鐘表的前世今生

時間是目前測量精度最高的一個基本單位，每個時代的計(jì)時儀器都代表著當(dāng)時最高的科技水平。今天，小編和你一起坐上時光機(jī)穿越歷史，看鐘表的前世今生！

遠(yuǎn)古時期，人們對計(jì)時精度要求不高，日出而作，日落而息，太陽的位置是他們判斷時間的唯一依據(jù)。

但隨著社會的發(fā)展，人們對標(biāo)準(zhǔn)時間的需求逐漸顯現(xiàn)。充滿智慧的古人依據(jù)“不同的時刻太陽所處的位置不同，物體投射在地面的影子方向和長短也不同”這一原理，發(fā)明了初具現(xiàn)代鐘表雛形的日晷。

利用日晷人們不僅可以判斷時間，還可以判斷月份和節(jié)氣。不過日晷只能在看得見太陽的時候使用。

火鐘和流體鐘只能測量時間間隔，但人們可以通過天文測時的方法確定計(jì)時的起點(diǎn)，結(jié)合火鐘和流體鐘的測量結(jié)果則可以得知當(dāng)時的具體時間。

火鐘

忽略風(fēng)速等環(huán)境影響，同一種燃料燃燒的速度是均勻的，古人根據(jù)這一原理發(fā)明了火鐘。

古時官方使用的火鐘通常為“定時蠟”：在蠟燭上刻上均勻的刻度，根據(jù)蠟燭的燃燒情況就可以測定時間的長短。

還有一種很有趣的古代鬧鐘——龍盤香鐘。在一個類似龍舟的物品上點(diǎn)一炷香，香上懸掛幾根系鈴鐺的細(xì)線，當(dāng)香燃燒到細(xì)線的位置時會把線燒斷，鈴鐺掉在龍舟下方放置的銅盤上，從而發(fā)出清脆的響聲，告訴大家時間。挪動細(xì)線的位置可改變“叫醒”人們的時間，這大概是人類歷史上最簡單的鬧鐘了。

流體鐘

我國古代主要使用的流體鐘是漏刻。漏刻由漏和刻組成，漏是指在盛水的壺上留一個小孔，水會一滴一滴地從壺中流出。刻是指浮在水面上的刻度尺，隨著水面的下降，刻度尺逐漸下降，可以指示時間。最常使用的漏刻是“一刻之漏”，我國古代很早就將一晝夜分為一百刻，其中一刻就是指滴完一壺水的時間。

漏刻運(yùn)用最多的場合是古代軍事活動，但如果作戰(zhàn)時處于天寒地凍的環(huán)境，水易結(jié)冰，漏刻就無法使用，沙漏便應(yīng)運(yùn)而生。

沙漏的制造原理與漏刻類似，它是根據(jù)流沙從一個容器漏到另一個容器的周期現(xiàn)象來計(jì)量時間。擺脫了水壓的限制，沙漏比漏刻要精確很多。最著名的沙漏當(dāng)屬元朝詹希元發(fā)明的五輪沙漏——在漏斗中裝滿沙子，沙子流出推動輪子旋轉(zhuǎn)，最后一個輪子上有指針，可以指示時辰。這種沙漏已經(jīng)成為一種機(jī)械性的時鐘結(jié)構(gòu)。

早在北宋時期，蘇頌發(fā)明的水運(yùn)儀象臺中就用到了機(jī)械鐘的核心——擒縱機(jī)構(gòu)。然而，這在當(dāng)時并沒有引起朝廷的重視，發(fā)明者蘇頌也沒有傳下詳細(xì)資料，讓人扼腕嘆息。

歐洲的機(jī)械鐘誕生于13世紀(jì)，比我國的水運(yùn)儀象臺晚了整整三個世紀(jì)，依據(jù)的是“單擺的等時性（單擺擺動的擺角小于5度時，擺長固定，則其擺動周期一定）”原理。

電子表

20世紀(jì)，人們發(fā)現(xiàn)了電磁振蕩現(xiàn)象，并以此為基礎(chǔ)發(fā)明了電子表。

第一代電子表利用磁場推動機(jī)械鐘走時，電池給振蕩器提供能量使其發(fā)生并維持振蕩，振蕩器磁場的周期性變化作用于擺輪上的永久磁鐵，推動擺輪來回?cái)[動，帶動指針轉(zhuǎn)動，以此指示時間。這種表每天的誤差約為15s。

第二代電子表增加了音叉進(jìn)行穩(wěn)頻，使整個振蕩系統(tǒng)的振蕩頻率取決于音叉的振蕩頻率，將誤差降為每天在5s以內(nèi)。

第三代電子表使用石英晶體進(jìn)行穩(wěn)頻，產(chǎn)生非常穩(wěn)定的32 768Hz頻率信號，通過集成電路變換成每秒振蕩一次的信號，進(jìn)一步提高了計(jì)時精度。

第四代電子表的機(jī)械結(jié)構(gòu)已經(jīng)減少到最小程度，用集成電路代替齒輪，用發(fā)光二極管或其他顯示元件代替指針，每天的誤差不到0.1s。

電波鐘

電波鐘被稱為新一代智能鐘表，其工作原理是：在石英鐘表內(nèi)部放置一臺接收機(jī)接收地面發(fā)射站以長波發(fā)送的標(biāo)準(zhǔn)時間信號，并進(jìn)行自動校準(zhǔn)，其精度可以達(dá)到亞毫秒量級。

原子鐘

原子鐘應(yīng)該算是目前計(jì)時精度最高的測量儀器了，它利用原子的振蕩頻率計(jì)時。各個國家標(biāo)準(zhǔn)時間的維持依靠的就是原子鐘組，常用的原子鐘有氫鐘、銫鐘、鍶光鐘等。原子鐘的精度很高，每2000萬年可能才慢一秒。頻率穩(wěn)定度最高的是鍶光鐘。

脈沖星計(jì)時

脈沖星計(jì)時是近兩年比較熱門的研究話題。脈沖星誕生于超新星爆炸，是處于快速自轉(zhuǎn)狀態(tài)的中子星。現(xiàn)在己知約2600顆脈沖星，幾乎全部位于銀河系，它們像燈塔一樣，發(fā)射出的光束周期性地掃過地球，而且周期相當(dāng)穩(wěn)定。利用脈沖星的這一特性可以建立高精度的時空參考架，有可能會比原子鐘的穩(wěn)定性還要好！（據(jù)科學(xué)大院、新浪網(wǎng)）