مدة الساعة الواحدة
مفهوم مدة الساعة هي وحدة قياس الزمن، ومدة الساعة الواحدة تساوي:
- 3600 ثانية.
- 60 دقيقة.
- جزء من أصل 24 جزءاً من اليوم الواحد.
- جزء من أصل 8760 جزءاً من السنة الواحدة.
تقسيم اليوم إلى 24 ساعة
المصريون القدماء هم أول من قَسّم الساعة الشمسية إلى 12 جزء، بحيث يمثل كل جزء منها ساعة زمنية نهارية من الغسق وحتى الفجر، وبناءً عليه قَسّموا الوقت على النحو الآتي:
- قسّموا اليوم إلى 12 ساعة نهارية و 12 ساعة ليلية، ليكون مجموعها 24 ساعة في اليوم.
- قسّموا الساعة الواحدة إلى 60 دقيقة.
- قسّموا الدقيقة الواحدة إلى 60 ثانية.
أما عن السبب الكامن وراء هذا التقسيم فيعود إلى علاقته بالنظام العددي، والذي لا يزال مستخدمًا حتى يومنا هذا، فالنظام الستيني المستخدم في تقسيم الساعة والدقيقة ظهر لأول مرة في بلاد ما بين النهرين قديمًا، حيث أنه نظام عددي يعتمد على الرقم 60 جرى تطويره من قبل السومريين القدماء، كما اعتمده البابليون في وقت لاحق بعد أن طوروه بالنظر إلى أصابع يدهم وقسّموه نظريًا إلى وحدات مكونة من الرقم 12 .
ثم جاء عالم الفلك الإغريقي هيبارخوس في القرن الثاني قبل الميلاد، واعتمد على النجوم في تحديد الوقت، إذ كان يعتقد أن النجوم مثبتة في قبة علوية تدور حول الأرض في دورات مدة كل منها 24 ساعة، لذا رصد مسار كل نجم داخل دائرة وسجل ما كان يلاحظه، وبناءً عليه اكتشف الاعتدالين الربيعي والخريفي.
تقسيم الساعة إلى 60 دقيقة
بالنظر إلى راحة اليد، وُجد أن كل إصبع من أصابع اليد الآدمية مقسم إلى 3 أقسام، وباستخدام الإبهام للعد أدرك البابليون أن بإمكانهم العد حتى الرقم 12 في اليد الواحدة، وبما أن كل يد تضم 5 أصابع و 12 جزء سينتج عن حاصل ضربهما العدد 60 ، لكن الرقم 60 يقبل القسمة على الأعداد 30/20/15/12/10/6/5/4/3/2/1 ما يجعله عدد سهل الاستخدام، لذا يُستخدم هذا النظام العددي في الوقت الراهن لتقسيم الوقت والزوايا والإحداثيات الجغرافية، فهو يمثل القاعدة الرياضية لكافة أنظمة الإحداثيات الفلكية.
بالرغم من أن الساعات الشمسية كانت دقيقة بالنسبة لتلك الحقبة الزمنية، إلا أنها تتضمن عيبًا واحدًا غاية في الوضوح، وهو أنها تصبح غير فعالة أثناء الليل وخلال الأيام الملبدة بالغيوم، ولتجاوز معضلة عدم توفر ضوء الشمس بصورة دائمة، احتاج المصريون طريقة أخرى لضبط الوقت، لذلك قاموا بتطوير أدوات أخرى لقياس الزمن كالساعة المائية.
تطور أدوات قياس الزمن
طريقة قياس الزمن وتطوير الأدوات المستخدمة لتحقيق هذه الغاية كانت محط اهتمام العديد من الحضارات على مدار آلاف السنين، ويرجع الفضل في ابتكار حجر الأساس الذي شكّل الكيفية التي نستخدمها اليوم لوصف وقياس الزمن في وقتنا الحاضر لكل من الحضارتين المصرية القديمة والبابلية، اللتا اضطرتا على مدى عقود إلى محاولة العديد من الأفكار والتجارب المضنية لتزويدنا بالنظام الذي نعرفه حاليًا، جرى خلالها تطوير الكثير من أدوات تحديد الوقت لتحسين قياسه، وفيما يلي نأتي على ذكر أبرزها:
القياس بالنسبة للشمس والقمر والنجوم
يعد القياس بالنسبة للشمس والقمر والنجوم أول طريقة اعتمدتها الحضارات القديمة تحديدًا القدماء المصريين لتحديد الوقت وقياس الزمن، فقد لاحظوا أن اتجاه وأطوال الظلال تتغير أثناء حركة الشمس عبر السماء، وسرعان ما لاحظوا أن طول اليوم أساسًا يختلف باختلاف أوقات السنة، لذا اعتمدوا الشمس لتحديد الوقت خلال اليوم، والقمر لتحديد الوقت خلال الشهر، والنجوم لتحديد الوقت خلال الفصول، لكنها طريقة قياس غير دقيقة نظرًا لعدم وجود ضوء الشمس في الليل وفي فصل الشتاء.
أما عن أبرز الأدوات التي اخترعوها لتحقيق هذه الغاية المزولة الشمسية (Sundial) ، هي أداة بسيطة تحدد الوقت اعتمادًا على ظل الشمس الواقع عليها، والناجم من موقع الشمس في السماء، وقد عُثر على أقدم مزولة شمسية في وادي الملوك في صعيد مصر عام 2013 م، والتي يعود تاريخ صناعتها إلى 1500 سنة ق.م، تجدر الإشارة إلى أن المسلة ( Obelisk ) نسخة أكبر عن المزولة الشمسية، وقد استخدمت أصلاً للاحتفال بالانقلابين الصيفي والشتوي.
الساعات البسيطة
مع مرور الزمن وبعد اختراع المزولة الشمسية لاحظ القدماء عدم دقة هذه الطريقة في قياس الزمن، لذا استطاعوا اختراع مجموعة مختلفة من الساعات البسيطة، سنأتي فيما يلي على ذكر أبرزها:
المصابيح الزيتية (Oil Lamps)
الصينيون هم أول من استعمل المصابيح الزيتية لتحديد الوقت، وذلك عن طريق قياس مستوى الزيت في وحدة حفظ الزيت، لكنها بالطبع طريقة غير دقيقة في القياس.
الساعات الشمعية (Candle Clocks)
الصينيون هم أول من استعمل الشموع ذات العلامات لتحديد الوقت، وذلك عن طريق قياس طول الشمعة المتبقي، لكنها كالمصابيح الزيتية غير دقيقة في القياس، نظرًا لاختلاف معدل الحرق باختلاف تدفق الهواء والجودة المتغيرة للشمع.
الساعات المائية (Water Clocks)
الصينيون هم أول من استعمل الساعات المائية لتحديد الوقت، وذلك عن طريق قياس تدفق الماء المستمر من وإلى حاوية ووعاء ماء يضم إحداهما علامات قياس، لكن هذه الأداة غير دقيقة لأن الضغط يختلف خلال تدفق الماء.
الساعات الرملية (Sand Glasses)
الإغريق هم أول من استعمل الساعات الرملية لتحديد الوقت، وذلك عن طريق قياس كمية الرمل المتدفق في أنبوب ضيق يصل بين كرتين زجاجيتين، لكن هذه الأداة لم تستخدم إلا لقياس وتحديد فترة زمنية محددة، لصعوبة صنع ساعة رملية يتدفق خلالها الرمل لمدة 24 ساعة.
الساعة الميكانيكية البسيطة
يُعتقد أن تاريخ اختراع أقدم وأول ساعة ميكانيكية بسيطة في العالم كان خلال فترة النهضة بين العامين 1270-1300م ، والتي مثلت ساعات الأبراج التي بُنيت في المنطقة الممتدة من شمال إيطاليا وحتى جنوب ألمانيا، تجدر الإشارة إلى أن تلك الساعة وحتى لحظة تشغيلها على الأبراج كانت تحدد الوقت بقرع الأجراس وليس بالعقارب.
أما عن مبدأ عملها فقد اعتمدت الساعة الميكانيكية البسيطة على الأوزان المعلقة لتحريك عجلاتها، والأوزان كانت نوعان، إحداها مخصص لتحريك الساعة في حين أن الآخر مخصص لقرع الجرس، تجدر الإشارة إلى أن هذا النوع من الساعات يضم 3 مكونات أساسية، وهي مصدر الطاقة والمنظم والميزان، وبالرغم من أن هذه المكونات تواجدت في أول ساعة ميكانيكية في العالم، إلا أنها توجد في جميع الساعات الميكانيكية الحديثة، فهي عناصر أساسية في أي ساعة ميكانيكة قديمة كانت أم حديثة.
أبرز مميزات الساعة الميكانيكية البسيطة دقتها التي فاقت جميع أدوات تحديد وقياس الوزن التي سبقتها، لكنها للأسف كانت ضخمة جدًا لدرجة يصعب معها نقلها، لأن مصدر الطاقة (آلية تحريك الساعة) كانت الأوزان المرتبطة بحبال، والمنظم (آلية تنظيم حركة القطع مع بعضها البعض) كانت الأوراق، والميزان (آلية الحفاظ على حركة مستمرة للقطع) كانت جهاز يتحكم بحركة عجلة في فترات زمنية محددة عن طريق قوة متذبذبة.
الساعات الذرية
يرجع الفضل في تطوير أول ساعة ذرية إلى الفيزيائي البريطاني لويس إيسنLouis Essen، إذ تعمل هذه الساعة بناءً على التذبذبات الناجمة عن التحولات الإلكترونية التي تخضع لها ذرة السيزيوم 133، التي يتردد صداها بين حالات الطاقة المختلفة بتردد ثابت وبجودة لا غنى عنها لضبط الوقت بدقة، لذلك في عام 1967م أعلن المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا في الولايات المتحدة، أن القياس الرسمي للثانية الواحدة يعادل 9,192,631,770 ذبذبة لتردد طنين ذرة السيزيوم، ولا يزال هذا هو المعيار المستخدم حتى اليوم.
تحتوي الأقمار الصناعية المستخدمة لتحديد المواقع (GPS) على ساعتين ذريتين من السيزيوم والروبيديوم على متنها على الأقل، لحساب التأخير الزمني للإشارات وتوفير قراءة دقيقة للموقع، لكن في كانون الأول من العام 2012م طور العلماء في المعهد الوطني للمعايير ساعتين، باستخدام 1000 ذرة من عنصر الإيتربويم في شبكات الليزر، وهذه الساعات دقيقة للغاية، بحيث يمكنها إظهار تأثيرات الجاذبية على الأرض، ما يمكّن العلماء من قياس استمرارية الزمان، وحتى اللحظة، يعد هذا الشكل الأكثر دقة لضبط الوقت.
الملخص
تطور شكل الساعات عبر التاريخ، نظرًا لحاجة الإنسان الملحة لتحديد الوقت وقياس الزمن ، فبدأ رحلته تلك بقياس الوقت بالنسبة للأجرام السماوية، كالشمس والقمر، من ثم طور مجموعة من الساعات البسيطة التي تعمل وفق نظم مختلفة، كالمصابيح الزيتية والساعات الشمعية والمائية والرملية، ولأنها لم تشبع فضوله في تحديد الوقت بصورة أكثر دقة، انتهى به الحالي إلى صناعة الساعة الميكانيكية البسيطة التي تعمل وفقًا لها ساعات اليوم الحديثة ، التي تعرف باسم الساعات الذرية.
