ارتفاع شاهق وضغط منخفض: لماذا تفقد ساعتك الميكانيكية دقتها هناك

يهتز ميزان الساعة الميكانيكية أربع مرات في الثانية، أي ما يقارب سبعمئة ألف تذبذبة في اليوم، تنتزع كل واحدة منها من وسط ننساه لأنه شفاف. يدفع الميزان الهواء، ويجرّ جزءًا منه معه، ثم يتركه يعود، ويبدأ من جديد. على شاطئ البحر لا يهتم أحد بذلك. أما على قمة إفرست، حيث لا يزن الغلاف الجوي سوى ثلث ما يزنه في برست، فيصبح السؤال مشروعًا: ماذا تفعل الساعة الميكانيكية حقًا في المرتفعات؟

الجواب المتداول في المنتديات وفي بعض الحاسبات على الإنترنت له ميزة البساطة. فهو يعلن تقدمًا بعدد معين من الثواني لكل ألف متر، كأن الساعة تخضع لقاعدة النسبة والتناسب. أما ما تقوله المختبرات فهو أكثر إثارة للاهتمام، وأقل راحة بكثير.

EPFL وAsulab والهواء الذي يحمله الميزان معه

في مختبر ميكانيكا الموائع وعدم الاستقرار في EPFL، أجرى الأستاذ François Gallaire مع Thierry Hessler من Asulab، قسم البحث في مجموعة Swatch Group، مشروعًا بعنوان متواضع على غير العادة: «أثر الهواء المحمول في التردد الطبيعي للميزان الحلزوني». والعنوان وحده يغيّر زاوية المسألة: فالهواء المحيط بالميزان ليس محايدًا. يكتب الباحثان أنه معروف منذ زمن طويل أن انضباط الساعة يتغير بتغير الضغط الجوي. قد تبدو ثانية واحدة في اليوم أمرًا هينًا. لكنها بالنسبة إلى حركة ميكانيكية هامش ضئيل جدًا: ففي كل تذبذبة يجب أن يعيد الميزان الحركة نفسها تقريبًا بدقة تامة. وعلى هذا المستوى، حتى الهواء له حساب. فالميزان يدفعه، ويجرّ كمية صغيرة منه معه، ويواجه مقاومة تتغير بتغير كثافته. هذه الظاهرة، التي لا تُرى على المعصم، سعى باحثو EPFL وAsulab إلى قياسها ونمذجتها، مع ملاحظة تأثير العناصر المحيطة بالميزان داخل الحركة أيضًا. فالميزان لا يهتز في جو مجرد: إنه يهتز في القليل من الهواء المحبوس تحت الزجاج.

يبقى السؤال الذي يطرحه الجميع. في المرتفعات يخفّ الهواء، فيلقى الميزان مقاومة أقل وقد يهتز بسعة مختلفة قليلًا. هواء أقل، إذن تخميد أقل، إذن سعة أكبر: إلى هنا تبدو الفيزياء مطواعة. لكن هذا لا يعني أن الساعة ستتقدم دائمًا. فكل شيء يتوقف على كيفية تفاعل حركتها مع هذا التغير في السعة. يتحدث صانعو الساعات عن التواقت المتساوي: في الحالة المثالية ينبغي أن تستغرق التذبذبة الكبيرة الزمن نفسه الذي تستغرقه الصغيرة. أما في الواقع فلا توجد حركة غير متأثرة تمامًا بهذه التغيرات. ولذلك فلكل عيار سلوكه الخاص.

بحسب ضبطها وزنبركها الحلزوني وجهاز الإفلات فيها، قد يسبب الصعود نفسه تقدمًا طفيفًا في ساعة وتأخرًا في أخرى. ويضاف إلى ذلك البرد ووضعية الساعة على المعصم وحالة التزييت والمغنطة. بعبارة أخرى، لا يستطيع أحد أن يتنبأ بجدية بما ستفعله ساعتك على ارتفاع 4 000 متر انطلاقًا من الارتفاع وحده. هذا أقل إبهارًا من صيغة جاهزة، لكنه أقرب بكثير إلى الواقع.

Riefler وShortt: الدقة عبر الفراغ

لم ينتظر صانعو الساعات EPFL ليتوجسوا من الغلاف الجوي. لقد عالجوا المشكلة ببساطة بالطريقة الحاسمة، أي بسحب الهواء.

في ميونيخ، منذ أواخر ثمانينيات القرن التاسع عشر، وضع Siegmund Riefler ساعاته الفلكية المنظِّمة في علب محكمة الإغلاق تحت ضغط منخفض، مع تعويض بارومتري مدمج. وفي عام 1921 ذهب المهندس البريطاني William Hamilton Shortt أبعد من ذلك. ففي ساعته ذات الرقاص الحر Shortt-Synchronome يتدلى الرقاص الرئيسي داخل حجرة مفرغة من الهواء، ولا يكاد يُلمس: نبضة كهرومغناطيسية مدتها ثلاثة أعشار الثانية كل ثلاثين ثانية، ويبقى الرقاص حرًا في بقية الوقت، أي تسعًا وتسعين بالمئة من عمره. وقد خدم هذا الجهاز مرجعًا للمراصد أكثر من عشرين عامًا، من إدنبرة إلى غرينتش. وفي عام 1984 أخرج US Naval Observatory ساعة Shortt وقارنها بساعة ذرية: ثانية واحدة من الخطأ في عشر سنوات.

إذن فقد قام جزء من السعي إلى الدقة الميكانيكية في القرن العشرين على عزل المذبذب عن الغلاف الجوي بدل التعايش الأفضل معه. فالهواء لا يُعوَّض بل يُفرَّغ. أما ساعة المعصم فلم تحظَ بهذا الترف. فميزانها يهتز في الهواء المحيط، وهذا الهواء يتغير بتغير الطقس بقدر ما يتغير بالارتفاع: فساعة موضوعة على طاولة تتعرض لتغيرات الضغط دون أن تتحرك مترًا واحدًا. بين المرصد المفرغ والقمة الهيمالايية يتغير المقياس، لكن المشكلة تبقى نفسها: الوسط الذي يتذبذب فيه المنظِّم ليس ثابتًا.

كيف دفعت NASA ساعة Omega Speedmaster إلى خارج الهواء

كرونوغراف ميكانيكي واحد فقط بلغ نهاية هذا المنطق، ولم يكن ساعة لتسلق الجبال.

في 1 مارس 1965، أجازت NASA ساعة Omega Speedmaster للرحلات المأهولة. ولتحقيق ذلك كان على الكرونوغراف أن يخضع لسلسلة من الاختبارات القاسية: الرطوبة، والجو الغني بالأكسجين، والصدمات، والاهتزازات، والضجيج، ودرجات الحرارة القصوى، والضغط المنخفض جدًا. جزء من مليون من الضغط الجوي: قمة إفرست بالمقارنة صالون دافئ. ومع ذلك خرجت Speedmaster من هذه الحملة وهي تعمل، وهذا ما أسهم في اعتمادها من NASA. أما كرونوغرافات Rolex وLongines-Wittnauer المنافسة التي خضعت للاختبارات نفسها فلم تجتز جميعها كل الاختبارات. ولا يسع المرء إلا أن يلاحظ المفارقة: الساعة الميكانيكية الوحيدة التي نعرف بدقة كيف تتصرف عندما يختفي الهواء هي كرونوغراف لم يُصمَّم لتسلق الجبال بل لقياس زمن سباقات السيارات.

Favre-Leuba Bivouac، 1962: الساعة الميكانيكية التي كانت تقيس الارتفاع

مع ذلك توجد فئة من الساعات لا تتحمل الضغط، بل تقرؤه.

في عام 1962 قدمت Favre-Leuba ساعة Bivouac، أول ساعة يد ميكانيكية تجمع بين البارومتر والألتيمتر. يقوم المبدأ على علبة لاسائلية، وهي مِنفاخ معدني صغير مختوم يتمدد عندما يخفّ الهواء وينكمش عندما تزداد كثافته. وتنتقل حركته إلى عقرب. وهكذا تتيح Bivouac الأولى القياس حتى 3 000 متر دون بطارية ولا إلكترونيات. فكل شيء يقوم على استجابة هذه العلبة المعدنية الرقيقة ميكانيكيًا لتغيرات الهواء.

وقد خاضت Bivouac تجاربها الأولى حيث ينبغي. حملها Walter Bonatti عام 1964 في الوجه الشمالي لـPointe Whymper في Grandes Jorasses. وأخذتها Junko Tabei معها إلى إفرست عام 1975، وهي السنة التي أصبحت فيها أول امرأة تبلغ قمته. وعندما عادت الدار إلى الساحة عام 2017 بساعة Raider Bivouac 9000، رفعت المقياس إلى 9 000 متر، بما يغطي ارتفاع إفرست البالغ 8 848 مترًا، داخل علبة من التيتانيوم بقطر 48 ملم. وثمة تفصيل يلخص تخصص هذه الساعة: فهي قادرة على قياس الارتفاعات الشاهقة، لكنها لا تقاوم الماء إلا حتى 30 مترًا. لقد صُممت لقراءة الضغط في اتجاه واحد فقط.

إفرست، 29 مايو 1953: مسألة ساعات لم تُحسم قط

تحتفظ إفرست لعشاق الساعات بغموض آخر. ففي 29 مايو 1953، عند الحادية عشرة والنصف، بلغ Tenzing Norgay وEdmund Hillary القمة. نعلم أن Norgay كان يرتدي ساعة Rolex Oyster Perpetual، لأنه أكد ذلك بنفسه. أما بالنسبة إلى Hillary فالمسألة تبقى مفتوحة. فقد سُلّمت إليه قبل الرحلة ساعة Oyster Perpetual صُنعت عام 1950، وهي معروضة اليوم في زيورخ. لكن متسلق الجبال اعترف أيضًا بأنه حمل معه ساعة Smiths De Luxe البريطانية، المحفوظة اليوم في متحف Clockmakers' Company في لندن. فالقطعتان موجودتان، والروايتان قائمتان، ولا تسمح المحفوظات بالجزم بأي منهما كانت في معصمه على القمة.

يمكنكم قراءة مقالنا عن ساعات تسلق الجبال التي غزت الهيمالايا حقًا.

ما يأبى الارتفاع قياسه

نتوقع عن طيب خاطر من صناعة الساعات أن تجيب برقم دقيق. والارتفاع مجال تصبح فيه هذه الدقة مضللة تحديدًا. فما يمكن تأكيده بسيط في النهاية: عندما ينخفض الضغط، يلقى الميزان مقاومة أقل في الهواء وقد يتغير تذبذبه قليلًا. وهذا التغير قد يعدّل انضباط الساعة، لكن اتجاهه ومقداره يتوقفان على الحركة نفسها وعلى ضبطها وعلى الظروف التي تعمل فيها.

ولعل هذا ما يجعل المسألة أكثر إثارة من مجرد عدد من الثواني المفقودة أو المكتسبة لكل ألف متر. فقد تصعد ساعتان معًا إلى القمة نفسها دون أن تتفاعلا بالطريقة نفسها تمامًا. وتُظهر أعمال EPFL إلى أي عمق في ميكانيكا الموائع ينبغي النزول لفهم جزء فقط مما يجري بين الميزان وبضعة سنتيمترات مكعبة من الهواء المحيطة به.

أما معرفة ما إذا كانت ساعتك ستتقدم أم تتأخر عند الممر الجبلي المقبل، فعليك أن تأخذها إلى هناك. فالضبط لا يُخمَّن من الوادي.

الأسئلة الشائعة

كم يمكن أن تنحرف الساعة الميكانيكية في المرتفعات؟

لا توجد قيمة موثوقة منشورة، وهذه نقطة يجدر تذكّرها قبل الوثوق بالمقدِّرات على الإنترنت التي تعد بعدد معين من الثواني لكل ألف متر. فهذه الحاسبات تتجاهل درجة الحرارة ووضعية الساعة والحركة المعنية وحالة صيانتها، وهي أربعة عوامل يتجاوز أثرها غالبًا أثر الضغط وحده. والأعمال الجامعية المتاحة تصف الآلية، لا ثابتًا عالميًا. وتبقى الطريقة السليمة هي قياس انضباط ساعتك على المعصم قبل الإقامة وبعدها، فيعطيك ذلك سلوكها هي بدل متوسط نظري.

هل يمكن أن تتأثر ساعتي بالضغط دون أن أغادر مستوى سطح البحر؟

نعم. فالضغط الجوي لا يتوقف على الارتفاع فقط، بل يتغير أيضًا بتغير الطقس. فمرور منخفض جوي أو مرتفع جوي يغيّر كثافة الهواء حول الميزان بينما لم تتحرك الساعة من الطاولة بجانب السرير. الأثر يبقى ضعيفًا، لكنه يذكّر بأن الساعة الميكانيكية أداة مفتوحة على بيئتها، وليست منظومة مغلقة.

لماذا كانت ساعات المراصد مفرغة من الهواء بينما ساعات المعصم لا تكون كذلك أبدًا؟

لأن ساعة الدقة قطعة أثاث، أما ساعة اليد فشيء يُحمل. فعزل رقاص داخل حجرة مفرغة، كما فعل Riefler ثم Shortt، يقتضي حجمًا وثباتًا وصيانة لا تتفق مع علبة بقطر أربعين ملّيمترًا تُعبَّأ وتتعرض للحركة العنيفة وتُفتح للصيانة. فقد كانت Shortt-Synchronome تجهّز المراصد لا المعاصم. والحل الوسط المعتمد لساعة المعصم هو منذ الأزل التعايش مع الهواء بدل التخلص منه.

هل الساعة المقاومة للماء حتى 200 متر أكثر استعدادًا للجبال العالية؟

ليس بالضرورة، فالأمر لا يتعلق بالقيد نفسه. فعلبة الغوص مصممة لتحمّل ضغط خارجي أعلى من الضغط الداخلي، بينما ينتج الارتفاع العكس تمامًا: يصبح الهواء المحبوس في الساعة أكثر كثافة من هواء الخارج. وساعة Favre-Leuba Raider Bivouac 9000، القادرة على قياس ارتفاع 9 000 متر، لا تقاوم الماء إلا حتى 30 مترًا، وهذا يوضح استقلال الأداءين. وفي الجبل، تهمّ حالة الحشيات وتحمّل الحركة للبرد والحماية من الصدمات أكثر من رقم العمق.

في الجبال كما في المدينة، اكتشفوا مجموعتنا من ساعات فينتاج ميكانيكية، خضعت للصيانة على يد صانع الساعات لدينا، مع ضمان لمدة 12 شهرًا.