| Apie | Žurnalas | Archyvas | Mokslo įdomybės | Paieška |

2002 m. Nr. 4 turinys

· Tinklo plėtra 2002 metais

· Komutavimo protokolai
· 2002 metų lyderiai
· Laisvę telekomunikacijų verslui!
· Ar verta rinktis VDSL?

Elektronika
· Pokalbis su mašina
· Maksi displėjai ir mini projektoriai
· Patys mažiausi skaitliukai
· Gyvenimas be laikrodžių
· Žinutės
· Kišeninė "elektrinė"
· Blausi švytinčios elektronikos ateitis

Optinis ryšys
· Ne aukštos materijos, o žemiški dalykai
· Optinis regeneravimas
· Permatomas, pilkšvas, bet lazeriai mėlyni
· Žinutės

· Alcatel modernizuoja Lietuvos telekomo optinio ryšio tinklą

Mobilusis ryšys
· Žinutės
· "Galileo" - kas tai?
· UMTS ir ne tik
· 3G operatoriai privalo susirūpinti GSM keliama interferencija

Internetas
· Wi-Fi ryšio tinkli dygsta kaip grybai po lietaus
· Žinutės
· Plačiajuostis belaidis ryšys - dėžutėje
· Ko trūksta plačiajuosčio ryšio sistemoms?

Technikos istorija
· Laiko matavimo kronika
· Nuo radio lempos iki Sip

· Alvarix plačiajuostė daugiataškė bevielio ryšio sistema

Laiko matavimo kronika

   Mūsų mokslo ir technologijų evoliuciją istorijos bėgyje labai įtakojo žmonijos pastangos nustatyti laiką. Būtinybė matuoti paros dalis paskatino senovės egiptiečius, graikus ir romėnus sukurti saulės ir vandens laikrodžius bei kitus ankstyvuosius chronometrinius prietaisus. Vakarų europiečiai perėmė šias technologijas, tačiau apie XIII amžių poreikis tiksliai matuoti laiką paskatino viduramžių amatininkus išrasti mechaninį laikrodį. Šis naujasis prietaisas tenkino vienuolynų ir miestų bendruomenių poreikius, tačiau nebuvo pakankamai tikslus ir pakankamai patikimas mokslo reikalams, kol jo veikimo nepradėjo reguliuoti švytuoklė. Po to sukurti preciziški laikrodžiai turėjo lemiamos reikšmės sprendžiant tuo metu itin svarbią laivo padėties jūroje nustatymo problemą ir lėmė pramonės revoliuciją bei visos Vakarų civilizacijos pažangą.

1 pav. Tūkstantmečių bėgyje laiką matuojantys prietaisai darėsi vis sudėtingesni ir vis tikslesni. Čia parodytas I ar II a.pr. Kr. romėnų pusiau sferiškas saulės laikrodis.

   Šiandien labai tikslūs laiko matavimo prietaisai tiksi daugelyje elektroninių sistemų. Pavyzdžiui, beveik visi kompiuteriai turi jų darbą reguliuojantį kvarco kristalo laikrodį. Be to, Globaliosios pozicionavimo sistemos (GPS) palydovų spinduliuojami tikslaus laiko signalai ne tik leidžia kalibruoti precizišką navigacijos įrangą. Panašias funkcijas jie atlieka ir korinio ryšio telefonuose, kompiuterinės akcijų biržos sistemose ir elektros perdavimo tinkluose. Šios tiksliu laiku paremtos technologijos pasidarė tokia svarbia sudėtine mūsų kasdieninio gyvenimo dalimi, kad savo priklausomybę nuo jų pastebime tiktai tada, kai jos sugenda.

Datos skaičiavimas

   Archeologiniai duomenys rodo, kad babiloniečiai ir egiptiečiai pradėjo matuoti laiką mažiausiai prieš 5000 metų - kai pradėjo naudoti kalendorius, leidusius organizuoti ir koordinuoti bendruomenių gyvenimą, planuoti įvairių prekių pristatymą ir, ypač, reguliuoti sėjos ir derliaus nuėmimo darbus. Jų kalendoriai rėmėsi trimis gamtos ciklais: saulės diena, mėnulio mėnesiu ir saulės metais.

2 pav. Laiko matavimui ilgą laiką buvo naudotos tekančios medžiagos. Kairėje parodytas vandens laikrodis, o dešinėje – XVIII a. Prancūzijoje pagamintas smėlio laikrodis. Pastarasis valandą padalina į 10 min trukmės intervalus.

   Iki dirbtinio apšvietimo išradimo mėnulio socialinė reikšmė buvo gerokai didesnė. Žmonėms, kurie gyveno arčiau pusiaujo, jo periodiškas didėjimas ir sumažėjimas buvo kur kas mįslingesni už metų laikų kaitą. Todėl ir mažose platumose sukurtieji kalendoriai buvo labiau įtakojami ne saulės metų, o mėnulio ciklų. Bet šiauresniuose kraštuose, kur buvo svarbus sezoninis žemės ūkis, saulės metai buvo patys svarbiausi. Taigi, Romos imperijai plečiantis į šiaurę, jos kalendorius ėmė vis labiau remtis saulės metais. Šiandienio Grigaliaus kalendoriaus pirmtakai - Babilono, Egipto, žydų ir romėnų kalendoriai.

   Egiptiečių kalendorių sudarė 12 mėnesių po 30 dienų kiekviename ir penkios papildomos dienos, pridėtos, siekiant susilyginti su saulės metų trukme. Kiekvienas 10 dienų periodas buvo pažymimas tam tikros žvaigždžių grupės (žvaigždyno), vadinamos "dekanu" pasirodymo. Prieš pat saulėtekį, pasirodant Sirijaus žvaigždei, o tai įvykdavo prasidedant visų svarbiausiam įvykiui - metiniam Nilo potvyniui - padangėje buvo galima iškart matyti 12 dekanų. Egiptiečiai tiems 12 dekanų teikė tokią didelę prasmę, kad netgi sukūrė sistemą, kurioje kiekvienas tamsusis (o vėliau ir šviesusis) paros tarpas buvo dalijami į tuziną vienodų dalių. Šias dalis imta vadinti laikinomis valandomis, nes jų trukmė keitėsi, keičiantis metų laikams ir dienos bei nakties ilgumui. Vasaros valandos buvo ilgos, žiemos - trumpos; tiktai pavasario ir rudens lygiadieniais šviesiosios ir tamsiosios valandos susilygindavo. Laikinąsias valandas vėliau perėmė graikai ir romėnai (pastarieji išplatino jas visoje Europoje). Jos buvo naudojamos daugiau kaip 2500 metų.

3 pav. Ankstyvas mechaninis laikrodis, kurį tarp 1327 ir 1336 m. pagamino anglų matematikas ir vienuolyno abatas Richardas of Walingfordas.

   Išradėjai sukūrė saulės laikrodžius, kuriais nustatydovo laikinąją valandą dienos metu pagal saulės sukuriamo šešėlio kryptį arba ilgį. Saulės laikrodžio atitikmuo, vandens laikrodis, leisdavo laikinąsias valandas matuoti ir naktį. Vienas pirmųjų vandens laikrodžių buvo dubuo, iš kurio per nedidelę skylutę netoli dugno lašėjo vanduo. Krintantis vandens lygis nustatydavo praėjusias valandas pagal vidiniame paviršiuje įrėžtas linijas. Nors abu šie prietaisai viduramžiais dar sugebėdavo tenkinti kasdienius žmonių poreikius, Šiaurės Europoje, kur dažnai debesuota, o temperatūra neretai nukrinta žemiau vandens užšalimo taško, jais nebuvo labai patogu naudotis.

Laiko pulsas

   Seniausias iš žinomų mechaninių, svoriu varomų laikrodžių buvo pastatytas 1283 m. Dunstable bažnyčioje, Anglijoje. Tai, jog išrandant ir tobulinant laiko matavimo techniką lemiamas vaidmuo teko katalikų bažnyčiai, neturėtų labai stebinti: vienuolynuose buvo griežtai laikomasi nustatyto pamaldų grafiko, todėl čia reikėjo tikslių laiko matavimo prietaisų. Be to, Bažnyčia ne tik kontroliavo švietimo sistemą, bet ir turėjo pakankamai pajamų samdyti pačius nagingiausius meistrus. Geresnių laiko matavimo prietaisų poreikį skatino ir Europos miestų gyventojų gausėjimas XIII amžiaus antroje pusėje. Apie 1300 metus amatininkai gamino Prancūzijos ir Italijos bažnyčioms ir katedroms daug laikrodžių. Kadangi pirmuosiuose laikrodžiuose laikas buvo skelbiamas varpu (taip pranešant aplinkiniams apie jų laukiančias pareigas), naujojo prietaiso pavadinimui pasirinktas lotyniškas žodis "varpas" (clocca).

4 pav. Spyruokle varomas mechaninis laikrodis, kurį 1657 m. pagamino olandų laikrodininkas Salomonas Costeris, artimai bendradarbiavęs su Christianu Hyugensu, mokslininku, kuris pirmas laikrodyje pritaikė švytuoklę.

   Svarbiausia naujojo prietaiso naujovė buvo ne besileidžiantis svoris, sukdavęs krumpliaračius, ir ne patys krumpliaračiai (kurie buvo žinomi jau mažiausiai 1300 metų), perdavę svorio sukuriamą judesį. Svarbiausia buvo detalė, vadinama ankeriniu reguliatoriumi. Ji reguliavo krumpliaračio sukimąsi ir laikrodžio greitį. Laikrodžio ankerinio reguliatoriaus išradėjas nežinomas.

Vienodos valandos

   Mechaninį laikrodį buvo galima pritaikyti laikinųjų valandų matavimui, tačiau jis geriau tiko vienodos trukmės valandoms. Kadangi nebuvo aišku, kada reikia pradėti skaičiuoti tokias vienodas valandas, XIV a. pradžioje egzistavo daugybė skirtingų sistemų. Tos, kuriose para buvo dalijama į 24 lygias dalis, skyrėsi valandų skaičiavimo pradžia: Italijoje skaičiavimas prasidėdavo nusileidus saulei, Babilone - saulei tekant, astronominės valandos buvo pradedamos skaičiuoti vidurdienį, o "didžiųjų laikrodžių" valandos (iki šiol naudojamos kai kuriuose dideliuose viešuosiuose Vokietijos laikrodžiuose) - vidurnaktį. Galiausiai šias ir kelias kitas sistemas nukonkuravo "mažųjų laikrodžių" arba prancūziškosios valandos, dalijusios parą į dvi dalis po 12 valandų, prasidedančias vidurnaktį.

5 pav. Grinvičo Karališkoji observatorija Anglijoje ilgą laiką diktavo madas tokiose srityse, kaip tikslus laiko matavimas ir navigacija jūrose.

   Maždaug 1580 m. jau buvo reikalaujama, kad laikrodininkų prietaisai rodytų minutes ir sekundes, tačiau to meto mechanizmai dar nebuvo pakankamai tikslūs, todėl šie laiko intervalai įvesti į ciferblatus tik 1660 m., kai buvo išrastas laikrodis su švytuokle. Minutės ir sekundės yra kilusios iš šešiasdešimtinių laipsnio dalių, naudotų jau babiloniečių astronomų. Žodis "minutė" kilęs iš lotynų prima minuta, pirmoji maža padala; "sekundė" - iš secunda minuta, antroji maža padala. Paros dalijimas į 24 valandas, o valandų ir minučių į 60 mažesnių dalių taip įsišaknijo Vakarų civilizacijoje, kad visi mėginimai tą sistemą pakeisti buvo nesėkmingi. Žinomiausias toks mėginimas buvo revoliucinėje Prancūzijoje, dešimtajame aštuoniolikto amžiaus dešimtmetyje, kai vyriausybė pabandė įvesti dešimtainę sistemą. Būtent tada prancūzai sėkmingai įdiegė metrus, litrus ir kitus dešimtainius vienetus, tačiau bandymas dalinti parą į 10 valandų, turinčių po 100 minučių, padalintų į 100 sekundžių, nepasitvirtino ir gyvavo vos 16 mėnesių.

Nešiojamieji laikrodžiai

   Keletą šimtmečių po mechaninio laikrodžio išradimo miesto bažnyčios bokšte periodiškai suskambantis varpas dar buvo vienintelis požymis, pagal kurį daugelis žmonių nustatydavo laiką. Tačiau XV a. buvo pagaminama vis daugiau buičiai skirtų laikrodžių. Tie, kurie galėjo turėti šį prabangos daiktą, norėjo, kad laikrodį būtų galima pernešti iš vienos vietos į kitą. Išradėjai pakeitė svorį susukta spyruokle ir pasiekė tokio portatyvumo. Spyruoklės įtempimo jėga didėja ją susukant ir nežinomas genijus tarp 1400 ir 1450 m. išrado detalę, vadinamą sukliu. Ši kūgio formos detalė buvo styga, sujungta su būgnu, kuriame buvo spyruoklė. Stygai vyniojantis nuo būgno ant suklio, mažėjantis suklio skersmuo kompensuodavo didėjančią spyruoklės įtempimo jėgą. Taigi, suklys suvienodindavo jėgą, kuria spyruoklė skirtingais laiko tarpais veikdavo laikrodžio krumpliaračius.

6 pav. Garsusis Johno Harrisono jūrinis laikrodis (1736 m.), kuriuo galima tiksliai išmatuoti jūroje geografinę ilgumą.

   Suklio svarbos negalima pervertinti: jis leido sukurti portatyvius, o vėliau ir kišeninius laikrodžius. Daugelyje kokybiškų, spyruoklėmis varomų laikrodžių šis komponentas buvo netgi ir po Antrojo pasaulinio karo.

Švytuoklės įsisiūbuoja

   XVI a. danų astronomas Tycho Brahe ir jo amžininkai bandė laikrodžius naudoti ir mokslo tyrimuose, bet net patys tobuliausi tam dar buvo pernelyg nepatikimi. Geresnio laiko matavimo prietaiso ypač reikėjo astronomams, kurie stebėjo žvaigždžių judėjimą ir sudarinėjo tikslesnius žvaigždėlapius. Laikrodžių tikslumas ir patikimumas labai padidėjo pradėjus naudoti švytuoklę. Su švytuoklėmis eksperimentavo italų fizikas ir astronomas Galileo Galilėjus ir nemažai kitų, tačiau pirmąjį laikrodį su švytuokle per 1656 m. Kalėdas viešai pademonstravo jaunas olandų astronomas ir matematikas Christianas Hyugensas. Hyugensas suprato, kokia didelė jo išradimo komercinė ir mokslinė reikšmė, ir jau po šešių mėnesių buvo pardavęs švytuoklinių laikrodžių gamybos licenziją vienam Hagos meistrui. Švytuokliniai laikrodžiai buvo apie 100 kartų tikslesni nei jų pirmtakai; pastarieji per parą paskubėdavo arba atsilikdavo apie 15 minučių, o švytuokliniai laikrodžiai šią paklaidą sumažino iki vienos minutės per savaitę.

7 pav. Lentyninis laikrodis, kuriuos XIX a. pradėjo gaminti Konektikuto valstijos laikrodininkai. Šie laikrodžiai buvo gaminami didelėmis serijomis, todėl juos jau galėjo įsigyti ir vidutines pajamas gaunantys žmonės.

   Švytuoklių pasirodymas ne tik padidino laikrodžių poreikį, bet ir paskatino jų virtimą interjero detale. Atsirado nacionaliniai tokių laikrodžių stiliai: anglų meistrai dėžę taikydavo prie laikrodžio judančiųjų dalių, prancūzai daugiau dėmesio skyrė pačios dėžės formai ir papuošimui. Pats Hyugensas į madą dėmesio nekoncentravo, visą savo laiką skyrė laikrodžiui tobulinti, kad būtų galima jį naudoti astronomijoje bei jūroje ilgumai nustatyti.

Naujoviški laikrodžių mechanizmai

   1675 m. Hyugensas pasiūlė kitą svarbų patobulinimą - spiralės formos spyruoklinę švytuoklę. Ji turėjo tiksliai subalansuotą diską, kuris sukosi tai į vieną, tai į kitą pusę ir kartojo šį ciklą daug kartų. Spyruoklinė švytuoklė labai pagerino laikrodžių tikslumą. Beveik akimirksniu tokiems laikrodžiams, kurių jau nebereikėjo nešioti ant kaklo ir kurie tilpo kišenėje, atsirado didelė paklausa.

   Maždaug tuo pat metu Hyugensas išgirdo apie svarbų anglų išradimą. Garsus laikrodininkas Thomas Tomionas patobulino ankerinį reguliatorių ir jam nebereikėjo atšokimo. Ši tobulesnė konstrukcija 150 metų buvo naudojama daugumoje preciziškų laiko matavimo įrengimų.

Ilgumos problemos sprendimas

   1675 m. Grinviče, Anglijoje, buvo įsteigta Karališkoji observatorija, o viena jos užduočių buvo vietovių ilgumos nustatymas. Pirmasis observatorijos vadovas Johnas Flamsteedas naudojo laikrodžius su ankeriniais reguliatoriais matuodamas tikslų laiko, kuomet žvaigždės kirsdavo dangaus meridianą, momentą. Taip jis galėjo tiksliau nustatyti žvaigždžių padėtį, nei iki tol buvo įmanoma padaryti naudojantis vien sekstantais.

   Jūrininkai galėjo nustatyti vietos vandenyne platumą matuodami saulės arba Šiaurės žvaigždės aukštį virš horizonto, bet ilgumai danguje rasti tokio trivialaus sprendimo nebuvo. Navigacijos klaidos brangiai kainuodavo jūrinėms valstybėms: kelionės užsitęsdavo, žūdavo žmonės, laivai ir jų kroviniai. Britų vyriausybė ėmėsi veiksmų 1707 m., kai laivyno admirolas ir apie 1600 karališkojo laivyno jūreivių žuvo prie Scilio salų, nuskendus keturiems laivams. Specialiu Parlamento įsaku 1714 m. Britanija pasiūlė stambias pinigų sumas tiems, kurie ras praktinius ilgumos jūroje nustatymo problemos sprendimus. Didžiausia premija, 20 000 svarų sterlingų (apie 18 mln. dolerių šiandienos verte), turėjo atitekti tam, kas sukurs instrumentą, kuriuo galima nustatyti laivo padėties ilgumą pusės laipsnio arba 30 jūrmylių tikslumu. Prietaisą numatyta išbandyti kelionėje į Vest Indiją, kur ilgumą galima tiksliai apskaičiuoti naudojant patikrintus, žemynui tinkančius metodus.

8 pav. Tikslus laiko matavimas pradėtas 1889 m., kai vokietis Siegmundas Riefleris sukonstravo laikrodį, kuris veikė daliniame vakuume ir jo eigos netrikdė barometro slėgis.

   Vaikantis milžiniško atlygio, pateikta daug gerai neapgalvotų pasiūlymų. Todėl Ilgumos taryba, perspektyvių idėjų svarstymui suburtas komitetas, neturėjo preteksto posėdžiams daugiau negu 20 metų. Vis dėlto dvi koncepcijos, bent jau teorijos požiūriu, atrodė gana perspektyvios. Pirmoji, pavadinta "atstumo iki Mėnulio metodu", siūlė tiksliai stebėti Mėnulio padėtį žvaigždžių atžvilgiu ir jam pasiekus atraminį tašką, kuriame galima nustatyti ilgumą, nustatyti tikslų laiką. Kitos koncepcijos įgyvendinimui buvo reikalingas labai tikslus laikrodis. Kadangi Žemė apsisuka per 24 valandas, taigi, po 15 laipsnių per valandą, dviejų valandų laiko skirtumas atitinka 30 laipsnių besiskiriančias ilgumas. Atrodė, kad tiksliai nustatyti laiką jūroje neįmanoma - tam trukdys staigūs laivo judesiai, ekstremalūs temperatūros pokyčiai ir įvairiose platumose skirtinga Žemės traukos jėga - todėl garsusis anglų fizikas Izaokas Niutonas ir jo pasekėjai nusprendė, kad, nežiūrint visų nepatogumų, labiausiai tinka "atstumo iki Mėnulio metodas".

   Pasirodo, Niutonas klydo. 1737 m. Taryba pagaliau pirmąkart susirinko aptarti labai netikėto kandidato, dailidės iš Jorkšyro Johno Harrisono darbo. Griozdiškas Harrisono chronometras jau buvo sėkmingai išbandytas plaukiant į Lisaboną ir atgal. Tačiau jo autorius vis dar buvo nepatenkintas. Vietoje Vest Indijos bandymo jis tarybos paprašė paramos mašinos tobulinimui ir ją gavo. Po dvejų metų darbo, nepatenkintas ir antruoju variantu, Harrisonas ėmėsi trečiojo ir dirbo 19 metų. Kai atėjo laikas bandymams, jis suvokė, kad ketvirtasis jūrinis chronometras, penkių colių skersmens laikrodis, kurį jis kūrė lygiagrečiai, yra geresnis. 1761 m. kelionėje į Jamaiką Harrisono laikrodis veikė pakankamai gerai, kad pelnytų savo išradėjui žadėtąją premiją, tačiau taryba atsisakė ją skirti iki papildomų bandymų. Antrasis jūrinis bandymas 1764 m. patvirtino sėkmę. Komisija nenoriai paskyrė 10 000 svarų. Tiktai įsikišus pačiam karaliui Georgui III, jis atgavo ir likusius pinigus. Harrisono pasiekimai paskatino tolesnius patobulinimus. Apie 1790 m. jūrinis chronometras jau buvo toks tobulas, kad jo konstrukcija po to niekada nebebuvo keista.

Masinė laikrodžių gamyba

   XIX a. pradžioje laikrodžiai jau buvo palyginti tikslūs, bet vis dar labai brangūs. Darbo ėmėsi du biznieriai iš Konektikuto valstijos, kurie pirmieji suprato, kokia milžiniška rinka laukia nebrangių laiko matavimo prietaisų. 1807 m. jie sudarė trijų metų sutartį su Plimuto mieste įsikūrusiu laikrodininku Eli Terry dėl 4000 didelių laikrodžių medinėse dėžėse pagaminimo. Gavęs nemažą avansą, Terry pirmuosius kontrakto metus ruošė masinei gamybai tinkančią įrangą. Vėliau, perėjęs prie unifikuotų detalių, jis sugebėjo baigti sutartą darbą laiku.

   Dar po kelerių metų Terry sukonstravo mažesnį, lentynoje statomą laikrodį ir pradėjo jį gaminti naudodamas tas pačias serijinės gamybos technologijas. Laikrodžio kaina, 15 dolerių, tiko ir vidutiniam pirkėjui. Nuo šių pirmųjų bandymų prasidėjo dabar plačiai žinoma Konektikuto laikrodžių pramonė.

Laiko standartas

   Prieš išplintant geležinkeliams XIX a., JAV ir Europos miestai vietinį laiką nusistatydavo pagal saulę. Pavyzdžiui, kadangi saulė Bostone pateka trimis minutėmis anksčiau nei Vorčesteryje, Bostono laikrodžiai buvo pasukami trimis minutėmis į priekį. Plečiantis geležinkelių tinklui prireikė, kad visose stotyse išilgai geležinkelio linijos laikrodžiai rodytų tą patį laiką. Astronomijos observatorijos pradėjo telegrafu paskirstyti tikslų laiką geležinkelio kampanijoms. 1851 m. įsteigta pirmoji viešoji tikslaus laiko tarnyba laidais perduodavo Kembridžo universiteto Massachusetso valstijos observatorijoje įrengto laikrodžio mušimą. Dar po metų Didžiojoje Britanijoje vieningą visai šaliai laiką pradėjo skelbti Karališkoji observatorija Grinviče.

   JAV keturios laiko juostos buvo įvestos 1883 m. Kitais metais jau daugelio šalių vyriausybės įsisąmonino visą pasaulį aprėpiančio laiko standarto pranašumus navigacijai ir prekybai. 1884 m. vykusioje tarptautinėje konferencijoje Žemės rutulys buvo padalintas į 24 laiko juostas. Tos sutarties signatarai sutarė pirmuoju meridianu (nulio laipsnių ilguma, nuo kurios yra matuojamos kitos ilgumos) laikyti Karališkosios observatorijos meridianą, iš dalies dėl to, jog tuo metu du trečdaliai pasaulio laivų navigacijai jau naudojo Grinvičo laiką.

Laikrodžiai liaudžiai

   Daug to laikotarpio laikrodininkų gerai suvokė, kad nešiojamų laikrodžių paklausa, jei tik juos pavyktų atpiginti, daug kartų viršytų sieninių laikrodžių paklausą. Bet mažų laikrodžių gamyba buvo gerokai sudėtingesnė, nes jiems reikėjo kur kas mažesnių ir preciziškesnių detalių. Be to, Europos gamintojai baiminosi, kad pakeitus tradicinius gamybos metodus naujais, gali sumažėti darbo vietų, todėl neskubėjo ieškoti naujovių.

   Iniciatyvos ėmėsi Amerikos laikrodžių gamintojai, kuriems nelabai patiko europiečių vyravimas šioje rinkoje. 1852 m. laikrodininkas iš Maino valstijos Aaronas Dennisonas susikonstravo mažų laikrodžių masinei gamybai reikalingą įrangą. Per kitus metus jo darbininkai pagamino 100 tokių laikrodžių, o dar po metų - jau 1000. Šitaip atsirado garsi American Waltham Watch Company, kuri ypač pasipelnė Amerikos Pilietinio karo metais, kuomet šiauriečių kariuomenė pradėjo plačiai naudotis jų laikrodžiais veiksmų sinchronizavimui. Vėliau gamybos procesų tobulinimas ne tik padidino jos apimtį, bet ir sumažino laikrodžių kainą. Prieš tai laikrodžių gamyboje dominavę šveicarai sunerimo ir pasiuntė į JAV savo specialistą ištirti padėties. Šis nustatė, kad amerikiečiai jau lenkia šveicarus ne tik gamybos našumu, bet ir jos savikaina. Net ir pigesnieji amerikietiškieji laikrodžiai ėjo gana tiksliai, taigi laikrodis galų gale tapo prieinamu platiems gyventojų sluoksniams.

   XIX a. moterys nešiodavo apyrankėse įmontuotus laikrodžius, todėl rankiniai laikrodžiai ilgai buvo tik moteriški. Kišeninį laikrodį teko modifikuoti per Pirmąjį pasaulinį karą, jį pradėjo tvirtinti prie riešo, nes mūšio lauke taip buvo paprasčiau į jį pažiūrėti. Padedant aktyviai reklamai, po karo jie tapo madingi. Trečiame dešimtmetyje atsirado mechaniniai rankiniai laikrodžiai, kurie prisisuka patys.

Didelio tikslumo laikrodžiai

   XIX a. pabaigoje Siegmundas Riefleris iš Miuncheno sukūrė visiškai naują reguliatoriaus konstrukciją - jo chronometrai buvo tokie tikslūs, kad pagal juos buvo tikrinami kiti laiko matavimo prietaisai. Rieflerio reguliatoriai buvo įtaisomi kameroje su nedideliu vakuumu, leidusiu išvengti barometrinio slėgio kitimo įtakos. Ir turėjo švytuokles, kurių neveikė temperatūros svyravimai, todėl jų paklaida buvo vos viena dešimtoji sekundės dalis per parą ir šiuos prietaisus buvo galima aptikti beveik kiekvienoje astronomijos observatorijoje.

   Tolesnės pažangos buvo pasiekta po kelių dešimtmečių, kai anglas geležinkelio inžinierius vardu Williamas Shortas sukonstravo vadinamąjį laisvosios švytuoklės laikrodį, dariusį tik sekundės paklaidą per metus. Shorto sistemoje buvo du švytuokliniai laikrodžiai, pirmasis - "ponas" (master) - buvo įrengtas vakuuminėje kameroje, o antrasis - "tarnas" (slave) - rodė laiką. Kas 30 sekundžių laikrodis-tarnas pasiųsdavo elektromagnetinį impulsą laikrodžio-pono švytuoklei, kurios neveikė jokie mechaniniai trikdžiai, ir sulaukdavo atgalinio signalo, patikslinančio jo ėjimą.

   Nors trečiajame dešimtmetyje observatorijoje Rieflerio laikrodžius pradėjo keisti Shorto sistemos, pastarųjų pranašumas tebuvo trumpalaikis. Jau 1928 m. Bello laboratorijose dirbęs inžinierius Warrenas Marrisonas aptiko itin patikimą ir vienalytį dažnio šaltinį, kurio įtaka laiko matavimui buvo ne mažesnė negu prieš 272 metus atrastosios švytuoklės. Kvarco kristalai, kurie pradžioje buvo naudoti tik radijo siųstuvuose, elektros srovės sužadinti virpa labai pastoviu dažniu. Pirmasis kvarco laikrodis, kuris Karališkojoje observatorijoje buvo įrengtas 1939 metais, klydo vos po dvi tūkstantąsias sekundės dalis per parą. Iki Antrojo pasaulinio karo pabaigos šis tikslumas buvo gerokai pagerintas ir tapo viena sekunde per 30 metų.

   Tačiau ir kvarco kristalų technologija neilgai tebuvo svarbiausiuoju dažnio matavimo standartu. 1948 m. Haroldas Lyonsas ir jo kolegos iš JAV Nacionalinio standartų biuro pagamino pirmąjį atominį laikrodį, paremtą kur kas tikslesniu ir stabilesniu laiko matavimo šaltiniu - natūraliu atomų rezonansiniu dažniu, periodiniu jų svyravimu tarp dviejų energijos būsenų. Vėliau JAV ir Anglijoje buvo atlikti eksperimentai ir sukurti cezio atominiai laikrodžiai. Šiandien visame pasaulyje cezio laikrodžiai diktuoja dažnio standartą, leidžiantį laiką matuoti didesniu nei vienos nanosekundės per parą tikslumu.

   Iki pat XX a. vidurio standartinis laikas buvo nustatomas matuojant parą - žemės sukimosi apie savo ašį periodą. Taip buvo daroma net ir po to, kai XVIII a. pabaigoje pradėta įtarinėti, jog kampinis mūsų planetos sukimosi greitis nėra visiškai pastovus. Atsiradus cezio laikrodžiams, galintiems išmatuoti Žemės sukimosi netolygumą, vėl prireikė pokyčių. 1967 m. naujas sekundės apibrėžimas, besiremiantis cezio atomų rezonansiniu dažniu, buvo paskelbtas nauju laiko standartu.

9 pav. Pirminis JAV laiko standartas. Ši cezio čiurkšlės sistema NIST-F1 yra įrengta Boulderyje, Kolorado valstijoje ir yra vienas iš 200 laikrodžių, iš kurių parodymų vedamas vidurkis ieškant Koordinuoto universalaus laiko (UTC – Universal Coordinated Time).

   Tikslus laiko matavimas mokslui yra toks svarbus, jog ir iki šiol vyksta preciziškesnių laikrodžių paieškos. Naujos kartos atominiai laikrodžiai, tokie kaip vandenilio mazeris, cezio čiurkšlė, o ypač optiniai laikrodžiai, turėtų garantuoti 100 femtosekundžių (10-13 s) paklaidą per parą.

   Nors ateityje mūsų sugebėjimai išmatuoti laiką, be abejonės, dar tobulės, niekas nesugebės pakeisti vieno paprasto fakto:laikas yra vienintelis dalykas, kurio mums visada trūko ir trūks.


El. p.: info@elektronika.lt