Het tijdperk van de klok

's Ochtends gaat stipt om 7 uur de wekker, je zorgt ervoor dat je netjes op tijd op het werk bent, wacht tot het lunchuur ingaat voor een welverdiende pauze en verlaat liefst geen minuut later dan nodig is de werkplek, zodat je niets van je favoriete tv-programma hoeft te missen... De moderne mens leeft volgens een strak tijdsschema. Alle aspecten van ons dagelijkse leven lijken geregeerd te worden door de klok. De "tijd" is daarmee een van de meest invloedrijke uitvindingen van de mens.

Het begrip tijd

De dimensie "tijd" zorgt ervoor dat de ruimte dynamisch is, ofwel constant aan verandering onderhevig is. Denk aan wolken die langzaam overdrijven, of winkelende mensen die zich van de ene straat naar de andere begeven. Hoewel we het soms zouden willen, staat de tijd nooit stil en kan deze nooit worden teruggedraaid. Wijzelf en alles om ons heen is onderhevig aan het verloop van de tijd, hoewel de tijdsspanne varieert. Van sommige gebeurtenissen is de tijdsspanne goed te bevatten, denk aan een schooldag, of de wereldrecord-brekende tijd waarmee een schaatser de 500 meter sprint. Andere aspecten van tijd gaan ons inlevingsvermogen te boven: probeer je maar eens een voorstelling te maken van wat één dag is op de totale bestaansperiode van ons zonnestelsel, of van de tijd die het licht nodig heeft om je woonkamer te doorkruisen. Hoe geavanceerder onze technologie wordt, des te meer worden we ons bewust van de extreem lange - en korte - tijdsduren van processen die zich in de natuur afspelen. En hoe verder we terug kijken in de geschiedenis, hoe kleiner het toenmalige besef was dat de mens had van het begrip "tijd".

De ontwikkeling van de klok

Wanneer ontstond het tijdsbesef? Dat is lastig te bepalen, aangezien het onmogelijk is om in het hoofd van de prehistorische mens te kijken. Wat we in ieder geval kunnen stellen, is dat er al een goed inzicht in de cyclische karakteristieken van tijd moet zijn geweest ten tijde van de agrarische revolutie; men moest immers kennis hebben van de wisseling der seizoenen om land te kunnen bebouwen en oogsten. Dit tijdsverloop werd afgeleid uit de beweging van hemellichamen. Op basis van de stand van de sterren kon een jaarkalender worden opgesteld, die met behulp van de maancyclus kon worden verdeeld in "maanden", terwijl de zonnewende het dag- en nachtritme aanduidde. Dat laatste zou ten grondslag liggen van één van de oudste klokken: de zonnewijzer.

De zonnewijzer
De draaiing van de aarde veroorzaakt een relatieve beweging van de zon vanaf de oostelijke horizon naar de westelijke horizon. Doordat de invalshoek van het zonlicht een cyclische beweging maakt, geldt dit ook voor de schaduwen die het op de aarde werpt. Op basis van dit gegeven werd ten tijde van de oude Grieken en Romeinen de zonnewijzer uitgevonden, waarbij de voortschrijdende schaduwwerking functioneerde als wijzer op een in uren opgedeelde plaat. 12 uur 's middags was het moment waarop de zon zich precies ten zuiden bevond.
De zonnewijzer deelde de tijd op in zogenoemde "ongelijke uren". Dit wil zeggen dat de duur van een uur niet vast stond. In de zomer vindt de zonsopgang immers vroeger en de zonsondergang op een later tijdstip plaats dan in de winter, wat resulteert in een langere duur van de baan die de zon aan de hemel beschrijft. In de zomer duurden de door een zonnewijzer aangegeven uren dan ook langer dan in de winter.
De zonnewijzer was lange tijd bepalend voor de dagindeling van de mens. Echter, de klassieke astronomen hadden behoefte aan een instrument dat gelijke uren kon meten, zodat zij exacte metingen verrichten konden. Daarom kwam in dezelfde tijd als waarin de zonnewijzer werd uitgevonden, ook een ander type klok tot ontwikkeling: de waterklok.

De waterklok
Tijdsverloop kan ook worden afgeleid uit de vordering van een fysisch proces waarvan het verloop een bekende snelheid heeft. Een voorbeeld hiervan is het lekken van water door een opening, welk principe ten grondslag lag aan de waterklok. De stroom van water wordt hierbij toegepast voor tijdsmeting. Aangezien de snelheid waarmee het water door een opening stroomt groter is naarmate het volume water groter is, is het vat kegelvormig. Immers, hoe voller het vat, hoe méér water er in een tijdseenheid uit stroomt. Doordat het volume van de uursegmenten afneemt, is de snelheid waarmee het water zakt constant. Aldus konden gelijke uren worden verkregen. Het was echter ook mogelijk om de waterklok op ongelijke uren in te stellen, om zo de natuurlijke - door de zon gedicteerde - tijd weer te geven. Ook waren er waterklokken die gebaseerd waren op de instroom van water, en werden hier prachtige uurwerken om gebouwd die de tijd zelfs met geluidssignalen (een fluit of het vallen van een balletje) konden aangeven.

Het principe van de waterklok komt overeen met dat van de zandloper en klinkt als iets dat ver in het verleden ligt. Er zijn echter ook moderne waterklokken, die met een indrukwekkend systeem van glazen reservoirs de tijd tot op de minuut weergeven. Een metershoog exemplaar kan worden bewonderd in een galerij in de Champs-Élysées te Parijs.
Door gewicht aangedreven klokken
In de Middeleeuwen ontstond de behoefte aan zeer precieze tijdsaanduidingen, wegens de strikte tijdsgebonden dagindeling van monniken. Het verrichten van religieuze bezigheden op gemeenschappelijke, nauwgezette tijden bevorderde de vroomheid volgens het Middeleeuwse denken. Uit deze fascinatie voor tijdsmeting ontstond een nieuw type klok: een die door een gewicht werd aangedreven. Aangezien een massa een vaste, door de zwaartekracht bepaalde kracht kan uitoefenen, is dit een zeer bruikbaar fysisch principe om toe te passen voor het afstellen van tijdseenheden.

Het astrarium, de asronomische klok, is een voorbeeld van een door een gewicht aangedreven uurwerk dat in de Middeleeuwen werd vervaardigd. Eén gewicht (of meerdere) werd via een veelvoud van radertjes verbonden met een aantal verschillende wijzerplaten. Op één van de wijzerplaten werd de tijd aangegeven in het reguliere dag- en nachtritme, ofwel met uren en minuten, maar tevens de cycli van de zon, maan en de planeten waren vertegenwoordigd. De door gewicht aangedreven klokken maakten een eind aan de ongelijke uren, en kenmerkten het begin van onze bekende, door gelijke uren geregeerde wereld.

Hoewel deze Middeleeuwse uurwerken ontzagwekkend ogen, waren ze nog betrekkelijk onnauwkeurig in het meten van de tijd. De dagelijkse afwijking was in de orde van 10 tot 15 minuten. De Nederlander Christiaan Huygens zou in 1656 met zijn ontdekking van de slingerklok het mogelijk maken om een uurwerk met de eenheid van één seconde te laten slaan, waarmee de dagelijkse afwijking werd gereduceerd tot enkele seconden. Het principe van een slinger wordt gegeven door de volgende formule: T=2π*√(l/g), waarbij T de slingertijd is, l de lengte van de slinger en g de valversnelling. Hieruit kan worden afgeleid dat de slingertijd (de tijd die het kost om heen en terug te gaan) alleen afhangt van de lengte van de slinger, en daarom altijd constant blijft. Met andere woorden, het afnemen van de amplitude van de slingerbeweging als het gevolg van wrijving heeft geen invloed op de slingertijd. Dit gegeven maakte het mogelijk om een slinger te maken die te allen tijde met de tijdsduur van één seconde heen en weer schommelde (hoewel enige onnauwkeurigheid nog resteerde als gevolg van de temperatuursafhankelijke uitzetting van het materiaal van de slinger, wat leidt tot variatie in de lengte en dus de slingertijd).

Moderne tijdsmeting

De slingerklok behoort min of meer alweer tot het verleden, hoewel we ze nog wel in de meer antieke interieurs aantreffen. Ook de oorspronkelijk door een veermechanisme aangedreven horloges worden nu vooral door batterijen aangestuurd. Toch kennen ook de elektrische klokken hun onnauwkeurigheden; iedereen moet zo nu en dan zijn klok weer ijken. De meest nauwkeurige vorm van tijdsmeting die we kennen is de atoomklok. Deze klok is gebaseerd op de trillingen van atomen, welke met een frequentie plaatsvindt die in grote mate onafhankelijk is van omgevingsfactoren. De onnauwkeurigheid van de atoomklok bedraagt één seconde op de 30 miljoen jaar.

En de biologische klok dan?

Door de geschiedenis heen is het begrip "tijd" een almaar grotere rol gaan spelen voor de mens. Met de komst van de klok kreeg het dagelijkse leven een vastere en regelmatigere indeling. Dit heeft aanvankelijk ongetwijfeld op wat verzet gestuit, zoals wel blijkt uit de cynische uitlatingen van de Romeinse dichter Plautus, die zich beklaagde over het vermoeiende wachten tot de zonnewijzer toestemming gaf om te gaan eten. Ook het overstappen van ongelijke naar gelijke uren was ingrijpend. Als gevolg hiervan kreeg de dag een vaste duur, onafhankelijk van de cyclus van het daglicht. Ongetwijfeld heeft dit vele praktische voordelen gehad, maar anderzijds kan men zich afvragen in hoeverre dit overeenstemt met de biologische beleving van het dag- en nachtritme. Opstaan om 7 uur 's ochtends in de winter is immers voor de meesten een moeilijker opgave dan in de zomer. Zou het niet "natuurlijker" zijn om te leven volgens het ritme van het daglicht? En om te eten wanneer je maag daarom vraagt, in plaats van wanneer de klok aangeeft dat het mag? Hoe nauwkeuriger de tijdsmeting in de loop der tijd werd, des te strikter zijn we volgens de klok gaan leven. De biologische klok lijkt haast wel verleden tijd.