計時器的演變

遠古的人類通過對日月星辰和一年四季變化的觀察，逐漸產生了時間的概念。對時間概念的認識和探究伴隨了整個人類的發展歷史。時間同長度～樣，也是客觀存在的一種量，然而時間是看不見、摸不著的。隨著人類社會科技水平的提高，人們所掌握的計時方法也在不斷改進。

光影計時

就時間的很多屬性而言，人類最先掌握的就是計算時間的方法。既然時間是一種持續、有序的運動過程，那么，我們就可以用測量物體的運動變化過程來代表測量時間的標準。而這樣的標準運動過程，要求盡量均勻和持續不斷。例如均勻滴下的水滴、緩慢燃燒的香、原子的振蕩等等，都可以用計量時間的標準運動。

測量物體日影在一天當中的變化，是最早為人們所掌握的計時方法。作為地球自轉的反映，太陽日復一日的東升西落，由此產生了地球上物體的影子的移動。早期人類通過觀察這個自然現象產生了時間觀念，并逐漸學會了計算時間。物體目影的變化移動過程在這里被人們用作計量時間的標準運動。簡單的說，即通過觀察物體影子長短或者移動過程來計算時間，這就是光影計時原理。這一原理相對簡單，計量工具也不復雜，所以最先被人類掌握。

根據這一原理設計出的計時工具一般通稱為太陽鐘，具體包括圭表和日晷等計時工具。 圭表由“圭”和“表”兩個部件組成，直立于平地上測日影的標桿和石柱，叫做“表”：正南正北方向平放的測定表影長度的刻板，叫做“圭”。通過“表”在“圭”上投影的長短來確定時間。在成書于周代的古代典籍《周禮》中就有關于使用土圭的記載，可見圭表的歷史相當久遠。我國現存最早的圭表實物是1965年在江蘇儀征一座東漢中葉墓葬中出土的一件袖珍銅制圭表，它由19.2厘米的表和34.39厘米長的圭構成，圭表之間有樞軸相連，可將表平放于匣內，圭表合裝一體，啟合自如，攜帶方便。

日晷也是通過觀測日影計時的儀器，通常由銅制的指針和石制的圓盤組成。銅制的指針叫“晷針”，垂直地穿過圓盤中心，起著圭表中立竿的作用，因此，晷針又叫“表”。石制的圓盤叫做“晷面”，安放在石臺上，呈南高北低，使晷面平行于赤道面，這樣，晷針的上端正好指向北天極，下端正好指向南天極。在晷面的正反兩面刻劃出12個大格，每個大格代表兩個小時。當太陽光照在日晷上時，晷針的影子就會投向晷面，太陽由東向西移動，投向晷面的晷針影子也慢慢地由西向東移動。于是，移動著的晷針影子好像是現代鐘表的指針，晷面則是鐘表的表面，以此來顯示時間。

我國歷史典籍中關于日晷的記載最早出現在《漢書》當中。從出土文物來看，我國現存最早的日晷是1897年在內蒙古呼和浩特出土的“玉盤日晷”。此晷呈正方形，邊長27.4厘米，厚度3.5厘米，晷面上刻有輻射條紋和1至69的數字，按順時針方向排列，數字以小隸書寫。

圭表與日晷的主要區別在于：圭表根據日影的長短判別方向測定季節、全年日數和冬至、夏至的日子，推算歷法等；日晷主要是根據日影的位置來指定當日的時辰或刻數，是我國古代較為普遍使用的計時儀器。

漏刻計時

圭表、目晷等太陽鐘操作簡易，原理也不復雜，但是其最大弱點就是在陰雨天氣或者沒有太陽的黑夜是無法使用的，于是人們開始尋找其他的計時方法。計時水鐘應運而生，這就是漏刻。據梁代《漏刻經》記載：“漏刻之作，蓋肇于軒轅之日，宣乎夏商之代。”這說明，早在公元前三、四千年的父系氏族公社時期，我們的祖先就用漏刻這種滴水的器具來計時了。

漏刻的發明是古人受到容器漏水現象啟發的結果。在新石器時代的早期，我國先民已能制作陶器。陶器在使用時難免會有破損裂縫，某些盛水的陶器可能因破損而漏水，而水的流失與時間的流逝有著一定的對應關系。在長期的社會生活中，這種現象多次地出現，使古人逐漸認識到二者之間的對應關系。久而久之，古人就產生用這種方法計量時間的概念。

漏，是指漏壺：刻，是指刻箭；箭，則是標有時間刻度的標尺。漏刻是以壺盛水，利用水均衡滴漏原理，觀測壺中刻箭上顯示的數據來計算時間。作為計時器，漏刻的使用比日晷更為普遍。在機械鐘表傳入中國之前，漏刻也是我國使用最普遍的一種計時器。簡單的說，漏刻計時的原理是通過水慢慢地從小孔漏出，利用容器內水面的升降來計算時間。

最早的漏刻是簡單的單只泄水型漏壺。它就是一只壺，在靠近底部的一側有一個出水孔。將刻箭置于壺中，隨著水面的下降，刻箭緩緩下沉從而顯示時間的變化。因此這種漏刻也稱為“沉箭漏”，最初是陶制的，以后逐漸用銅制作。目前我國尚未發現秦朝以前的漏刻實物，但從文獻來看，先秦時期漏刻已廣泛使用。先秦漏刻大都與軍事活動有關，軍事調度需要有統一的時間，這無疑會促進漏刻的發展。用于軍事上的漏刻必須便于攜帶，故其尺寸不會很大。最常用的漏刻就是“一刻之漏”，即每漏完一壺水的時間為一刻(古刻，一晝夜為100刻，一古刻合今14.4分鐘。現代的一刻等于15分鐘，一晝夜為96刻)。如果要計量較長的時間，可以再灌滿漏壺，重復下去。

沉箭漏受環境溫濕度、大氣壓力的因素影響較大，是漏刻發展的初級階段。之后，漏刻發展史上的里程碑——“浮箭漏”出現了。浮箭漏是由兩只漏壺組成，～只是播水壺(亦稱供水壺或泄水壺)，另一只是受水壺。受水壺內裝有指示時刻的箭尺，故通常稱為“箭壺”。箭壺承接由播水壺流下的水，隨著壺內水位的上升，安在箭舟上的箭尺隨之上浮，所以稱作浮箭漏。由于箭尺不直接放在播水壺中，故可以采取措施來保持播水壺內水位的穩定，從而保證流量的穩定，提高計時精度。此后沿著穩定水位、提高精度這一思路，又逐漸發展出了使用數只補給水壺的“多級漏壺”。所謂多級漏壺就是用兩個以上漏壺，自上而下放置，使最上面一個壺中的水流入第二壺，再由第二壺流入第三壺，以此類推，逐一補給直至最后一壺(泄水壺)流入箭壺。箭壺中的水連同浮舟慢慢升起。由于得到上面幾級漏壺的補給，最后一級壺中的水位可大體保持穩定不變，從而大大提高了計時精度。從這以后，經過歷代的研究、改良，浮箭漏成為我國古代漏刻的主流。

機械鐘

機械鐘表的發明、應用是一個較為漫長的過程，它伴隨著人類社會科技水平的發展以及人們對自然界認知水平的提高。簡單說來機械鐘表就是利用帶簧(發條)恢復變形所放出的能量或利用重物下降的重力作能源，以機械振動系統為時間基準，實現計量時間和時段的機械機構。

近代歐洲，隨著經典物理學的發展，人們發現了物體的機械振動具有固定的周期。通過測量和計算物體機械振動的固有周期來計量時間，這就是機械鐘表計時原理。伽利略發現單擺的等時性以后，建議研制利用單擺作為核心守時裝置的計時器，這一提議在惠更斯手中得到實現。這樣以重錘提供動力，以單擺為守時基準的惠更斯擺鐘在1656年誕生了。這也是人類歷史上第一架擺鐘。此后隨著科技的進步特別是制造業水平的提高，機械鐘的動力裝置、傳動系統和守時機構不斷被優化革新。1918年，瑞士一位名叫扎納·沙奴的鐘表匠，經過精心設計，制造出一種體積較小的機械表，并在表的兩邊設計有針孔，用來裝皮制或金屬表帶，以便把表固定在手腕上——手表誕生了。手表是人類所發明的最小、最堅固、最精密的機械之一。

機械鐘進入中國最早是在公元1601年。意大利傳教士利馬竇把自鳴鐘(機械鐘)作為貢品獻給明朝萬歷皇帝，揭開了中國人使用機械時鐘的序幕。清康熙年間，中國成為世界上最大的鐘表進口國，來自西洋的琺瑯鐘、玩具鐘及各式打簧表大量涌入中國。康熙皇帝本人也對西洋鐘產生了濃厚興趣，為此還專門下諭旨，令皇家內務部制造局成立鐘表處，中國第一次建立了造鐘局，開始自己生產機械時針。19世紀末期，我國造鐘工藝達到了一個嶄新的水平。1875年由上海“美利華”作坊制造的南京鐘為屏風式樣，鐘面鍍金，鐫刻花紋，以造型古樸典雅、民族風格鮮明和報時清脆、走時準確而聞名于海內外，曾于1903年在巴拿馬國際博覽會上獲特別獎。

新中國成立后，1955年初在天津，這個中國著名的港口城市，原天津華北鐘廠組成了一個嘗試自己制造手表的小組。1955年3月24日下午5時45分，經過3個多月夜以繼日的研制，成功制造裝配出2只15鉆成品手表，在手表140多個零件中，除游絲、發條、鉆石等配件外，大部分零件都是廠里的師傅用靈巧智慧的雙手一個個加工出來的。從那一刻起，結束了中國人只能修表、不能制表的歷史，中國造手表的嘀嗒聲由此聲聲不息。

計時工具的演變，是人類社會科技水平發展的一個縮影。時至今日，人們已經可以通過測量原子的周期來計時。但是任何先進的計時工具都只是記錄時間的流逝，所以年輕的朋友們時不我待，讓我們珍惜時間，珍惜我們度過的每一天。(文章代碼：101225)

[責任編輯]王凱