Voglio costruire un orologio che ticchetta una volta all’anno. La lancetta del secolo avanza una volta ogni cento anni, e il cucù esce sul millennio. Voglio che il cucù esca ogni millennio per i prossimi 10.000 anni. Se mi sbrigo dovrei finire l’orologio in tempo per vedere il cucù uscire per la prima volta.
– Danny Hillis, “The Millennium Clock”, Wired Scenarios, 1995
I principi fondamentali di progettazione e i requisiti dell’orologio sono:
- Longevità: L’orologio dovrebbe essere accurato anche dopo 10.000 anni, e non deve contenere parti di valore (come gioielli, metalli costosi o leghe speciali) che potrebbero essere saccheggiate.
- Manutenibilità: Le generazioni future dovrebbero essere in grado di mantenere l’orologio funzionante, se necessario, con niente di più avanzato degli strumenti e dei materiali dell’età del bronzo.
- Trasparenza: L’orologio dovrebbe essere comprensibile senza fermarlo o smontarlo; nessuna funzionalità dovrebbe essere opaca.
- Evolvibilità: Dovrebbe essere possibile migliorare l’orologio nel tempo.
- Scalabilità: Per garantire che il grande orologio finale funzioni correttamente, devono essere costruiti e testati prototipi più piccoli.
Se l’orologio riceverà effettivamente cura e manutenzione continua per un tempo così lungo è discutibile. Hillis ha scelto l’obiettivo dei 10.000 anni per essere appena entro i limiti della plausibilità. Ci sono artefatti tecnologici, come frammenti di pentole e cesti, che risalgono a 10.000 anni fa, quindi c’è qualche precedente di artefatti umani che sopravvivono così a lungo, anche se pochissimi artefatti umani sono stati continuamente curati per più di qualche secolo.
Considerazioni sull’alimentazioneModifica
Molte opzioni sono state considerate per la fonte di alimentazione dell’orologio, ma molte sono state scartate a causa della loro incapacità di soddisfare i requisiti. Per esempio, l’energia nucleare e i sistemi di energia solare avrebbero violato i principi di trasparenza e longevità. Alla fine, Hillis ha deciso di richiedere il regolare avvolgimento umano di un design a peso cadente per l’aggiornamento del quadrante dell’orologio perché il design dell’orologio presuppone già una regolare manutenzione umana.
Tuttavia l’orologio è progettato per tenere il tempo anche quando non è avvolto: “Se non c’è attenzione per lunghi periodi di tempo, l’orologio usa l’energia catturata dai cambiamenti di temperatura tra il giorno e la notte sulla cima della montagna per alimentare il suo apparato di misurazione del tempo.”
Considerazioni sulla tempisticaModifica
Il meccanismo di temporizzazione per un orologio di così lunga durata deve essere affidabile e robusto, oltre che accurato. Le opzioni considerate ma rifiutate come fonti di temporizzazione per l’orologio includevano:
Orologi autocontenutiModifica
La maggior parte di questi metodi sono inaccurati (l’orologio perderà lentamente il tempo corretto), ma sono affidabili (cioè, l’orologio non smetterà improvvisamente di funzionare). Altri metodi sono accurati ma opachi (nel senso che l’orologio è difficile da leggere o capire).
- pendolo a gravità (impreciso a lungo termine, e richiede molti ticchettii, che creano usura)
- pendolo a torsione (meno ticchettii, ma meno preciso)
- bilanciere (più impreciso del pendolo)
- flusso d’acqua (impreciso e bagnato)
- flusso di materiale solido (impreciso)
- usura e corrosione (molto impreciso)
- sfere sfere (molto impreciso)
- diffusione (impreciso)
- diapason (impreciso)
- ciclo della camera di pressione (impreciso)
- governatore inerziale (impreciso)
- oscillatore atomico (opaco, difficile da mantenere)
- oscillatore a cristalli piezoelettrici (opaco, difficile da mantenere)
- decadimento atomico (opaco, difficile da misurare con precisione)
Eventi esterni che l’orologio potrebbe seguire o essere regolato daModifica
Molti di questi metodi sono accurati (alcuni cicli esterni sono molto uniformi su enormi tratti di tempo) ma inaffidabili (l’orologio potrebbe smettere di funzionare completamente se non riesce a seguire correttamente l’evento esterno). Altri hanno difficoltà separate.
- ciclo giornaliero della temperatura (inaffidabile)
- ciclo stagionale della temperatura (impreciso)
- forze di marea (difficili da misurare)
- quadro inerziale rotante della Terra (difficile da misurare con precisione)
- allineamento stellare (inaffidabile a causa del tempo)
- allineamento solare (inaffidabile a causa del tempo)
- movimento tettonico (difficile da prevedere e misurare)
- dinamica orbitale (difficile da scalare)
- vandalismo (difficile da prevedere)
- disordine civile (difficile da prevedere)
- guerra civile (difficile prevedere)
- guerra nucleare (difficile da prevedere)
- evento di impatto (difficile da prevedere)
Hillis ha concluso che nessuna singola fonte di tempistica potrebbe soddisfare i requisiti. Come compromesso, l’orologio userà un timer accurato ma inaffidabile per regolare un timer impreciso ma affidabile, creando un anello a blocco di fase.
Nel progetto attuale, un lento oscillatore meccanico, basato su un pendolo torsionale, mantiene il tempo in modo impreciso, ma affidabile. A mezzogiorno, la luce del sole, un timer preciso ma (a causa del tempo) inaffidabile, viene concentrata su un segmento di metallo attraverso una lente. Il metallo si inarca e la forza di inarcamento resetta l’orologio a mezzogiorno. La combinazione può, in linea di principio, fornire sia l’affidabilità che la precisione a lungo termine.
Visualizzazione dell’ora e della dataModifica
Molte delle unità usuali visualizzate sugli orologi, come le ore e le date del calendario, potrebbero avere poco significato dopo 10.000 anni. Tuttavia, ogni cultura umana conta giorni, mesi (in qualche forma) e anni, tutti basati su cicli lunari e solari. Ci sono anche cicli naturali più lunghi, come la precessione dell’asse terrestre di 25.765 anni. D’altra parte, l’orologio è un prodotto del nostro tempo, e sembra appropriato rendere omaggio ai nostri attuali sistemi arbitrari di misurazione del tempo. Alla fine, è sembrato meglio mostrare sia i cicli naturali che alcuni dei cicli culturali attuali.
Il centro dell’orologio mostrerà un campo stellare, indicando sia il giorno siderale che la precessione dello zodiaco. Intorno a questo ci sarà un display che mostra le posizioni del Sole e della Luna nel cielo, così come la fase e l’angolo della Luna. All’esterno di questo ci sarà il quadrante effimero, che mostra l’anno secondo il nostro attuale sistema di calendario gregoriano. Questo sarà un display a cinque cifre, indicando l’anno corrente in un formato come “02000” invece del più usuale “2000” (per evitare un problema di Y10K). Hillis e Brand progettano, se possono, di aggiungere un meccanismo per cui la fonte di energia genera solo abbastanza energia per tenere traccia del tempo; se i visitatori vogliono vedere il tempo visualizzato, dovrebbero fornire manualmente un po’ di energia loro stessi.
Calcoli del tempoModifica
Le opzioni considerate per la parte dell’orologio che converte la fonte del tempo (per esempio, un pendolo) in unità di visualizzazione (per esempio, le lancette dell’orologio) includono l’elettronica, l’idraulica, la fluidica e la meccanica.
Un problema con l’uso di un treno di ingranaggi convenzionale (che è stato il meccanismo standard per l’ultimo millennio) è che gli ingranaggi richiedono necessariamente un rapporto tra la fonte del tempo e il display. La precisione richiesta del rapporto aumenta con la quantità di tempo da misurare. (Per esempio, per un breve periodo di tempo il conteggio di 29,5 giorni per mese lunare può essere sufficiente, ma su 10.000 anni il numero 29,5305882 è una scelta molto più accurata.)
Realizzare rapporti così precisi con gli ingranaggi è possibile, ma scomodo; allo stesso modo, gli ingranaggi degradano nel tempo in precisione ed efficienza a causa degli effetti deleteri dell’attrito. Invece, l’orologio usa la logica digitale binaria, implementata meccanicamente in una sequenza di sommatori binari impilati (o come li chiama il loro inventore, Hillis, bit-adders seriali). In effetti, la logica di conversione è un semplice computer digitale (più specificamente, un analizzatore differenziale digitale), implementato con ruote e leve meccaniche invece della tipica elettronica. Il computer ha 32 bit di precisione, con ogni bit rappresentato da una leva meccanica o un perno che può essere in una delle due posizioni. Questa logica binaria può solo tenere traccia del tempo trascorso, come un cronometro; per convertire dal tempo trascorso al tempo solare locale (cioè l’ora del giorno), una camma sottrae (o aggiunge) al cursore della camma, che gli adders spostano.
Un altro vantaggio del computer digitale rispetto al treno di ingranaggi è che è più evolutivo. Per esempio, il rapporto tra il giorno e gli anni dipende dalla rotazione terrestre, che sta rallentando ad un ritmo notevole ma non molto prevedibile. Questo potrebbe essere sufficiente, per esempio, a spostare la fase della Luna di qualche giorno in 10.000 anni. Lo schema digitale permette che il rapporto di conversione sia regolato, senza fermare l’orologio, se la lunghezza del giorno cambia in modo inaspettato.
LocationEdit
La Fondazione Long Now ha acquistato la cima del Monte Washington vicino a Ely, Nevada, che è circondato dal Great Basin National Park, per lo stoccaggio permanente dell’orologio a grandezza naturale, una volta che sarà costruito. Sarà ospitato in una serie di stanze (i meccanismi più lenti visibili per primi) nelle bianche scogliere calcaree, a circa 10.000 piedi (3.000 m) sulla Snake Range. L’aridità del sito, la lontananza e la mancanza di valore economico dovrebbero proteggere l’orologio dalla corrosione, dal vandalismo e dallo sviluppo. Hillis ha scelto questa zona del Nevada in parte perché è la patria di un certo numero di pini setolosi nani, che la Fondazione nota che hanno quasi 5.000 anni. L’orologio sarà quasi interamente sotterraneo e, una volta completato, sarà accessibile solo a piedi da est.
Prima di costruire l’orologio pubblico in Nevada, la fondazione sta costruendo un orologio in scala reale di disegno simile in una montagna vicino a Van Horn, Texas. La perforazione di prova per la costruzione sotterranea in questo sito è stata iniziata nel 2009. Il sito è su una proprietà del fondatore di Amazon.com Jeff Bezos, che sta anche finanziando la sua costruzione. Le lezioni apprese nella costruzione di questo primo orologio di 10.000 anni in scala reale informeranno il progetto finale dell’orologio in Nevada.