Chuyển đổi đơn vị thời gian

Kể từ khi con người lần đầu tiên nhận thấy sự chuyển động đều đặn của Mặt trời và các vì sao, chúng ta đã tự hỏi về thời gian trôi qua. Người tiền sử lần đầu tiên ghi lại các giai đoạn của Mặt trăng khoảng 30.000 năm trước, và ghi lại thời gian là một cách mà nhân loại quan sát các tầng trời và đại diện cho sự tiến bộ của nền văn minh.

Từ cơ sở nào mà con người có thể quy định chỉ số đổi đơn vị thời gian như ngày hôm nay? Đó là một hành trình dài. 

Sự kiện tự nhiên

Các sự kiện tự nhiên sớm nhất được ghi nhận là ở trên trời, nhưng trong năm có nhiều sự kiện khác cho thấy những thay đổi đáng kể trong môi trường. Gió và mưa theo mùa, lũ lụt của các con sông, sự ra hoa của cây cối và các chu kỳ sinh sản hoặc di cư của động vật và chim, tất cả đều dẫn đến sự phân chia tự nhiên trong năm, và việc quan sát sâu hơn và phong tục địa phương dẫn đến việc nhận biết các mùa.

Đo thời gian bằng Mặt trời, Mặt trăng và các vì sao

Người xưa sử dụng thiên văn học để xác định thời gian

Khi mặt trời di chuyển trên bầu trời, các bóng thay đổi theo hướng và độ dài, do đó, một đồng hồ mặt trời đơn giản có thể đo độ dài của một ngày. Người ta nhanh chóng nhận thấy rằng độ dài của ngày thay đổi vào các thời điểm khác nhau trong năm. Lý do cho sự khác biệt này không được phát hiện cho đến khi các nhà thiên văn học chấp nhận thực tế là trái đất quay quanh mặt trời theo quỹ đạo hình elip và trục của trái đất nghiêng khoảng 26 độ.  

Một khám phá khác là đồng hồ mặt trời phải được chế tạo đặc biệt cho các vĩ độ khác nhau vì độ cao của Mặt trời trên bầu trời giảm ở vĩ độ cao hơn, tạo ra bóng dài hơn ở vĩ độ thấp hơn. Ngày nay, các nghệ sĩ và nhà thiên văn học tìm ra nhiều cách để tạo ra những chiếc đồng hồ mặt trời hiện đại.

Biểu đồ sao thời tiền sử

Hình ảnh lâu đời nhất của mẫu sao, chòm sao Orion, đã được công nhận trên một mảnh ngà voi ma mút khoảng 32.500 năm tuổi. Chòm sao Orion được tượng trưng bởi một người đàn ông đứng giơ cánh tay phải và đeo một thanh kiếm ở thắt lưng và có thể được nhìn thấy trên khắp thế giới vào những thời điểm khác nhau trong năm. Orion là thần mặt trời của người Ai Cập và người Phonecians và được người Ả Rập gọi là 'đấng mạnh mẽ'. Ở các vùng của châu Phi, thắt lưng và thanh kiếm của ông được gọi là 'ba con chó đuổi theo ba con lợn' và người Borana ở Đông Phi dựa trên một lịch tinh vi dựa trên quan sát các cụm sao gần vành đai của Orion. Orion chứa một số ngôi sao sáng nhất ở phần phía nam của bầu trời mùa đông ở bắc bán cầu và có thể được nhìn thấy muộn hơn ở nam bán cầu.

Các ngôi sao nguyên lý Orion

Có thể dễ dàng nhận ra ba ngôi sao trên thắt lưng của Orion và ngôi sao đỏ trên cánh tay phải của người đàn ông

Bản đồ Sao Ai Cập sớm nhất khoảng 3.500 năm tuổi và cho thấy sự kết hợp bất thường nhất của các hành tinh (Sao Kim, Sao Thủy, Sao Thổ và Sao Mộc) trong chòm sao Orion và sự xuất hiện của nhật thực xảy ra vào năm 1534 trước Công nguyên.

Những ghi chép của người Babylon về những quan sát các sự kiện trên trời có từ năm 1.600 trước Công nguyên. Lý do áp dụng hệ thống số học của họ có lẽ là vì 60 có nhiều ước số, và quyết định của họ áp dụng 360 ngày là độ dài của năm. 

Chòm sao Kim Ngưu, con bò đực, biểu tượng của sức mạnh và khả năng sinh sản, là hình ảnh nổi bật trong thần thoại của gần như tất cả các nền văn minh sơ khai, từ Babylon và Ấn Độ đến Bắc Âu. Con bò đực đầu người có cánh của Assyria có sức mạnh của một con bò đực, sự nhanh nhẹn của một loài chim và trí thông minh của con người.

Từ khoảng năm 700 trước Công nguyên, người Babylon bắt đầu phát triển lý thuyết toán học về thiên văn học, nhưng 12 cung hoàng đạo được chia đều sẽ xuất hiện muộn hơn vào khoảng năm 500 trước Công nguyên để tương ứng với mỗi năm 12 tháng 30 ngày của họ. Hệ thống phân số 60 cơ sở của họ mà chúng ta vẫn sử dụng ngày nay (độ / giờ, phút và giây) dễ tính hơn nhiều so với các phân số được sử dụng ở Ai Cập hoặc Hy Lạp, và vẫn là công cụ tính toán chính cho các nhà thiên văn học cho đến sau thế kỷ 16, khi hệ thập phân ký hiệu bắt đầu được áp dụng.

Bằng chứng khảo cổ học sớm nhất về lịch Trung Quốc xuất hiện vào khoảng 2.000 năm trước Công nguyên. Chúng hiển thị một năm 12 tháng với sự xuất hiện không thường xuyên của tháng thứ 13. Tuy nhiên, các ghi chép truyền thống của Trung Quốc cho thấy nguồn gốc của lịch 366 ngày tùy thuộc vào chuyển động của Mặt trời và Mặt trăng vào khoảng năm 3.000 trước Công nguyên. Qua một thời gian dài quan sát, các nhà thiên văn Trung Quốc nhận ra rằng hệ thống lịch của họ không chính xác, và đến thế kỷ thứ hai sau CN, người ta nhận ra rằng lịch này đã trở nên không đáng tin cậy sau mỗi 300 năm.

Vấn đề này được gọi là Tuế sai và được các sử gia Trung Quốc ghi lại vào thế kỷ thứ tư và thứ năm sau CN. Vào thế kỷ thứ năm CN, học giả Zu Chongzi đã tạo ra lịch đầu tiên có tính đến thời kỳ tuế sai, và lịch toàn diện nhất là Lịch Dayan được biên soạn vào thời nhà Đường (616-907 CN) đi trước bất kỳ sự phát triển nào ở châu Âu.

Tuế sai là do sự chuyển động dần dần của trục quay của Trái đất theo hình tròn đối với các ngôi sao cố định. Sự chuyển động này tạo ra một 'dao động' chậm có nghĩa là vị trí của các ngôi sao hoàn thành một chu kỳ khoảng 26.000 năm.

Trục của Trái đất hoàn thành một mạch khoảng 26.000 năm một lần

Các phát minh để đo lường và chuyển đổi đơn vị thời gian

Những phát minh ban đầu được thực hiện để chia ngày hoặc đêm thành các khoảng thời gian khác nhau để điều chỉnh công việc hoặc nghi lễ, do đó độ dài của các khoảng thời gian rất khác nhau giữa các nơi và giữa nền văn hóa này sang nền văn hóa khác.

Đèn dầu

Có bằng chứng khảo cổ học về đèn dầu khoảng 4.000 năm trước Công nguyên, và người Trung Quốc đã sử dụng dầu để sưởi ấm và thắp sáng vào năm 2.000 trước Công nguyên. Đèn dầu vẫn còn có ý nghĩa trong thực hành tôn giáo, là biểu tượng của cuộc hành trình từ bóng tối và ngu dốt đến ánh sáng tri thức. Hình dạng của đèn dần dần phát triển thành phong cách gốm đặc trưng được thể hiện. Người xưa có thể nghĩ ra một cách đo mức dầu trong bình để đo thời gian trôi qua.

Đèn dầu đất sét

Đồng hồ nến

Nến đánh dấu được sử dụng để cho biết thời gian ở Trung Quốc từ thế kỷ thứ sáu sau CN. Có một câu chuyện phổ biến rằng Vua Alfred Đại đế đã phát minh ra đồng hồ nến, nhưng chúng ta biết rằng chúng đã được sử dụng ở Anh từ thế kỷ thứ mười sau CN. Tuy nhiên, tốc độ đốt cháy phụ thuộc vào bản nháp và chất lượng của sáp có thể thay đổi. Giống như đèn dầu, nến được sử dụng để đánh dấu thời gian trôi qua từ sự kiện này sang sự kiện khác, thay vì cho biết thời gian trong ngày.

Đồng hồ nước

Đồng hồ nước, hay đồng hồ nước, dường như đã được phát minh vào khoảng 1.500 năm trước Công nguyên và là một thiết bị hoạt động dựa trên dòng chảy ổn định của nước từ hoặc vào bình chứa. Các phép đo có thể được đánh dấu trên bình chứa hoặc trên bình chứa nước. So với ngọn nến hoặc đèn dầu, ống hút có độ tin cậy cao hơn, nhưng lưu lượng nước vẫn phụ thuộc vào sự thay đổi của áp suất từ phần đầu của nước trong bình chứa.

Việc chế tạo đồng hồ thiên văn và chiêm tinh được phát triển ở Trung Quốc từ năm 200 đến năm 1300 CN. Các cơ chế thiên văn sơ khai của Trung Quốc thúc đẩy các cơ chế khác nhau minh họa các hiện tượng thiên văn. Nhà thiên văn học Su Sung và các cộng sự của ông đã xây dựng một chiếc máy cắt cổ tinh xảo vào năm 1088 CN. Thiết bị này kết hợp một hệ thống gầu truyền động bằng nước ban đầu được phát minh vào khoảng năm 725 CE. Trong số các màn hình hiển thị có một quả cầu thiên thể quay được điều khiển bằng năng lượng bằng đồng, và những chiếc chuông rung chỉ ra những thời điểm đặc biệt trong ngày.

Đồng hồ cát

Khi công nghệ thổi thủy tinh phát triển, từ một thời điểm nào đó trong thế kỷ 14, người ta đã có thể chế tạo đồng hồ cát. Ban đầu, nó được sử dụng làm thước đo cho các khoảng thời gian như đèn hoặc nến, nhưng khi đồng hồ trở nên chính xác hơn, chúng được sử dụng để hiệu chỉnh kính cát để đo khoảng thời gian cụ thể và xác định thời lượng của bài giảng ở giảng đường đại học.

Đồng hồ cát thay thế đồng hồ nến cho thời gian chính xác hơn

Sự phân chia trong ngày và độ dài của 'giờ'

Đồng hồ mặt trời của Ai Cập từ khoảng 1.500 năm trước Công nguyên là bằng chứng sớm nhất về sự phân chia ngày thành các phần bằng nhau, nhưng đồng hồ mặt trời không được sử dụng vào ban đêm. Thời gian trôi qua cực kỳ quan trọng đối với các nhà thiên văn học và các thầy tu, những người chịu trách nhiệm xác định giờ chính xác cho các nghi lễ hàng ngày và cho các lễ hội tôn giáo quan trọng, vì vậy đồng hồ nước đã được phát minh.

Đồng hồ nước Ai Cập

Merkhet

Người Ai Cập đã cải tiến đồng hồ mặt trời bằng 'merkhet', một trong những công cụ thiên văn cổ nhất được biết đến. Nó được phát triển vào khoảng năm 600 trước Công nguyên và sử dụng một sợi dây có trọng lượng làm dây dọi để có được một đường thẳng đứng thực sự, như trong hình. Thứ tự

Một vật khác là gân lá cọ, bị tước lá và chẻ một đầu, tạo thành một khe mỏng để làm cảnh.

Một cặp merkhets đã được sử dụng để thiết lập hướng Bắc-Nam bằng cách xếp chúng sau lưng nhau với Sao Cực. Xem các đường dây dọi qua tầm nhìn để đảm bảo rằng hai con tàu và tầm nhìn nằm trên cùng một đường thẳng với Sao Cực. Điều này cho phép đo các sự kiện ban đêm bằng đồng hồ nước khi một số ngôi sao đi qua đường dây dọi thẳng đứng ('đường chuyển tuyến') và những sự kiện này sau đó có thể được ghi lại bằng 'đường thời gian ban đêm' được vẽ trên đồng hồ mặt trời.

Xem thêm 'Ghi chú 1' bên dưới.

Merkhet Ai Cập

Một Merkhet của Ai Cập. Cột thẳng đứng bằng gỗ có khía để sử dụng làm cảnh khi sử dụng hai dây dọi

Có nhiều lý thuyết khác nhau về cách phát triển của 24 giờ trong ngày. Thực tế là ngày được chia thành 12 giờ có thể là do 12 là hệ số của 60, và cả nền văn minh Babylon và Ai Cập đều công nhận chu kỳ hoàng đạo của 12 chòm sao. Mặt khác, (bỏ qua việc chơi chữ) đếm ngón tay với cơ số 12 là một khả năng. Mỗi ngón tay có 3 khớp, và do đó, đếm số khớp sẽ cho một 'bàn tay đầy đủ' là 12 khớp.

Vào thời Hy Lạp và La Mã cổ điển, họ sử dụng mười hai giờ từ lúc mặt trời mọc đến khi mặt trời lặn; nhưng vì ngày mùa hè và đêm mùa đông dài hơn ngày mùa đông và đêm mùa hè, độ dài của giờ thay đổi trong năm.

Vào khoảng năm 50 trước Công nguyên, Andronikos của Kyrrhestes, đã xây dựng Tháp Gió ở Athens. Đây là một chiếc đồng hồ mặt nước kết hợp với Mặt trời nằm ở tám hướng gió chính. Vào thời điểm đó, nó là thiết bị chính xác nhất được chế tạo để lưu giữ thời gian.

Tháp gió

Tháp của những ngọn gió ở Athens chứa một bức tượng và cho thấy các vị thần Đông Bắc, Bắc và Tây Bắc trong bức tranh này

Giờ không có độ dài cố định cho đến khi người Hy Lạp quyết định họ cần một hệ thống như vậy để tính toán lý thuyết. Hipparchus đề xuất chia đều một ngày thành 24 giờ được gọi là giờ tương đương. Chúng dựa trên 12 giờ của ánh sáng ban ngày và 12 giờ của bóng tối vào những ngày của Điểm phân. Tuy nhiên, những người bình thường vẫn tiếp tục sử dụng các giờ thay đổi theo mùa trong một thời gian dài. Chỉ với sự ra đời của đồng hồ cơ học ở Châu Âu vào thế kỷ 14, hệ thống chúng ta sử dụng ngày nay mới được chấp nhận phổ biến.

Đồng hồ cơ học lâu đời nhất

Đồng hồ cơ học thay thế đồng hồ nước cũ và cơ chế thoát nước đầu tiên của đồng hồ dường như được phát minh vào năm 1275. Bản vẽ đầu tiên về bộ thoát được đưa ra bởi Jacopo di Dondi vào năm 1364. Vào đầu đến giữa thế kỷ 14, cơ khí lớn đồng hồ bắt đầu xuất hiện trong các tháp của một số thành phố. Không có bằng chứng hoặc hồ sơ về mô hình hoạt động của những chiếc đồng hồ công cộng này được điều khiển theo trọng lượng. Tất cả đều có chung một vấn đề cơ bản: chu kỳ dao động của cơ cấu phụ thuộc nhiều vào lực chuyển động của quả nặng và lực ma sát trong bộ truyền động.

Đồng hồ cơ dần trở nên phổ biến để theo dõi thời gian

Vào thời Trung cổ sau này, những chiếc đồng hồ công phu đã được chế tạo ở những nơi công cộng. Đây là đồng hồ Thiên văn ở Prague, các bộ phận của nó có niên đại từ khoảng năm 1410.

Đồng hồ trọng lượng đồng hồ thiên văn Praha

Cơ chế này minh họa một bộ thoát cơ bản. Trọng lượng làm quay trống dẫn động bánh xe có răng, mang lại cho mechnism chuyển động "tích tắc" của nó

Đồng hồ thiên văn Prague

Hiển thị các Vòng tròn Hoàng đạo và các phiên bản đầu tiên của các chữ số 2, 3, 4 và 7

Đồng hồ điều khiển bằng lò xo sớm nhất còn sót lại có thể được tìm thấy trong bảo tàng khoa học ở London và có niên đại từ khoảng năm 1450. Thay thế trọng lượng truyền động nặng bằng một chiếc đồng hồ nhỏ hơn và có thể di động được bằng lò xo.

Đồng hồ cơ chính xác hơn

Christiaan Huygens đã chế tạo chiếc đồng hồ quả lắc đầu tiên, được điều chỉnh bởi một cơ chế có chu kỳ dao động "tự nhiên" vào năm 1656. Galileo đã nghiên cứu chuyển động của con lắc từ năm 1582, nhưng thiết kế đồng hồ của ông không được chế tạo trước khi ông qua đời. Đồng hồ quả lắc của Huygens có sai số dưới 1 phút một ngày, và những cải tiến sau này của ông đã giảm sai số của đồng hồ xuống dưới 10 giây một ngày.

Không có thiết bị nào để lưu giữ thời gian chính xác trên biển cho đến khi John Harrison, một thợ mộc và nhà sản xuất dụng cụ, tinh chế các kỹ thuật bù trừ nhiệt độ và tìm ra những cách mới để giảm ma sát. Đến năm 1761, ông đã chế tạo một máy đo thời gian hàng hải với lò xo và bánh xe cân bằng giúp giữ thời gian rất chính xác. Với phiên bản cuối cùng của chiếc máy đo thời gian, trông giống như một chiếc đồng hồ bỏ túi lớn, ông đã đạt được một phương tiện xác định kinh độ trong phạm vi một nửa độ.

Mãi đến năm 1884, một hội nghị tại Greenwich mới đạt được thỏa thuận về cách đo lường và chuyển đổi đơn vị thời gian toàn cầu. Thông qua Giờ trung bình Greenwich làm tiêu chuẩn quốc tế. Ngày nay, chúng ta dựa vào đồng hồ nguyên tử để đo thời gian chính xác nhất.