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举个栗子:小时和钟表是怎么来的?

日报 举个栗子 2年前 (2017-11-16) 289次浏览 0个评论 扫描二维码

举个栗子:小时和钟表是怎么来的?

在人类的绝大部分历史中,一直只有三种划分,也就是日、月和年。到将近公元前四千年时,进入文明阶段的古埃及人因为在温饱之外总会干点什么,才觉得现有的即时方法太不精确了。

古埃及的科学家们因此发明了小时。他们把一日划分为 24小时,这种划分被一直沿用到今天。他们又将 24小时平分,白天 12 小时,黑夜 12 小时。

为什么会出现 12 进位制?莫非是一位双手六指的奇人发明的?

是因为有凌晨和傍晚这两段不属于白天和黑夜的时段。古埃及人一样根据手指头的数目把一天分成十份,每份俩小时,再给凌晨一份傍晚一份,就这样成了不伦不类的 24 小时制。

小时平分法有个问题,随着季节的变化,白天和黑夜的长短也会变化,古埃及人的解决办法是将小时弹性化,夏天,白天的小时就比黑夜的小时长,冬天过来,各自的 12 小时不变。由于古埃及人坚持平等分配,使得小时这个新的时间最基本单位使用起来非常不方便,人们不得不发明另外一样东西:计时器。

这就是 sundial,也就是中文的日晷。真正的日晷要过了将近三千年才成型,早期的 sundial 是很简单的根据太阳的影子来确定时间的工具,大致就是在地上插个棍来看看影子的长短。

经过漫长的模糊岁月,到公元前六世纪,像样的日晷出现了,据说是希腊人米利都的阿那克西米尼西发明的。但此时其他地区例如埃及和中国也有了类似的计时工具。中国在周朝时出现了最早的计时工具圭表,分两部分,立在地上测日影的叫表,也就是华表的来历,平放着测表影长度的刻板叫圭,因为时间和太阳的影子有关,才有了光阴这个名称。

中国自古用百刻计时法,把一昼夜均分为一百刻。到了汉代的时候,把一昼夜分为十二个时辰,这是吸收了传入的古埃及的计时法。像圆盘那样的日晷在此之前代替了圭表,成为主要的计时工具,也是舶来品。后来西学东渐,24 小时制传入中国,为了相对应,把原来的时辰称为时或者大时,新来的 hour 就这样被称为小时。也为了相对应,一百刻被减了四刻变成九十六刻,每个时辰八刻,每小时四刻,才有了一刻之说。

日晷读起来就不易,制作起来也不易,要根据所在的纬度进行调整,还得随着季节的变化进行调整。日晷无法精确的一个主要原因是小时本身就不是个固定概念,而是随着季节变长或变短。公元前 127 年左右,亚历山大城的尼西亚的希帕霍斯提出把 24 小时固定住,后来亚历山大城的克罗狄斯?托勒密进一步把一小时分为 60 分钟,一天从正午开始,直到 1925 年才改为从子夜开始。

但是约定成俗,各地的人们还是习惯沿用旧的不固定小时制,两种计时方法并用了上千年,直到机械钟表出现后,固定小时制才取代了不固定小时制,中国直到西方机械钟表传入之前,时辰一直是不固定的。

日晷还有一个问题是晚上或者阴天下雨多云时无法计时,为解决这个问题,出现了 clepsydra(水钟),在中国被称为漏刻。

水钟最早出现在古埃及和古巴比伦,现存最早的实物证据是公元前 1400 年左右的,而文字证据可以往前推上千年,中国的漏刻则出现得很晚,同样属于舶来品。

水钟利用水均衡滴漏原理,不受气候、白昼和季节的限制,比日晷要先进了一大步。到公元 800 年时,还有一种水钟可以通过将一个金属球掉到碗中的办法来报时。

水钟同样存在很多问题。水滴石穿,水钟用得久了,出口就会很慢很慢地变宽,时间会越来越快。水还受气候影响,天气太热了,水分会蒸发,时间就不见了,天气太冷了,水会结冰,水钟彻底不工作了。

东汉张衡的浑天仪是在水钟的基础上的动力系统,后世又相继出现了几件类似的东西,到宋代苏颂那里达到顶峰,出现了木偶报时的功能,但这些东西基本上是用在天文学上面的。

西方的教堂全在市井之中,鸡犬相闻之间有许多家教堂,礼拜的时间是固定的,总不能你先敲他后敲断断续续让上帝他老人家听到成什么样子,某位僧侣在 1275 年发明了第一座机械钟,这个机械钟是由慢慢下滑的重物驱动的,几个小时后重新设定,比水钟精确多了,而且还有报时功能,告诉僧侣到了该敲钟的时候了。

公元 1300 年,摆轮出现了,分针也出现了,更加精确地报时。100 多年后,螺旋弹簧开始在门锁和手枪中使用,钟表业引进了这项技术,于 1430 年制造出弹簧驱动钟,钟表的重量和体积大大地缩小,得以被人们携带,开始了钟表的大众化进程。

弹簧驱动钟毛病也很大,一开始走得快,然后越来越慢,因为能量消耗。为了解决这个问题,发条出现了,可以重新上紧以提供能量,一直使用到今天。

有一天,地中海沿岸的意大利城市比萨地震了,比萨最著名的建筑是比萨斜塔,有一个人在塔上饶有兴趣地看吊灯在地震中晃呀晃,还给自己把脉,计算吊灯晃一回的时间。这个人就是伽利略,他发现不管吊灯摇摆的距离怎么样,从这头晃到那头的时间是一样的。1656 年荷兰科学家克里斯蒂安?惠更斯据此设计出用摆取代重力齿轮的摆钟,1675 年威廉?克莱蒙特发明了锚式擒纵器。

可是这东西拿到海上不管用,因为风浪本来就跟摆钟一样,惠更斯解决了这个难题,1674 年他发明了起稳定作用的游丝,当即引起钟表业的革命。惠更斯的游丝的稳定性没有把握,1761 年英国发明家约翰?哈瑞森将主弹簧和游丝连在一起,造出了既精确又方便携带的表,不仅能在船上使用,也能被戴在手腕上。这个设计就是今天机械表的基础。

钟表一天 24 小时不停地走,还要准,属于机械中最精确的一种。到 1950 年左右,石英表出现了,准确性超过了人工制造的机械。然后是原子钟,准确性达到一千年慢一秒不到,这样一来就没有人能坚持到时钟不准的那一天了。


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