計時工具的歷史

千百年來，人類利用各種裝置來計時和報時。目前正在使用的六十進制時間系統，大約可以追溯至公元前2000年的蘇美爾。古埃及把一天分為二個部份，每一部份再分為12個小時，並使用大型方尖碑追蹤太陽的移動。他們還發明了水鐘（）。 很可能是最初使用水鐘的地方，後來在埃及以外的地方也有人使用水鐘；古希臘人就經常使用叫作clepsydrae的水鐘。約在同一時間，相信商朝已使用洩水型水鐘──漏壺；而漏壺可能早在公元前2000年，從美索不达米亚傳入。其他古代計時器包括有蠟燭鐘──在中国、日本、英格蘭，和伊拉克使用；日晷──在印度和西藏，以及歐洲一些地區廣泛使用；此外，還有沙漏，運作原理和水鐘一樣。

最早期的計時工具日晷依靠太陽的陰影來報時，所以它們在多雲的天氣或夜間，沒有用處；而且如果“晷針”跟地球的軸心不一致，這些計時工具要依季節的變化，而重新校準。

第一個使用擒縱器（escapement）的鐘，於八世紀在中國出現David Landes: “Revolution in Time: Clocks and the Making of the Modern World”, rev. and enlarged edition, Harvard University Press, Cambridge 2000, ISBN 0674002822, p.18f.。11世紀，穆斯林工程師發明以重量驅動（weight-driven）的鐘。14世紀初，歐洲發明機械鐘。直到20世紀，機械鐘都是標準計時裝置。在20世紀，發明了石英振盪器，然後是原子鐘。石英振盪器最初只在實驗室使用，可是由於它容易生產而且準確，所以後來用在手錶上。原子鐘比所有計時裝置都準確，所以可以用於校準其他鐘錶；並且用來計算原子时和协调世界时。

早期的計時工具

許多古老的文明會觀察天體──通常是太陽和月亮，以確定時間、日期和季節Chobotov, p. 1。現今在西方社會通用的六十進制時間系統，可追溯至約四千年前的美索不達米亞和古埃及 Barnett, p. 102Knight & Butler, p. 77；後來，中美洲地區開發類似的系統Aveni, p. 136。

第一個日曆，可能在冰河時代末期，由狩獵收集者創造。他們利用如樹枝和骨頭等工具，記錄月相和季節。 世界各地──特別是在史前時期的歐洲──都有石陣，例如英格蘭的巨石陣。石陣相信是用來預測晝夜平分點（equinoxes）或至點（亦稱二至點；solstices）等的時間。那些巨石文明（Megalith）沒有留下歷史紀錄；因此，現代對他們的日曆或計時方法，所知甚少Richards, p. 55。

公元前3500年至公元前500年
日影鐘是第一個能夠量度小時的裝置Major, p. 9。已知道最古老的日影鐘來自埃及，用綠片岩製造。古埃及約在公元前3500年建造的方尖碑，也是最早的日影鐘之一。

埃及的日影鐘把白天分為十個部分，另外加上4個“微亮小時”── 早上 2個、傍晚 2個。有一種日影鐘由一枝長桿和高架橫桿組成，長竿上有5個不相等的記號，橫桿的陰影會投射到記號之上。橫桿在早上指向東方，在正午會指向西方。方尖碑的運作方式差不多：陰影投射到圍繞它的記號上，埃及人從而可以計算時間。方尖碑可以指出上午或下午、夏至或冬至。

現在己知最古老的水鐘 ，在法老阿蒙霍特普一世（公元前1525年至1504年）的墓中發現，這顯示古埃及最先使用水鐘Philbin, p. 128Cotterell, pp. 59–61。另一方面，相信沙漏也是由古埃及人發明。此外，埃及自公元前600年，開始使用叫作merkhet的鉛垂線在晚間量度時間。這工具的鉛垂線跟勾陳一（北極星）一致，形成南北子午圈。當特定的星宿橫過線時，就能準確報時Whitrow, p.28。

公元前500年至公元前1年
柏拉圖把水鐘（漏壺）引進古希臘之後，水鐘成為古希臘廣泛使用的計時工具。柏拉圖也發明了一種以水鐘為基礎的鬧鐘。希臘人和新巴比倫王國保存計時記錄，作為組成天體觀察的重要部分。漏壺也用在希臘法庭，和後來的羅馬法庭上。

雖然水鐘比日影鐘更好用──水鐘在室內、夜間或天空多雲的日子都可以使用；不過它們並不準確。因此，希臘人尋求方法改善他們的水鐘。到了公元前325年，水鐘的準確度大為改善，雖然仍然及不上日影鐘。這時的鐘有鐘面，其上有時針，令人更容易讀準時間。水鐘較常見的問題是水壓：當容器注滿水時，增加的水壓令水流更迅速。在公元前100年，希臘和羅馬的鐘錶專家，開始解決這個問題；其後的幾個世紀，在這一方面得到持續改善。為了抵消高水壓增加的水流量做成的影響，裝水的容器造成圓錐形狀，上濶下窄。於是雖然水平面下降的距離相等，但當容器水滿的時候，流出的水要比水半滿的時候多。然而，還是有些問題沒有得到解決：如溫度的影響。天氣寒冷的時候，水流比較緩慢，甚至可能凍結。

雖然希臘人和羅馬人大大改進水鐘的技術，他們仍然繼續使用影子鐘錶。據說數學家和天文學家，發明了全球通用的日晷。這個日晷在地球上任何地方都能準確報時，不過現代對它所知甚少。羅馬人在奧古斯都大帝統治期間，建造有史以來最大的日晷──奧古斯都日晷（)。其晷針是從赫利奧波利斯（）而來的方尖碑}。

公元1－1500年

水鐘

李約瑟推測水鐘──漏壺可能從兩河流域傳入中國，時間可能早達公元前二世紀的商代，最遲不會晚於公元前一世紀。由漢代（公元前202）開始，泄水型漏壺逐步被受水型漏壺取代，其特色是浮在受水壺水面上的漏箭，隨水面上升指示時間。

蠟燭鐘

蠟燭鐘在何處及何時首次使用己不可考。不過，最早提到蠟燭鐘的，是一首寫於520年的中國詩。詩中說，燃燒的蠟燭是夜間量度時間的方法。直到10世紀初，日本一直使用類似的蠟燭鐘。

香鐘

遠東地區除了使用水鐘、機械鐘和蠟燭鐘外，也會使用香鐘計時Richards, p. 52。中國大約在六世紀首先使用香鐘。在日本的正仓院，仍保存了一個香鐘，不過在其上的文字不是漢文，而是梵文。由於佛教經常使用梵文，因此愛德華．沙菲爾推測香鐘在佛教儀式中使用，而且是由印度人發明。香鐘跟蠟燭鐘很相似，不過香燒均勻而且無火焰，因此在室內使用時，比蠟燭鐘更準確和更安全。

使用擒縱器的水鐘

第一使用擒纵器的水鐘，由密宗僧人兼數學家一行和政府官梁令瓚建於長安 這個擒縱器水鐘是個天文數儀器。一行的擒縱器鐘仍然是一個水鐘，因此會受溫度變化的影響。在976年，張思訓解決了這個問題。他用汞（水銀）取代水，汞在溫度下降到攝氏零下39度（華氏零下38度）時，仍然是液體。

天文鐘

元祐元年（1086年）蘇頌檢驗太史局的渾儀時，決心要將渾儀、浑象和報時裝置結合。蘇頌拜訪吏部守當官韓公廉，取得張衡、張思訓的“儀器法式大綱”。元祐三年（1088年）開始動工，元祐七年（1092年）「水運儀象台」竣工。

水運儀象台是一個類似於天文臺，高約12米，寬7米，上下分三層；上層是渾天儀（天體測量之用），中層是渾象儀（天體運行演示），下層是司辰（自動報時器），全程用水力推動，可精確報時，李約瑟指這是歐洲天文钟的直接祖先。蘇頌於紹聖初年著《新儀像法要》一書，詳述水運儀象台的整體功能、零件150多種，60多幅插圖。

水運儀象台原件在靖康之禍（1127年）時，金兵將水運儀象台掠往燕京（北京）置於司天台，在金朝貞祐二年（1214年）因不便運輸被丟棄，而南宋時蘇携保存的手稿因無人理解其中方法而無人能仿造。

近代計時工具

機械鐘
機械鐘由僧人一行和官員梁令瓚發明。至元明之時，計時器擺脫了天文儀器的結構形式，得到了突破性的新發展。元初郭守敬、明初詹希元創製了「大明燈漏」與「五輪沙漏」，採用機械結構，並增添盤、針來指示時間，其機械的先進性便明顯地顯示出來，時間性益見準確。

到14世紀，西方國家廣泛使用機械鐘。在十六世紀，奧斯曼帝國的科學家達茲·艾-丁（）發明機械鬧鐘。

擺鐘
1583年，意大利人伽利略建立了著名的等時性理論，也就是鐘擺的理論基礎。1656年，荷蘭的科學家克里斯蒂安·惠更斯應用伽利略的理論，設計了鐘擺。第二年，在他的指導下，年輕鐘匠哥士達（）成功製造第一個擺鐘。1675年，他又用遊絲取代了原始的鐘擺，這樣就形成了以發條為動力、以遊絲為調速機構，但擺鐘外形較大，不方便攜帶

袋錶

18世紀期間發明了各種各樣的擒縱結構，為袋錶（或稱懷錶）的發展奠定了基礎。英國人喬治·葛咸（）在1726年完善工字輪擒縱結構；它和之前發明的垂直放置的機軸擒縱結構不同，所以使得袋錶機芯相對變薄。另外，1757年左右，英國人湯馬士·穆治（）發明了叉式擒縱結構，進一步提高了袋錶計時的精確度。這期間一直到19世紀，產生了大批鐘錶生產廠家，為袋錶的發展做出了貢獻。

手錶

1904年，飛行員阿爾拔圖·桑托斯-杜蒙特要求他的朋友，法國製錶匠路易士·卡地亞（），設計一個他可以在飛行時使用的錶。其實在1868年，-{zh-hans:百达翡丽; zh-hk:柏德菲臘; zh-tw:百達翡麗;}-已經發明了手表，不過當時這種女士的手鐲錶，只當作首飾。卡地亞創造了桑托斯（）手錶，第一隻為男士設計而且實用的手錶。

石英振盪器
1921年，（）製造第一個石英晶体谐振器。沃倫·馬利遜（）和JW．霍頓（）於1927年，在加拿大的贝尔实验室製造首個石英钟Marrison, vol. 27 pp. 510–588。之後幾十年，因為由真空管組成的石英鐘笨重，它只能設置於實驗室中。

1967年瑞士人發表第一款石英錶，1969年，精工製作了世界上第一個商業化生產的石英手錶──（）。它的準確性和低生產成本，石英鐘錶受歡迎。

原子鐘

原子鐘比所有計時裝置都準確，數萬年才會誤差幾秒鐘，所以可以用於校準其他鐘錶。第一個原子鐘於1949年發明，現陳列於史密森尼学会。美國國家標準局（又稱國家標準技術研究所）的銫原子鐘，每年的誤差只有300億分之一秒。

註釋

參考




















廷伸閱讀




 Breasted, James H., "The Beginnings of Time Measurement and the Origins of Our Calendar", in Time and its Mysteries, a series of lectures presented by the James Arthur Foundation, New York University, New York: New York University Press, 1936, pp. 59–96.














 Lombardi, Michael A., NIST Time and Frequency Services, NIST Special Publication 432*, revised 2002.

 Merriam, John C., "Time and Change in History", Time and Its Mysteries, (see Breasted above), pp. 23–38.
 Millikan, Robert A., "Time", Time and Its Mysteries, (see Breasted above) pp. 3–22.




 Seidelmann, P. Kenneth, ed., Explanatory Supplement to the Astronomical Almanac, Sausalito, Calif.: University Science Books, 1992.

 Snyder, Wilbert F. and Charles A. Bragaw, "In the Domains of Time and Frequency" (Chapter 8), Achievement in Radio, NIST Special Publication 555*, 1986.

 Thompson, David, The History of Watches, New York: Abbeville Press, 2008.


相關條目
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 浑天仪
 水運儀象台

外部連結
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 A history of the watch
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