人类计时系统的进化史(人类计时器的发展史)

通过观察古代太阳、月亮、星星和季节的变化，时间概念逐渐形成。对时间概念的理解和探索，伴随着整个人类历史的发展。同样长度的时间也是客观量，但时间是无形的。随着人类社会科学技术的进步，人们的计时方法也在不断改进。

光影计时

就时间的许多性质而言，人类首先掌握的是计算时间的方法。由于时间是一个连续有序的运动过程，我们可以用测量物体运动的过程来表示测量时间的标准。这样一个标准的运动过程需要尽可能统一和连续。例如，测量时间的标准运动可以用来测量水滴、缓慢燃烧的香、原子振荡等。

测量物体阴影在一天内的变化是人们最早掌握的计时方法。太阳作为地球自转的反射，日复一日地在东西方升起和落下，产生地球上物体的阴影运动。在人类早期，时间的概念是通过观察这一自然现象而产生的，并逐渐学会了计算时间。用物体眼影的变化和运动过程作为测量时间的标准运动。简而言之，我们可以通过观察阴影的长度或运动来计算时间。这就是光影计时的原理。这个原理比较简单，量具也不复杂，所以是人类首先掌握的。

根据这一原理设计出的计时工具一般通称为太阳钟，具体包括圭表和日晷等计时工具。 圭表由“圭”和“表”两个部件组成，直立于平地上测日影的标杆和石柱，叫做“表”：正南正北方向平放的测定表影长度的刻板，叫做“圭”。通过“表”在“圭”上投影的长短来确定时间。

在成书于周代的古代典籍《周礼》中就有关于使用土圭的记载，可见圭表的历史相当久远。我国现存最早的圭表实物是1965年在江苏仪征一座东汉中叶墓葬中出土的一件袖珍铜制圭表，它由19.2厘米的表和34.39厘米长的圭构成，圭表之间有枢轴相连，可将表平放于匣内，圭表合装一体，启合自如，携带方便。

日晷也是通过观测日影计时的仪器，通常由铜制的指针和石制的圆盘组成。铜制的指针叫“晷针”，垂直地穿过圆盘中心，起着圭表中立竿的作用，因此，晷针又叫“表”。石制的圆盘叫做“晷面”，安放在石台上，呈南高北低，使晷面平行于赤道面，这样，晷针的上端正好指向北天极，下端正好指向南天极。在晷面的正反两面刻画出12个大格，每个大格代表两个小时。当太阳光照在日晷上时，晷针的影子就会投向晷面，太阳由东向西移动，投向晷面的晷针影子也慢慢地由西向东移动。于是，移动着的晷针影子好像是现代钟表的指针，晷面则是钟表的表面，以此来显示时间。

我国历史典籍中关于日晷的记载最早出现在《汉书》当中。从出土文物来看，我国现存最早的日晷是1897年在内蒙古呼和浩特出土的“玉盘日晷”。此晷呈正方形，边长27.4厘米，厚度3.5厘米，晷面上刻有辐射条纹和1至69的数字，按顺时针方向排列，数字以小隶书写。

圭表与日晷的主要区别在于：圭表根据日影的长短判别方向测定季节、全年日数和冬至、夏至的日子，推算历法等；日晷主要是根据日影的位置来指定当日的时辰或刻数，是我国古代较为普遍使用的计时仪器。

漏刻计时

圭表、目晷等太阳钟操作简易，原理也不复杂，但是其最大弱点就是在阴雨天气或者没有太阳的黑夜是无法使用的，于是人们开始寻找其他的计时方法。计时水钟应运而生，这就是漏刻。据梁代《漏刻经》记载：“漏刻之作，盖肇于轩辕之日，宣乎夏商之代。”这说明，早在公元前三、四千年的父系氏族公社时期，我们的祖先就用漏刻这种滴水的器具来计时了。

漏刻的发明是古人受到容器漏水现象启发的结果。在新石器时代的早期，我国先民已能制作陶器。陶器在使用时难免会有破损裂缝，某些盛水的陶器可能因破损而漏水，而水的流失与时间的流逝有着一定的对应关系。在长期的社会生活中，这种现象多次地出现，使古人逐渐认识到二者之间的对应关系。久而久之，古人就产生用这种方法计量时间的概念。

漏，是指漏壶：刻，是指刻箭；箭，则是标有时间刻度的标尺。漏刻是以壶盛水，利用水均衡滴漏原理，观测壶中刻箭上显示的数据来计算时间。作为计时器，漏刻的使用比日晷更为普遍。在机械钟表传入中国之前，漏刻也是我国使用最普遍的一种计时器。简单的说，漏刻计时的原理是通过水慢慢地从小孔漏出，利用容器内水面的升降来计算时间。

最早的漏刻是简单的单只泄水型漏壶。它就是一只壶，在靠近底部的一侧有一个出水孔。将刻箭置于壶中，随着水面的下降，刻箭缓缓下沉从而显示时间的变化。因此这种漏刻也称为“沉箭漏”，最初是陶制的，以后逐渐用铜制作。目前我国尚未发现秦朝以前的漏刻实物，但从文献来看，先秦时期漏刻已广泛使用。先秦漏刻大都与军事活动有关，军事调度需要有统一的时间，这无疑会促进漏刻的发展。用于军事上的漏刻必须便于携带，故其尺寸不会很大。最常用的漏刻就是“一刻之漏”，即每漏完一壶水的时间为一刻(古刻，一昼夜为100刻，一古刻合今14.4分钟。现代的一刻等于15分钟，一昼夜为96刻)。如果要计量较长的时间，可以再灌满漏壶，重复下去。

沉箭漏受环境温湿度、大气压力的因素影响较大，是漏刻发展的初级阶段。之后，漏刻发展史上的里程碑——“浮箭漏”出现了。浮箭漏是由两只漏壶组成，～只是播水壶(亦称供水壶或泄水壶)，另一只是受水壶。受水壶内装有指示时刻的箭尺，故通常称为“箭壶”。箭壶承接由播水壶流下的水，随着壶内水位的上升，安在箭舟上的箭尺随之上浮，所以称作浮箭漏。由于箭尺不直接放在播水壶中，故可以采取措施来保持播水壶内水位的稳定，从而保证流量的稳定，提高计时精度。此后沿着稳定水位、提高精度这一思路，又逐渐发展出了使用数只补给水壶的“多级漏壶”。所谓多级漏壶就是用两个以上漏壶，自上而下放置，使最上面一个壶中的水流入第二壶，再由第二壶流入第三壶，以此类推，逐一补给直至最后一壶(泄水壶)流入箭壶。箭壶中的水连同浮舟慢慢升起。由于得到上面几级漏壶的补给，最后一级壶中的水位可大体保持稳定不变，从而大大提高了计时精度。从这以后，经过历代的研究、改良，浮箭漏成为我国古代漏刻的主流。

机械钟

机械钟表的发明和应用是一个相对漫长的过程，伴随着人类社会科学技术的发展和人们对自然认识的提高。简而言之，机械钟是以弹簧（弹簧）变形恢复所释放的能量或下落重物的重力为能量，以机械振动系统为时间基准来测量时间和周期的机械机构。

在现代欧洲，随着古典物理学的发展，人们发现物体的机械振动有一个固定的周期。时间是通过测量和计算物体的机械振动固有周期来测量的，这就是机械时钟计时的原理。伽利略发现钟摆的等时性后，建议研制利用单摆作为核心守时装置的计时器，这一提议在惠更斯手中得到实现。就这样，惠更斯钟摆诞生于1656年，由重锤驱动，以单摆为基础。这也是人类历史上第一个钟摆钟。

此后，随着科学技术的进步，特别是制造水平的提高，机械中的动力装置、传动系统和计时机构不断优化和创新。1918年，瑞士一位名叫Zana sanu的钟表制造商经过精心设计，制作了一款小型机械表，并在表的两侧设计了针孔，以适合皮革或金属表带，从而将手表固定在手腕上——手表诞生了。手表是人类发明的最小、最强、最精确的机器之一。

机械钟最早于公元1601年传入中国，意大利传教士利玛窦（Matteo Ricci）将自钟（机械钟）奉为明朝万历皇帝的贡品，揭开了中国人使用机械钟的序幕。清康熙年间，中国成为世界上最大的钟表进口国。来自西方的珐琅钟、玩具钟和各种打簧表涌入中国。康熙皇帝本人对西方钟表也有浓厚的兴趣。为此，他特地下令在英国内政部制造局设立钟表制造办公室。中国第一次设立了钟表制造办公室，开始生产自己的机械钟。19世纪末，中国钟表制造技术达到了一个新的水平。1875年，上海美利华作坊生产的南京钟，是一种镀金面、刻有花纹的丝网钟。它以造型简洁典雅、民族风格鲜明、计时明快、行程时间准确而闻名于海内外。1903年获巴拿马国际博览会特别奖。

1955年初，在中国著名的港口城市天津，原天津华北钟表厂组建了一支队伍，试图自己制作手表。1955年3月24日下午5时45分，经过三个多月的研发，两块15颗钻石手表成功制造组装。在140多块手表中，除了发条、弹簧、等配件外，大部分手表都是由工厂师傅用智能的手加工而成。从那一刻起，中国人只能修表不能造表的历史就结束了，中国造表的滴答声也从未停止过。

计时工具的演变是人类社会科学技术发展的一个缩影。直到今天，人们还可以测量原子的周期来计时。但是任何先进的计时工具都只是记录时间的流逝，所以年轻的朋友没有时间等待，让我们珍惜时间，珍惜我们度过的每一天。