Ranní světlo v zimním období – „pravý“ zimní čas
Pokud bychom upřednostnili ranní světlo, které pro člověka znamená přirozené probouzení, je možné přesunout v zimě část světla z odpoledních hodin do doby vstávání. Za použití druhé křivky ±1,25 s/h (30 sek denně) a jejího ukotvení o 30 minut níže vůči SEČ (viz tabulky) je možné dosáhnout, že v zimě by slunce vycházelo v Praze už kolem 7:30 a v létě nejdříve 15 minut před pátou, zároveň by slunce zapadalo v zimě v ještě přijatelných 15:40 a v létě nejpozději ve 21:16. Takové řešení by bylo vhodné jak pro děti, které chodí ráno školy, tak pro všechny aktivní lidi v letním období.
V zimě je den velmi krátký, slunce pozdě vychází a velmi brzo zapadá. V takovém případě bude příjemné mít víc světla alespoň ráno při cestě do práce nebo do školy. Přirozený sluneční čas sice nedokáže prodloužit den, ale může „posunout“ svítání (vždy posouváme jen hodinky). Je třeba zvážit, zda je lepší mít v tomto období světlo ráno nebo večer.
Přidanou hodnotou tohoto řešení je, že v krajinách západní Evropy jako je Francie a Španělsko, které se nachází v sousedním časovém pásmu (oproti nám mínus 1 hodina), by slunce vycházelo o 30 minut dřív než dnes, a to by zejména v zimě částečně eliminovalo „cenu“, kterou tyto země a jejich obyvatelé platí za současnou harmonizaci svého času s tou částí Evropy, kde slunce vychází o hodinu dřív.
Aritmetika sekund
Přepočet mezi středoevropským časem a přirozeným slunečním časem
SEČ – středoevropský čas
PSČ – přirozený sluneční čas
s.s. – sluneční sekunda, společný název pro jarní nebo podzimní sekundu, stejný princip pro označování jednotek platí i pro minuty, hodiny a dny
Platí vztahy:
1 j.s. = 3600/3601 sek (1 sek = 3601/3600 j.s.)
1 p.s. = 3600/3599 sek (1 sek = 3599/3600 p.s.)
Obrat dle SEČ nastává 182,5-tý den ve 12:00:00, od začátku roku je to 15 768 000 sekund.
Obrat dle PSČ nastává 182,5-tý den ve 13:13:00, od začátku roku je to 15 772 380 j.s.
Nejjednodušší orientační výpočet s přesností na sekundy, který byl použit i při výpočtu tabulek je, že ke každé hodině dle SEČ, se od začátku roku až do daného okamžiku, ale maximálně do bodu obratu, připočte 1 sekunda a od bodu obratu až do daného okamžiku se naopak každou hodinu 1 sekunda odečte.
Přesný přepočet SEČ → PSČ
A – počet sekund od začátku roku do daného okamžiku, ale maximálně do bodu obratu [sek]
B – počet sekund od bodu obratu do daného okamžiku [sek]
C – celkový počet sekund od začátku roku do daného okamžiku [sek]
C = A + B
PSČ [s.s.] = (A * 3601/3600 + B * 3599/3600)
Přesný přepočet PSČ → SEČ
A´ – počet j.s. od začátku roku do daného okamžiku, ale maximálně do bodu obratu [j.s.]
B´ – počet p.s. od bodu obratu do daného okamžiku [p.s.]
C´ – celkový počet slunečních sekund od začátku roku do daného okamžiku [s.s.]
C´ = A´ + B´
SEČ [sek] = (A´ * 3600/3601 + B´ * 3600/3599)
Všechny běžně známé vztahy mezi sekundou, minutou, hodinou a dnem jsou zachovány i pro sluneční časové jednotky. Sluneční minuta má 60 slunečních sekund, sluneční hodina 60 slunečních minut a sluneční den má 24 slunečních hodin tj. 86 400 slunečních sekund. Příklady přepočtu časů v obou směrech jsou uvedeny zde.
Hodiny pro přirozený sluneční čas a přesnost měření času
Jednou z možností, jak vyrobit hodiny pro PSČ, je vyrobit takové hodiny, které budou používat samostatný a nezávislý kmitočet oscilátoru. Takové hodiny by musely používat půl roku jeden kmitočet a půl roku jiný kmitočet.
Druhou možností je použít vztah mezi SEČ a PSČ a počítat čas z běžných oscilací hodin jako odvozený tj. vypočtený čas, protože SEČ a PSČ nejsou nezávislé, ale navzájem svázané časy. Výpočet by musel probíhat v reálném čase.
Nové hodiny mohou měřit čas se stejnou přesností jako ty staré a jejich chod může být seřizován a kontrolován třeba atomovými hodinami. Neexistuje žádný důvod považovat takto měřený čas za nepřesný nebo méně hodnotný. Jedná se o naprosto rovnocenný způsob měření času, doplňující současné měření za účelem praktického využití.
Měření času jako násobek stejných časových intervalů a měření času jako mapování (značkování) časových bodů pro řízení chodu společnosti
V první fázi měření času bylo potřebné se především naučit dobře měřit čas a definovat ty správné a přesné časové intervaly, proto současné hodinky mohou fungovat zároveň jako stopky (hodinky měří vždy stejně dlouhé násobky intervalů mezi časovými souřadnicemi). Dnes už víme, že krátce po období, kdy se definoval koncem 19. století pásmový čas, vznikla také potřeba posouvat hodinky. Poprvé byla realizována už v roce 1916 střídáním zimního a letního času. To nám všem ukázalo, že měření času obsahuje ještě jeden významný a dříve neuvažovaný rozměr.
V reálném životě vlastně vůbec není nutné vědět, zda 7:00 je „opravdových“ 7:00 dle nějakého úžasného „světového, galaktického nebo kosmického“ času, ale že v těch 7:00 pojede autobus nebo vlak, že se otevřou obchody, že začne škola, že těch 7:00 mají na hodinkách všichni kolem nás, a že můžeme v létě i v zimě vstávat s ranním sluncem.
Lidské činnosti jsou svázané mnohem víc s ukazatelem času, reprezentujícím koordinaci (soulad) činností, než s vlastním časem, a to je moment, který může měření času rozvinout novým směrem.
Takové měření času je možné chápat jako stanovení časových orientačních bodů. V přírodě takto analogicky značíme trasu zimní krajinou, když umístíme podél cesty tyče, které nám ukazují správný směr zasněženou krajinou, a v rámci stejné analogie i na horách platí, že se značení v zimě liší od značení v létě a zimní turistická trasa je oproti letní většinou posunuta.
Čtyřhodinový posun svítání je dostatečným důvodem pro korekci měření času. Čím větší harmonii mezi přírodou a technikou nastavíme, tím lépe pro nás.
Zpětným pohledem zjišťujeme, že pásmový čas, založený na principu: co pásmo, to o hodinu víc nebo míň, v sobě jednu korekci na východ slunce už má. Je to odchylka v intervalu -12 až +12 hodin od skutečného fyzikálního času, který je na celém povrchu Země všude stejný. Pásmový čas ale svojí fixací na poledne a stejnými časovými intervaly „klame tělem“ a vzbuzuje falešný dojem, že to je nějaký opravdový, autentický a jedině správný čas. Ve skutečnosti je pásmový čas také korigovaný.
Pásmový čas provádí velkou korekci od -12 do +12 hodin, přirozený sluneční čas by znamenal už jen další malou korekci v rozsahu maximálně 2 hodin.
Nové časové pásmo podle zeměpisné šířky
V současnosti měříme čas nejen jako odvozený od rychlosti rotace Země (rotace definuje den, hodinu, minutu a sekundu), ale i jako korigovaný podle rychlosti rotace Země tzn. opravený podle rychlosti natáčení jednotlivých částí povrchu Země vůči Slunci. Danou korekci – opravu – časové pásmo, definujeme pomocí zvoleného časového intervalu (1 hodina) a zeměpisných délek poledníků, které tvoří hranice časového pásma tj. části povrchu Země s korigovaným časem.
Pásmový čas v minulosti znamenal velký pokrok, ale další vývoj se v této oblasti zastavil. Čas odvozený od rotace Země a zároveň korigovaný podle rotace Země nerespektuje vůbec roční období. SEČ by byl stejný, i kdyby neexistovalo žádné jaro, léto, podzim nebo zima, ale naše Země nevykonává jen rotaci, nýbrž také pohyb kolem Slunce a mění tak vůči němu sklon své rotační osy. Důsledkem je střídání ročních období. Moderní hodiny, určené pro praktický reálný život, by to měly respektovat, protože všechny činnosti člověka jsou s ukazatelem času svázané víc než s vlastním časem. To, že se v minulosti navrhlo střídání zimního a letního času znamená, že nám SEČ vlastně nikdy nevyhovoval. V minulosti často používaný argument o šetření energie dnes nahrazuje mnohem silnější argument o životě v harmonii s přírodou. Moderní člověk už nechce pouze pracovat, ale chce si život užívat, a na to potřebuje přirozené světlo.
Pro severní polokouli stačí jedno nové časové pásmo. Na rovníku je délka dne a noci stejná po celý rok a posun času v této oblasti by byl zbytečný. V polárních oblastech je rozdíl tak velký, že není řešitelný. Na severním a jižním pólu trvá den (stejně jako noc) půl roku. Variabilní sekunda je vhodná pro střední mírné pásmo, pro oblasti s velkou, ale řešitelnou variabilitou délky dne a noci, a právě tam se nachází nejen Evropa, ale také významná část Ameriky i Asie.
Pro posun času o 1 – 1,5 hodiny je vhodné území nad obratníkem Raka, protože od obratníku na sever je rozdíl mezi východem slunce v zimě a v létě 1,5 hodiny a víc. Nad 30-tou rovnoběžkou je možné provádět posun času až o dvě hodiny, protože od 300 s. z. š. je časový rozdíl mezi východem slunce v zimě a v létě dvě a více hodin.
Při posunu času by nemělo docházet k paradoxu, že slunce vychází v létě později než v zimě. Aby mělo smysl posouvat „letní“ hodinky o hodinu, musí slunce skutečně alespoň o hodinu dřív vycházet. Pokud se posunutý čas zavádí pro velké území, výslednou hodnotou, o kterou je možné provádět tento posun, je ta nejmenší hodnota určená jihem území. Pokud má například jednotný čas platit od obratníku Raka na sever, čas se může posouvat maximálně o 1,5 hodiny. Čím větší území má společný čas, tím větší omezení pro ∆t platí.
Evropská Malaga na jihu Španělska, symbolizující jižní část Evropy, se nachází na 360 s. z. š. Rozdíly mezi východy slunce v zimě a v létě tam dosahují až 2 hod a 27 min. To znamená, že Evropa je pro systém s variabilní sekundou přímo ideální oblastí.
Dalším významným průmyslovým územím jsou Spojené státy americké. Texaský Houston na jihu USA leží na 30-té rovnoběžce, tzn. že téměř celé území Spojených států s výjimkou Floridy se nachází nad třicátou rovnoběžkou. Posun východů slunce mezi zimou a létem je v Houstonu asi 1 hodina a 51 minut. Floridské Miami je na 260 s. z. š. a posun východů slunce mezi zimou a létem je tam asi 1,5 hodiny. To znamená, že i území Spojených států je vhodné jak pro v současné době používaný systém s letním časem, tak pro variabilní sekundu.
Zajímavou krajinou je Mexiko, kde posun času z hlediska slunečního cyklu není ani potřebný, ani příliš vhodný, ale přesto se tam používá letní čas. Hlavní město Mexiko City na 19,50 s. z. š. ještě zachovává potřebný jednohodinový časový rozdíl mezi východem slunce v zimě a v létě, ale jih státu už ne. Výsledkem je, že ve městě Tapachula na jihu Mexika na 150 s. z. š. vychází slunce v létě o 10 minut později než v zimě. Důvodem paradoxu je letní čas. Ukazuje to názorně, jak velký význam má pro krajinu koordinace času se sousedními státy i to, že v případě potřeby se malý časový paradox „dá přežít“ a nové pásmo je možné protáhnout i pod obratník Raka.
Z hlediska Evropy je možné uvažovat posun až o dvě hodiny, ale v případě Spojených států amerických je to maximálně 1,5 hodiny. Koordinace času na velmi velkém území znamená vždy „omezení jihem“. Důsledkem tohoto omezení je, že už v euroatlantickém prostoru (USA – Evropa) je v případě jednotného času realizovatelný posun maximálně o 1,5 hodiny. Výrazně větší posuny by bylo možné realizovat pouze na mnohem menším území, ale to zas odporuje současné globalizaci.
Evropská unie a tři časová pásma
Evropská unie obsahuje až tři časová pásma. Současný jednotný evropský čas, platný od východu Slovenska až po západ Španělska, obsahuje dvě 15° časová pásma a je společný pro většinu států Evropské unie. Jen 10 státu má odlišný čas (o hodinu víc nebo míň), ale systém střídání zimního a letního času se používá i tam (Portugalsko, Velká Británie a Irsko (-1 hod); Finsko, Estonsko, Lotyšsko, Litva, Rumunsko, Bulharsko a Řecko (+1 hod)). Centrální poledníky pásem jsou vzdálené jednu hodinu, tzn. že rozpětí dvou pásem od východu na západ je až 2 hodiny, každý stupeň jsou 4 časové minuty.
Padesátá rovnoběžka, na které leží například Praha, má jen 25 731 km, na každých 1 072 km je rozdíl jedné hodiny, na 18 km jedné minuty a na 300 m asi 1 sekundy, proto Evropané slunce nad hlavou ve 12:00 opravdu mít nemohou. Jednak na padesáté rovnoběžce slunce nad hlavou (v zenitu) není nikdy a jednak by pro přesnost 1 sekundy musel každých 300 m existovat místní čas, a to by nebylo moc praktické.
Tři časová pásma jsou nepříjemnou komplikací pro existenci jediného času pro celou Evropskou unii, ale naštěstí existuje několik pozitivních souvislostí, které umožňují rozumné řešení celé situace. Tou první a hlavní je, že konstantní časový rozdíl znamená jen to, že se všechny činnosti o tento konstantní časový rozdíl musí posunout (vyučování ve škole, začátek pracovní doby…). Z tohoto hlediska by nebyl žádný problém zahrnout do společného evropského času nejen Portugalsko, Velkou Británii a Irsko, ale i Finsko, Estonsko, Lotyšsko, Litvu, Rumunsko, Bulharsko a Řecko, které se nacházejí v první polovině následujícího časového pásma.
Tou druhou pozitivní souvislostí je fakt, že nejzápadnější část Evropy jako je Španělsko a Portugalsko se nachází víc na jih a čím víc jdeme na jih, tím dřív slunce v zimě vychází a později zapadá. Například v Malaze na jihu Španělska v zimě slunce vychází už v 8:26, ne až v 9:13, jak bychom to z hlediska zeměpisné délky Malagy srovnané s Prahou očekávali a zapadá až v 18:05 místo v 17:17. Tato skutečnost (z hlediska východů a západů slunce) zmenšuje časové rozpětí mezi východem a západem Evropy v zimním období, kdy je požadavek na dostatek slunečních paprsků nejkritičtější a působí ve prospěch jednotného času. V létě slunce na jihu Evropy ve srovnání se severem Evropy vychází později a dřív zapadá. V Malaze slunce vychází až v 6:59 místo očekávaného východu v 6:07 a zapadá už ve 21:39 místo očekávaného západu ve 22:30, jak by to vycházelo při započtení pouze zeměpisné délky.
Největším problémem času v Evropě nejsou tři časová pásma, ale velká variabilita délky dne a noci v průběhu roku, a ta se dá řešit jednoduchým střídáním zimního a letního času nebo zde uvedeným modernějším návrhem. Oba systémy jsou vhodné pro podstatnou část Evropské unie s výjimkou severu Evropy směrem k polárnímu kruhu, kde je rozdíl v délce dne a noci tak velký, že tu nepomáhá žádné řešení.
Ve dnech 20. 3. a 21. 12. 2018 platí zimní čas, 21. 6. a 23. 9. 2018 platí letní čas, Finsko (+1 hod). Hodnoty východů a západů slunce pro zimní (SEČ) a letní čas, včetně zeměpisné šířky a délky, jsou pro tabulku převzaté z webové stránky:
https://www.meteogram.cz/vychod-zapad-slunce/.
Který čas je správný
Při každé reformě v měření času si musíme položit legitimní otázku: Který čas je správný? Je to místní čas, pásmový čas, letní čas nebo nějaký úplně jiný čas? Jak se mezi různými časovými systémy orientovat? Čas je fyzikální veličina a na naší planetě, kde není nic, co by ho deformovalo (například nějaká černá díra), plyne stejně už miliony let. Čas je jen jeden a plyne od nějakého bodu stále dál a dál až do nekonečna. S časem nedokážeme vůbec nic dělat, nedokážeme ho měnit, zrychlit ani zastavit, nemůžeme ho posouvat dopředu ani dozadu, můžeme měnit jen způsob jeho měření. Neposouváme nikdy čas, ale hodinky. Nikdo si nemůže vážně myslet, že když si posune hodinky o hodinu zpět, tak skutečně cestuje do minulosti.
Pokud chceme měřit čas, je možné to dělat různými způsoby. Jako první řešení se nabízí měření času od nějakého zvoleného bodu stále dál a dál až do nekonečna. Proč to neděláme právě takto? Protože by to nebylo moc praktické. Země se otáčí, rotuje, náš život plyne podle slunce a je proto logické „značkovat“ plynutí času nějakou periodickou soustavou bodů. Jako perioda se nabízí doba od jednoho poledne, definovaného nejvyšším bodem slunce nad obzorem, až do následujícího poledne. Tak vzniknou úseky po 24 hodinách. V daném bodě na povrchu Země bude takto definován místní čas, ale tento místní čas nemůže dobře fungovat. Aby mohla vzniknout např. železnice a jízdní řád, bylo třeba povrch Země rozdělit na 24 časových pásem po 1 hodině a 150, aby se definoval alespoň v nějakém úseku skutečný fyzikální čas, jinak by vznikl nereálný prostor, kde by přestaly platit fyzikální zákony tak, jak je známe. Pokud v nějaké soustavě zvolíme čas tak absurdně, že pro různě body souřadné soustavy se stejným fyzikálním časem definujeme různé časy podle toho, kdy tam zasvítí slunce nebo něco jiného, může se stát například to, že člověk do práce nejdříve přijde a až poté z domu do té práce vůbec odejde. Vznikne naprosto nepochopitelný svět.
Je pásmový čas skutečně ten správný a opravdový čas? Je čas vůbec definován dobře? V rámci jednoho pásma ano, ale v měřítku mnoha pásem určitě ne, protože dvě různá místa na povrchu Země o stejném čase ukazují různý čas. V reálném životě ale vidíme, že to velmi dobře funguje. Jak je to možné? Pokud je něco definováno špatně, pak by to nemělo ani fungovat.
Jak může být někde jinde, třeba o tisíc km, kde je zcela evidentně identický fyzikální čas a stejná současnost jako tady, na hodinkách až o několik hodin více nebo méně než je zde? Skutečně správný fyzikální čas je na celém povrchu Země všude stejný. V Americe nemůže být jiný čas než tady v Evropě. Netelefonujeme do Ameriky ani do minulosti, ani do budoucnosti. Komunikujeme vždy v přítomnosti. V opačném případě bychom mohli využít tento „kanál“ mezi minulostí a budoucností a uhodnout si třeba pořádnou výhru v loterii.
To, že někde slunce vychází dřív a jinde zas později ještě neznamená, že tam je skutečně jiný čas. Pásmový čas v Americe je proto stejně tak „pravý jako falešný“ a náš středoevropský čas není na tom o nic líp.
Co jsme vlastně udělali s časem? Na průběh skutečného fyzikálního času jsme umístili značky (souřadnice) a tyto značky jsou v Americe zvoleny jinak než v Evropě, aby se synchronizovaly se sluncem na daném místě, přesněji s polednem na příslušném pásmovém poledníku. Od skutečného fyzikálního času plynoucího všude stejně, se tyto značky liší na různých kontinentech až o mnoho hodin. Nemá to tedy nic společného s měřením nějakého „skutečně pravého, autentického, nefalšovaného a jedině správného“ času.
Důvod, proč je možné čas definovat „špatně“, a přesto vše funguje jak má, je aplikace principu vysvětleného v podkapitole „mapování“ aneb „značkování“ času. Čas se tu nepoužívá jako skutečný fyzikální souřadnicový čas, ale pouze jako něco k vytvoření orientační mapy, podle které se v průběhu dne na daném místě vykonávají jednotlivé činnosti. Žádný inženýr nebo vědec by nepoužil „mapu“ pásmových časů na povrchu Země pro let kosmické rakety nebo pro nějaký fyzikální experiment bez toho, aby si pásmové časy nepřepočítal na skutečný fyzikální čas.
Naše hodinky vždy byly a jsou jen stroj, který měří čas od jedné souřadnice ke druhé, a jak si ty souřadnice zvolíme je jen na nás. Pokud byl v minulosti zvolen nějaký systém značkování času, neznamená to vůbec, že se tyto značky nemohou v budoucnosti posunout jinak, například zde uvedenou variabilní sekundou respektující variabilitu délky dne a noci.
Správný čas resp. správné měření času a správné jednotky času mohou mít různé podoby. Bylo by od nás hloupé vnucovat jeden jediný systém měření času tam, kde se hodí jiný. Správné měření času bude vždy to, které nám poskytne ten nejlepší servis.
Závěr a možné problémy k řešení
Před zavedením přirozeného slunečního času je potřebné velmi pečlivě prozkoumat rozhraní mezi přirozeným časem a robotickým (strojovým) časem ve všech významných situacích, včetně časového rozhraní mezi oblastmi světa s přirozeným časem a jinými oblastmi ve světě, kde by se čas měřil tradičně. Například na pravidelné letecké lince mezi různými časovými systémy by v průběhu roku docházelo k pravidelnému posunu příletu letadla. Přirozený sluneční čas může přinášet i jiné zajímavé situace. Osmihodinová pracovní doba by byla v jarním období o 8 jarních sekund kratší než dnes a na podzim o 8 podzimních sekund delší. To se určitě „dá přežít“, přesto je třeba všechny důsledky a souvislosti pečlivě a kriticky prozkoumat.
Čas v moderní společnosti může mít dvě složky. V přírodě se také objevuje při každém podrobnějším pohledu na konkrétní detail vždy další jemná struktura. Přirozený čas „přilepený“ jako pavučina na současný robotický čas, by s ním mohl vytvořit jedno společné „technické časové vlákno“ využitelné v řízení. Celý systém by napodoboval jen to, co v přírodě už dávno existuje a velmi dobře funguje: jemnou strukturu v detailech.
K provedení takovéhoto projektu by musela existovat dohoda minimálně v rámci Evropské unie a bylo by nutné vyrobit hodinky, které bude mít člověk na ruce, v mobilu, v autě, které by šly půl roku v jarních sekundách a půl roku v podzimních sekundách. Každý člověk by si musel zvyknout na to, že existují dva systémy měření času, jeden přirozený, vhodný pro nás a vše živé, a druhý, vhodný pro atomy, roboty, přístroje a neživou přírodu. To vše by se nakonec muselo ještě propojit legislativou.
Pro bezproblémovou funkčnost a životaschopnost tohoto systému svědčí dva důležité fakty. Tím hlavním je, že se jedná o druhé přídavné hodiny, které nenahrazují, ale doplňují současné měření času, další ne nezávislou, ale naopak přesně definovanou a závislou souřadnici, podle které by se řídila určitá významná část lidských činností. Tím druhým faktem je skutečnost, že přirozený čas se od robotického liší tak málo, že pokud by už dnes někdo tajně zaměnil všem „staré“ hodinky za „nové“, těžko by někdo zjistil záměnu, kromě zajímavého zjištění, že hodinky už nemusí 2x ročně posouvat.
Jaká je reálná proveditelnost takovéhoto návrhu?
To je otázka víc „filozofická“ než technická. Hodiny jsou oscilátor a nastavení oscilací na hodinách není nic neřešitelného, zejména v době křemíkových krystalů a digitálních technologií. Je jisté, že by se to nedalo realizovat bez námahy, soustředěného úsilí, mezinárodní spolupráce ani bez finančních nákladů. Přesto nejdůležitější a hlavní otázka zní jinak: „Stojí nám to za to? Má vůbec cenu investovat všechno to úsilí, námahu a finance, abychom mohli po práci ve svém volnu lépe žít?“ Na to by měl mít právo odpovědět každý člověk sám za sebe a až budoucnost ukáže, zda zvítězí konzervativní pohled a setrvačnost staletí nebo kreativita a touha věci měnit a zdokonalovat.
Autor: Miloš Antes
Kontext: Další otázky k zamyšlení jsou zde.