскопки этой пещеры описаны Ральфом Солецким.

Вскрывая в этой пещере слой за слоем, ученые анализировали найденные предметы и определяли абсолютный возраст находок. В верхнем слое были обнаружены остатки общественных очагов, каменные ступки, остатки домашних животных. Этот слой охватывает время от современного до некоторой эпохи каменного века, а по радиоуглеродным часам оказалось, что его нижняя часть отстоит от нас на 7000 лет.

Во втором слое были найдены хорошо отточенные наконечники копий, костяные шила для шитья, куски графита с выгравированными на них рисунками, кучи раковин улиток. Возраст низа этого слоя был по радиоуглероду определен в 12 000 лет. Это средний каменный век. Находки позволили установить, как человек того времени жил, охотился, что ел и каким было его искусство.

Третий слой, тоже датированный радиоуглеродными часами, во времени занимал промежуток от 29 до 34 тысяч лет. Это древний каменный век. В этом слое были найдены различные кремневые орудия.

В самом нижнем, четвертом слое пещеры, простирающемся на глубину от 5 до 14 м, вплоть до коренных пород, ученые нашли останки давно вымершего неандертальского человека и его примитивные орудия. Радиоуглеродным методом возраст низа этого слоя не определялся. По ряду соображений ученые посчитали, что он составляет около 100 000 лет.

Эти примеры (а число их можно было бы значительно увеличить) показывают, где и как работают радиоуглеродные часы и сколь интересно и важно поднять их верхнюю возрастную границу.

В настоящее время радиоуглеродный метод определения абсолютного возраста уже широко применяется в различных археологических и геологических исследованиях и при построении соответствующих шкал времени является опорным.

Главная » Английский алфавит » Промежуток длинной в час. Время и календарь