人们的计时工具发生了什么变化

人们的计时工具发生了什么变化
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人们的计时工具发生了什么变化
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　　千百年来,人类利用各种装置来计时和报时.目前正在使用的六十进制时间系统,追溯至公元前大约2000年的苏美尔.古埃及把一天分为二个部份,每一部份再分为12个小时,并使用大型方尖碑追踪太阳的移动.他们还发明了水钟（water clocks）. Precinct of Amun-Re 很可能是最初使用水钟的地方,后来在埃及以外的地方也有人使用水钟；古希腊人就经常使用叫作clepsydrae的水钟.约在同一时间,相信商朝已使用泄水型水钟──漏壶；而漏壶可能早在公元前2000年,从美索不达米亚传入.其他古代计时器包括有蜡烛钟──在中国、日本 、英格兰,和伊拉克使用; 日晷──在印度和,以及欧洲一些地区广泛使用；此外,还有沙漏,运作原理和水钟一样.
　　最早期的计时工具依靠太阳的阴影来报时,所以它们在多云的天气或夜间,没有用处；而且如果“晷针”跟地球的轴心不一致,这些计时工具要依季节的变化,而重新校准.
　　第一个使用擒纵器（escapement）的钟,于八世纪在中国出现.11世纪,穆斯林工程师发明以重量驱动（weight-driven）的钟.14世纪初,欧洲发明机械钟.直到20世纪,机械钟都是标准计时装置.在20世纪,发明了石英振荡器,然后是原子钟.石英振荡器最初只在实验室使用,可是由于它容易生产而且准确,所以后来用在手表上.原子钟比所有计时装置都准确,所以可以用于校准其他钟表；并且用来计算原子时和协调世界时.
　　早期的计时工具
　　许多古老的文明会观察天体──通常是太阳和月亮,以确定时间、日期和季节.现今在西方社会通用的六十进制时间系统,可追溯至约四千年前的美索不达米亚和古埃及 ；后来,中美洲地区开发类似的系统.
　　第一个日历,可能在冰河时代末期,由狩猎收集者（hunter-gatherers）创造.他们利用如树枝和骨头等工具,记录月相和季节. 世界各地──特别是在史前时期的欧洲──都有石阵,例如英格兰的巨石阵．石阵相信是用来预测昼夜平分点（equinoxes）或至点（亦称二至点；solstices）等的时间.那些巨石文明（Megalith）没有留下历史纪录；因此,现代对他们的日历或计时方法,所知甚少.
　　公元前3500年至公元前500年
　　日影钟是第一个能够量度小时的装置[9].已知道最古老的日影钟来自埃及,用绿片岩制造.古埃及约在公元前3500年建造的方尖碑,也是最早的日影钟之一.
　　埃及的日影钟把白天分为十个部分,另外加上4个“微亮小时”── 早上 2个、傍晚 2个.有一种日影钟由一枝长杆和高架横杆组成,长竿上有5个不相等的记号,横杆的阴影会投射到记号之上.横杆在早上指向东方,在正午会指向西方.方尖碑的运作方式差不多：阴影投射到围绕它的记号上,埃及人从而可以计算时间.方尖碑可以指出上午或下午、夏至或冬至.
　　现在己知最古老的水钟 ,在法老阿蒙霍一世（Amenhotep I）（公元前1525年至1504年）的墓中发现,这显示古埃及最先使用水钟.另一方面,相信沙漏也是由古埃及人发明.此外,埃及自公元前600年,开始使用叫作merkhet的铅垂线在晚间量度时间.这工具的铅垂线跟勾陈一（北极星）一致,形成南北子午圈.当特定的星宿横过线时,就能准确报时.
　　公元前500年至公元前1年
　　柏拉图把水钟（漏壶）引进古希腊之后,水钟成为古希腊广泛使用的计时工具.柏拉图也发明了一种以水钟为基础的闹钟.希腊人和新巴比伦王国保存计时记录,作为组成天体观察的重要部分.漏壶也用在希腊法庭,和后来的罗马法庭上.
　　虽然水钟比日影钟更好用──水钟在室内、夜间或天空多云的日子都可以使用；不过它他们不准确.因此,希腊人寻求方法改善他们的水钟[18].到了公元前325年,水钟的准确度大为改善,虽然仍然及不上日影钟.这时的钟有钟面,其上有时针,令人更容易读准时间.水钟较常见的问题是水压：当容器注满水时,增加的水压令水流更迅速.在公元前100年,希腊和罗马的钟表专家,开始解决这个问题；其后的几个世纪,在这一方面得到持续改善.为了抵消高水压增加的水流量做成的影响,装水的容器造成圆锥形状,上阔下窄.于是虽然水平面下降的距离相等,但当容器水满的时候,流出的水要比水半满的时候多.然而,还是有些问题没有得到解决：如温度的影响.天气寒冷的时候,水流比较缓慢,甚至可能冻结.
　　虽然希腊人和罗马人大大改进水钟的技术,他们仍然继续使用影子钟表.据说数学家和天文学家比提尼亚的狄奥多（en:Theodosius of Bithynia）,发明了全球通用的日晷.这个日晷在地球上任何地方都能准确报时,不过现代对它所知甚少.罗马人在奥古斯都大帝统治期间,建造有史以来最大的日晷──奥古斯都日晷（en:Solarium Augusti).其晷针是从赫利奥波利斯（en:Heliopolis）而来的方尖碑.
　　公元1－1500年
　　水钟
　　李约瑟推测水钟──漏壶可能从美索不达米亚传入中国,时间可能早达公元前二世纪的商代,最迟不会晚于公元前一世纪.由汉代（公元前202）开始,泄水型漏壶逐步被受水型漏壶取代,其特色是浮在受水壶水面上的漏箭,随水面上升指示时间.
　　蜡烛钟
　　蜡烛钟在何处及何时首次使用己不可考.不过,最早提到蜡烛钟的,是一首写于520年的中国诗.诗中说,燃烧的蜡烛是夜间量度时间的方法.直到10世纪初,日本一直使用类似的蜡烛钟.
　　香钟
　　远东地区除了使用水钟、机械钟和蜡烛钟外,也会使用香钟计时.中国大约在六世纪首先使用香钟.在日本的正仓院,仍保存了一个香钟,不过在其上的文字不是中文,而是梵文.由于佛教经常使用梵文,因此爱德华．沙菲尔推测香钟在佛教仪式中使用,而且是由印度人发明.香钟跟蜡烛钟很相似,不过香烧均匀而且无火焰,因此在室内使用时,比蜡烛钟更准确和更安全.
　　使用擒纵器的水钟
　　第一使用擒纵器的水钟,由密宗僧人兼数学家一行和政府官梁令瓒建于长安. 这个擒纵器水钟是个天文数仪器.一行的擒纵器钟仍然是一个水钟,因此会受温度变化的影响.在976年,张思训解决了这个问题.他用汞（水银）取代水,汞在温度下降到摄氏零下39度时,仍然是液体.
　　天文钟
　　水运仪象台
　　元祐元年（1086年）苏颂检验太史局的浑仪时,决心要将浑仪、浑象和报时装置结合.苏颂拜访吏部守当官韩公廉,取得张衡、张思训的“仪器法式大纲”.元祐三年（1088年）开始动工,元祐七年（1092年）“水运仪象台”竣工.
　　水运仪象台是一个类似于天文台,高约12米,宽7米,上下分三层；上层是浑天仪（天体测量之用）,中层是浑象仪（天体运行演示）,下层是司辰（自动报时器）,全程用水力推动,可精确报时,李约瑟指这是欧洲天文钟的直接祖先.苏颂于绍圣初年著《新仪像法要》一书,详述水运仪象台的整体功能、零件150多种,60多幅插图.
　　水运仪象台原件在靖康之祸（1127年）时,金兵将水运仪象台掠往燕京（北京）置于司天台,在金朝贞祐二年（1214年）因不便运输被丢弃,而南宋时苏携保存的手稿因无人理解其中方法而无人能仿造.
　　近代计时工具
　　机械钟
　　机械钟由僧人一行和官员梁令瓒发明.至元明之时,计时器摆脱了天文仪器的结构形式,得到了突破性的新发展.元初郭守敬、明初詹希元创制了“大明灯漏”与“五轮沙漏”,采用机械结构,并增添盘、针来指示时间,其机械的先进性便明显地显示出来,时间性电益见准确.
　　到14世纪,西方国家广泛使用机械钟.在十六世纪,奥斯曼帝国的科学家达兹．艾-丁（en:Taqi al-Din）发明机械闹钟.
　　摆钟
　　1583年,意大利人伽利略建立了著名的等时性理论,也就是钟摆的理论基础.1656 年,荷兰的科学家克里斯蒂安．惠更斯（en: Christiaan Huygens）应用伽利略的理论,设计了钟摆.第二年,在他的指导下,年轻钟匠哥士达（S.Coster）成功制造第一个摆钟.1675年,他又用游丝取代了原始的钟摆,这样就形成了以发条为动力、以游丝为调速机构的小型钟,同时也为制造便于携带的袋表提供了条件.
　　袋表
　　18世纪期间发明了各种各样的擒纵结构,为袋表（或称怀表）的发展奠定了基础.英国人乔治．葛咸（George Graham）在1726年完善工字轮擒纵结构；它和之前发明的垂直放置的机轴擒纵结构不同,所以使得袋表机芯相对变薄.另外,1757年左右,英国人汤马士．穆治（Thomas Mudge）发明了叉式擒纵结构,进一步提高了袋表计时的精确度.这期间一直到19世纪,产生了大批钟表生产厂家,为袋表的发展做出了贡献.
　　手表
　　1904年,飞行员阿尔拔图．桑托斯-杜蒙特（Alberto Santos-Dumont）要求他的朋友,法国制表匠路易士．卡地亚（Louis Cartier）,设计一个他可以在飞行时使用的表.其实在1868年,柏德菲腊已经发明了手表,不过当时这种女士的手镯表,只当作首饰.路易士．卡地亚创造了桑托斯（Santos）手表,第一只为男士设计而且实用的手表.
　　石英振荡器
　　1921年,华持．加迪（en: Walter G. Cady）制造第一个石英晶体振荡器.沃伦．马利逊（Warren Marrison J. W. Horton）和JW．霍顿（J. W. Horton）于1927年,在加拿大的贝尔实验室制造首个石英钟.之后几十年,因为由真空管组成的石英钟笨重,它只能设置于实验室中.
　　1969年,精工制作了世界上第一个石英手表──雅士图（ Astron）.它的准确性和低生产成本,令石英钟表大受欢迎.
　　原子钟
　　原子钟比所有计时装置都准确,数万年才会误差几秒钟,所以可以用于校准其他钟表.第一个原子钟于1949年发明,现陈列于史密森尼学会.美国国家标准局（又称国家标准与技术研究所 en: National Institute of Standards and Technology） 的铯原子钟,每年的误差只有300亿分之一秒.
　　参考资料
　　The Measurement of Time: Time, Frequency, and the Atomic Clock
　　Cambridge University Press,2001
　　本人建了 以史为镜 这一历史知道团,希望您以后能多多支持我团,有历史方面的疑问可以来咨
　　询（我团虽新建,高人却不少）
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