เวลา

เราสามารถสัมผัสได้ถึงการผ่านพ้นไปของเวลาได้ด้วยประสบการณ์และการสังเกตสิ่งที่อยู่รอบข้าง เรารู้สึก คิด และอยู่ภายใต้การเคลื่อนที่ของเวลา

อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ นักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่ กล่าวไว้ว่า "มิติ และเวลา สามารถรับรู้ด้วยความคิด ไม่ใช่เพราะเราเป็นอยู่" ดังนั้น การที่เรารู้จักค่าของเวลา ไม่ว่าจะอยู่ในรูปของนาฬิกา หรือปฏิทิน ถือเป็นสิ่งที่มนุษย์ค้นพบ

การวัดค่าของเวลา เป็นศาสตร์มาตั้งแต่อารยธรรมโบราณ ต่อเนื่องมาจนกระทั่งปัจจุบัน มนุษย์โครมันยอง รู้จักสังเกตและบันทึกการเปลี่ยนแปลงดิถีของดวงจันทร์ตั้งแต่ราว 30,000 ปีที่ผ่านมา ในขณะที่หน่วยของเวลาเพิ่งเริ่มต้นนับได้อย่างแม่นยำราว 400 ปีที่ผ่านมา และนาฬิกาอะตอมซึ่งให้ความแม่นยำในระดับ 1 ใน ล้านของวินาทีเพิ่งจะมีไม่ถึง 50 ปีเท่านั้น

การกำหนดเทียบเวลานั้นเป็นทั้งเลนส์ที่ส่องถึงปรากฏการณ์ที่มนุษย์สังเกตเห็นบนฟากฟ้า และยังเป็นทั้งกระจกที่สะท้อนถึงความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และอารยธรรมของมวลมนุษยชาติ

เป็นเวลากว่าพันปีแล้วที่มนุษย์พยายามที่จะหาหน่วยสำหรับการวัดและสอบเทียบเวลา จะเห็นได้ว่าสิ่งนั้นไม่ว่าจะเป็นอุปกรณ์อะไรก็แล้วแต่ ล้วนมีความหมายที่จะพยายามเทียบเกณฑ์ดังกล่าวเข้ากับสิ่งแวดล้อมรอบตัวที่มีการเคลื่อนที่เป็นรอบหรือวัฎจักรทั้งสิ้น สิ่งแวดล้อมนั้นอาจเป็นได้ทั้งโลก ดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ หรือดาวฤกษ์ ขึ้นกับว่าอารยธรรมหรือยุคสมัยนั้นให้ความสำคัญกับสิ่งใดมากกว่ากัน

ยุคอียิปต์โบราณ

ตั้งแต่ยุคอียิปต์โบราณ เมื่อครั้งที่มนุษย์นับถือดวงอาทิตย์และท้องฟ้าเป็นพระเจ้า ชาวอียิปต์ได้สังเกตความสัมพันธ์ระหว่างการเคลื่อนที่ของดวงอาทิตย์รอบโลกกับการท่วมตลิ่งของแม่น้ำไนล์ในแต่ละปี ซึ่งเป็นสัญญาณเข้าสู่ฤดูกาลใหม่นั้น ชาวอียิปต์สามารถนับวันได้เท่ากัน 365 วันต่อรอบ ถือเป็นต้นกำเนิดของช่วงเวลา 1 ปีมีค่าเท่ากับ 365 วันขึ้นเป็นครั้งแรก

ต่อมาการสังเกตดังกล่าวได้ละเอียดขึ้นเมื่อชาวอียิปต์ได้เริ่มสังเกตการเคลื่อนที่ของดาวโจร หรือดาวซีริอัส ซึ่งเป็นดาวที่สุกสว่างตอนกลางคืน และพบว่า ในวันที่ครบรอบปีในแต่ละปีนั้น ดาวซีริอัสจะเคลื่อนที่มาช้ากว่าเดิมไปประมาณ 6 ชั่วโมง หรือประมาณ 1 ใน 4 วันต่อปี ดังนั้น ชาวอียิปต์จึงได้ปรับปรุงให้ 1 ปี มีค่าเพิ่มขึ้นเป็น 365.25 วัน

นอกจากนี้ราว 1,600 ปีก่อนคริสตศักราช ชาวอียิปต์ได้สร้างนาฬิกาแดดขึ้นเพื่อใช้บอกเวลาในแต่ละวัน โดยอ้างอิงเวลากับการเคลื่อนที่ของดวงอาทิตย์รอบโลกในแต่ละวัน แต่นาฬิกาแดดก็มีข้อจำกัดที่จะใช้งานได้ก็ต่อเมื่อมีแสงแดดเท่านั้น และนาฬิกาแดดที่สร้างขึ้นจากที่หนึ่งไม่สามารถใช้อ้าอิงกับอีกสถานที่หนึ่งได้

ต่อมาราว 1,500 ปีก่อนคริสตศักราช ได้มีการสร้างนาฬิกาน้ำขึ้นเพื่อใช้บอกเวลาซึ่งสามารถบอกเวลาได้ตลอด 24 ชั่วโมง แต่ก็มีข้อจำกัดเรื่องความแม่นยำ

ราวคริสต์ศตวรรษที่ 2 นักดาราศาสตร์ชาวกรีกผู้ยิ่งใหญ่ชื่อ ฮิปปาร์คัส ได้สังเกตเห็นดวงอาทิตย์ เคลื่อนที่ตัดผ่านเส้นศูนย์สูตรฟ้า 2 ครั้งในแต่ละปี จึงกำหนดให้เป็น จุดวิษุวัต (equinoxes มาจากคำว่า equal แปลว่าเท่ากัน) และถือเป็นช่วงการเปลี่ยนฤดูกาล จากการสังเกตดังกล่าวพบว่า จุดตัดทั้งสองจะขยับถอยหลังไปทางทิศตะวันตกทีละน้อย ซึ่งเขาได้ประมาณไว้เท่ากัน 2 องศาในรอบ 150 ปี

จากการค้นพบดังกล่าวถือเป็นการค้นพบอันยิ่งใหญ่ในประวัติศาสตร์ในโลกของเวลาเลยทีเดียว เหตุการณ์ดังกล่าวทำให้ฮิปปาร์คัสทราบว่า จำนวนวันที่ถูกต้องในแต่ละปีมีค่าน้อยกว่า 365.25 วันเล็กน้อย ซึ่งจากการคำนวณของฮิปปาร์คัสพบว่า ใน 1 ปีมีค่าเท่ากับ 365.242 วัน ซึ่งใกล้เคียงกับค่าที่ยอมรับในปัจจุบันคือ 356.242199 วันต่อปี

ฮิปปาร์คัสยังสามารถคำนวณจำนวนวันของเดือนจันทรคติได้โดยมีค่าเท่ากับ 29.53058 วัน และได้สร้างนาฬิกาดาวซึ่งเกิดจากการสังเกตและบันทึกการเคลื่อนที่ของดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์และดวงดาวสุกสว่างเอาไว้บนแผ่นโลหะ ใช้บอกเวลาโดยอาศัยตำแหน่งของดวงอาทิตย์หรือดวงดาวเป็นตัวชี้

แต่เป็นที่น่าเสียดายที่ในช่วง 1,600 ปีต่อมา การค้นพบของฮิปปาร์คัสไม่ได้ถูกกำหนดให้ใช้เป็นปฏิทินและเครื่องบอกเวลาเมื่อกษัตริย์จูเลียส ซีซาร์ (ราว 46 ปีก่อนคริสตกาล) ได้สร้างปฏิทินขึ้นมาใหม่ ชื่อปฏิทินจูเลียส โดยกำหนดให้ 1 ปีมีค่าคงเท่ากับ 365.25 วัน ทำให้ปฏิทินของเขายาวนานกว่าวันจริงอยู่ 11 นาทีในแต่ละปี ความผิดพลาดดังกล่าวทำให้ปฏิทินของจูเลียส ซีซาร์ เดินช้ากว่าความเป็นจริงไป 1 วันภายในเวลา 128 ปี

ความผิดพลาดดังกล่าวเริ่มสังเกตเห็นได้มากขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป จนกระทั่งคริสตศตวรรษที่ 15 นักบวชชาวคริสต์พบว่าการนับการปรากฎของวันสำคัญทางศาสนาผิดพลาดไปราว 10 วัน

ดังนั้นในปีค.ศ.1582 (พ.ศ.2125) สันตะปาปาเกรกอรี่ที่ 13 ได้ปรับปรุงความถูกต้องโดยปรับวันในปฏิทินที่ช้าไป 10 วันคืน โดยให้หลังวันที่ 4 ตุลาคมในปีนั้นเป็นวันที่ 15 ตุลาคม และกำหนดให้ 1 ปีมีค่าเท่ากับ 365 วัน ซึ่งแก้ไขโดยกำหนดให้ปีค.ศ.ที่หารด้วย 4 ลงตัวจะมีวันเพิ่มอีก 1 วันในเดือนกุมภาพันธ์แล้วเรียกปีนั้นว่า "ปีอธิกสุรทิน"

ส่วนความผิดพลาดที่วันที่ในปฏิทินช้าไป 1 วันในรอบ 128 ปีนั้น แก้ไขโดยให้ปีค.ศ.ที่หารด้วย 400 ลงตัวไม่ถือเป็นปีอธิกสุรทิน ดังนั้นทำให้ปฏิทิน 1 ปีของปฏิทินแบบเกรกอรี่จึงมีค่าเท่ากับ 365.2422 วัน ซึ่งมีความผิดพลาดเพียง 1 วันในรอบ 3,322 ปี และปฏิทินดังกล่าวยังคงใช้งานมาจนกระทั่งปัจจุบัน

แม้ว่าสันตะปาปาเกรกอรีที่ 13 ได้ปรับค่าความถูกต้องและความแม่นยำของปฏิทินแล้วก็ตาม แต่การทำเครื่องมือเพื่อบอกเวลาที่แม่นยำและถูกต้องก็ยังไม่สามารถกระทำได้ในยุคสมัยนั้น

ราวต้นคริสต์ศตวรรษที่ 12 ได้มีการสร้างนาฬิกาแบบถ่วงน้ำหนักขึ้น โดยอาศัยการถ่วงของลูกน้ำหนักมาแกว่งกลไกที่เคลื่อนกลับไปกลับมาเป็นจึงหวะเพื่อใช้นับเวลาขึ้น แม้การบอกเวลาดังกล่าวจะไม่ค่อยแม่นยำนัก แต่ก็เป็นจุดเริ่มต้นการบอกเวลาที่อาศัยหลักการนับการเคลื่อนที่ของกลไกแล้วเทียบกลับเพื่อบอกเวลาเฉลี่ยที่ดวงอาทิตย์เคลื่อนที่รอบโลกในแต่ละวัน

ในปี ค.ศ.1609 (พ.ศ.2152) นักดาราศาสตร์ชาวเยอรมันชื่อ เคปเลอร์ สามารถอธิบายได้ว่ามีแรงที่ไม่ทราบชื่อ (ซึ่งต่อมาเรียกว่า แรงโน้มถ่วง) จากดวงอาทิตย์ ดึงดูดเหล่าบริวารให้เคลื่อนที่รอบ ๆ โดยที่ความเร็วในแต่ละตำแหน่งที่โคจรนั้นจะเร็วช้าไม่เท่ากัน เป็นเหตุผลที่ทำให้ความยาวนานของวันในแต่ละวันไม่คงที่ (ซึ่งนำไปสู่ "สมการเวลา" ในเวลาต่อมา)

ต่อมา ช่วงกลางคริสตศตวรรษที่ 16 นักประดิษฐ์ชาวดัชต์ชื่อ คริสเตียน ไฮเกนส์ ได้ประดิษฐ์นาฬิกาลูกตุ้มขึ้น โดยอาศัยหลักการแกว่งที่คงที่ของลูกตุ้มตามที่กาลิเลโอค้นพบ ผสมผสานกับหลักการที่เคปเลอร์ค้นพบ ทำให้นาฬิกาลูกตุ้มสามารถแกว่งคงที่ได้โดยอิสระปราศจากแรงเสียดทาน ทำให้การบอกเทียบเวลามีความแม่นยำมากขึ้น โดยผิดพลาดเพียงไม่กี่วินาทีเท่านั้นในแต่ละวัน

ในปี ค.ศ.1927 (พ.ศ.2470) ดับเบิลยู. เอ. มาร์ริสัน ได้ค้นพบว่า การสั่งสะเทือนของผลึกควอตซ์มีความคงที่ ซึ่งนำไปสู่การพัฒนานาฬิกาควอตซ์ขึ้น โดยอาศัยหลักการสั่นสะเทือนที่คงที่ของผลึกควอตซ์มาใช้อ้างอิงสำหรับสร้างจังหวะในการเดินของนาฬิกา ซึ่งทำให้นาฬิกาควอตซ์มีความผิดพลาดในระดับหนึ่งในพันของวินาทีเท่านั้น

ปีค.ศ.1955 (พ.ศ.2498) ได้มีการสร้างนาฬิกาอะตอมขึ้น โดยห้องปฏิบัติการฟิสิกส์แห่งชาติบริเทน โดยพบว่าเมื่อผลึกของซีเซียม-133 ได้รับการกระตุ้น จะสั่นด้วยความถี่คงที่เสมอ จึงใช้การวัดค่าความถี่นั้นมาใช้เทียบในการบอกเวลา ซึ่งนาฬิกาอะตอมนี้มีความผิดพลาดในระดับหนึ่งในล้านของวินาทีเท่านั้น

ในปีค.ศ.1967 (พ.ศ.2510) ได้มีการตัดความสัมพันธ์ระหว่างหน่วยของเวลาออกจากการโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์โดยเด็ดขาดอย่างเป็นทางการเมื่อมีการกำหนดนิยามให้ 1 วินาที มีค่าเท่ากับเวลาที่อะตอมของธาตุซีเซียม-133 แผ่รังสี 9,192,631,770 ครั้ง ในการกระตุ้นระหว่าง 2 จุดสมดุลในระดับพื้นฐาน

บทสรุป

ถึงแม้เทคโนโลยีปัจจุบันจะสามารถบอกความแม่นยำของนาฬิกาได้ในระดับหนึ่งในพันของวินาที (นาฬิกาควอตซ์) หรือหนึ่งในล้านของวินาที (นาฬิกาอะตอม) และเทคโนโลยีด้านการบอกเวลาก็ยังดูเหมือนว่าไม่เกี่ยวข้องอะไรกับด้านดาราศาสตร์เลยก็ตาม แต่อย่างน้อยค่าของ 1วินาทีนั้นจะไม่มีความหมายอะไรเลย ถ้าไม่ได้มีค่าเท่ากับ 1/86,400 ของเวลาเฉลี่ยที่โลกหมุนรอบตัวเองในแต่ละวัน

ขอบคุณ : วารสารทางช้างเผือก. สารสมาคมดาราศาสตร์ไทย, โชคชัย แซ่เฮ็ง