Džon Harison – otac tačnog vremena

Sudskim procesom nazvanim “Bardžiz B časovnik” konačno je potvrđena istinitost tvrdnji časovničara Džona Harisona da bi mogao da izradi zemaljski sat (koji nije za plovidbe) čije bi kašnjenje bilo tek 1 sekundu na svakih 100 dana. Fotografija: National Maritime Museum.

01

Jedno od najneobičnijih postignuća koje je Ginisova knjiga rekorda ikada zabeležila dogodilo se pre tri dana u britanskom Nacionalnom pomorskom muzeju. Nakon 100 dana otkucavanja, časovnik poznat kao Sat B – koji je bio zapečaćen u providnu plastičnu kutiju da bi se sprečilo oštećenje – zvanično je, po Ginisu, proglašen za “najtačniji mehanički sat sa slobodnim klatnom”.

Već je sama ova nagrada dovoljno intrigantna. Ipak, ono što zaista zapanjuje jeste to da je idejni otac ovog časovnika, pre više od 250 godina, imao konkretan plan za izradu ovakvog instrumenta – ali su mu se njegovi sugrađani izrugivali kao “nesuvisloj i apsurdnoj osobi sa simptomima na ivici ludila”, čiji je koncept časovnika ignorisan najmanje dva veka.

Podsmeh na račun Džona Harisona, britanskog časovničara čiji su pomorski hronometri u 18. stoleću napravili revoluciju u brodskoj navigaciji, kartografiji i putovanju morima, bila je tema knjige “Longituda”, autorke Dave Sobel. Njegove potonje tvrdnje – da će načiniti hronometar s klatnom koja će biti beprekorno precizan u periodu od 100 dana – sa samo jednom sekundom zaostatka – izazivao je široki podsmeh. Zadatak je bio prosto nemoguć, kako je čaršija tada “procenila”.

Međutim, ispada da je danas Harison taj koji se poslednji smeje. Na konferenciji “Dešifrovani Harison: ka savršenom satu s klatnom” održanoj prekjuče u opservatoriji Grinič, naučnici su objavili da je časovnik izrađen po tačnim specifikacijama ovog časovničara i da je tokom 100 dana zvaničnog testiranja izgubio samo pet osminki jedne sekunde (oko dve trećine jedne sekunde – da pokušamo sa suvislijim opisima od Britanaca, što zapravo nije nimalo teško).

“Ovo je je potpuno izvanredno dostignuće koje Harisona sasvim oslobađa svih optužbi za “ludilo”, i od palanačkih zajedljivih komentara usled kojih je trpeo podsmeh za života, a zbog svojih tvrdnji da je u stanju da postigne takvu zapanjujuću preciznost”, rekao je tom prilikom Rori Mekevoj, kustos na odeljenju za horologiju pri kraljevskom muzeju Grinič…. “Ovo je divna naprava.”

02

Harison je bio samouki stolar ali i časovničar koji je svoju veliku slavu stekao sredinom 18. veka, zbog svojih pomorskih hronometara sačinjenih tako da rešavaju dotad nerešivi problem pomoraca pri određivanju geografske dužine broda dok je na moru. Navigatorima je bilo izuzetno teško da precizno odrede gde se brodovi nalaze u odnosu na longitude, to jest vertikalne linije na mapi. Međutim, Harison je – odgovorivši svojim izumom na izazov vlade koja je raspisala nagradu – razvio satove koji sadrže par kontra-oscilujućih ponderisanih “nosača” pod opterećenjem, povezanih s oprugama, za koji se ispostavilo da je ne samo izuzetno precizan već je navigatorima omogućavao da tačno odrede njihov položaj na otvorenom moru, i na bilo kojoj tački svetskih okeana. Provera je sprovedena merenjem po lokalnom vremenu, a zatim njegovim upoređivanjem sa vremenom po Griniču (čiju je preciznost obezbeđivao Harisonov hronometar).

Do sredine 18. veka, navigacija na moru bila je nerešiv problem zbog teškoća u izračunavanju geografske dužine. Navigatori su mogli da odrede geografsku širinu merenjem ugla sunca u podne. Međutim, da bi se odredila širina bio im je potreban prenosivi vremenski standard koji bi radio na brodu. U principu, u podne bi se moglo uporediti vreme na hronometru da bi se odredila geografska dužina (danas se koriste navigacioni almanasi i trigonometrijske tabele uz pomoć kojih je moguće u svako vreme izmeriti položaj Sunca, Meseca, vidljivih planeta ili neke od 57 navigacionih zvezda na nebu).

Problem izrade ovakvog sata je bio težak. U to vreme, najbolji satovi bili su satovi s klatnom, ali je ljuljanje broda činilo klatno neupotrebljivim. Džon Harison, stolar iz Jorkšira, izmislio je sat koji je radio na principu opruge, čije pokretanje nije bilo podložno uticaju gravitacije ili kretanju broda. Prva njegova dva hronometra koristila su ovaj sistem, ali su bili preosetljivi na centrifugalnu silu da bi bili dovoljno precizni.

Konačno je rešio problem preciznosti svojim H4 hronometrom, džepnim satom prečnika 12 cm, osvojivši nagradu od 20.000 funti koju je ponudila engleska vlada početkom 18. veka. Njegov sat koristio je brzo-udarajući balansni točkić koji je kontrolisala spiralna opruga s kompenzacijom temperature. Ovaj princip ostao je u upotrebi do otkrića mikročipa, koji je snizio cenu kvarcnih satova tako da su elektronski hronometri ušli u opštu upotrebu.

04

Vlasnik je nacrt morskog hronometra predao Admiralitetu, koji je potražio proizvođače. Tomas Ernšo, Džon Arnold i drugi prionuli su na posao i uskoro izradili praktičan i jednostavan sat s uspinjačem opruge. Ova kombinacija je bila konačna tehnologija morskih hronometara sve do elektronske ere.

Aron Lafkin Denison bio je pionir u industrijskoj revoluciji satova sredinom 19. veka, uspevši da razvije tzv. „Američki sistem proizvodnje satova“ u kompaniji za izradu satova Voltam, što je osnova današnjeg načina proizvodnje satova širom sveta. Američka kompanija Hamilton započela je masovnu proizvodnju hronometara za američku mornaricu za vreme Drugog svetskog rata.)

Ključni problem bio je pronaći rezonator na koga neće uticati kretanje broda na moru. Balansirajući točkić je rešio ovaj problem. Balansirajući točkići koristili su bimetalne trake koje su podešavale period balansiranja točkića prema temperaturi hronometra. Solidni balansirajući točkići od niskoekspanzivne čelične legure kao što je „invar“ dali su dosta dobre rezultate, ali su bili osetljivi na magnetizam.

Drugi ključni problem bio je u tome što se energija opruga menjala s promenom temperature. Zato je izmišljena specijalna niskoekspanzivna legura nikla i čelika („elinvar“). Potom je balansnom točkiću trebalo dati specijalan kružni oblik. Način izrade je izgubljen zbog malog obima proizvodnje a prvobitni proizvođači (kao što je Hamilton) su napustili proizvodnju. Neki časovničari tvrde da karbonske opruge imaju zadovoljavajući kvalitet, a istovremeno nisu podložne magnetizmu.

05

Uspinjač pokreće balanski točkić, obično otpuštanjem zupčanika. To je bio najosetljiviji deo. Uspinjač ima dva položaja: kada stoji i kada je u pokretu. U stanju mirovanja, ništa se ne pokreće. Pokretanje balansnog točkića pokreće uspinjač i tako mu daje impuls u kratkom vremenskom ciklusu.

Uspinjač je deo sata koji se najviše troši jer se najbrže kreće. Efikasnost izrade uspinjača, to jest, kolika količina energije se pretvara u rezonantno kretanje, direktno utiče na preciznost sata i koliko će sat raditi između dva navijanja.

Uspinjač hronometra je obično dizajniran da minimalizuje energiju i vreme potrebno da se otključa uspinjač, tako da što je manje moguće utiče na rezonantnu frekvenciju oscilatora.

Drugi način efikasnije proizvodnje sata je korišćenje rubina kao držača osovina i delova uspinjača. Verovalo se da bi kuglični ležajevi mogli biti efikasni u satovima, ali su testovi pokazali da se ne ponašaju dovoljno dobro u uslovima neprestanog zastajkivanja i ponovnog pokretanja što je normalo za satove. Rubin ima dug vek trajanja, može se visoko polirati i ima mali koeficijent trenja s poliranim tvrdim čelikom. Danas se mogu jeftino proizvoditi i sintetički rubini, što ih čini najboljim materijalom za nosače. Eksperimentiše se i s keramičkim matrijalima za proizvodnju delova hronometra).

03

Harison je na kraju od Kraljevskog društva (tj. od države) dobio znatnu sumu novca kao nagradu za svoje napore, otišavši s ovog sveta kao bogat čovek. Nedugo pre svoje smrti, međutim, napisao je knjigu u kojoj je kritikovao neke od svojih rivala i u kojoj je tvrdio da bi mogao da izradi časovnik za zemaljsku upotrebu precizniji od bilo kojeg dotad izrađenog od strane svojih rivala. Ova mašina – koja bi imala veliki klatni luk, relativno lak i kratak zamah, i trzaj “skakavca” kojeg je proizvodio njegov brzo-udarajući balansni točkić – bio bi tako u stanju da zadrži preciznost merenja vremena u vremenskom roku i dužem od 100 dana, sa greškom od samo jedne sekunde (mada bi se morao redovno navijati).

Na nesreću po Harisona, knjiga je naišla na podivljale kritičare u periodikama The London Review of English i Foreign Literature, opisujući ga kao “jednog od najpopularnijih neodgovornih napisa s kojima smo se ikada sreli”. Njegove tvrdnje kako je u stanju mogao da izradi takvu vrstu hronometra bili su surovo ismevani.

Kao rezultat toga, njegove ideje za super-precizni sat s klatnom pali su u zaborav, sve do 1970, kada se ponovo probudio interes za njegove izuzetne časovnike. Umetnik i jedan časovničar s početka ove priče, Martin Bardžiz – pokušavajući da odgonetne Harisonove nacrte i planove – proizveo je dve verzije njegovog velikog sata. Onaj drugi, poznat kao “Sat B”, nalazio se poslednjih godinu dana u žiži nastojanja da mu  se preciznost dovede do maksimuma: “U suštini smo samo “fino podešavali” časovnik stoprocentno izrađen po njegovoj ideji i konceptu, tako da možemo da pokažemo sve njegove sposobnosti i tačnost,” izjavio je Mekevoj.

Prošle godine je u opservatoriji Grinič sprovedena prva provera ovog sata – pod nadzorom “Worshipful Company of Clockmakers” kao i Nacionalne laboratorije za fiziku. Njom se pokazalo da je Harisonov hronometar u stanju da radi pod standardima koje je Harison zagovarao. “Ovogodišnji poslednji test započeo je 6. januara, kada je sat zapečaćen u providnu plastičnu posudu da bi se izbegao kontakt s bilo čim i bilo kim u periodu od 100 dana, uz stavljanje voštanih pečata preko žice koja obezbeđuje zavrtnje – što predstavlja zvanično odobrene uslove za proveru njegove preciznosti”, dodao je Mekevoj.

Na početku provere, svedoci su konstatovali da je sat u startu pokazivao četvrtinu sekunde zaostatka po Griniču. Na kraju suđenja, pre tri dana ujutro, sat je pokazivao sedam osminki sekunde zaostatka za GMT zonom, izgubivši za pet osminki od drugog u 100 dana suđenja.

S obzirom da mehanički časovnici ovakvog nivoa preciznosti nisu razvijeni sve do 20. veka, na Harisonovu izvanrednu napravu sada se može gledati kao na ono što zapravo i jeste: remek-delo. “Ono što je posebno uzbudljivo o ovoj proveri jeste činjenica da predstavlja istoriju na opipljiv a ne na verbalni ili teorijski način”, kaže Mekevoj. “Ona doprinosi istinskoj neposrednosti u rešavanju jednog istorijskog problema: u ovom slučaju to je merenje vremena.”

 

Robin Meki, Gardijan

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s