计时器的演变

远古的人类通过对日月星辰和一年四季变化的观察，逐渐产生了时间的概念。对时间概念的认识和探究伴随了整个人类的发展历史。时间同长度～样，也是客观存在的一种量，然而时间是看不见、摸不着的。随着人类社会科技水平的提高，人们所掌握的计时方法也在不断改进。

　　

　　光影计时

　　

　　就时间的很多属性而言，人类最先掌握的就是计算时间的方法。既然时间是一种持续、有序的运动过程，那么，我们就可以用测量物体的运动变化过程来代表测量时间的标准。而这样的标准运动过程，要求尽量均匀和持续不断。例如均匀滴下的水滴、缓慢燃烧的香、原子的振荡等等，都可以用计量时间的标准运动。

　　测量物体日影在一天当中的变化，是最早为人们所掌握的计时方法。作为地球自转的反映，太阳日复一日的东升西落，由此产生了地球上物体的影子的移动。早期人类通过观察这个自然现象产生了时间观念，并逐渐学会了计算时间。物体目影的变化移动过程在这里被人们用作计量时间的标准运动。简单的说，即通过观察物体影子长短或者移动过程来计算时间，这就是光影计时原理。这一原理相对简单，计量工具也不复杂，所以最先被人类掌握。

　　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划出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、应用是一个较为漫长的过程，它伴随着人类社会科技水平的发展以及人们对自然界认知水平的提高。简单说来机械钟表就是利用带簧(发条)恢复变形所放出的能量或利用重物下降的重力作能源，以机械振动系统为时间基准，实现计量时间和时段的机械机构。近代欧洲，随着经典物理学的发展，人们发现了物体的机械振动具有固定的周期。通过测量和计算物体机械振动的固有周期来计量时间，这就是机械钟表计时原理。伽利略发现单摆的等时性以后，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。这样以重锤提供动力，以单摆为守时基准的惠更斯摆钟在1656年诞生了。这也是人类历史上第一架摆钟。此后随着科技的进步特别是制造业水平的提高，机械钟的动力装置、传动系统和守时机构不断被优化革新。1918年，瑞士一位名叫扎纳·沙奴的钟表匠，经过精心设计，制造出一种体积较小的机械表，并在表的两边设计有针孔，用来装皮制或金属表带，以便把表固定在手腕上——手表诞生了。手表是人类所发明的最小、最坚固、最精密的机械之一。

　　机械钟进入中国最早是在公元1601年。意大利传教士利马窦把自鸣钟(机械钟)作为贡品献给明朝万历皇帝，揭开了中国人使用机械时钟的序幕。清康熙年间，中国成为世界上最大的钟表进口国，来自西洋的珐琅钟、玩具钟及各式打簧表大量涌入中国。康熙皇帝本人也对西洋钟产生了浓厚兴趣，为此还专门下谕旨，令皇家内务部制造局成立钟表处，中国第一次建立了造钟局，开始自己生产机械时针。19世纪末期，我国造钟工艺达到了一个崭新的水平。1875年由上海“美利华”作坊制造的南京钟为屏风式样，钟面镀金，镌刻花纹，以造型古朴典雅、民族风格鲜明和报时清脆、走时准确而闻名于海内外，曾于1903年在巴拿马国际博览会上获特别奖。

　　新中国成立后，1955年初在天津，这个中国著名的港口城市，原天津华北钟厂组成了一个尝试自己制造手表的小组。1955年3月24日下午5时45分，经过3个多月夜以继日的研制，成功制造装配出2只15钻成品手表，在手表140多个零件中，除游丝、发条、钻石等配件外，大部分零件都是厂里的师傅用灵巧智慧的双手一个个加工出来的。从那一刻起，结束了中国人只能修表、不能制表的历史，中国造手表的嘀嗒声由此声声不息。

　　计时工具的演变，是人类社会科技水平发展的一个缩影。时至今日，人们已经可以通过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，所以年轻的朋友们时不我待，让我们珍惜时间，珍惜我们度过的每一天。(文章代码：101225)

　　[责任编辑]王凯