- 时间测量——时钟发展史
- 发布时间:2015-01-07 浏览:
钟表本质上一直是与以时间测量为核心的科技发展密切相关的。从某种程度上说,科学的发展得益于钟表制造技术的发展。为何这样说呢?
钟表是计时仪器,机械钟表的周期确定是与日历相吻合的。而历法的确立则是与天文大地测量和地理测量相吻合的,年月日自身就是天文现象。也就是说,最早的计时工具,是测量天文地理的仪器。天文学家和航海学家需要最准确的计时器,而且这种需要在不断地提升。所以无论东方还是西方,计时仪器都代表了当时最新最优秀的科学技术。
东西方各个不同时期的科学家和钟表工匠用他们的聪明智慧和不断的实践融合成了一座时间的隧道,同时也为我们勾勒了一条钟表文化和科技发展的轨迹。
中国祖先最早发明了用土和石片刻制成的“土圭”与“日晷”两种计时器,成为世界上最早发明计时器的国家之一。到了铜器时代,计时器又有了新的发展,用青铜制的“漏壶”取代了“土圭”与“日晷”。东汉元初四年张衡发明了世界第一架“水运浑象”,此后唐高僧一行等人又在此基础上借鉴改进发明了“水运浑天仪”“水运仪象台”。至元明之时,计时器摆脱了天文仪器的结构形式,得到了突破性的新发展。元初郭守敬、明初詹希元创制了“大明灯漏”与“五轮沙漏”,采用机械结构,并增添盘、针来指示时间,其机械的先进性便明显地显示出来,时间性日益准确。
12、13世纪在中国,15至17世纪在西欧,日晷处于高度发展时期。这些日晷不仅建立在古代和中世纪知识基础上,而且也是在新日晷成就的基础上。这些新的成就又用于建造新作用原理的太阳钟。过渡到按二分点新的方法计算时间和按这种新的计算方法制造太阳钟,对新的日晷的发展起了决定性的作用。这个时期,沙钟在日常生活中和船舶上也得到了广泛的传播,开始时用于换班。这个时期也已开始制造结构复杂的水钟。
之后,早期机械钟表的出现结束了这段历史。早期的机械钟常常用水钟作原动力。开始时,机械钟还不能代替太阳钟、水钟、沙钟和火钟,因为在当时这些钟的艺术性、方便性和简单性仍有实用价值,而机械钟制造的数量又是非常有限的。
14至17世纪,机械钟表的发展,不仅是非机械钟表向机械钟表的过渡阶段,而且是这个时期钟表发展的本质部分,对哲学和技术观点的发展都产生过极大的影响。
19至20世纪,钟表事业的理论和实践在制造完全走时均匀的钟表方面,有了积极的方向。在完善摆钟和发条原动机的摆轮钟表过程中,运用古典力学、物理学,以及在这些领域中的创造性的成就,使任务得以很好地解决。此时,科学得到了蓬勃发展,如果没有精确的钟表,将是一事无成。因此,在所有的天文台都发展了精确时间服务,而且随着无线电的出现,可以方便地传递精确时间信号。
现今,随着测量时间技术的发展,对提高时间精度的科学很难估价它的意义,与此同时,也将围绕着这个问题促进着科学的发展。
当科学从研究宏观世界走向研究微观世界时,人们发明和完善了石英钟表和原子钟。20世纪20~30年代,压电技术的发展导致了石英钟表的发明和完善。压电技术是无线电技术的新领域,专门研究压电现象和它的应用,以便设计各种不同的无线电技术装置。石英钟表秒的精度可以达到3×10-11 ~4×10-11。这个精度提供了觉察地球自转时产生的极其微小振动的可能性。在计时仪器的发展中,石英钟表的发明开创了利用电子手段的巨大可能性。
射频光谱学和电子学领域的完善,在利用量子力学振子—分子和原子的基础上,才有可能于1955年制造出原子钟。由于它的出现,才有可能实现以地球转动为基础来测量时间过渡到以原子单位来测量所有的时段,包括昼夜和年的持续时间。
原子钟按其实质是原子时代的产物,它至少可以使秒的测量精度提高三个数量级,这在测量时间技术中是一场真正的革命。在这些发明之后,精密计时学成为现代科学技术革命的重要方向之一。
无线电电子半导体仪器的发展,始于我们这个世纪的50年代,开创了计时仪器新的发展前景,不仅可以自造电机械手表,而且可以制造电子机械手表。新的手表走时精度比普通的机械手表要高出几个数量级。现代的钟表工业实际上是电子技术、电子学和精密机械的紧密结合。
如今,世界最大的钟表收藏馆在伦敦的大英博物馆。其中陈列着1000多台时钟和4500多块时表,这些钟表代表性地反映了各时代科技水平的发展,成为收藏珍品。而钟表的价值,不仅仅停留在钟表本身。它所体现出的科学发展史、人们孜孜不倦追求精密理性的努力、一代一代人不时闪烁出的智慧的火花,这些都比作为结果的钟表本身更值得我们珍视。
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