В основе радиоизотопного анализа лежит один из простейших принципов определения времени — принцип вероятности. Представьте себе, что в казино удерживают в заложниках 1000 человек, причем у каждого из них имеется по десять монет. Жестокие, но статистически подкованные владельцы казино сообщают, что единственный способ выбраться на волю заключается в том, чтобы подбросить все десять монеток и получить десять «орлов». Если каждому человеку на эту процедуру в среднем нужно потратить одну минуту, по количеству оставшихся на текущий момент заложников можно установить, сколько времени прошло от начала игры. Понятно, что чем меньше осталось людей, тем больше времени прошло. Более того, поскольку можно рассчитать вероятность выпадения десяти «орлов», можно оценить, сколько времени прошло. При подбрасывании десяти монет вероятность того, что все они выпадут вверх «орлом», составляет 1:210 (1:1024). Отсюда можно рассчитать, что половина людей обретет свободу через 710 раундов, что составляет 710 мин или 11 ч и 50 мин157. Таким образом, примерно через каждые 12 ч число людей в зале будет сокращаться вдвое. Если в зале 250 человек, следовательно, они находятся там уже около суток.

Радиоизотопный анализ основан на аналогичном принципе. Для простоты можно представить себе, что нейтроны из атома 14С постоянно пытаются убежать, прорвав электронное облако вокруг ядра (на самом деле, при распаде атома нейтрон расщепляется на протон, электрон и антинейтрино, а атом углерода превращается в атом азота). Здесь нет никаких часов: каждый атом самостоятельно подбрасывает монетку. Если сегодня мы создадим отдельный атом 14C, с 50 % вероятностью за 5730 лет он распадется с образованием атома азота. Если мы вернемся через 5730 лет и обнаружим, что он все еще не распался, какой будет вероятность его распада в последующие 5730 лет? Те же 50 %. Как подбрасывание монет — исключительно вероятностный процесс, так и атом не имеет никаких воспоминаний о том, сколько тысячелетий он уже играет в орлянку.

Возможность определять время по радиоактивному распаду основана на статистике поведения популяции: чем больше исходное число радиоактивных атомов, тем точнее оценка времени. Единичный атом не даст информации о протекшем времени, но популяция атомов может служить надежным часовым механизмом. Обратите внимание, что здесь наблюдается определенное сходство с популяционными часами мозга, действие которых основано на анализе субпопуляций нейронов, активных в конкретный момент времени.

КАЛЕНДАРЬ

Наших предков больше интересовало определение не ретроспективного, а проспективного времени. И первые попытки отслеживания времени были связаны с созданием календаря. Предсказание фаз Луны, наступления зимы и миграции потенциальной добычи играло жизненно важную роль. Для определения наиболее благоприятного времени для начала войны, посева и сбора урожая, проведения религиозных церемоний, свадеб и похорон предсказатели, жрецы, мудрецы и астрономы ориентировались на Луну, звезды и природный ритм жизни растений и животных (а также на множество суеверий). Умение определять эти важные даты давало власть, а власть неизбежно влекла за собой злоупотребление властью. Судя по всему, римские жрецы, отвечавшие за календарь, не брезговали возможностью укоротить срок правления того или иного неугодного политика. Как пишет журналист Дэвид Юинг Дункан, «Наиболее политизированные жрецы иногда увеличивали длительность календарного года, чтобы дольше удержать у власти угодных им консулов и сенаторов, а иногда укорачивали, чтобы побыстрее убрать их соперников»158.

Не удивительно, что первые попытки предсказать смену сезонов основывались на поведении двух самых заметных небесных тел. Однако Солнце и Луна существуют в разном ритме. На протяжении тысячелетий хранители времени вынуждены были мириться с неприятным фактом, заключающемся в том, что солнечный год не делится на целое число лунных месяцев. Земля оборачивается вокруг Солнца за 365,25 суток (хотя на протяжении большей части человеческой истории считалось, что это Солнце вращается вокруг Земли), а Луна в среднем оборачивается вокруг Земли за 29,53 суток. Таким образом, солнечный год включает в себя 13,4 лунных месяца.

В V в. до н. э. вавилоняне нашли выход из положения: в их 19-летнем цикле было 7 лет длительностью по 13 месяцев и 12 лет длительностью по 12 месяцев. Египтяне и римляне мудро решили просто игнорировать лунный цикл при расчете продолжительности года и ритма смены сезонов. Но проблема оставалась: солнечный год содержит нецелое число дней. Другими словами, время вращения Земли вокруг Солнца не делится без остатка на время вращения Земли вокруг собственной оси. Если принять, что длительность года составляет 365 дней, через сотню лет летние каникулы будут начинаться на 25 дней раньше.

Чтобы кое-как привести в соответствие счет дней и лет, Юлий Цезарь созвал математиков, астрономов и философов. И они придумали високосный год. Юлианский календарь состоял из 12 месяцев и 365 дней, но каждые четыре года, в високосный год, добавлялся дополнительный день. В честь Юлия Цезаря один месяц года стали называть июлем.

Это была важная веха в истории человечества, но и юлианский календарь не был идеальным. Нужна была дополнительная, еще более тонкая, настройка. За столетия календарь все больше расходился с солнечным годом, поскольку реальная длительность солнечного года составляет не 365,25 дней, а 365,2425 дней. Чтобы исправить ситуацию, в 1582 г. папа римский Григорий XIII объявил, что раз в 100 лет один високосный год будет пропускаться, а раз в 400 лет будет пропускаться пропуск. Сегодня мы живем по григорианскому календарю, но чтобы еще точнее учесть нерегулярность поведения небесных тел и совместить солнечный день с всемирным координированным временем, нам приходится учитывать пропущенные секунды. Начиная с 1972 г., свыше 20 упущенных секунд были незаметно введены в наши часы.

ПЕРВЫЕ ЧАСЫ

Календари сообщают нам, какой сегодня день, но не могут определить время суток. Для определения времени суток уже с IV в. до н. э. люди начали использовать солнечные часы. Первые солнечные часы представляли собой просто воткнутую в землю вертикальную палочку и черточки, указывавшие, куда попадает тень в разное время дня. В большинстве случаев циферблат был разделен на 12 интервалов, но на протяжении большей части истории длительность «часов» не совпадала с нашими часами, поскольку «часов» всегда было 12, хотя летом день длится 15, а зимой — 9 часов. Такие солнечные часы сообщали относительное время, поскольку часы растягивались или удлинялись в зависимости от сезона159.

В Древнем Риме солнечные часы были повсюду. И с этого периода начался непрерывный переход от свободной трактовки времени к жесткой дисциплине часов. Появились и недовольные. Во II в. до н. э. римский поэт Плавт негодовал:

Кроме того, существовали другие способы определить время — не стандартные часы, а таймеры. Клепсидра, или водяные часы, отмечали фиксированный отрезок времени путем пропускания воды через небольшое отверстие до заполнения или опустошения сосуда. А примерно в XIII в. появились первые механические часы.