Hoe meten we de tijd?

11 minuten leestijd

Hoe meten we de tijd?

Betacanon

Je leest nu

Hoe meten we de tijd?

    • Deel op

    • Gekopieerd
  • 27
  • 13093
Bekijk de collectie Bètacanon30 verhalen

Tijd is een ongrijpbaar iets. We kunnen het niet horen, zien of voelen, en eigenlijk begrijpen we maar nauwelijks wat het is. Maar meten kunnen we het als de besten. Door de eeuwen heen hebben we daar steeds preciezere methodes voor ontwikkeld, en dat is maar goed ook.

Samengesteld door Jessie van den Broek

Een honderdste van een seconde: voor een topsporter kan dat het verschil betekenen tussen eeuwige roem en een plek naast het podium. Maar ook computers, gps, beurzen en bedrijven kunnen niet meer zonder heel precieze tijdmetingen. Onze hele economie en maatschappij zijn ervan afhankelijk. Tegenwoordig kunnen we ons een wereld waarin niet overal klokken hangen dan ook nauwelijks meer voorstellen. Toch is het nog helemaal niet zo lang geleden dat tijdmeting een veel bescheidener rol speelde in het leven van de mens.

Hoe werd tijd vroeger berekend?

Lang voor de uitvinding van de mechanische klok hebben mensen al methodes om de tijd te meten. Door de zon, de maan en de sterren te bestuderen, kunnen ze bepalen welk moment van de dag het is en in welke tijd van het jaar ze leven. Dat is bijvoorbeeld handig voor de landbouw en om te bepalen wanneer religieuze feesten moeten plaatsvinden.

In de Oudheid is de zonnewijzer een belangrijk hulpmiddel om de tijd te bepalen. Omdat de zon gedurende de dag steeds ergens anders aan de hemel staat, verandert de schaduw op de zonnewijzer telkens van richting. Aan de hand daarvan kan men bepalen hoe laat het ongeveer is.

De oudste zonnewijzer die bewaard is gebleven, dateert van ongeveer 1.500 voor Christus en is gevonden in Egypte.

Deel alinea

Maar in die tijd zijn er ook allerlei andere methodes voor tijdrekening. Eigenlijk kun je namelijk alles wat met regelmaat gebeurt, gebruiken om de tijd in stukjes op te delen. Een bekend voorbeeld is het vallen van zand door een smal gangetje: de zandloper. Maar ook het smelten van een kaars, het opbranden van wierook of het langzaam leeglopen van een bak water is zo regelmatig dat je er enigszins nauwkeurig de tijd mee kunt meten.

Voor de uitvinding van de mechanische klok gebruiken mensen allerlei andere voorwerpen om de tijd te meten. 

Naast die methoden voor tijdmeting ontwikkelen allerlei culturen kalendersystemen, waarmee ze de tijd indelen in perioden. 

Waarop zijn onze tijdseenheden gebaseerd?

Veel oude kalendersystemen lijken op elkaar. Ze hebben een jaar van ongeveer 365 dagen, verdeeld over 12 maanden, die elk uit zo’n 30 dagen bestaan. Dat is ook niet zo gek, want die tijdseenheden zijn gebaseerd op verschijnselen die we overal ter wereld kunnen zien: de zon, de maan en de sterren. Zo noemen we de tijd waarin de aarde rond de zon draait een jaar, en de tijd waarin ze een rondje om haar eigen as draait een etmaal of dag. De maand – de naam zegt het al – is gebaseerd op de tijd tussen twee nieuwe manen. En dat onze week uit zeven dagen bestaat, heeft er waarschijnlijk mee te maken dat men in de Oudheid zeven hemellichamen kende (de zon, de maan en vijf planeten). 

Deel alinea

Audiofragment

Waarom heeft een week zeven dagen?
NTR - Hoe?Zo! Radio, 23 nov 2012

Maar bij de kleinere tijdseenheden ligt het allemaal wat minder voor de hand. Want waarom zitten er eigenlijk 24 uren in een etmaal? En waarom bestaat een uur uit zestig minuten in plaats van honderd? In hoeveel stukjes we een dag of een uur opdelen, is in zekere zin willekeurig. De tijdseenheden die wij gebruiken, zijn gebaseerd op het rekensysteem van de Babyloniërs.In dit wiskundige stelsel, bekend als het sexagesimale of zestigtallige stelsel, is het grondtal zestig. Een voordeel daarvan is dat het getal zestig door allerlei verschillende getallen gedeeld kan worden. Ook de manier waarop we cirkels en hoeken berekenen, bijvoorbeeld dat een cirkel 360 graden heeft, is een overblijfsel van het zestigtallige rekenstelsel.   Die rekenden niet in eenheden van tien, zoals wij, maar zestig.

Sommige van onze tijdseenheden zijn gebaseerd op het rekensysteem van de Babyloniërs. 

Daarom bestaat onze dag uit vierentwintig uur, heeft een uur zestig minuten en gaan er zestig seconden in een minuut. Vlak na de Franse Revolutie worden wel pogingen gedaan om een decimaal systeem van tijdrekening in te voeren – met dagen van tien uren en uren van honderd minuten –  maar die verandering komt nooit echt van de grond.

Waarom zijn er schrikkeldagen?

Wie op 29 februari jarig is, weet er alles van: eens in de vier jaar is er een schrikkeldag. De reden daarvoor is dat een rondje van de aarde om de zon niet precies 365, maar 365,2421875 dagen duurt. Om de kalender synchroon te laten lopen met de 'echte' tijd, plakken we daarom eens in de vier jaar een extra dag aan het jaar vast. Maar eigenlijk ligt het nog iets ingewikkelder dan dat. Omdat een jaar net iets minder dan 365,25 dagen duurt, zou de kalender alsnog uit de pas gaan lopen met de echte tijd als er elke vier jaar een schrikkeldag was. Daarom zijn er in ons huidige systeem 97 in plaats van 100 schrikkeldagen per 400 jaar.In principe krijgen alle jaren die deelbaar zijn door 4 een schrikkeldag. Eeuwjaren zijn daarop een uitzondering: dat zijn geen schrikkeljaren, tenzij ze deelbaar zijn door 400. Het jaar 1900 was dus bijvoorbeeld geen schrikkeljaar, maar 2000 wel. Daardoor zijn er in 400 jaar tijd drie eeuwjaren die geen schrikkeldag krijgen, en komt het totaal dus op 97 schrikkeljaren in plaats van 100.

Deel alinea

In de Romeinse tijd is men nog niet zo ver. Met hun Juliaanse kalender (vernoemd naar Julius Caesar) gaan de Romeinen ervan uit dat een jaar precies 365,25 dagen duurt en dat er dus iedere vier jaar een schrikkeldag nodig is. Daardoor duren hun jaren steeds elf minuten te lang. Dat lijkt misschien verwaarloosbaar, maar aan het eind van de zestiende eeuw is het verschil opgelopen tot zo’n tien dagen.

Onacceptabel, vindt Gregorius XIII, die op dat moment Paus is. Hij ontwikkelt een nieuwe, nog preciezere kalender – de Gregoriaanse, die we tot op de dag van vandaag gebruiken –  en besluit meteen ook maar even de fout van zijn voorgangers te herstellen. In oktober 1582 laat hij de tijd in één klap tien dagen vooruitzetten, om zo de kalender weer in de pas te laten lopen. Mensen die in dat jaar op 4 oktober gaan slapen, worden de volgende ochtend dus wakker op 15 oktober. De dagen van 5 tot en met 14 oktober 1582 hebben nooit bestaan.

Paus Gregorius XIII

De Gregoriaanse kalender is behoorlijk nauwkeurig, maar toch is ons systeem voor tijdrekening nog steeds niet perfect. Dat komt ook doordat een dag niet altijd precies even lang duurt. Soms draait de aarde net iets langzamer, onder invloed van bijvoorbeeld aardbevingen en tsunami’s. Om die minuscule verschillen te compenseren, voeren we eens in de zoveel tijd een schrikkelseconde in. De dag duurt dan één seconde langer dan normaal, waarna de klok weer helemaal synchroon loopt met de werkelijke tijd.

Wetenschapsjournalist Diederik Jekel vertelt over de schrikkelseconde.

Maar een schrikkelseconde kan ook negatieve gevolgen hebben. Zo'n sprongetje in de tijd, hoe klein ook, kan sommige computersystemen flink in de war brengen. Moeten we dan toch maar geen schrikkelseconden meer gebruiken? Deskundigen zijn er nog niet over uit.

Wie maakte de eerste nauwkeurige klok?

Door de eeuwen heen groeit de behoefte aan een manier om de tijd nauwkeuriger bij te houden. In de middeleeuwse kloosters bijvoorbeeld, waar de dag volgens een strak schema wordt georganiseerd, wil men graag precies kunnen zien hoe laat het is. Een zonnewijzer is wel redelijk nauwkeurig, maar werkt alleen als er voldoende zonlicht is.

Deel alinea

In de middeleeuwen begint men daarom mechanische klokken te ontwikkelen, die met behulp van tandwielen vrij regelmatig kunnen tikken. De Nederlandse wetenschapper Christiaan Huygens ontwikkelt in de zeventiende eeuw een manier om dat soort klokken nog veel nauwkeuriger te maken. Hij vindt de slingerklok uit, die door een heen en weer bewegende pendule heel regelmatig blijft lopen. De slinger wordt door middel van gewichten of door het opwinden van een veer in beweging gebracht en blijft daarna met een heel constante snelheid heen en weer bewegen. 

Om nauwkeuriger de tijd bij te houden, ontwerpt Huygens de slingerklok. Ineens kun je tot op de minuut nauwkeurig zien hoe laat het is!

Maar daarmee is onze honger naar nauwkeurigheid nog steeds niet gestild. Ook de slingerklok blijkt namelijk iets af te wijken van de werkelijkheid, zo’n tien seconden per dag. Om de tijd nóg preciezer te kunnen bepalen, ontwikkelen wetenschappers halverwege de twintigste eeuw een heel nieuwe manier van tijdmeting: de atoomklok.

Een atoomklok meet de tijd op basis van de trilling van atomen. Die trilling is zo regelmatig, dat het miljarden jaren duurt voordat een atoomklok een seconde afwijkt van de werkelijke tijd. Ook de definitie van wat een seconde precies is, wordt aan de hand van de atoomklok bijgesteld. Een seconde staat nu gelijk aan 9.192.631.770 trillingen in een cesium-atoom.

Een atoomklok kan de tijd extreem precies berekenen op basis van de trillingen van atomen. 

Tegenwoordig zijn atoomklokken niet meer weg te denken uit ons leven. We gebruiken ze dagelijks, bijvoorbeeld in navigatiesystemen. Doordat gps-satellieten atoomklokken aan boord hebben, kunnen gps-ontvangers heel precies onze positie op aarde bepalen. En ook computers maken gebruik van atoomklokken, via het Network Time Protocol. Daarmee worden de interne klokken van computers die met elkaar in verbinding staan gesynchroniseerd, wat belangrijk is voor het functioneren van allerlei systemen.

Waarom zijn er tijdzones?

Ook als er eenmaal klokken zijn, betekent dat nog niet dat ze overal gelijk staan. Tot ver in de negentiende eeuw heeft in Nederland iedere regio en iedere stad nog een eigen tijd, op basis van de stand van de zon. Wijst de kerktoren in Dordrecht negen uur aan, dan kan het in Apeldoorn zomaar een halfuur later zijn. 

Deel alinea

Eeuwenlang vormen die lokale tijdsverschillen geen probleem, maar met de komst van de spoorwegen worden ze wel erg onhandig. Voor het invoeren van een landelijke dienstregeling moet het overal even laat zijn. In 1909 voert Nederland daarom een officiële standaardtijd in, de Amsterdamse Tijd. Tijdens de Tweede Wereldoorlog verzetten de Duitsers onze klokken naar de Midden-Europese Tijd, waardoor ze ook gelijk komen te staan met de klokken in Duitsland.

Aan het einde van de negentiende eeuw wordt de standaardtijd ingevoerd.

Ook in de rest van de wereld wordt intussen de standaardtijd ingevoerd. Omdat de aarde in 24 uur om haar as draait, zijn de meridianenDenkbeeldige lijnen die van de Noordpool naar de Zuidpool lopen over het aardoppervlak, en alle punten verbinden waar de zon tegelijkertijd op haar hoogste punt staat. een handig uitgangspunt voor het instellen van tijdzones. Zo wordt de aarde in 1884 als een sinaasappel in 24 partjes verdeeld, steeds met een uur tijdsverschil tussen de tijdzones.

Erwin Kroll vertelt over het instellen van de tijdzones.

In praktijk zien de tijdzones er wel een stuk grilliger uit. Om praktische redenen kiezen veel landen er namelijk voor om overal in het land dezelfde tijd aan te houden. Soms ontstaan er daardoor gekke verschillen: zo heeft de VS zes verschillende tijdzones, terwijl het bijna net zo uitgestrekte China er maar één heeft. En in sommige gevallen lijkt het creëren van een nieuwe tijdzone ook vooral een politiek statement. Zo stelt Noord-Korea in augustus 2015 een eigen tijdzone in, om zich af te zetten tegen de ‘schandelijke Japanse imperialisten’ met wie het jarenlang een tijdzone heeft gedeeld.

De invoering van de nieuwe tijdzone werd op de Noord-Koreaanse televisie bekendgemaakt.

Moeten we de zomertijd afschaffen?

Gaat de klok nou een uur vooruit of juist achteruit? Iedere keer bij het ingaan van de zomer- en wintertijd breken we ons daar het hoofd over. Eigenlijk is de wintertijd de ‘echte’ tijd, de standaardtijd. Maar zeven maanden per jaar houden we de zomertijd aan: we zetten de klok een uur vooruit om gedurende die maanden extra van het daglicht te kunnen genieten. In de zomermaanden komt de zon zo vroeg op, dat veel mensen tijdens de eerste uren daglicht nog diep in slaap zijn. Dat licht kunnen we dus beter ’s avonds benutten, is het idee, zodat we lange zomeravonden hebben waarop we leuke en nuttige dingen kunnen doen.

Deel alinea

Tijdens de Eerste en Tweede Wereldoorlog wordt in Nederland de zomertijd ingevoerd, vooral om stookkosten te besparen. Daarna schaft Nederland de zomertijd weer af en worden de klokken ruim dertig jaar niet aangeraakt. Pas in 1977, tijdens de oliecrisis, voeren we de zomertijd weer in – om energie te besparen, maar ook met het oog op recreatie.

Het besluit wordt niet door iedereen met gejuich ontvangen. Vooral boeren klagen: ze moeten nu nóg vroeger op dan normaal en zijn bang dat hun vee in de war zal raken van het plotselinge tijdsverschil.

Als de zomertijd in 1977 wordt ingevoerd, zijn de meningen verdeeld. 

De discussie over de gevolgen van de zomertijd is nooit echt gaan liggen. Twee keer per jaar, rond het verzetten van de klok, laten de voor- en tegenstanders van zich horen. De een wijst op energiebesparing en andere voordelen van meer daglicht, terwijl de ander vooral negatieve gevolgen ziet voor mens en natuur. 

Zo’n uur tijdsverschil levert een soort mini-jetlag op, zeggen de tegenstanders, die ons bioritme behoorlijk kan ontregelen. Elk jaar rond het ingaan van de zomertijd is er bijvoorbeeld een piek te zien in het aantal hartaanvallen in Nederland. Tv-programma De Rekenkamer berekende dat de zomertijd op die manier al honderden mensenlevens heeft gekost in ons land, sinds de invoering in 1977.

Chronobioloog Domien Beersma berekent hoeveel hartaanvallen de zomertijd heeft veroorzaakt sinds 1977.

In augustus 2018 laat De Europese Commissie weten dat ze af wil van het verzetten van de klok. Toch laat het afschaffen van de zomer- of wintertijd nog even op zich wachten: op z'n vroegst gebeurt dat pas in 2021. De lidstaten moeten voor die tijd besluiten of ze voorstander zijn van ofwel wintertijd, ofwel zomertijd. Over welke van die twee opties beter is, zijn de meningen ook binnen Nederland nog verdeeld. 

thumbnail
Wintertijd

In Marokko neemt de besluitvorming minder tijd in beslag: in oktober 2018 schaft het land per direct de wintertijd af. Het moet maar eens afgelopen zijn met dat eeuwige verzetten van de klok, vindt de Marokkaanse regering. 

Is onze tijdrekening nog wel van deze tijd?

Zonder een solide en universeel systeem om de tijd in de gaten te houden, waren we nergens. Vliegtuigen zouden niet op tijd kunnen vertrekken, internationale handel zou bijna onmogelijk zijn en navigatiesystemen zouden het begeven. Toch is onze tijdrekening eigenlijk constant in beweging. Tijdzones komen en gaan, de zomertijd wordt ingevoerd en afgeschaft, en af en toe gooien we er ineens een schrikkelseconde tussendoor.

Deel alinea

Soms rijst dan ook de vraag of het systeem dat we nu gebruiken, gebaseerd op het zestigtallig stelsel van de Babyloniërs, nog wel goed genoeg is. Moeten we niet eens overstappen op tijdseenheden die beter passen in het decimale stelsel, waar we normaal gesproken mee rekenen? Volgens natuurkundige Robbert Dijkgraaf moeten we misschien wel die kant op. Het systeem dat we nu gebruiken is eigenlijk een fossiel, zegt hij, met tijdseenheden die nét niet passen in een wereld waarin technologie het steeds meer van ons overneemt.

Natuurkundige Robbert Dijkgraaf vertelt waarom de manier waarop we tijd berekenen eigenlijk verouderd is. 

In het kort:

  • In de Oudheid kijken mensen vooral naar de zon, maan en sterren om de tijd te bepalen. Door de uitvinding van de slingerklok en later de atoomklok kunnen we de tijd steeds preciezer berekenen.

  • Sommige van de tijdseenheden die we tegenwoordig gebruiken, hangen samen met de bewegingen van hemellichamen. De kleinere tijdseenheden, zoals het uur en de minuut, zijn gebaseerd op het rekensysteem van de Babyloniërs.

  • Omdat een rondje van de aarde om de zon niet precies 365 dagen duurt, is er eens in de zoveel tijd een schrikkeldag. Op die manier blijft onze kalender in de pas lopen met de echte tijd.

  • Tot ver in de negentiende eeuw heeft ieder dorp en iedere regio nog zijn eigen tijd, maar met de komst van de standaardtijd komt daar definitief een einde aan. De aardbol wordt verdeeld in verschillende tijdzones.

  • Om in de zomermaanden langer van het daglicht te kunnen genieten, verzetten we twee keer per jaar de klok een uur. Niet iedereen is daar blij mee: volgens sommige mensen is het slecht voor ons bioritme.

  • We kunnen de tijd heel nauwkeurig meten. Dat is belangrijk voor allerlei zaken, van internationale handel tot computersystemen en navigatie. Toch is het de vraag hoe lang het huidige systeem nog mee kan, in een tijd waarin technologie het steeds meer overneemt.  

Deel dit venster

collection

Bètacanon

Bètaonderwerpen waar elke Nederlander iets van af zou moeten weten, met onder meer de oerknal, het periodiek systeem en de kwijlende honden van Pavlov.