早在人類文明誕生之初，人類便開始通過對時間的計量來描述世間萬物的變化，并由此誕生了一系列精度越來越高的計時器具。

回顧人類科學(xué)發(fā)展史，計時儀器的改進歷史是與整個人類文明同步的。對于生命個體而言，時間長河托起生命之帆，人在時間的長河中誕生、成長，也在這條長河中衰老、死亡。正是因為有了時間測量，人類得以準確記錄下自己的生命足跡。

由日晷到電波鐘表

日晷·6000年前

人類使用日晷的歷史非常遙遠，古巴比倫在遠古時期的6000年前就開始使用了，中國是在3000多年前的周朝。日晷通常由晷針（表）和晷面（帶刻度的表座）組成，利用太陽的投影方向來測定并劃分時刻。

日晷儀也稱日晷，是觀測日影記時的儀器，主要是根據(jù)日影的位置，以指定當時的時辰或刻數(shù)，是我國古代較為普遍使用的計時儀器。但在史籍中卻少有記載，現(xiàn)在史料中最早的記載是“漢書·律歷志·制漢歷”一節(jié)：太史令司馬遷建議共議“乃定東西，主晷儀，下刻漏”，而“漢書·藝文志”中列有晷書34卷，但僅存書名，而無內(nèi)容。

隋書·天文志中記載了耿詢的成就，“觀測日晷和刻漏，是測天地正儀象的根本”?！懊魇贰ぬ煳闹尽睂θ贞械男沃?，定時之法都有詳細的記載。日晷發(fā)展到清代，不僅可以計時用，日晷本身已成為一件裝飾藝術(shù)品。

日晷的類型也有很多，分為：水平式日晷、赤道式日晷、極地晷、南向垂直日晷、東或西向垂直式日晷、側(cè)向垂直式、投影日晷、平日晷。

水鐘·約公元前1500年

據(jù)埃及朝官阿門內(nèi)姆哈特的墓志銘記載，此人曾于公元前1500年前后發(fā)明了水鐘，一種“漏壺”。容器內(nèi)的水面隨著水的流出而下降，據(jù)此測出過去了多少時間。

水鐘的發(fā)明正是作為日晷的補充，在中國古代水漏又被叫做“漏刻”、“漏壺”。根據(jù)等時性原理滴水記時有兩種方法，一種是利用特殊容器記錄把水漏完的時間（泄水型），另一種是底部不開口的容器，記錄它用多少時間把水裝滿（受水型）。

漏刻是古代的一種計時工具，不僅古代中國用，而且古埃及、古巴比倫等文明古國都使用過。漏刻由漏壺和標尺兩部分構(gòu)成。漏壺用于泄水或盛水，前者稱泄水型漏壺，后者稱受水型漏壺。標尺用于標記時刻，使用時置于壺中，隨壺內(nèi)水位變化而上下運動。

最早的漏刻也稱箭漏。使用時，首先在漏壺中插入一根刻有時刻的標竿，稱為箭。箭下以一只箭舟相托，浮于水面。當水流出或流入壺中時，箭桿相應(yīng)下沉或上升，以壺口處箭上的刻度指示時刻。中國的水鐘主要有沉箭漏（泄水型）和浮箭漏（泄水型與受水型并用）。

多級補償式浮箭漏

漏刻是一種典型的等時計時裝置，計時的準確度取決于水流的均勻程度。早期漏刻大多使用單只漏壺，滴水速度受到壺中液位高度的影響，液位高，滴水速度較快，液位低，滴水速度較慢。為解決這一問題，古人進一步創(chuàng)制出多級漏刻裝置。所謂多級漏刻，即使用多只漏壺，上下依次串聯(lián)成為一組，每只漏壺都依次向其下一只漏壺中滴水。這樣一來，對最下端的受水壺來說，其上方的一只泄水壺因為有同樣速率的來水補充，壺內(nèi)液位基本保持恒定，其自身的滴水速度也就能保持均勻。

沙鐘·公元1100年

沙漏也叫做沙鐘，是一種測量時間的裝置。西方沙漏由兩個玻璃球和一個狹窄的連接管道組成的。通過充滿了沙子的玻璃球從上面穿過狹窄的管道流入底部玻璃球所需要的時間來對時間進行測量。一旦所有的沙子都已流到的底部玻璃球，該沙漏可以被顛倒以測量時間了，一般的沙漏有一個名義上的運行時間1分鐘。

西方發(fā)現(xiàn)最早的沙漏大約在公元1100年，比我國的沙漏出現(xiàn)要晚。我國的沙漏也是古代一種計量時間的儀器。沙漏的制造原理與漏刻大體相同，它是根據(jù)流沙從一個容器漏到另一個容器的時間來計量時間。我國還曾有過日晷、漏刻等計時器，但由于日晷只能在白天和晴天使用，而這種采用流沙代替水的方法，是因為我國北方冬天空氣寒冷，水容易結(jié)冰的緣故。

最著名的沙漏是1360年詹希元創(chuàng)制的“五輪沙漏”。流沙從漏斗形的沙池流到初輪邊上的沙斗里，驅(qū)動初輪，從而帶動各級機械齒輪旋轉(zhuǎn)。最后一級齒輪帶動在水平面上旋轉(zhuǎn)的中輪，中輪的軸心上有一根指針，指針則在一個有刻線的儀器圓盤上轉(zhuǎn)動，以此顯示時刻，這種顯示方法幾乎與現(xiàn)代時鐘的表面結(jié)構(gòu)完全相同。此外，詹希元還巧妙地在中輪上添加了一個機械撥動裝置，以提醒兩個站在五輪沙漏上擊鼓報時的木人。每到整點或一刻，兩個木人便會自行出來，擊鼓報告時刻。這種沙漏脫離了輔助的天文儀器，已經(jīng)獨立成為一種機械性的時鐘結(jié)構(gòu)。由于無水壓限制，沙漏比漏刻更精確。

沙漏據(jù)說是亞歷山大于三世紀發(fā)明的，在那里他們有時會隨身攜帶，就像今天人們隨身攜帶的手表。據(jù)推測，它在12世紀，與指南針的出現(xiàn)同時，作為夜間晚海上航行的儀器被發(fā)明（白天，水手們可以根據(jù)太陽的高度來估算時間）。

水運儀象臺·公元1086—1093年

水運儀象臺是北宋時期蘇頌、韓公廉等人發(fā)明制造的以漏刻水力驅(qū)動的，集天文觀測、天文演示和報時系統(tǒng)為一體的大型自動化天文儀器。標志著中國古代天文儀器制造史上的高峰，被譽為是世界上的最早的天文鐘。

整座儀器高約12米，寬約7米，是一座上狹下廣、呈正方臺形的木結(jié)構(gòu)建筑。其中渾儀等為銅制。全臺共分三隔。下隔包括報時裝置和全臺的動力機構(gòu)等。中隔是間密室，放置渾象。上隔是個板屋，中放渾儀。這臺儀器的制造水平堪稱一絕，充分體現(xiàn)了中國古代漢族勞動人民的聰明才智和富于創(chuàng)造的精神。

國際上對水運儀象臺的設(shè)計給予了高度的評價，認為渾象一晝夜自轉(zhuǎn)一圈，不僅形象地演示了天象的變化，也是現(xiàn)代天文臺的跟蹤器械 —?轉(zhuǎn)儀鐘的祖先；水運儀象臺中首創(chuàng)的擒縱器機構(gòu)是后世鐘表的關(guān)鍵部件，因此它又是鐘表的祖先。水運儀象臺為了觀測上的方便，設(shè)計了活動的屋頂，是今天天文臺活動圓頂?shù)淖嫦取?/p>

水運儀象臺是十一世紀末我國杰出的天文儀器，也是世界上最古老的天文鐘。國際上對水運儀象臺的設(shè)計給予了高度的評價，認為水運儀象臺為了觀測上的方便，設(shè)計了活動的屋頂，這是今天天文臺活動圓頂?shù)淖嫦龋粶喯笠粫円棺赞D(zhuǎn)一圈。從水運儀象臺可以反映出中國古代力學(xué)知識的應(yīng)用已經(jīng)達到了相當高的水平。

機械鐘表（鐘塔）·十三世紀

機械鐘是通過鐘聲來報時的一種計時器，是人類智慧的結(jié)晶，西方最早的機械鐘十三世紀出現(xiàn)在歐洲的修道院之中，最初是英格蘭的修道院出現(xiàn)以砝碼帶動的機械鐘。當時的機械鐘靠看鐘人每小時敲鐘來報時，通知修道士們準時地進行各種宗教活動，還沒有完全和人們的日常生活聯(lián)系上。

13世紀，有個叫維克的德國人給當時的法國皇帝做了一個鐘，歷時八年，極為精美，可謂鬼斧神工。最早傳入我國的歐洲機械鐘是在明朝萬歷年間，是用來專門獻給萬歷皇帝的，萬歷皇帝收到此禮物后，極為欣賞，幾乎日日觀賞，夜夜撫摸。于是，馬上發(fā)布召令，成立專門制作機械鐘的宮廷造辦作坊，專供他和皇親國戚及心腹大臣使用。

德國制造的日冕儀在顯示時間的同時，能顯示太陽的位置和晝夜長短。15世紀在德國紐倫堡，peter henlein 制造了世界上第一臺便攜式計時器，同時發(fā)明了鐘表發(fā)條。

為了更加及時的了解時間，機械鐘安裝上了鐘面和指針，時間這種始終伴隨著人類社會發(fā)展進步的無形標準，第一次有了形象化的描述。沒過多久，又出現(xiàn)了能夠自動報時的機械鐘。1335年公共時鐘的出現(xiàn)，使機械鐘第一次進入人們的日常生活。由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，驅(qū)動系統(tǒng)十分笨重，機械鐘的體積相當?shù)凝嫶?，根本不可能進入家庭。

惠更斯鐘擺·1656年

有擺的掛鐘產(chǎn)生于荷蘭天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家克里斯蒂安·惠更斯的實驗室內(nèi)，他是以伽利略發(fā)現(xiàn)的“擺”的等時性原理為基礎(chǔ)發(fā)明的。以“擺”做為鐘表調(diào)速器的。自此以后，人類掌握了比較精準的測量時間的方法。

擺動的鐘擺是靠重力勢能和動能相互轉(zhuǎn)化來擺動的，簡單地說，如果你把鐘擺拉高，由于重力影響它會往下擺，而到達最低位置后它具有一個速度，不可能直接停在那（就好像剎車不能立刻停住），由于慣性它會繼續(xù)沖過最低位置，而擺至最高位置就往回擺是因為重力使它減速直到0，而此時鐘擺扔有向下的加速度。如此往復(fù)，就不停地擺動了。

按照以上描述，鐘擺可以永遠擺下去，但由于阻力存在，它會擺動逐漸減小，最后停止。所以要用發(fā)條來提供能量使其擺動。

航海鐘·1728—1759年

航海鐘(Chronometer)又稱航海天文鐘或精密鐘，是偏差0．5秒的高精度、可攜帶的機械計時儀表?？梢杂脕碇甘緯r刻、測量時間間隔，檢定各種機械式秒表以及航海定位和野外天文觀測。

隨著電子技術(shù)的發(fā)展及晶體振蕩器的普遍應(yīng)用，走時準確的石英天文鐘逐漸取代了機械式航海鐘。

石英鐘表·1969年

石英表，又叫做石英振動式電子表，是腕表種類之一，英文名是quartz watch。 將石英晶體運用在鐘表上是一種現(xiàn)代的發(fā)明，世界上第一個石英表是瑞士在1967年7月制成的。在1969年，日本精工Seiko以領(lǐng)先全球的技術(shù)，推出世界上第一只可供量產(chǎn)的石英腕表，命名為“Quartz Astron”。

石英晶體受到電池電力影響時，它會產(chǎn)生規(guī)律的振動。

石英晶體每秒的振動次數(shù)高達32768次，人們可以設(shè)計簡易的電路來計算它振動的次數(shù)，當它數(shù)到32768次時，電路會傳出訊息，讓秒針往前走一秒。

因為石英的振動相當規(guī)律，即使是便宜的石英表，一天之內(nèi)的誤差率也不會超過1秒。

石英表也可叫做“石英振動式電子表”，因為它是利用石英片的“發(fā)振現(xiàn)象”。當石英接受到外部的加力電壓，就會有變形及伸縮的性質(zhì)，相反，若壓縮石英，便會使石英兩端產(chǎn)生電力；這樣的性質(zhì)在很多結(jié)晶體上也可見到，稱為“壓電效應(yīng)”。石英表就是利用周期性持續(xù)“發(fā)振”的水晶，為我們帶來準確的時間。

它比傳統(tǒng)機械表輕薄、精準，同時避免了使用機械表時需要上發(fā)條的繁瑣，而受到普及。

原子鐘·20世紀50年代

原子鐘，是一種計時裝置，精度可以達到每2000萬年才誤差1秒，它最初本是由物理學(xué)家創(chuàng)造出來用于探索宇宙本質(zhì)的；他們從來沒有想過這項技術(shù)有朝一日竟能應(yīng)用于全球的導(dǎo)航系統(tǒng)上。

20世紀30年代，美國哥倫比亞大學(xué)教授伊西多-拉比和他的學(xué)生們在實驗室里研究原子和原子核的基本特性。在其研究過程中，拉比發(fā)明了一種被稱為磁共振的技術(shù)，依靠這項技術(shù)，他便能夠測量出原子的自然共振頻率，他還獲得了1944年諾貝爾獎。

人們平時所用的鐘表，精度高的大約每年會有1分鐘的誤差，這對日常生活是沒有影響的，但在要求很高的生產(chǎn)、科研中就需要更準確的計時工具。目前世界上最準確的計時工具就是原子鐘，它是20世紀50年代出現(xiàn)的。

原子鐘是利用原子吸收或釋放能量時發(fā)出的電磁波來計時的。由于這種電磁波非常穩(wěn)定，再加上利用一系列精密的儀器進行控制，原子鐘的計時就可以非常準確了。現(xiàn)在用在原子鐘里的元素有氫(Hydrogen)、銫(Cesium)、銣(rubidium)等。原子鐘的精度可以達到每2000萬年才誤差1秒。這為天文、航海、宇宙航行提供了強有力的保障。

電波鐘表·21世紀

一種通過接受國家授時中心的無線信號以確保時間準確性的計時工具。

電波鐘表的工作原理：首先，由標準時間授時中心將標準時間信號進行編碼，利用低頻（20KHz ~ 80KHz）載波方式將時間信號以無線電長波發(fā)播出去。電波鐘表通過內(nèi)置微型無線電接收系統(tǒng)接收該低頻無線電時碼信號，由專用集成芯片進行時碼信號調(diào)解，再由計時裝置內(nèi)設(shè)的控制機構(gòu)自動調(diào)節(jié)電波鐘表的計時。通過這樣一個技術(shù)過程，使得所有接收該標準時間信號的電波鐘表（或其他計時裝置）都與標準時間授時中心的標準時間保持高度同步，進而全部電波鐘表顯示嚴格一致的時間。

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計時工具發(fā)展至今，從古代龐大笨重的日晷到現(xiàn)在小巧計時準確的手表，甚至是各種電子產(chǎn)品，再到融合新科技的交互情境，科學(xué)發(fā)展也將促進人類生活的品質(zhì)。

（文章參考百度百科，以上圖片均來源于網(wǎng)絡(luò)，侵刪）

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