Time หรือเวลา เกิดขึ้นได้อย่างไร

Time หรือเวลา เกิดขึ้นได้อย่างไร?

ในการกำหนดเวลานั้น เราอาศัยมาตรวัดที่มีความเที่ยงตรงสูง และมีคาบหรือความถี่การเปลี่ยนแปลงที่คงที่ แน่นอนเรารู้อยู่แล้วว่าโลกของเราหมุนรอบตัวเอง 1 รอบ ใช้เวลาประมาณ 24 ชั่วโมง หรือ 1 วัน แต่ในความเป็นจริงแล้ว โลกที่เราอาศัยอยู่นั้นไม่ได้หมุนรอบตัวเองค้วยความเร็วคงที่ตลอดเวลา ดังนั้นนักดาราศาสตร์จึงอาศัยปรากฎการดังกล่าวเป็นตัวกำหนดสเกลของเวลา (Time Scale) ซึ่งกำหนดเป็น 3 ชนิดคือ

  1. เวลาสุริยะปรากฎ (Apparent Solar Time)
  2. เวลาสุริยะเฉลี่ย (Mean Solar Sun) หรือ (Mean Solar Time)
  3. เวลาดาราคติ (Sidereal Time, S.T.)

1. เวลาสุริยะปรากฎ (Apparent Solar Time)

เวลาสุริยะปรากฎ (Apparent Solar Time) การอ้างอิงเวลาในสมัยแรกๆ มนุษย์อาศัยการสังเกตการเคลื่อนที่ ของดวงอาทิตย์รอบโลก (เนื่องจากเมื่อก่อนมนุษย์เชื่อว่า โลกเป็นศูนย์กลาง ของจักรวาล) ซึ่งจะเห็นดวงอาทิตย์ขึ้น ทางทิศตะวันออก และตกในทิศตะวันตกเสมอ ช่วงระยะเวลาที่ดวงอาทิตย์เคลื่อนที่ ผ่านจุดเหนือศีรษะ ในแต่ละวันนั้น เรียกว่า Apparent Solar Day ซึ่งในปัจจุบัน ก็คือ ช่วงเวลาที่ดวงอาทิตย์ เคลื่อนที่ผ่านจุดที่เส้นโค้ง จากขั้วฟ้าเหนือไปขั้วฟ้าใต้ (Celestial Meridian) ตัดกับจุดจอมฟ้า (Zenith) ในแต่ละวันนั่นเอง ซึ่งเราเรียกเวลาที่เกิดขึ้นนี้ว่า เวลาสุริยะปรากฎ (Apparent Solar Time)

2. เวลาสุริยะเฉลี่ย (Mean Solar Sun) หรือ (Mean Solar Time)

เวลาสุริยะเฉลี่ย (Mean Solar Sun) หรือ (Mean Solar Time) คือ ค่าเฉลี่ยค่าเวลาจาก Apparent Solar Day โดยเมื่อมีการประดิษฐ์นาฬิกาขึ้นใช้งาน ในช่วงคริสต์ศตวรรษที่ 17 และพบว่า เวลาในแต่ละวันนั้นจะมีค่าคงที่ อันเนื่องจากสเกลของนาฬิกา ดังนั้นจึงไม่สามารถปรับช่วงค่าของเวลาในแต่ละวันให้ตรงตามค่า Apparent Solar Day ได้ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการกำหนดให้เวลาในแต่ละวันมีค่าคงที่ ซึ่งทำโดยเฉลี่ยค่าเวลาจาก Apparent Solar Time มาเป็น Mean Solar Time แทน โดยช่วงเวลาเฉลี่ยในแต่ละวันที่กำหนดขึ้นมาใหม่นั้น ทำให้เกิดค่าความแตกต่างของเวลาระหว่าง Apparent Solar Time และ Mean solar time อยู่ระหว่าง 0 - 16 นาที ซึ่งสาเหตุที่เวลา Apparent Solar Time และเวลา Mean Solar Time มีค่าไม่เท่ากัน นักดาราศาสตร์พบว่าโลกที่เราอาศัยอยู่นั้นไม่ได้หมุนรอบตัวเองค้วยความเร็วคงที่ตลอดเวลา ซึ่งเกิดจาก ลักษณะการเคลื่อนที่ของดวงอาทิตย์ กับระยะห่างระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์ ซึ่งเมื่อโลกอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มาก ดวงอาทิตย์จะเคลื่อนที่ช้า และเมื่อโลกอยู่ไกลจากดวงอาทิตย์ ดวงอาทิตย์นั้น จะเคลื่อนที่เร็วขึ้น ทำให้การเปลี่ยนแปลงเวลาสุริยะปรากฎ นั้นไม่คงที่เป็นผลทำให้การทำสเกลของเวลาทำได้ลำบาก จึงมีการใช้เวลาสุริยะเฉลี่ย (Mean Solar Sun) ซึ่งต้องกำหนด ดวงอาทิตย์เฉลี่ย ที่มีการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ ขึ้นมา ซึ่งมีค่าความเร็วเฉลี่ยเท่ากับการเคลื่อนที่เชิงมุมใน 1 ปี

การอ้างอิงเวลา ของสถานที่ที่ต่างกัน ทำให้เกิดความยุ่งยากและสับสน ดังนั้น ในปี พ.ศ. 2412 (ค.ศ. 1869) Charles F. Dowd ผู้อำนวยการโรงเรียน Saratoga Springs ใน N.Y. ได้เสนอให้มีการแบ่งเวลาออกเป็นโซน หรือเรียกว่า "Time Zones" เพื่อให้สถานที่ที่อยู่ในโซนเดียวกัน ใช้เวลาเดียวกันทั้งหมด

ข้อเสนอนี้มีความสำคัญ และจำเป็นมากขึ้น เมื่อ Sir Sandford Fleming วิศวกรโครงการชาวแคนาดา ผู้ควบคุมงานวางรางรถไฟ สาย U.S.- Canadian ในปี พ.ศ. 2426 (ค.ศ. 1883) กำหนดให้มีการใช้เวลามาตรฐาน ของแต่ละพื้นที่ เนื่องจากทางรถไฟมีระยะทางค่อนข้างยาว พื้นที่ที่ทางรถไฟตัดผ่าน มีความแตกต่างของเวลาหลายชั่งโมง ทำให้การอ้างอิงเวลา และการกำหนดตารางแผนโครงการ มีปัญหาเป็นอย่างมาก

ต่อมาในปี พ.ศ.2427 (ค.ศ. 1884) มีการตกลงกันของประเทศที่เข้าร่วมประชุม 27 ประเทศ ที่ Washington, D.C. กำหนดให้แบ่งพื้นที่มาตรฐานของโลก ออกเป็น 24 โซน โดยใช้เส้นที่ลากจากขั้วโลกเหนือ ไปยังขั้วโลกใต้เป็นเส้นแบ่ง โดยแต่ละโซนมีความกว้าง 15 องศา และให้จุดเริ่มต้นหลัก (The Prime Meridian) เป็นเส้นเมอริเดียน หรือลองติจูดที่ผ่านเมือง Greenwich ประเทศอังกฤษ ซึ่งตั้งอยู่ที่ลองจิจูด (Longitude 0) นั้นเป็น Zone 0 ซึ่งในแต่ละ Time zone จะใช้เวลาเดียวกันทั้งหมด เรียกว่า "Standard time"

3. เวลาดาราคติ (Sidereal Time, S.T.)

เวลาดาราคติ (Sidereal Time, S.T.) คือการนับเวลาโดยใช้ดาวฤกษ์ เรานิยามว่า 1 วันดาราคติ (Sidereal Day) คือช่วงเวลาที่ดาวฤกษ์ โคจรกลับมาอยู่ที่ตำแหน่งเดิมครั้งบนท้องฟ้า โดย 1 วันดาราคติ เท่ากับ 24 ชั่วโมง แต่ 1 วันที่กำหนดโดยเวลาดาราคติ จะมีค่าน้อยกว่า 1 วันของเวลาสุริยะเฉลี่ย ประมาณ 4 นาที 

ในการอ้างอิงเวลาแบบสุริยะปรากฎ Apparent Solar Time ที่ได้กล่าวมานั้น จะใกล้เคียงกับช่วงเวลาที่ดวงดาวบนท้องฟ้า เคลื่อนที่ครบรอบ และกลับมายังจุดเดิมในแต่ละวัน ซึ่งช่วงเวลาดังกล่าว เรียกว่า The Sidereal Day (อ่านออกเสียงแบบคำว่า Ethereal Day) ซึ่งเป็นวันที่เกิดจาก การเคลื่อนที่ของดวงดาวรอบโลก ในแต่ละวัน ทั้งนี้ ช่วงเวลาของวันทั้งสอง Apparent Solar Day กับ The Sidereal Day จะมีค่าต่างกันเล็กน้อย เนื่องจาก การที่โลกหมุนรอบดวงอาทิตย์ ทำให้เห็นดวงอาทิตย์ เคลื่อนที่ไปตามกลุ่มดาวต่างๆ (กลุ่มดาวจักรราศี) โดยค่อยๆ เคลื่อนที่ไปทางทิศตะวันออกช้าๆ วันละประมาณ 1 องศา (หรือ 360 องศาต่อปี) จึงทำให้ช่วงของวัน ที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของดวงอาทิตย์ (Apparent Solar Day) เร็วกว่าช่วงของวัน ที่เกิดการการเคลื่อนที่ของดวงดาว (A Sidereal Day) ประมาณ 3 นาที 35 วินาที จนถึง 4 นาที 26 วินาทีต่อวัน (ขึ้นกับว่าโลก หันด้านเอียงเข้าดวงอาทิตย์ มากหรือน้อย) ดังนั้น Apparent Solar Day จึงไม่เท่ากันคงที่ในแต่ละวัน

องค์การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติ (NASA) ได้กล่าวไว้ว่า เวลาสามารถวัดได้หลายวิธี ตัวอย่างเช่น 

  • การวัดระยะเวลาผ่านการเคลื่อนที่ของวงโคจรของโลกและดาวเคราะห์ดวงอื่นๆ ในระบบสุริยะ orbital motion of Earth and other planets in the solar system ซึ่งถูกเรียกว่าเวลาไดนามิก (Dynamical Time) 
  • การวัดเวลาตามการหมุนของโลกรอบตัวเอง บนแกนของมัน เทียบกับดวงดาว ซึ่งถูกเรียกว่าเวลาสากล (Universal Time) 
  • การวัดเวลาผ่านการแกว่งของอะตอม หรือที่เรียกว่า (International Atomic Time)