1 января 1958 года время потекло дважды. В тот день первые атомные часы начали отсчитывать секунды в Физической лаборатории в Теддингтоне, Великобритания. С тех пор человечество жило в двух параллельных временах. Один из них — астрономический, основанный на вращении Земли и ее орбиты вокруг Солнца. Другой — атомный, порождаемый колебаниями атомов цезия-133: ровно 9 192 631 770 периодов равны одной секунде. Эти два времени не совпадают. Земля вращается неравномерно, замедляясь из-за приливного трения, мантийной конвекции и перераспределения массы после сильных землетрясений. Атомные часы тикают с беспощадной равномерностью. Разрыв между ними — центральная проблема календарной науки XXI века.
Григорианский календарь, несмотря на всю свою точность, никогда не рассматривал вопрос о длине дня. Он рассматривает 24-часовой день как константу. Это не. Средний солнечный день по атомным меркам сейчас составляет около 86 400,002 секунды. Накапливаются две миллисекунды в день. За год это почти три четверти секунды. С течением десятилетий становится заметным дрейф между наблюдаемым положением Солнца в полдень и временем, показываемым на точных часах. Если не исправить ситуацию, полдень в конечном итоге перейдет в раннее утро. Гражданское время будет отделено от астрономической реальности, которая изначально придавала календарю его значение.
Високосная секунда: исправление, а не решение
Чтобы справиться с этим несоответствием, Международная служба вращения Земли и систем отсчета (IERS) в 1972 году ввела дополнительную секунду. Правило в принципе простое, но спорное на практике. Всякий раз, когда разница между универсальным координированным временем (UTC) и универсальным временем, основанным на вращении Земли (UT1), приближается к 0,9 секунды, вставляется дополнительная секунда. Дополнительная секунда добавляется к последней минуте 31 декабря или 30 июня. С 1972 года было добавлено 27 дополнительных секунд. Каждое из них представляет собой административную корректировку, публичное признание того, что связь календаря с физической планетой остается неразрешенной.
Високосная секунда создает серьезные проблемы для цифровой инфраструктуры. Современные сети, системы финансовой торговли, спутниковая навигация и базы данных полагаются на непрерывные, монотонно увеличивающиеся временные последовательности. Добавление секунды (то есть создание 23:59:60 как допустимой метки времени) нарушает работу программного обеспечения, которое никогда не было предназначено для обработки 61-секундной минуты. В 2012 году дополнительная секунда вызвала каскадный сбой в системе бронирования австралийской авиакомпании Qantas, в результате чего полеты были приостановлены на несколько часов. В 2015 году еще одна дополнительная секунда вызвала всплеск использования ЦП на серверах под управлением Linux, поскольку протокол сетевого времени с трудом синхронизировался. Cloudflare, Amazon Web Services и Google разработали сложные стратегии смягчения последствий: Google «размазал» високосную секунду по 24 часам, слегка удлинив каждую секунду, чтобы избежать дискретного скачка. Этот подход решает инженерную проблему, но создает новую: различные системы теперь отклоняются друг от друга на сотни миллисекунд во время окна смазывания. Единое гражданское время, идеал, лежащий в основе григорианской реформы, растворяется в лоскутном одеяле обходных путей.
Международный союз электросвязи (МСЭ) обсудил отмену дополнительной секунды в 2015 году на своей Всемирной конференции радиосвязи. Предложение было отложено, а не отклонено. Соединенное Королевство, хранитель среднего времени по Гринвичу и влиятельный голос в глобальном хронометрировании, выступило против отмены. Россия, Китай и многие другие поддержали его. Астрономическое сообщество расколото. Старая дилемма календаря — следовать ли звездам или правилам — вернулась в цифровой форме.
Цифровые календари: конец общего времени
Григорианский календарь был построен на основе универсальности: одно правило, применяемое повсюду, дает одинаковые даты. Цифровая революция незаметно разрушает эту универсальность. Смартфоны, облачные платформы и операционные системы используют григорианский календарь по умолчанию, но базовое программное обеспечение обеспечивает радикальную персонализацию. Пользователь может переключаться между григорианским, хиджрским, еврейским, китайским, персидским и индийским календарями одним касанием. Календарь стал слоем пользовательского интерфейса, а не фиксированной системой. В Саудовской Аравии официальное правительственное приложение может отображать дату хиджры в качестве основной, а дату по григорианскому календарю — второстепенную. В Израиле приложение-календарь объединяет еврейские праздники и циклы чтения Торы в григорианскую сетку. В Китае лунный календарь определяет семейные встречи на Празднике Весны, а солнечный календарь определяет график работы.
Этот плюрализм исторически беспрецедентен. Большую часть своей истории календарь был привязан к единой власти: храму, церкви, императору. Теперь авторитетом является разработчик программного обеспечения, который выбирает, какой API календаря вызывать. Библиотека международных компонентов для Unicode (ICU), поддерживаемая Консорциумом Unicode, предоставляет стандартизированные алгоритмы для 26 календарных систем. Любое приложение может локализовать время с помощью нескольких строк кода. Григорианский календарь остается основой вычислений, но он становится все более невидимым. Даты хранятся в временных метках Unix — количестве секунд с 1 января 1970 года — и на лету преобразуются в любое представление, которое предпочитает пользователь. Время стало данными.
Марс: новая планета, новая календарная проблема
Следующим рубежом календарной науки станет не реформа земной системы, а создание совершенно новой для инопланетного мира. Марсианский солнечный день, или соляр, длится 24 часа 39 минут и 35 секунд. Марсианский год длится 668,59 солов. Привычные ритмы, которые формировали каждый человеческий календарь — год из 365,25 дней и 24-часовые сутки — отсутствуют. Если люди создадут постоянное поселение на Марсе, они столкнутся с беспрецедентной задачей: им придется изобрести календарь, который будет работать с марсианскими сезонами, оставаясь при этом синхронизированным с Землей для связи, миссий по снабжению и скоординированных операций.
Несколько предложений уже существуют. Ученый-планетолог Р. Тодд Клэнси, пишущий для НАСА, предложил календарь из 16 месяцев: с января по декабрь, сохраненный с Земли, плюс четыре дополнительных месяца, названных в честь посадочных модулей «Викинг» и других важных миссий. Другое предложение — дарианский календарь, созданный аэрокосмическим инженером Томасом Гангале в 1985 году, делит марсианский год на 24 месяца по 27 или 28 солов каждый, сохраняя неделю из семи солов. Дополнительные соли, необходимые для синхронизации с марсианской орбитой, вставляются как високосные дни в конце года, что является прямым заимствованием из григорианской логики. Ни одно из предложений не решает фундаментальную проблему: циркадная биология человека настроена на 24-часовой цикл, а не на 24-часовой-39-минутный. Будут ли колонисты переводить свои часы по Солнцу на Марсе или они будут имитировать земной день и жить в средах с контролируемым климатом, изолированных от марсианского неба?
Этот вопрос не отдаленный. Частная аэрокосмическая компания SpaceX заявила о своей цели отправить грузовые миссии на Марс в течение десятилетия. Космическая программа Китая объявила сроки исследования Марса, которые предусматривают постоянное присутствие роботов и, возможно, экипажа. Календарная проблема Марса — это не мысленный эксперимент; это ожидающая рассмотрения инженерная спецификация. Тот, кто построит первую марсианскую среду обитания, должен будет решить, сколько там времени. Это решение будет отголоском того момента, когда Юлий Цезарь, консультируясь с Сосигеном в Александрии, выбрал продолжительность года в 365,25 дня — выбор, который определил два тысячелетия земной истории.
4900 год: почему следующая реформа неизбежна
На Земле григорианский календарь имеет встроенный срок годности. Его год продолжительностью 365,2425 дней длиннее тропического года длиной 365,242189 дней примерно на 26 секунд. Ошибка накапливается примерно со скоростью один день каждые 3323 года. Если григорианский календарь останется в силе без изменений, точка весеннего равноденствия сместится на целый день относительно номинальной даты 21 марта примерно к 4900 году нашей эры. Гражданское и астрономическое время снова будут смещены, как это было в шестнадцатом веке, когда Папа Григорий XIII созвал свою комиссию.
Будущая коррекция может принять одну из нескольких форм. Самым простым является исключение одного високосного года в 4000 году — идея, которую астрономы уже выдвинули. В настоящее время по григорианскому правилу годы, делящиеся на 400, считаются високосными. Если бы вместо этого 4000 год стал невисокосным, средняя продолжительность года сократилась бы до 365,24225 дней, что более точно соответствовало бы тропическому году. В качестве альтернативы, более радикальная реформа могла бы вообще отказаться от месячного цикла и принять чисто числовой подсчет дней — решение, которое астрономы уже используют в форме юлианского числа дней, изобретенного Йозефом Скалигером в 1583 году, которое ведет непрерывный отсчет дней, начиная с 1 января 4713 года до нашей эры. Такая система была бы математически чистой и не требовала бы никаких правил високосного года, но она отсекла бы календарь от времен года и всех культурных и религиозных традиций, которые черпают смысл из цикла месяцев.
- Отмена второго шага. Самое срочное решение, которое предстоит принять международным органам. Если високосная секунда будет отменена к согласованной цели к 2035 году, гражданское время будет отклоняться от астрономического времени со скоростью примерно одну минуту в столетие, и примерно через сто лет потребуется «високосная минута».
- Корректировка 4000 года. Предложение пропустить високосный год в 4000 году нашей эры, исправляя григорианский дрейф до того, как он достигнет полного дня. В настоящее время не существует политического механизма для реализации этого, а институты, которые могли бы это сделать – МСЭ, Ватикан, ООН – не признают эту проблему неотложной.
- Стандартизация марсианского календаря. Прежде чем начнется постоянное заселение, вероятно, потребуется многосторонний договор о марсианском хронометраже, аналогично Международной конференции по меридианам 1884 года, которая определила Гринвич как главный меридиан на Земле.
- Навигация в дальнем космосе. Космические корабли, работающие за пределами околоземной орбиты, уже используют барицентрическое координатное время — шкалу времени, привязанную к центру масс Солнечной системы. Это полностью релятивистская система времени, независимая от какой-либо планеты. Будущая межпланетная цивилизация может принять его версию для повседневного использования.
Релятивистское время: главная проблема календаря
Все реформы исторического календаря предполагали ньютоновскую вселенную: время абсолютно, течет равномерно и одинаково для всех наблюдателей. Современная физика продемонстрировала, что это предположение неверно. Время течет с разной скоростью в зависимости от скорости и гравитационного потенциала. Часы на уровне моря тикают медленнее, чем часы на горе. Часы на спутнике GPS, движущиеся с высокой скоростью в более слабом гравитационном поле, отстают примерно на 38 микросекунд в день относительно часов на Земле. Система GPS постоянно компенсирует этот релятивистский дрейф; без коррекции ошибки позиционирования накапливались бы со скоростью 11 километров в день. Календарь будущего, если он распространится на межпланетные масштабы, должен будет быть релятивистским. Две колонии, одна на Марсе и одна на Земле, будут стареть с несколько разной скоростью. Рожденный на Марсе человек, возвращающийся на Землю, будет перемещен во времени. Ни одна из существующих календарных систем этого не учитывает.
Глубокая история календаря, от надрезов на костях в ориньякской культуре до атомных часов двадцать первого века, — это история попыток человечества навести порядок в космосе, который не работает в простых циклах. Луна не вращается по орбите за целое число дней. Земля не вращается по орбите в течение целого числа лунных месяцев. Вращение Земли замедляется. Сама Солнечная система динамически хаотична в длительных временных масштабах, и этот факт был установлен в результате численного интегрирования движения Солнечной системы, выполненного астрономом Жаком Ласкаром в 1989 году. Идеального календаря не существует. Есть только последовательность последовательных приближений, каждое из которых точнее предыдущего, но каждое в конечном итоге терпит неудачу.
- Лунное наблюдение — первый календарь, основанный на синодическом месяце, достаточный для обществ охотников-собирателей, но дрейфующий в зависимости от времени года.
- Лунно-солнечная синхронизация — изобретение интеркаляции в Месопотамии, Китае и среди мегалитических астрономов, позволяющее согласовать Луну и Солнце для сельскохозяйственных и религиозных целей.
- Солнечная автономия — египетский гражданский календарь и его преемник по юлианскому календарю, разрывающий связь с Луной и устанавливающий основанный на правилах солнечный год продолжительностью 365,25 дней.
- Григорианская точность — исправление 11-минутной ошибки Сосигена, правило високосного века и глобальное распространение единого гражданского календаря на протяжении четырех столетий.
- Атомная дивергенция — признание того, что день непостоянен, изобретение дополнительной секунды и неразрешённое противоречие между астрономическим и атомным временем.
- Межпланетное будущее — ожидающееся создание марсианского календаря, проблема релятивистского времени и неизбежность григорианской коррекции около 4900 года нашей эры.
Календарь, который часто игнорируют как тривиальное расположение дней и месяцев, на самом деле является одним из самых амбициозных интеллектуальных изобретений человечества. В нем закодированы тысячелетия астрономических наблюдений, математических рассуждений, политических переговоров и культурных компромиссов. Это никогда не заканчивается. Григорианский календарь, которым мы пользуемся сегодня, — это не конец истории. Это снимок процесса, который начался, когда анонимный палеолитический наблюдатель поцарапал первую насечку на кости, и будет продолжаться до тех пор, пока люди существуют во Вселенной, управляемой нецелыми орбитальными отношениями и вторым законом термодинамики. Вопрос не в том, будет ли следующая реформа, а в том, когда она состоится. И когда это произойдет, ему придется разрешить противоречие, с которым не сталкивалась ни одна предыдущая реформа: напряжение между часами и небом, между атомом и планетой, между точностью и смыслом.