Хубаво е още в началото да си припомним написаното от неизвестен автор още през XVI в.: „Както не е възможно да се живее без храна и вода, така вече не може да се живее без слънчев часовник.“ А какво бихме казали ние, съвременниците на научните и техническите постижения на XXI в.?
„Колко е часът?“ — този въпрос може би е най-често срещан в ежедневието и наистина едва ли бихме могли да си представим как би изглеждал животът ни без строгата синхронизация на действията на хората, без точното разписание на движението на превозните средства, без едновременно започване и свършване на работните смени в магазини, предприятия и пр.
За решаването на задачите за измерване на времето е необходимо да се установят единицитe и мерките за отчитане на времето, да се по-строят точни броячи на единиците за време с течение на времето и да се установят еталон за системен контрол над тях. В решаването на тези задачи са ангажирани теоретичната сферичната астрономия, небесната механика, физиката, радиотехниката, електротехниката и специалните лаборатории «точно време». От тук се вижда, че въпросите, свързани с измерване на времето, се решават от цял комплекс науки с усилията на много научни работници от различните клонове на човешкото знание.
При получаване на съвременните еталони за измерване на времето се използва един от следните три процеса: въртенето на Земята около нейната ос, обикалянето на Земята около Слънцето и излъчването или поглъщането на електромагнитни вълни от атомите или молекулите на някои вещества при определени условия.
Системите за определяне на времето, свързани с въртенето на Земята около нейната ос, се определят от точките върху небосвода, спрямо които отчитаме това й въртене. Едно пълно завъртане спрямо определено начало се нарича денонощие, една двадесет и четвърта част от него се нарича час, една шестдесета от часа — минута, една шестдесета от минутата — секунда. Ако отчитаме въртенето на Земята спрямо пролетната равноденствена точка (това е точката от небосвода, в която се намира центърът на Слънцето в момента на началото на пролетта — около 21 март), то ще получим звездните единици за време — съответно звездно денонощие, звезден час и т. н. Тъй като животът на хората е пригоден към видимото денонощно и годишно обикаляне на Слънцето, звездните единици не биха ни довели до окончателния резултат, защото на пладне в различните дни за дадено място от земната повърхност звездното време ще бъде различно. Затова непременно трябва да се избере за основна точка от небесната сфера точка, свързана с видимото положение на Слънцето. Ако изберем за такава центъра на слънчевия диск, коригиран за времето, за което светлината идва от Слънцето до Земята, т. е. истинското слънчево време, като че ли с това ще достигнем набелязаната цел. Този избор обаче не е удачен, защото вследствие неравномерното обикаляне на Земята около Слънцето и поради това, че земният екватор не лежи в равнината, в която лежи земната орбита около Слънцето, центърът на видимия слънчев диск се движи неравномерно, като разликата му от равномерния ход през годината достига около 16 минути. За да се елиминира тази неравномерност, за начална точка се избира центърът на диска на фиктивно (въображаемо) Слънце, което се движи, както би се движил дискът на истинското Слънце, ако горните две причини липсваха, т. е. ако Земята обикаля равномерно около Слънцето и земният екватор и орбитата на Земята лежат в една и съща равнина. Единиците за време спрямо този фиктивен център се наричат средни слънчеви единици или направо средни единици — средно денонощие, среден час и пр., като за начало на отчитането се избира моментът, когато Слънцето е най-ниско спрямо хоризонта на дадено място. Това от своя страна води до положението, че на различните места от земната повърхност средното време е различно, като само за местата, разположени върху един и същ меридиан, е едно и също. Колкото географски дължини имаме по Земята (а те са безбройно много), толкова и средни времена ще имахме. Дори още повече, при движение не по един и същ меридиан човек непрекъснато трябва да променя показанието на своя часовник. За да се избегне това неудобство, по предложение на канадския инженер Сандфорд Флеминг през 1878 г. земната повърхност се разделя на 24 часови резена (територии, заградени от по два меридиана с разлика в географските дължини 15°) и на всеки часов резен се установява време, равно на средното за меридиана, минаващ през средата на резена. За начален (нулев) резен се приема онзи, централният меридиан на който е Гринуичкият меридиан. По противоположния на Гринуичкия меридиан минава линията за смяна на датите — това е линия, от двете страни на която винаги има две различни дати, и при преминаване през нея трябва да се извършва съответна смяна на датата. Постепенно страните приемат това предложение, като някои от тях (например Индия, Иран, някои острови и др.) приемат на техните територии време, различно от това, следващо от системата на часовите резени. Също така границите на резените не следват точно меридианите, а минават по териториално удобни граници. България прие без корекции тази система от 25 декември 1894 г.
Времената на някои от резените имат наименования: времето на резена, в който попада България, се нарича източноевропейско; на резена, минаващ през Средна Европа — средноевропейско (с 1 час е назад спрямо нашето); на резена, минаващ през Западна Европа — западноевропейско (с 2 часа назад спрямо нашето) и времената на резените, минаващи през територията на САЩ — тихоокеанско, планинско, централно, източно и атлантическо съответно с 10, 9, 8, 7 и 6 часа назад спрямо нашето. Времената на други часови резени носят имената на големи държави или градове, разположени на тях. В някои страни през лятото се въвежда време с един час напред спрямо следващото от системата на часовите резени. На територията на Русия това е направено за цялата година с декрет, издаден от руското правителство на 16 юни 1930 г., и затова там всички часовници вървят с един час напред спрямо следващото от системата на часовите резени време.
Гринуичкото средно време, или, което е все същото, времето на нулевия часов резен, се нарича универсално време и се бележи с TU. Най-често това време се използва в астрономическите таблици, при международни мероприятия и пр. Познавайки TU, можем да определим което си искаме местно време или времето, следващо от системата на часовите резени, най-лесно.
Определянето на универсалното време TU се извършва чрез наблюдение на звездите с тъй наречените пасажни инструменти — астрономически наблюдателни тръби, даващи възможност с голяма точност да се определи преминаването на звездите през небесния меридиан на съответното място на наблюдение. Отначало се определя местното звездно време на мястото на наблюдението. От него посредством географската дължина на това място се получава гринуичкото местно звездно време, а от него — универсалното време. Полученото универсално време от наблюдателници,разположени в различни точки от земната повърхност, няма да бъде едно и също, защото оста, около която се върти Земята, не остава на едно и също място. Като резултат на това северният географски полюс не остава в една и съща точка, а се движи, описвайки крива (нарича се полодия), като от своето средно положение той не се отдалечава на повече от 15 м. Това макар и съвсем малко отклонение води до малки промени на географската дължина, а то от своя страна — до различни стойности на TU в различните наблюдателници. Универсалното време, коригирано за малките промени в географската дължина, се бележи с TU 1. Всичко би било добре дотук, ако Земята се въртеше равномерно. Оказа се, че земното въртене не е равномерно, разбира се, различието от равномерното въртене е много малко.
Периодичните неравномерности във въртенето на Земята не влияят на големината на основната единица за време — средната секунда, определена като 1/86 400 част от средното денонощие. Те се изчисляват предварително и съответно с тях се коригира универсалното време TU 1. Така коригираното универсално време се бележи с TU 2 и се нарича квазиравномерно време. По-иначе стои въпросът с непериодичните, натрупващи се с времето неравномерности във въртенето на Земята. Те доведоха до различие на наблюдаваните от предизчислените положения на планетите върху небесната сфера. Ако се продължи да се използва универсално време TU 2 за дълъг период от време, това ще доведе непременно до промяна в мащаба на основната единица. Въртенето на Земята се оказа не особено добър еталон. Затова учените се обърнаха към следващото движение, което извършва Земята — обикалянето й около Слънцето. Годината, която е в основата на гражданския календар и служи за мярка на по-големи периоди от време, е тропичната година — това е интервалът от време между две последователни преминавания на центъра на слънчевия диск през средното положение на пролетната равноденствена точка. От астрономически наблюдения е установено, че и тя се променя, но промяната е само половин секунда намаление за един век. Така се стигна до необходимостта да се даде ново определение на основната единица за време — ефемеридната секунда. Международното бюро за мерки и теглилки през октомври 1956 г. даде следното определение на тази единица: „Секундата е 1/31 556 925,9747 част от тропичната година за 1900 година, януари 0 в 12 часа ефемеридно време.» С другу думи, ефемеридната секунда е промеждутък от време, равен на 1/86 400 част от средната продължителност на средните слънчеви денонощия, която те са имали на 31 декември около обяд през 1899 г. По такъв начин основната единица за време се свърза с по-постоянен процес и наред с това се въведе ефемеридното време ТЕ вече с точно определена основна единица. Ефемеридното време се получава от универсалното чрез прибавяне на поправка, характеризираща неравномерния, натрупващ се с течение на времето ход на земното въртене. Тази поправка за 1970 г. е 38 секунди и средната й промяна през настоящия век е около половин секунда нарастване. Тъй като ефемеридната поправка се получава единствено чрез наблюдение, ясно е, че точната й стойност за определена година ще се знае след изтичане на годината — това е и единственият недостатък на ефемеридното време. Въпреки това от 1960 г. всички данни в астрономическите ежегодници се публикуват по ефемеридно време. Уредите, с които се съхраняваше точното време до 1931 г., бяха само махалните часовници, като най-точни от тях —върхът на часовникарската техника дотогава, са часовниците на Шорт. Добрата компенсация и наличието на две махала — свободно махало, поставено при постоянни физически условия, и вторично махало, поставено, където е необходимо, при наличие на електрична връзка между двете осигурява точност за денонощие от порядъка на няколко хилядни от секундата. След 1931 г. — годината на изобретяването на кварцовите часовници, изведнъж точността на съхранение на времето се увеличи многократно. В основата си кварцовите часовници представляват трептящ кръг, стабилизиран с кварцова пластинка, изрязана по подходящ начин от кварцов кристал. За да се изключат влиянията на температурата и на другите физически фактори върху свойствата на кварцовата пластинка, тя се затваря плътно в термостат, който автоматически поддържа, определена (с точност до хилядни от градуса) температура. При тези условия се получават високостабилни електромагнитни трептения, които през делителни стъпала стигат до часов механизъм със специална конструкция. Точността на най-добрите екземпляри кварцови часовници достига до милионна част от секундата в денонощие, а на средните по качество — до десето-хилядна от секундата. Така че един среден по качество кварцов часовник би натрупал грешка от около една секунда за около десетки години. Като че ли се създаде възможност за еталон на времето, несвързан с астрономическия. И действително това може да стане, по. . . само за няколко месеца. Оказа се, че кварцовата пластинка има един недостатък. С течение на времето тя си променя свойствата (старее), а това от своя страна води до промяна на броя на трептенията в секунда.
Отпреди десетина години в строя навлязоха квантовите излъчватели или поглъщатели на точно определени честоти. Това даде възможност да се изготвят свръхвисоко точни молекулни и атомни еталони на честоти. При сравняване на атомните еталони на някои обсерватории се оказа, че за няколко години продължителността на една секунда се е променила само с една десетомилиардна част. Вследствие изискването за поддържане на висок вакуум и др. тези еталони не биха могли да работят непрекъснато. Затова те се използват за периодически контрол над честотата на кварцови часовници. Честотата, на която работи кварцовият кристал, се умножава чрез специални умножителни стъпала и се сравняват така получените трептения с тези на атомния или молекулния еталон, като в случай на несъвпадане автоматически трептенията на кварцовия часовник се връщат на началната си честота (фигурата по горе). Такава комбинация на атомен или молекулен еталон с кварцов часовник се нарича съответно атомен или молекулен часовник. Атомните часовници позволяват вече реално да се определи атомен стандарт за продължителността на основната единица за време — ефемеридната секунда. Този стандарт се бележи с АТ-1 и неговата реализация е въпрос на близко бъдеще. Настоящата реализация на този стандарт е скалата за време, означена с TUC. Това е време, което се подава от атомен часовник, но един-два пъти в годината се коригира по скалата TU2 така, че разликата между TUC и TU2 да не надминава една десетохилядна от секундата. Поправките се дават от Международното бюро за време след предварителна консултация с различните служби за времето.
Разпространението на точното време се извършва от обсерваториите на страните с високо развита промишленост (Русия, САЩ, Англия и др.), снабдени с атомни или молекулни часовници посредством радиостанции обикновено в диапазона на късите радиовълни. Тези радиостанции излъчват по определени програми в ефира различни сигнали: секундни, ритмични, шест сигнала в края на всеки час, високо стабилни честоти от няколко десетки до милиони трептения в секунда. Като ползват тези сигнали, астрономическите обсерватории, разните национални служби за точно време и др. сверяват собствените си часовници и обикновено оттам се извършва препредаването на точното време за транспорта, промишлеността и отделните граждани на съответната страна.
Кратката история на разпространението на точното време в нашата страна е следната.
През епохата на Възраждането са били изградени в много селища у нас кули с часовници, някои от които съществуват и сега. Такава часовникова кула е съществувала вероятно от около 1725 г. до около 1880 г. и в София. Около годината на нейното събаряне пладне в София се е оповестявало чрез топовен гърмеж. Спорел някои сведения от 1869 г. времето, което се е използвало, е истинското слънчево време за даденото селище, броено от пладне до полунощ и от полунощ до пладне по 12 часа.
Източноевропейското време (официалното време в България сега) е въведено у нас най-напред по железниците през 1888 г., а като официално — през 1894 г. Същата година е основана и Астрономическата обсерватория при университета от Марин Бъчеваров — първия професор по астрономия у нас. От 1 януари 1942 г. тази обсерватория е централа на точното време в България. Преди тази дата такава централа е бил Централният метеорологичен институт.
От 1 май 1948 г. до днес по Радио София се предават автоматично няколко пъти на ден последните шест секундни сигнала на основния часовник на Астрономическата обсерватория в София, в които завършват определени цели (9, 12 и 18 часа) или половинки (18 часа и 30 минути) часове. Този часовник се сверява по ритмичните сигнали, излъчвани от обсерватории, снабдени с най-съвременна техника.
Интересно е да отбележим и това, че в България григорианският календар («новият стил») е сменил юлианския календар («стария стил») сравнително скоро — през 1916 г., като денят 31 март е последван непосредствено от 14 април същата година.
С този кратък преглед се вижда пътят, по който вървят учените, за да отговорят на въпроса „Колко е часът?“ с колкото се може по-голяма точност— точност, съответствуваща на времето ни.
