Come la misurazione del tempo ha plasmato la storia

Come la misurazione del tempo ha plasmato la storia

Dalle costruzioni neolitiche agli orologi atomici, il modo in cui gli umani misurano il tempo rivela ciò che apprezziamo di più


Gli esseri umani hanno tracciato il tempo in un modo o nell'altro in ogni civiltà di cui abbiamo documentazione, scrive il fisico Chad Orzel. Nel suo nuovo libro A Brief History of Timekeeping (BenBella Books, 2022), Orzel racconta gli sforzi neolitici per prevedere i solstizi e altri eventi astronomici, gli ultimi orologi atomici che tengono il tempo con decimali sempre più precisi e tutto ciò che è venuto in mezzo. Descrive l'evoluzione degli orologi, dagli orologi ad acqua che cronometravano gli intervalli in base al tempo impiegato dall'acqua per uscire da un contenitore, alle clessidre riempite di sabbia, ai primi orologi meccanici e a pendolo fino alla nostra era moderna. Ogni episodio è pieno di fisica e ingegneria interessanti, così come uno sguardo a come diversi modi di tenere il tempo hanno influenzato il modo in cui le persone hanno vissuto la loro vita in vari punti e luoghi della storia.

Scientific American ha parlato con Orzel degli orologi più belli della storia, dei sistemi di calendario più complicati e del perché abbiamo ancora bisogno di migliorare i migliori orologi di oggi.

[Segue una trascrizione editata dell'intervista]

Come ha cambiato la storia l'avvento degli orologi?


C'è un'interessante democratizzazione del tempo man mano che si va avanti. I monumenti più antichi sono cose come Newgrange in Irlanda. È questa enorme collina artificiale con un passaggio attraverso il centro. Una volta all'anno la luce del sole raggiunge la camera centrale, e questo ti dice che è il solstizio d'inverno. Ci sono stato, e si possono mettere 10 o 12 persone lì dentro, forse. Questa è una cosa d'elite dove solo poche persone hanno accesso a queste informazioni. Quando si iniziano ad avere cose come gli orologi ad acqua, è qualcosa che le singole persone possono usare per cronometrare le cose. Non sono superaccurati, ma questo lo rende più accessibile. Gli orologi meccanici lo rendono ancora migliore, e poi si ottengono orologi pubblici - orologi sui campanili delle chiese con campane che suonano le ore. Tutti iniziano ad avere accesso al tempo. Gli orologi meccanici iniziano a diventare ragionevolmente precisi e ragionevolmente economici a partire dal 1890. Costano circa un giorno di stipendio. Improvvisamente tutti hanno accesso a una misurazione accurata del tempo per tutto il tempo, e questo è un cambiamento davvero interessante.

È difficile tracciare l'avvento dei diversi tipi di orologi?


Quando si scrive di orologi nella storia, si usa la stessa parola per un sacco di cose diverse. C'è un esempio famoso: c'era un incendio in un particolare monastero, e il resoconto dice che alcuni dei fratelli corsero al pozzo e altri all'orologio. Questo ti dice che era un orologio ad acqua, perché andavano lì a riempire dei secchi per spegnere il fuoco. C'è un altro riferimento che dice che un orologio è stato installato sopra il paravento di una chiesa. Se è a 50 piedi di altezza, probabilmente non era un orologio ad acqua, ma un orologio meccanico, perché nessuno farebbe un dispositivo in cui bisogna andare lassù e riempirlo d'acqua.

Qual è il tuo orologio preferito della storia?

Mi piace molto questo orologio a torre cinese. È stato costruito nel 1100 circa da un funzionario di corte, Su Song. È un orologio ad acqua, basato su un flusso costante di acqua, ma è un dispositivo meccanico. È questa ruota gigante che ha dei secchi all'estremità dei bracci, e il secchio è posizionato sotto questa fonte d'acqua a flusso costante. Quando si riempie oltre un certo punto, il secchio si rovescia, e questo rilascia un meccanismo che fa ruotare la ruota. La ruota gira e porta un nuovo secchio che inizia a riempirsi. La regolazione dei tempi è davvero fornita dall'acqua, che fornisce anche la forza motrice. Il peso dell'acqua è ciò che fa girare la ruota. È questo strano ibrido tra un orologio ad acqua della vecchia scuola e gli orologi meccanici che sarebbero stati sviluppati in Europa un secolo o due dopo. È un sistema incredibilmente intricato, una cosa monumentale che funzionava incredibilmente bene. Ma non durò a lungo: funzionò per circa 20 anni. Era situato nella capitale di una particolare dinastia, che cadde, e i successori non riuscirono a farlo funzionare.

È un bell'episodio della storia. L'origine di questo è che Su Song fu mandato a porgere i saluti nel solstizio d'inverno a un regno vicino. Ma il calendario era sbagliato di un giorno. Arrivò lì e diede il suo saluto nel giorno sbagliato, il che sarebbe stato molto imbarazzante. Quando tornò, i creatori del calendario furono puniti, e lui disse: "Sto rimediando".

In che modo il modo di tenere il tempo di una società rivela i suoi valori?


Ogni civiltà di cui abbiamo documentazione decente ha il suo modo di tenere il tempo. È molto interessante perché ci sono tutti questi approcci diversi. Nessuno dei cicli naturali che si vedono sono commisurati tra loro. Un anno non è un numero intero di giorni, e non è un numero intero di cicli lunari. Quindi devi decidere a cosa dare la priorità su cos'altro. Ci sono sistemi come il calendario islamico, che è strettamente lunare. Finiscono con un calendario di 12 mesi lunari, che è corto [rispetto ai circa 365 giorni di un anno solare], quindi le date delle feste si spostano rispetto alle stagioni.

Il calendario ebraico fa cose complicate perché vogliono mantenere entrambe le cose: vogliono che le feste siano associate alle stagioni, quindi devono cadere nella parte giusta dell'anno, ma vogliono anche che siano nella giusta fase della luna.

Il calendario gregoriano divide la differenza: Abbiamo mesi la cui lunghezza è basata sulla luna, ma fissiamo i mesi, quindi il solstizio sarà sempre il 20, 21 o 22 giugno. Diamo alla posizione dell'anno rispetto alle stagioni la priorità su tutto il resto.

Poi ci sono i Maya che fanno qualcosa di completamente diverso. Il loro calendario comporta questo intervallo di 260 giorni, e nessuno è completamente sicuro del perché 260 giorni fossero così importanti.

Quanto sono precisi gli orologi oggi?


Il tempo ufficiale ora è basato sul cesio: un secondo è 9.192.631.770 oscillazioni della luce emessa quando il cesio si muove tra due stati particolari.

Non posso credere che tu lo sappia così su due piedi!

L'ho insegnato un sacco di volte [ride].

Il tempo è definito in termini di atomi di cesio, quindi i migliori orologi del mondo sono orologi al cesio. Gli orologi al cesio sono buoni fino a una parte su 1016. Se dice un secondo, ci sono 15 zeri dopo il punto decimale prima di arrivare alla prima cifra incerta. Ci sono orologi sperimentali che sono due, forse tre, ordini di grandezza migliori di quello. Non sono ufficialmente orologi. Misurano una frequenza e la misurano con una precisione migliore dei migliori orologi al cesio.

Sono abbastanza buoni che un orologio a ioni di alluminio ha fatto un test di relatività. [I ricercatori hanno tenuto lo ione fisso in uno, e l'altro, hanno scosso avanti e indietro, e hanno potuto vedere che quello che si muoveva ticchettava un po' più lentamente. Poi ne hanno tenuto uno in posizione e ne hanno spostato uno circa 30 cm più in alto, e hanno potuto vedere che quello ad alta quota ticchettava più velocemente. Erano perfettamente d'accordo con la relatività.

C'è un limite alla precisione degli orologi?


C'è un limite nel senso che ci sono molte cose che influenzano la precisione. La teoria generale di Einstein ti dice relativamente che più sei vicino a una grande massa, più lentamente ticchetta il tuo orologio. Ad un certo punto, sei sensibile all'attrazione gravitazionale degli studenti laureati che entrano ed escono dal laboratorio. A quel punto, diventa impraticabile.

Questo è già un problema perché il tempo atomico per il mondo è un consenso degli orologi atomici di tutto il mondo. Qui negli Stati Uniti, ci sono due grandi laboratori standard: uno è il Naval Observatory a Washington D.C., intorno al livello del mare, e l'altro è a Boulder, Colo, circa un miglio più su. I loro orologi al cesio ticchettano a ritmi diversi perché si trovano a distanze diverse dal centro della terra. Devono tenerne conto. Quindi abbiamo fatto una scelta poco saggia collocandolo a Boulder.

Dopo tutto quello che sai sugli orologi, devo chiederti che tipo di orologio porti.


Ne ho due: Uno è un orologio al quarzo, niente di speciale. Probabilmente ho speso più per sostituire il cinturino diverse volte che per l'orologio. L'altro che ho è un orologio meccanico degli anni '60. È un Omega, un orologio puramente meccanico. È un orologio incredibilmente intricato, una meraviglia dell'ingegneria, ma posso andare in un negozio di dollari e comprare un orologio che può tenere il tempo altrettanto bene perché il quarzo è così preciso.

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