Čas je možné měřit různými způsoby. Na naší planetě historicky vznikla tradice měření času podle Slunce, které se pohybuje po obloze a vytváří i bez hodinek přirozené vnímání plynutí času. Technické měření času do toho pouze vnáší objektivní systém, který je přesně definován a umožňuje měřit čas nezávisle na subjektivních pocitech. V minulosti vznikla řada časových systémů, které se postupně zdokonalovaly a upravovaly. Tento článek je 1. částí čtyřdílné volně navazující studie časových systémů. Na začátku se věnuje několika známým pojmům, které upřesňuje, a následně zavádí a rozvíjí asi nejdůležitější pojem studie: „mapování času“, na jehož základě podrobně rozebírá nedávné, současné, ale i budoucí časové systémy.
Úvod a první pojmy
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 běží od nějakého bodu (například od vzniku naší planety nebo od vzniku vesmíru) 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. Když budeme zde mluvit o čase, ve skutečnosti budeme mluvit vždy jen o systémech jeho měření.
Měření času na Zemi nespočívá pouze v obyčejném určování a vymezování přesných časových intervalů jako u nějaké běžné vědecko-technické úlohy, ale má minimálně dvě odlišné, velmi důležité a samostatné složky:
1. taktování časových intervalů, tj. definování a následné měření co nejpřesnější délky časových intervalů. Tato problematika byla vědecky zvládnuta velmi dobře.
2. vlastní časový systém, tj. něco, co definuje předpis, zákony a pravidla, podle kterých se budou definovat a měřit časové souřadnice. Až potom se mohou vyrábět těmto pravidlům odpovídající hodiny a následně podle nich měřit čas. Tato problematika byla vědecky zanedbána a vznikla bílá místa.
V minulosti taktování časových intervalů definovala přímo rotace Země. Zeměkoule je dost velké a těžké těleso a rotace takto mohutného tělesa je poměrně stabilní. Po celá staletí to bylo postačující. Otáčení Země kolem osy definovalo většinu jednotek času, 1 den jako 1 otočení, hodinu jako 1/24 dne, minutu jako 1/60 hodiny, sekundu jako 1/60 minuty. V současné době věda a technika vyžadují ještě mnohem přesnější taktování, než udává rotace Země, a to zajišťuje nová atomová sekunda.
Ale ani taktování času, ani stabilita rotace Země, ani atomová sekunda nejsou a nebudou tématem následující studie. Tato studie časových systémů se zabývá časovým organizmem, systémem měření, který vznikal na základě celé řady požadavků minulosti a reprezentují ho v současné podobě takové systémové pojmy jako pásmový čas, periodicita měření, kalendář nebo rozvrh hodin. Zde jsou ukryta důležitá tajemství měření času, ne v honbě za extrémní přesností.
Navštivme proto zajímavou krajinu těchto „časových organizmů“, a proberme časové systémy přímo v akci, v pohybu, a podívejme se na ně jako na dobře nebo špatně fungující mechanismy, prohlédněme si je letecky, ne kvůli rychlosti a z toho plynoucí povrchnosti, ale z důvodu nutnosti globálního pohledu.
Vznik pojmů zimní a letní čas
Proberme teď terminologii zimního a letního času. Tato terminologie je ve veřejném prostoru předmětem žabomyší války. Zejména pojem „zimní čas“ vzbuzuje vášně a poučování o „správných“ pojmech. Tyto spory jsou založené na dvou názorových táborech a dvou rovnocenných logikách. Představme si obě.
Logika školometská, puntičkářská, klasifikační, profesorská
Na začátku byl koncem 19. století definován pro každý region jeden pásmový čas. V našich podmínkách to byl tzv. středoevropský čas. Když se k němu později konstruoval čas posunutý o hodinu napřed, musel se zvolit nějaký název, a protože čas začíná už na jaře koncem března (poslední březnovou neděli), prochází létem a končí až na podzim (poslední neděli v říjnu), nový čas byl nazván jako letní. Přesný název zní středoevropský letní čas.
Značky: SEČ – středoevropský čas, SELČ – středoevropský letní čas, v angličtině CET – Central European Time a CEST – Central European Summer Time.
Člověk, který má sklony věci třídit, kategorizovat a logicky členit, musí vyčlenit k pojmu „letní čas“ opačný symetrický pojem „zimní čas“. Pokud ten první byl definován jako +1 hodina k pásmovému času, tak ten druhý musí být -1 hodina. V případě zimního času bychom si musely hodinky posunout o hodinu zpět. Proto se v encyklopediích uvádí zimní čas jako -1 hodina k pásmovému času. Na to navazují chytrolíni, kteří neustále poučují své spoluobčany o „neexistenci“ zimního času v EU.
Logika zdravého rozumu a svěží mysle
V běžném každodenním životě hledáme jednoduchost, stručnost, jasná schémata, smysl a pochopení věcí kolem nás. Selský rozum většinou nezradí. Pokud boty a oblečení, které nosíme v létě, označujeme jako letní, pak botám a oblečení, které nosíme v zimě, říkáme jak? No zimní. Není na tom nic složitého. Běžného člověka, ať už je to paní uklízečka, řidič autobusu, neurochirurg, vědec nebo student, který jde do školy, absolutně nezajímá, na jakou časovou křivku či na jaké časové pásmo se napojuje právě používaný čas. Prostě ví, že v létě se používá jeden čas a v zimě druhý, a že je mezi nimi rozdíl jedné hodiny.
Jednomu času proto říká letní a druhému zimní. Pokud ho to zajímá víc a podrobně, najde si to v literatuře. Tato logika je minimálně stejně hodnotná jako ta první tím spíše, že čas posunutý o hodinu zpět nepoužíváme a nemůže tedy vzniknout žádná nejasnost nebo informační neurčitost.
Používání výrazu „zimní čas“ v zahraničí
V angličtině se používá pro letní čas ještě jiný termín „Daylight Saving Time“ – DST, to je čas, který šetří (zachraňuje) denní světlo. Výraz „čas nezachraňující denní světlo“ se pochopitelně v zimním období nepoužívá, proto se i zde k výrazu „summer time“ tvoří jeho logický opak a „wintertime“ sice je v anglické literatuře období zimy (výraz se stejným významem používáme také), ale winter time je stejně jako u nás opak letního času (náhradní výraz za oficiální „standardní čas“). Podobné je to i v dalších jazycích.
Jak potvrzuje jeden z významných webů, který se problematice času věnuje https://www.timeanddate.com/, v celé řadě států Evropy i mimo Evropu se tento termín běžně používá jako jasná a srozumitelná náhrada za tzv. standardní čas. To je většinou čas daného pásma (někdy ±1 hodina, podrobněji ve čtvrté části této studie). Termín se používá například v Skandinávii, Německu, Holandsku, Dánsku, ale také v Maroku, Turecku nebo Egyptě. Viz: https://www.timeanddate.com/time/dst/winter-time.html
Skandinávie a „vintertid“
Švédsky, norsky, dánsky vinter = zima, tid = čas, vintertid = zimní čas.
https://todalen.no/vintertid-og-klokkestilling/
Holandsko a „wintertijd“
V holandštině winter = zima, tijd = čas, wintertijd = zimní čas.
https://www.ad.nl/gezond/de-wintertijd-gaat-in-2021-in-op-31-oktober-gaat-de-klok-vooruit-of-achteruit~ae0985e8/
Nemecko a „winterzeit“
V němčině winter = zima, zeit = čas, winterzeit = zimní čas.
https://www.hamburg.de/zeitumstellung/
Francie, Švýcarsko a „heure d’hiver“
Francie a Švýcarsko, zima = l’hiver, čas = heure, zimní čas = heure d’hiver.
https://www.humanite.fr/heure-dete-heure-dhiver-cest-bientot-fini-oui-ou-non-633628
https://www.ne.ch/themes/Pages/Heure-ete-heure-hiver.aspx
Španělsko, Mexiko a „horario de invierno“
Ve španělštině používají jinou vazbu pro zimní i letní čas, místo výrazu čas = tiempo používají výraz horario = časový plán, rozpis, rozvrh hodin, což je možná v dané souvislosti výstižnější než náš výraz „čas“, ale druhá část výrazu je zachována. Zima = invierno, zimní čas (rozvrh hodin) = horario de invierno.
https://www.calendario-365.es/horario-de-verano-y-horario-de-invierno.html
https://www.calendarr.com/mexico/cambio-de-horario/
Itálie a „orario invernale“
Podobně jako ve Španělsku místo výrazu čas = tempo používají Italové výraz orario = časový plán, rozložení činností v čase, rozvrh hodin, ale druhá část výrazu invernale znamená zimu. Zimní čas (zimní rozvrh hodin) = orario invernale.
https://www.calendario-365.it/ora-legale-orario-invernale.html
https://www.recensioniorologi.it/quando-cambia-l-ora
Výraz zimní čas jako náhradní termín za standardní čas rozhodně není něco, co by bylo používáno nějakými hloupými a nevzdělanými lidmi. Tento výraz se používá po celé Evropě i mimo Evropu. Z tohoto důvodu je výraz používán i zde na webu a pouze v případech, kdyby mohla vzniknout nejasnost nebo neurčitost, je uveden i další upřesňující výraz.
První vlastnosti a charakteristiky měření času
Periodicita a kalendář
Pokud chceme měřit čas, můžeme to udělat 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 pro měření času se nabízí doba od jednoho poledne, definovaného nejvyšším bodem Slunce nad obzorem, až do následujícího poledne. Reprezentuje denní cyklus Slunce a vytváří časové úseky po 24 hodinách. Ty začínají vždy znovu a znovu od nuly. Čas měřený od jednoho poledne do druhého se z praktických důvodů brzo začal měřit jako tzv. „civilní, občanský“ od půlnoci do půlnoci. Jinak bychom šli do práce dnes ráno a vrátili se až zítra odpoledne. Problematika délky dne je podrobně popsána v článku: https://zimnialetnicas.cz/delka-dne-na-zemi-aneb-od-setrvacniku-az-k-slunecnici/.
S periodou měření času bezprostředně souvisí i kalendář. Pokud chceme každý den měřit čas vždy znovu, od začátku, musíme zaznamenávat počet 24hodinových cyklů, jinak by nebylo jasné, kolik času ve skutečnosti uplynulo. Kalendář jsou „prodloužené“ hodiny, které měří násobky 24 hodin.
Hodiny a rozvrh hodin jako navzájem pevně spojená dvojice tvořící tandem
Protože stejné činnosti vykonáváme, vzhledem k poloze Slunce na obloze, každý den přibližně ve stejnou dobu, vznikl také rozvrh hodin (plán činností na každý den), podle kterého žijeme. Například v sedm jdeme do práce a v osm jdou děti do školy. Vznik stabilního rozvrhu hodin bezprostředně souvisí s periodickým měřením času. Ukazatel času na hodinách a rozvrh hodin určují denní život lidí.
Stabilní rozvrh hodin je pro tvorbu časových systémů naprosto klíčový. Bez něj by například časová pásma neměla žádný smysl. Požadavek, aby kolem 12:00 bylo Slunce na obloze co nejvýš, je požadavek rozvrhu hodin. V článku později probírané mapování času bezprostředně souvisí s tím, že každá opakující se činnost v rozvrhu hodin musí mít přiřazenou časovou souřadnici, a ta musí být podle nějakého pravidla rozumně svázaná s polohou Slunce na obloze.
Měnit můžeme buď rozvrh hodin (u strojů to děláme tzv. programováním činností), nebo můžeme mapovat (značkovat) časové souřadnice tak, aby to bylo pro lidský mozek co nejpřirozenější a rozvrh hodin se neměnil. Pro stroje by stačil jeden fyzikální čas, který by plynul od nuly až do nekonečna. Pro člověka jsou vhodné časové systémy zohledňující skutečnost, že mozek a procesor počítače nejsou stejně strukturované.
Ekvivalentní operace
Místo skokové změny času 2x ročně můžeme jako ekvivalentní operaci provést 2x ročně změnu rozvrhu hodin. První změnu můžeme udělat 1. dubna nebo 1. května a druhou 1. listopadu. Pokud by se všechny „rozvrhy hodin“ tiskly předem na celý rok nebo i na několik let, bylo by to docela rozumné a levné řešení bez posouvání hodinek.
Znamenalo by to ale, že by se lidé museli 2x ročně „přeprogramovat“, tj. přeorientovat na posunutý rozvrh hodin. Například „zimní“ autobus v 6:11 by po změně rozvrhu hodin jel jako „letní“ už v 5:11. To by se určitě nemuselo líbit všem, ale pravděpodobně by se na to po několika letech dalo zvyknout stejně, jako si lidé zvykli na pravidelný posun hodinek. I v dnešní době se jízdní řády občas mění: s novým rokem, na podzim, v době letních prázdnin…
Technické problémy spojené se skokovými změnami (například v dopravě) by to samozřejmě neodstranilo a opakované změny rozvrhu hodin by mohly do chodu společnosti vnášet opakovaně jistý předem těžko odhadnutelný zmatek až chaos. Obzvlášť při „dobrých úmyslech“ a snaze o rozložení jednoho velkého časového skoku na několik menších. Čím větší počet menších skoků, tím větší zmatek s rozvrhy hodin.
Příčinou ekvivalence obou operací je skutečnost, že rozvrh hodin a časový systém tvoří nedělitelný tandem (pevnou dvojici). Posun hodin dopředu (ve směru hodinových ručiček) má na chod a průběh denních činností stejný účinek jako posun rozvrhu hodin dozadu (proti směru hodinových ručiček) a opačně. Nemá smysl posuzovat časový systém a nezkoumat jeho vztah k rozvrhu hodin. Nejlépe to je vidět na posledním obrázku v úplně prvním článku publikovaném v roce 2018: https://zimnialetnicas.cz/prirozeny-slunecni-cas-1-cast/, který byl uveden pod názvem „Změna délky dne a noci v průběhu roku, posun času, přechod na letní čas“. Obrázek využívá velmi jednoduché a přehledné kruhové schéma, které je v článku podrobně popsáno.
Hodiny na ruce nebo na zdi nemáme proto, abychom měřili fyzikální experimenty nebo dělali velkou vědu, ale proto, aby bylo možné plnit „příkazy“ rozvrhu hodin a provádět jednotlivé činnosti v průběhu dne. Kdo má zcela volný režim a rozvrh hodin nepotřebuje, v podstatě nepotřebuje ani hodinky.
První časové systémy. Problémy a pochybnosti
Místní a pásmový čas. Zrození kostlivců
Místní čas
Na každém místě povrchu Země je možné měřit místní čas podle polohy Slunce na obloze. Při tomto měření se jedná o pravý místní čas, protože v praxi se často jako místní čas označuje i pásmový čas příslušný dané lokalitě, tj. místní pásmový čas. Pravý místní čas je možné měřit prakticky všude: na horách, na poušti, na moři, v každém městě i v každé vesnici.
Čas příslušný danému místu se ale mohl používat jen v dávné době, kdy lidé moc necestovali, a neexistovala technika, která by fungovala v nějakém globálním měřítku. Lidé se neměli jak přesvědčit, že časy jednotlivých lokalit vlastně nejsou navzájem synchronizované. Přesun pěšky nebo na koni je na to příliš pomalý a telefon ani telegraf neexistovaly. I když takové měření smysl má a může být pro místní komunitu velmi užitečné, v moderní globalizované době je takové měření času nepoužitelné.
První kostlivec na scéně
První kostlivec vznikl z místních časů a po jejich zrušení naštěstí také zanikl. Zjevil se už v 19. století s potřebou jednotných jízdních řádů pro železnici na velkém geografickém území. Ukázalo se, že z lokálních slunečních časů není možné sestavit ani jízdní řád. V čem je problém?
Například padesátá rovnoběžka, na které leží Praha má jen 25 731 km. To znamená, že při pohybu po rovnoběžce se čas definovaný pohybem Slunce na obloze už po 300 m změní o 1 sekundu a po 18 km o 1 minutu. To je v moderním světě neakceptovatelné.
Koncept měření času podle Slunce už od začátku vyráběl jednoho kostlivce za druhým, protože kdy a kam zasvítí Slunce, nemá s průběhem skutečného fyzikálního času v daném prostoru (souřadné soustavě) nic společného. Takto měřený čas má ve skutečnosti úplně jiný (bodový) charakter. Umožňuje (a to jen velmi přibližně) určovat průběh času pro daný konkrétní bod na povrchu Země.
Pásmový čas
Z důvodu potřeby jízdních řádů bylo potřebné vytvořit větší oblast (pásmo), kde bude „sluneční čas“ platit přesně jen ve středu pásma (na daném centrálním poledníku) a na zbytku území (ohraničeném poledníky ± 7,50) bude čas považován za stejný, i když bude na kraji pásma odchylka poledne až ± 30 minut.
Synchronizace času byla mimořádně důležitá, dokonce naprosto klíčová. Aby mohla vzniknout železnice s jízdními řády a moderní globální (celoplanetární) technika, bylo třeba povrch Země rozdělit na 24 (resp. 25) časových pásem po 1 hodině a 150, aby se definoval alespoň v nějakém úseku skutečný fyzikální čas, jinak by na základě „místních časů“ vznikl nereálný prostor, kde by přestaly platit fyzikální zákony tak, jak je známe (například Newtonův zákon F = m*a by nedával smysl).
Pokud v nějaké soustavě zvolíme čas tak absurdně a nešťastně, že pro různě body souřadné soustavy se stejným fyzikálním časem definujeme různé časy podle toho, kdy tam zasvítí Slunce nebo nějaké jiné světlo (třeba světlo z lampičky), 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.
Rozdělení povrchu Země na časová pásma bylo a je velmi efektivní řešení problému stejného fyzikálního času na celém povrchu planety, a odlišného času pro den a noc na různých místech tohoto povrchu. Vlastně je to první posouvání hodinek, na kterém se lidé domluvili. Také je to první pokus o vytvoření „časové mapy“ pro činnosti na daném místě, tj. mapování. Pásmový čas takto definovaný byl nazván jako standardní.
A další kostlivci vypadávají ze skříně
Druhý kostlivec je schován ve variabilitě východů Slunce pro území dál od rovníku. Byl tam schován vždy a byl i v systému místních časů, ale až po standardizaci času a zavedení globálního měření času koncem 19. století se zjevil v plné síle. Právě rigidita exaktně definovaného strojového času ukázala největší slabinu standardního času. Je to problém zvoleného mapování: neschopnost zohlednit roční cyklus Slunce, který má význam pro biologický cyklus. Pokud se čas nijak zvlášť neměřil, nikdo ho moc nepoužíval a vstávalo se bez hodinek, se sluncem a podle slunce, tak se ani nemohl projevit žádný problém.
Není proto žádným překvapením, že se první pokusy o střídání času uskutečnily už velmi krátce po standardizaci času. Střídání zimního a letního času představuje první pokus o nějaké řešení, trochu nešikovné, ale funkční. Používáme ho úspěšně dodnes.
Třetí kostlivec je schován v datové (datumové) hranici. Ta vznikla jako důsledek mapování času podle polohy Slunce na obloze. Něco ve skutečnosti tak jednoduchého jako je otočení tělesa kolem své osy, je natolik komplikované, že i obyčejná změna data při cestování kolem zeměkoule (nebo spíše plné pochopení této změny) vyžaduje celou řadu znalostí, obrázky, grafy a jistou představivost. Pro námořníky v minulosti to bylo naprostým šokem a ani v dnešní době přesunů letadlem nebo raketou nemusí být všechny situace vždy triviální. Datová hranice navíc přináší skutečné časové paradoxy.
Další dva (čtvrtý a pátý) straší ještě na severním a jižním pólu, protože se tam časová pásma sbíhají do jednoho bodu a „platí tam“ všechny časy najednou resp. to, co si domluví několik kamarádů. Hlavní může být například čas, podle kterého přijede na polární stanici zásilka piva a dalších potravin….
Je čas vůbec definován dobře?
Po předchozích úvahách konstatujeme, že v rámci jednoho pásma ano, ale v měřítku mnoha pásem určitě ne, protože dvě různá místa na povrchu Země o stejném čase ukazují odlišný 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 centrálním poledníku pro dané pásmo. Od skutečného fyzikálního času plynoucího všude stejně, se tyto značky na různých kontinentech liší 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 další podkapitole „mapování” aneb „značkování” času. V těchto situacích se čas nepoužívá jako skutečný fyzikální souřadnicový čas, ale pouze jako něco k vytvoření „časové 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 globální fyzikální experiment bez toho, aby si pásmové časy nepřepočítal na skutečný fyzikální čas.
Pásmový čas, resp. časová pásma jsou jen technickým kompromisem mezi jediným skutečným fyzikálním časem na povrchu Země a potřebou mít na každém místě nějakou časovou mapu navázanou na pohyb Slunce po obloze, protože jinak by 10:00 znamenalo někde ráno, někde poledne a jinde třeba půlnoc.
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 definovat jinak.
Časové systémy definované mapováním času
Mapování času jako způsob generování časových souřadnic
Pokud se podíváme na význam slova mapování (mapovat, zmapovat) do slovníku, nalezneme tyto významy: 1. provádět měření a vytvářet podle nich mapy, 2. zjišťovat výskyt určitého jevu, zejména v souvislosti s jeho územním rozložením. Mapování je tedy průzkum povrchu Země a zaznamenávání naměřených hodnot do map, včetně tvorby samotných map jako grafického zobrazení vlastního povrchu (s nadmořskými výškami, vodními plochami atd.).
Mapování času je pojem, který v této práci vznikal naprosto přirozeně hned od začátku. Především jako požadavek rozvrhu hodin. Pokud chceme, aby lidé měli poledne na různých místech planety přibližně stejně, tj. ve 12:00, je potřebné „něco udělat“ a technické křivky popisující čas „nějak“ přizpůsobit v závislosti na zeměpisné poloze obyvatelstva. To dělají časová pásma, která prostřednictvím pásmových konstant manipulují s časovými souřadnicemi tak, aby byl každý nakonec uspokojen pravým polednem (a obědem) kolem 12:00 a zároveň měl ve stejné době pravé Slunce co nejvýše „nad hlavou“.
Mapování tu znamená domluvené přiřazování různých dodatečně přidaných časů jednotlivým definovaným plochám zeměkoule na základě pásmových konstant. Velkou a na začátku časově synchronizovanou plochu povrchu Země rozdělíme, a pak na jednotlivých plochách přičteme ke stejnému fyzikálnímu času ještě přidané hodnoty +1, +2, …, +12 hod nebo -1, -2, …, -12 hod včetně nuly. V tomto případě se tedy jedná o prostorové mapování, hodnoty závisí na poloze v prostoru.
Termín mapování se ale ukázal jako vhodný i při formulaci a odůvodnění návrhu nového systému měření s variabilními intervaly jednotek času. Zde se jedná o časové mapování, kde hodnoty jednotek času a měření časových intervalů závisí na umístění konkrétní časové souřadnice v nějaké širší časové oblasti. Tento termín znamená, že se značky – souřadnice času umisťují tak, aby umožňovaly alespoň částečnou synchronizací rozvrhu hodin (svázaného s našimi aktivitami) s východy Slunce (ovlivňujícími biologický cyklus člověka). Značky jsou zde voleny tak, aby se hodnotově stejné časové souřadnice tvořící vazbu s rozvrhem hodin, posouvaly v rámci periodického cyklu v čase dopředu a dozadu.
Ve výsledku to znamená, že povrch Země v rámci takto pojatých časových systémů vytvoří časovou plochu, mapu, kde jsou jednotlivým souřadnicím povrchu přiřazené souřadnice času, stejně jako jsou u jiných map zeměpisným bodům přiřazená města, pohoří, hustoty obyvatelstva, srážky, teploty atd. Výsledkem jsou plochy času a proces tvorby těchto map je mapování.
Mapování (značkování) času podle úhlu otočení Země
Vzhledem k tomu, že Země je docela dobrý setrvačník a Slunce bylo pro lidi vždy klíčové a v některých dobách dokonce uctívané jako bůh, měření času podle Slunce sahá k mnoha národům až tisíce let před náš letopočet. Zde ale nebudeme popisovat historii slunečních měření ani sluneční hodiny, ale pouze základní princip měření času podle Slunce.
V dávné minulosti se čas pravděpodobně měřil nejdříve podle stínu, který předměty vrhají a až později přímo polohou Slunce na obloze. Tu reprezentuje například úhel, který sluneční paprsky svírají s povrchem Země. Takové měření ale chce už nějaký přístroj na měření úhlů. Jeden z takových známých přístrojů je například sextant používaný v nedávné minulosti při navigaci na moři.
Základní princip měření času podle Slunce
Princip měření času podle Slunce spočívá v tom, že intuitivně předpokládáme, že plynutí času je úměrné pohybu Slunce po obloze. V ideálním případě Slunce vychází na východě, v poledne je vysoko nad hlavou a večer zapadá na západě. Na rovníku to reprezentuje 1800 úhel a 12 hodin světla a 12 hodin tmy. Pokud měříme úhel, tak 10 znamená 4 časové minuty a 150 rovnou hodinu. Aby mohlo platit toto zjednodušené schéma, je třeba vystředovat mnoho veličin. Výsledkem je „hezké, poslušné“ a dobře se chovající „střední“ Slunce obíhající rovnoměrně kolem rovníku. Proto všeobecně známý čas GMT mluví o středním čase (mean time) a popisuje střední Slunce (mean Sun), ne to pravé na obloze.
V těch úplně nejdávnějších dobách lidem určitě nešlo o vytváření teorie vztahu mezi pohybem Slunce a nějakým abstraktním fyzikálním časem, bylo třeba určit, kde na obloze Slunce je a kolik „času“ lidem zbývá, než bude noc. Zda je pohyb Slunce po obloze rovnoměrný nebo ne sotva někdo řešil. Naštěstí se ukázalo, že na mnoho tisíciletí to byla docela dobrá volba a lidstvo se na tomto systému měření času dobře vyškolilo.
Princip mapování – popis obrázku a časová mapa pro rovník
Na následujícím obrázku je pevné těleso: Země, která se otáčí. Je to pohled ze severního pólu na rovník. Pro jednoduchost je možné si představit Zemi a Slunce v pevné fixní poloze s osou otáčení kolmou k rovině oběhu. Situaci ulehčuje tzv. střední Slunce – mean Sun, protože Země se vůči střednímu Slunci točí rovnoměrně a Slunce je v rovině rovníku.
Nejdříve určíme čas jako úhel, který svírají paprsky Slunce s povrchem Země na rovníku. Z pohledu na obrázek je jasné, že podél rovníku (a v dalším podrobnějším modelu i podél dalších rovnoběžek) má každý bod zemského povrchu svůj vlastní čas. Totožný čas bude jen podél poledníků. Pojem „půlnoční Slunce“ zde znamená proti-polohu středního Slunce (± 1800).
Virtuální teoretická kružnice s časy na obrázku je pevně „spojena“ se Sluncem. Země svým otáčením definuje v každém bodě svého povrchu časovou souřadnici pro dané místo a rychlostí své rotace rychlost plynutí časových souřadnic. Pro každý bod na rovníku (a také na rovnoběžce) proto čas plyne sice stejně rychle, ale po každé s jinou časovou konstantou.
Časová mapa pro rovník
| 00 = 6:00 | 150 = 7:00 | 300 = 8:00 | 450 = 9:00 | 600 = 10:00 | 750 = 11:00 |
| 900 = 12:00 | 1050 = 13:00 | 1200 = 14:00 | 1350 = 15:00 | 1500 = 16:00 | 1650 = 17:00 |
| 1800 = 18:00 | 1950 = 19:00 | 2100 = 20:00 | 2250 = 21:00 | 2400 = 22:00 | 2550 = 23:00 |
| 2700 = 24:00 | 2850 = 1:00 | 3000 = 2:00 | 3150 = 3:00 | 3300 = 4:00 | 3450 = 5:00 |
Pozn.: Znak = zde znamená spíše přiřazení než rovnost
Mapování pro další rovnoběžky od rovníku k pólu
Při pohledu na obrázek je evidentní, že i další rovnoběžky (kružnice s menším poloměrem) budou fungovat velmi podobně a ve všech bodech podél poledníku (na obrázku je to poloměr kružnice) očekáváme na dalších a dalších kružnicích stejné úhly. Skoro nic se nezmění, ale jedna „drobnost“ ano, sklon povrchu zeměkoule. Abychom takto mohli na stejném principu mapovat časové souřadnice i dál, je nutné si ty další rovnoběžky (kružnice) představit jako nakreslené na válci s poloměrem dané kružnice a osou společnou s osou Země.
Potom bude platit vše jako u modelu s rovníkem, protože sklon těchto virtuálních povrchů bude stejný jako na rovníku. Takto je možné postupně časovými souřadnicemi na-mapovat celý povrch Země od jižního po severní pól. Každému bodu povrchu tak přiřadíme časovou souřadnici. Tato konstrukce má svoje opodstatnění, protože chceme, aby například poledne nastávalo vždy v těch časových okamžicích, když je na daném místě povrchu Země Slunce co nejvýše, jak to jde. Je to požadavek rozvrhu hodin. Podobně i další klíčové části dne by měly nastávat ekvivalentně jako na rovníku.
Jinou možností je předchozí principiální model mapování času na rovníku zobecnit tak, aby platil pro celou zeměkouli. Co mají společné všechny ty kružnice nakreslené na válci? Co mají společné takto mapované časové souřadnice? Ať už porovnáme válce s libovolným průměrem, tj. libovolné rovnoběžky, stejné časové souřadnice budou mít vždy společný úhel otočení zeměkoule. Na obrázku jsou to de facto úhly mezi jednotlivými poloměry. To vlastně ani nepřekvapí, od začátku přece šlo o to, že se otáčí koule kolem své osy a stejně velké otočení by mělo přiřadit stejný sluneční čas všem bodům podél poledníku.
Vzhledem k tomu, že sklon povrchu Země je na rovnoběžkách jiný než na rovníku, pro celý povrch Země už není možné mluvit o mapování podle úhlu mezi paprskem Slunce a povrchem Země, ale obecně o mapování podle úhlu otočení. Když 24 hodinám přiřadíme 3600, tak 1 hodina bude znamenat 150.
Časová mapa pro rovnoběžky
Systém úhlů je možné zvolit různě, počátek může být například na Greenwich, a pak se úhly mohou měnit jako u zeměpisných souřadnic do ±1800 nebo jako v následující tabulce, kde je nulový úhel otočení Země přiřazen nule na „hodinách“ s 24 hodinovým cyklem. Zde ale „hodiny“ znamenají úhel mezi paprskem Slunce a (vektorovým, směrovým) poloměrem Země, nulový úhel značíme 00:00 nebo 24:00. Každých 150 potom znamená přírůstek 1 hodiny.
| 00 = 00:00 | 150 = 1:00 | 300 = 2:00 | 450 = 3:00 | 600 = 4:00 | 750 = 5:00 |
| 900 = 6:00 | 1050 = 7:00 | 1200 = 8:00 | 1350 = 9:00 | 1500 = 10:00 | 1650 = 11:00 |
| 1800 = 12:00 | 1950 = 13:00 | 2100 = 14:00 | 2250 = 15:00 | 2400 = 16:00 | 2550 = 17:00 |
| 2700 = 18:00 | 2850 = 19:00 | 3000 = 20:00 | 3150 = 21:00 | 3300 = 22:00 | 3450 = 23:00 |
Od ideálního „středního“ Slunce k „pravému“
Pokud v minulosti někdo měřil skutečný lokální čas na daném místě podle Slunce (například ve městě, na vesnici, na horách) a používal sluneční hodiny, tak měřil pravé Slunce, ne střední. To přináší z dnešního pohledu celou řadu problémů. Slunce nevychází celoročně na východě a nezapadá přesně na západě. Východy a západy Slunce se stáčejí směrem na sever nebo na jih, podle ročního období a zeměpisné polohy. U pravého Slunce každý den netrvá přesně 24 hodin, poledne nenastává přesně ve 12:00, intervaly času na hodinách nejsou přesně stejné (není hodina jako hodina).
Důvodem je velmi komplikovaný pohyb Země kolem Slunce. To vše ale nemění nic na principu měření času podle Slunce. V dávné minulosti se všechny výše popsané problémy „schovaly“ do nepřesnosti měření. Pokud se nějaká veličina začíná měřit a není jiný, lepší a přesnější srovnávací etalon, nepřesnost není jak poznat, ale nějak se začít musí. Nedokonale, s chybami, a na zdokonalování je potom moře času, vlastně celá staletí.
Místní čas a bodový charakter měření času
Nejvýznamnější vlastností tohoto systému mapování je, že sice takto můžeme měřit čas, a to v libovolně zvoleném bodě na povrchu Země, ale pokud jednotlivé body na povrchu Země navzájem spojíme, tak časové souřadnice jednotlivých bodů netvoří navzájem souřadnou soustavu s normálně definovaným časem. Při pohybu z jednoho místa na druhé se čas mění změnou prostorových souřadnic. To odporuje jak intuitivně chápané, tak exaktně definované současnosti dějů.
Definice současnosti dvou událostí říká, že dvě události na dvou různých místech A a B jsou současné, pokud dva paprsky (jeden světelný paprsek je vyslaný v době vzniku události z místa A a druhý je vyslaný v době vzniku události z místa B) dorazí do místa C, které je přesně uprostřed mezi místem A a B, současně. V našem případě by tedy evidentně současné události podle uvedeného bodového (místního) časového systému současné nebyly.
Takto mapovaný čas proto nesplňuje ani základní předpoklady pro smysluplnou definici fyzikálního času v nějaké soustavě, protože neumožňuje řešit pohyb. V libovolném bodě na povrchu Země je možné měřit čas, ale není možné se u toho pohybovat (měnit polohu). Časové souřadnice se přitom se změnou polohy mění docela rychle. Na padesáté rovnoběžce 300 m dělá 1 sekundu.
Teoreticky neexistují podél rovníku ani jiné rovnoběžky dva body se stejným časem. Špatně zvoleným systémem mapování jsme dosáhli toho, že časové souřadnice jednotlivých bodů navzájem netvoří vůbec čas. V praxi ale měšťané ani vesničané nedefinovali čas pro každý dům zvlášť, a proto jim to v dávné minulosti v rámci jejich potřeb a tolerované nepřesnosti ze začátku fungovalo.
Vyhnání prvního kostlivce
Z hlediska „milovníků poledne“ je místní čas ideální, protože Slunce je v poledne nejvýše nad hlavou, ale z hlediska synchronizace času na velkém území je to naprostá katastrofa. Každý má nárok na svůj vlastní čas, který je stejně správný a bezchybný jako úplně jiný čas v sousední vesnici nebo ve vedlejší stodole. I ta má totiž svůj samostatný čas. A pokud má hospodář tři krávy, které se pasou, tak pokud se krávy na pastvě seřadí podél poledníku, budou mít všechny stejný čas, ale pokud se seřadí podél rovnoběžky, každá kráva bude mít jiný čas. Takhle by to asi fungovat nemělo…
A protože měření času funguje bodově i na malé vzdálenosti, i malá laboratoř má nekonečně mnoho časů s malými odchylkami (navíc odlišnými v různých směrech). Na velkém geografickém území už vznikají velké a neřešitelné odchylky. Skutečný fyzikální čas se ztratil, proto nebylo možné na konci 19. století vytvořit ani obyčejné jízdní řády pro vlak. Muselo se něco udělat, a řešením byla standardizace času, která kostlivce přinášejícího do každé vesnice, do každé stodoly (a pro každé zvířátko v lese) vlastní samostatný čas, navždy vyhnala.
Pozn.: Ani tento „super-lokální místní systém“ stejně neřeší variabilitu svítání zapříčiněnou střídáním ročních období.
Standardizace času a pásmový čas. Mapování času od konce 19. století až do současného 21. století
Standardizace času koncem 19. století spočívala v tom, že se předchozí princip spojitého mapování „kvantoval“. Vše o přiřazování času jednotlivým bodům povrchu Země platí i nadále, ale už ne pro každý bod. Pouze pro ty privilegované, a to jsou centrální poledníky jednotlivých pásem (00, 150, 300, 450…). Ostatní body už nemají právo na svůj vlastní čas a přebírají jeden společný čas. Tím celé pásmo získává normální fyzikální čas, který už jen „zohledňuje“ polohu Slunce. Počet časů na Zemi se zmenšil z nekonečně mnoha na 24 resp. 25.
V současnosti tedy měříme čas nejen jako historicky odvozený od rychlosti rotace Země (rotace definuje den, hodinu, minutu a sekundu), ale i jako rozumně mapovaný 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 časových pásem, tj. částí povrchu Země s korigovaným (opraveným) časem.
Graf „25 přímek“
Osa x reprezentuje klasický fyzikální čas. Na obrázku je systém zvolen tak, že nule fyzikálního času je přiřazena nula na Greenwich. Tím je možné s časem na ose x počítat i jako s GMT. Zobrazeno od 12 hodin z důvodu potřeby kladných hodnot pro čas.
Osa y zobrazuje čas v daném časovém pásmu. K jedinému skutečnému fyzikálnímu času na povrchu planety se ke každému místu na Zemi přiřadí podle periodického slunečního cyklu souřadnice 0, ±1, ±2, …, ±12 hodin. Začíná to nultým poledníkem a nulou na Greenwich. Pak se každých 150 směrem na východ přičte k fyzikálnímu času 1 hodina a každých 150 směrem na západ -1 hodina (je to zvoleno podle rychlosti rotace Země). Kolem těchto tzv. „centrálních“ poledníků se vytvoří pásmo o šířce 150 (centrální poledník ± 7,50). Poslední dvě pásma (+12 a -12 hod) jsou užší (poloviční), protože časových pásem je celkem 25 a musí dát dohromady 3600 a 24 hodin. Mezi nimi na 1800 probíhá datová hranice.
Vzhledem k periodicitě se údaj na „ukazateli času“ každých 24 hodin vynuluje, tzn. údaje 24, 48, 72 hodin jsou vždy nuly a 24hodinový cyklus se zapíše do kalendáře jako uběhlý den. Na obrázku jsou pro jednoduchost grafického zobrazení uvedeny údaje včetně kalendářní jednotky, tj. počtu 24hodinových cyklů (celkový počet uběhlých hodin). Vedle je pro názornost uveden také ekvivalentní údaj na hodinách.
Implicitní korekce na východy Slunce obsažená v pásmovém času
Pásmový čas, založený na principu: co pásmo, to o hodinu víc nebo míň, provádí velkou korekci fyzikálního času na pravé poledne (Slunce chceme v poledne „co nejvýše“ nad hlavou, to je požadavek rozvrhu hodin). V rámci denního slunečního cyklu je mezi polednem a východem Slunce pevná vazba. V konkrétní den je to na dané rovnoběžce Δt hodin rozdílu času mezi polednem a východem Slunce v závislosti na zeměpisné šířce a ročním období.
Velká korekce pro pásmové časy v intervalu -12 až +12 hodin tak funguje v rámci denního cyklu Slunce jako velká oprava posouvající nejen poledne, ale zároveň i východy Slunce. Bez pásmových konstant by východy Slunce „ujely“ z rozumných hranic stejně jako další části dne, ale to, že hodnota rozdílu času Δt (mezi polednem a východem Slunce) je kromě zeměpisné polohy ještě funkcí času a mění se i v průběhu roku už neměnné pásmové konstanty neřeší, stejně jako to nedokázal řešit ani místní čas. Tyto odchylky dokáže korigovat malou korekcí o cca 1,5 hodiny až koncept „přirozeného slunečního času“.
Časová pásma jsou první globální „časovou mapou“ pro naše činnosti v průběhu dne. Systém je postaven velmi důmyslně, a tak pásmový čas svojí fixací na poledne (i když nepřesně, ale kdo si poledne opravdu měří, aby to věděl) a stejnými časovými intervaly vzbuzuje falešný dojem, že to je nějaký opravdový, autentický a jedině správný čas. Ve skutečnosti je pásmový čas velmi dobře definován, ale představuje jen jednu z mnoha možností.
Pokročilé mapování navržené v roce 2018 – od stejných časových intervalů k variabilním
V první fázi měření času bylo potřebné se především naučit dobře měřit čas a definovat ty správné a přesné časové intervaly, proto současné hodiny (hodinky) mohou fungovat zároveň jako stopky. 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 nebo začne škola, a že těch 7:00 mají na hodinkách všichni kolem nás.
Lidské činnosti jsou svázané mnohem víc s ukazatelem času a rozvrhem hodin než s vlastním časem. Ukazatel času musí určovat nejen vzájemnou koordinaci (soulad) činností, ale musí také zohledňovat polohu Slunce na obloze ve vazbě na biologické hodiny. Tyto vazby jsou silnější a důležitější než jeho současná konstantní (permanentní) vazba na teoretický (matematický) strojový čas. To je moment, který může měření času rozvinout novým směrem. Bonusem moderních časových systémů proto musí být možnost synchronizace nejen s polednem a půlnocí, ale i s ranním Sluncem.
Nový systém měření času je možné chápat jako stanovení časových orientačních bodů, vytváření orientační mapy. V přírodě takto analogicky značíme trasu zimní krajinou, když umisťujeme podél cesty tyče, které nám ukazují správný směr zasněženou krajinou, a v rámci stejné analogie i na horách platí, že se značení v zimě často liší od značení v létě a zimní turistická trasa je oproti letní většinou posunuta. Čtyřhodinový posun svítání je dostatečným důvodem pro korekci měření času.
Na dalším obrázku jsou dva rovnocenné časové systémy. Klasický systém měření o stejných časových intervalech a nový, který symbolizuje systém SNST9115 (-) resp. „přestupný“ SNST9130 (-). Podrobný popis časových systémů je v článku: https://zimnialetnicas.cz/symmetrical-natural-solar-time-tables/. Na obrázku je vidět, že odchylka na „ukazateli času“ mezi systémem SNST a klasickým systémem je uprostřed roku (v létě) dvojnásobná oproti zimě. Maximální odchylky reprezentují jednu hodinu v létě a půl hodiny v zimě. Odchylka na grafu je symbolická (ilustrační). Skutečná odchylka je asi 1700x menší, křivky by v reálném měřítku na grafu nebyly rozlišitelné.
Pro jednoduchost zobrazení je „ukazatel času na hodinách“ opět zobrazen včetně kalendářní hodnoty, tj. včetně počtu 24hodinových cyklů a v jednotkách roků, ne v hodinách a minutách, aby bylo vidět princip dlouhodobého fungování dvou rovnocenných časových a kalendářních systémů a mapování na základě různých časových intervalů. Z mikro-pohledu na 24hodinový cyklus na hodinách, který na běžných ručičkových hodinách funguje jako dvakrát 12hodinový, by tam byly jen dvě nepřehledné rozcházející se úsečky.
Pozn.: U grafů může vynechávání největší časové jednotky (tj. dne o 24 hodinách) studovaný jev někdy spíše zatemnit než vysvětlit.
Výše uvedené mapování je možné udělat ke každému jednomu časovému pásmu, tj. ke každé jedné přímce z výše uvedeného grafu „25 přímek“. Mapování času variabilními intervaly umožňuje zohlednit roční cyklus Slunce na obloze v pásmu od obratníku Raka (Kozoroha) až po polární kruh. Výsledkem je přizpůsobení denního rozvrhu hodin poloze Slunce na obloze, zejména v ranních hodinách, při současném zachování naprosté přesnosti časového managementu a chodu moderní společnosti jako celku, tj. při zachování synchronizace života lidí se stroji, přístroji, počítači a roboty. Viz předchozí článek: https://zimnialetnicas.cz/administrace-prirozeneho-slunecniho-casu/.
NST hodiny, popsané v dřívějších článcích, jsou de facto moderní sluneční hodiny, které budou dříve nebo později součástí běžného života.
***************
Konec 1. části
***************
1. část Studie časových systémů
Mapování času
2. část Studie časových systémů
Datová hranice
3. část Studie časových systémů
Plochy času
4. část Studie časových systémů
Správný čas
***************
Autor: Miloš Antes