Завтрак с Эйнштейном. Экзотическая физика повседневных предметов

Однако ограничения из-за «темного потока» оказались практической проблемой, а не фундаментальной. Процесс, который делает коммерческие цифровые камеры рабочими, считается фундаментально квантовым: единственный фотон входит в датчик и выбивает единственный электрон. Наша способность понять этот процесс и построить подобные приборы может быть прослежена вплоть до случайного открытия Генрихом Герцем фотоэлектрического эффекта и радикального предположения, сделанного Альбертом Эйнштейном в 1905 году о том, что свет может быть, в конце концов, частицей.

Глава 4 Будильник: Атом игрока в футбол

Солнце встает незадолго до того, как мой будильник начинает пищать, и я выбераюсь из постели, чтобы начать свой день…

В прямом смысле, день начинается тогда, когда встает солнце, но с практической точки зрения, мой день начинается со звонка будильника. Эти два события обычно гораздо ближе друг к другу, чем бы я хотел, и для большей части зимы они расположены в неверном порядке, но если солнце и начинает астрономический день, именно будильник отмечает начало рабочего дня.

Особенный хронометр на моей тумбочке на самом деле не такой уж и особенный – дешевые цифровые часы с несколькими функциями, помимо пронзительного пиликанья будильника, достаточно противного, чтобы выдернуть меня из глубокого сна. Современный отсчет времени, который в нем заложен, имеет глубокие корни в квантовой физике атомов и волновой природе материальных объектов. Это просто последний шаг в длинной цепи технологий измерения времени, которая простирается до доисторической эпохи.

Краткая история отсчета времени

Измерение времени, скорее всего, уже существовало в те дни, когда еще не изобрели письменность. Могильный холм «прохода» в Ньюгрейндже[71], Ирландия, – искусственная гора, созданная примерно

3000 лет до новой эры[72] из 100 000 тонн земли и камня, – на самом деле сложный прибор для измерения времени. Внутри горы проход шириной 20 метров ведет к камере склепа в центре. Эта центральная комната остается темной весь год, кроме нескольких дней во время зимнего солнцестояния, когда встающее солнце бросает лучи света через небольшое отверстие над дверью вдоль всего прохода. Это дает возможность безошибочно отмечать смену года и прекрасно работает до сих пор, более 5000 лет после постройки здания.

Наука и технологии измерения времени прошли длинный путь со времен Ньюгрейнджа, но главный принцип остается тем же самым: мы отмечаем течение времени, подсчитывая, сколько раз произошло какое-то регулярное, повторяющееся событие. Для таких календарей, как Ньюгрейндж, регулярным, повторяемым движением является смена положения встающего солнца в течение года, которое (в Северном полушарии) встает к северу от географического востока в летние месяцы и на юге от географического востока зимой. Зимнее солнцестояние считается самым коротким днем в году и днем наибольшего сдвига восходящего солнца к югу – очень надежная картинка, какую должны были наблюдать строители Ньюгрейнджа много лет до того, как построили свой гигантский монумент.

Астрономические движения можно также использовать для измерения более коротких промежутков времени, например, используя солнечные часы: направление тени, отбрасываемой вертикальным предметом, показывает дневное время. Ночью, очевидно, движение звезд по небу работает примерно по тому же принципу. Оба этих метода измерения времени несколько усложняются движением Земли по орбите, но поскольку получавшиеся картины отслеживались тысячелетиями, можно вполне точно измерять время, используя только Солнце и звезды.

Конечно, использование астрономических наблюдений для отсчета времени имеет свои ограничения: это требует ясного неба, на что не всегда можно полагаться, и также сложно использовать солнечные часы или положение звезд для измерения длительности чего-либо, занимающего по продолжительности меньше нескольких минут. Для более коротких временных интервалов и когда погода плохая, измеряли время, используя предметы, в которых существовало регулярное движение какой-нибудь субстанции. Водяные часы, в которых интервал определяется опустошением сосуда, использовались в Древнем Египте и Китае, а песочные часы были изобретены в средневековой Европе, где водяные часы было сложновато использовать из-за того, что зимой они замерзали.