早在人類文明誕生之初，人類便開始通過對(duì)時(shí)間的計(jì)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(jì)時(shí)器具。

回顧人類科學(xué)發(fā)展史，計(jì)時(shí)儀器的改進(jìn)歷史是與整個(gè)人類文明同步的。對(duì)于生命個(gè)體而言，時(shí)間長(zhǎng)河托起生命之帆，人在時(shí)間的長(zhǎng)河中誕生、成長(zhǎng)，也在這條長(zhǎng)河中衰老、死亡。正是因?yàn)橛辛藭r(shí)間測(cè)量，人類得以準(zhǔn)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(yuǎn)，古巴比倫在遠(yuǎn)古時(shí)期的6000年前就開始使用了，中國(guó)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(cè)定并劃分時(shí)刻。

日晷儀也稱日晷，是觀測(cè)日影記時(shí)的儀器，主要是根據(jù)日影的位置，以指定當(dāng)時(shí)的時(shí)辰或刻數(shù)，是我國(guó)古代較為普遍使用的計(jì)時(shí)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(cè)日晷和刻漏，是測(cè)天地正儀象的根本”?！懊魇贰ぬ煳闹尽睂?duì)日晷的形制，定時(shí)之法都有詳細(xì)的記載。日晷發(fā)展到清代，不僅可以計(jì)時(shí)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(cè)出過去了多少時(shí)間。

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

漏刻是古代的一種計(jì)時(shí)工具，不僅古代中國(guó)用，而且古埃及、古巴比倫等文明古國(guó)都使用過。漏刻由漏壺和標(biāo)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(biāo)尺用于標(biāo)記時(shí)刻，使用時(shí)置于壺中，隨壺內(nèi)水位變化而上下運(yùn)動(dòng)。

最早的漏刻也稱箭漏。使用時(shí)，首先在漏壺中插入一根刻有時(shí)刻的標(biāo)竿，稱為箭。箭下以一只箭舟相托，浮于水面。當(dāng)水流出或流入壺中時(shí)，箭桿相應(yīng)下沉或上升，以壺口處箭上的刻度指示時(shí)刻。中國(guó)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(jí)補(bǔ)償式浮箭漏

漏刻是一種典型的等時(shí)計(jì)時(shí)裝置，計(jì)時(shí)的準(zhǔn)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(jìn)一步創(chuàng)制出多級(jí)漏刻裝置。所謂多級(jí)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(duì)最下端的受水壺來說，其上方的一只泄水壺因?yàn)橛型瑯铀俾实膩硭a(bǔ)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(cè)量時(shí)間的裝置。西方沙漏由兩個(gè)玻璃球和一個(gè)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(shí)間來對(duì)時(shí)間進(jìn)行測(cè)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(cè)量時(shí)間了，一般的沙漏有一個(gè)名義上的運(yùn)行時(shí)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(guó)的沙漏出現(xiàn)要晚。我國(guó)的沙漏也是古代一種計(jì)量時(shí)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(gè)容器漏到另一個(gè)容器的時(shí)間來計(jì)量時(shí)間。我國(guó)還曾有過日晷、漏刻等計(jì)時(shí)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?yàn)槲覈?guó)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?jiǎng)?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(dòng)初輪，從而帶動(dòng)各級(jí)機(jī)械齒輪旋轉(zhuǎn)。最后一級(jí)齒輪帶動(dòng)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(gè)有刻線的儀器圓盤上轉(zhuǎn)動(dòng)，以此顯示時(shí)刻，這種顯示方法幾乎與現(xiàn)代時(shí)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(gè)機(jī)械撥動(dòng)裝置，以提醒兩個(gè)站在五輪沙漏上擊鼓報(bào)時(shí)的木人。每到整點(diǎn)或一刻，兩個(gè)木人便會(huì)自行出來，擊鼓報(bào)告時(shí)刻。這種沙漏脫離了輔助的天文儀器，已經(jīng)獨(dú)立成為一種機(jī)械性的時(shí)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(jì)發(fā)明的，在那里他們有時(shí)會(huì)隨身攜帶，就像今天人們隨身攜帶的手表。據(jù)推測(cè)，它在12世紀(jì)，與指南針的出現(xiàn)同時(shí)，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(shí)間）。

水運(yùn)儀象臺(tái)·公元1086—1093年

水運(yùn)儀象臺(tái)是北宋時(shí)期蘇頌、韓公廉等人發(fā)明制造的以漏刻水力驅(qū)動(dòng)的，集天文觀測(cè)、天文演示和報(bào)時(shí)系統(tǒng)為一體的大型自動(dòng)化天文儀器。標(biāo)志著中國(guó)古代天文儀器制造史上的高峰，被譽(yù)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(tái)形的木結(jié)構(gòu)建筑。其中渾儀等為銅制。全臺(tái)共分三隔。下隔包括報(bào)時(shí)裝置和全臺(tái)的動(dòng)力機(jī)構(gòu)等。中隔是間密室，放置渾象。上隔是個(gè)板屋，中放渾儀。這臺(tái)儀器的制造水平堪稱一絕，充分體現(xiàn)了中國(guó)古代漢族勞動(dòng)人民的聰明才智和富于創(chuàng)造的精神。

國(guó)際上對(duì)水運(yùn)儀象臺(tái)的設(shè)計(jì)給予了高度的評(píng)價(jià)，認(rèn)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(tái)的跟蹤器械 —?轉(zhuǎn)儀鐘的祖先；水運(yùn)儀象臺(tái)中首創(chuàng)的擒縱器機(jī)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(yùn)儀象臺(tái)為了觀測(cè)上的方便，設(shè)計(jì)了活動(dòng)的屋頂，是今天天文臺(tái)活動(dòng)圓頂?shù)淖嫦取?/p>

水運(yùn)儀象臺(tái)是十一世紀(jì)末我國(guó)杰出的天文儀器，也是世界上最古老的天文鐘。國(guó)際上對(duì)水運(yùn)儀象臺(tái)的設(shè)計(jì)給予了高度的評(píng)價(jià)，認(rèn)為水運(yùn)儀象臺(tái)為了觀測(cè)上的方便，設(shè)計(jì)了活動(dòng)的屋頂，這是今天天文臺(tái)活動(dòng)圓頂?shù)淖嫦?；渾象一晝夜自轉(zhuǎn)一圈。從水運(yùn)儀象臺(tái)可以反映出中國(guó)古代力學(xué)知識(shí)的應(yīng)用已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)高的水平。

機(jī)械鐘表（鐘塔）·十三世紀(jì)

機(jī)械鐘是通過鐘聲來報(bào)時(shí)的一種計(jì)時(shí)器，是人類智慧的結(jié)晶，西方最早的機(jī)械鐘十三世紀(jì)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(dòng)的機(jī)械鐘。當(dāng)時(shí)的機(jī)械鐘靠看鐘人每小時(shí)敲鐘來報(bào)時(shí)，通知修道士們準(zhǔn)時(shí)地進(jìn)行各種宗教活動(dòng)，還沒有完全和人們的日常生活聯(lián)系上。

13世紀(jì)，有個(gè)叫維克的德國(guó)人給當(dāng)時(shí)的法國(guó)皇帝做了一個(gè)鐘，歷時(shí)八年，極為精美，可謂鬼斧神工。最早傳入我國(guó)的歐洲機(jī)械鐘是在明朝萬歷年間，是用來專門獻(xiàn)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(jī)械鐘的宮廷造辦作坊，專供他和皇親國(guó)戚及心腹大臣使用。

德國(guó)制造的日冕儀在顯示時(shí)間的同時(shí)，能顯示太陽的位置和晝夜長(zhǎng)短。15世紀(jì)在德國(guó)紐倫堡，peter henlein 制造了世界上第一臺(tái)便攜式計(jì)時(shí)器，同時(shí)發(fā)明了鐘表發(fā)條。

為了更加及時(shí)的了解時(shí)間，機(jī)械鐘安裝上了鐘面和指針，時(shí)間這種始終伴隨著人類社會(huì)發(fā)展進(jìn)步的無形標(biāo)準(zhǔn)，第一次有了形象化的描述。沒過多久，又出現(xiàn)了能夠自動(dòng)報(bào)時(shí)的機(jī)械鐘。1335年公共時(shí)鐘的出現(xiàn)，使機(jī)械鐘第一次進(jìn)入人們的日常生活。由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)十分笨重，機(jī)械鐘的體積相當(dāng)?shù)凝嫶?，根本不可能進(jìn)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(shí)驗(yàn)室內(nèi)，他是以伽利略發(fā)現(xiàn)的“擺”的等時(shí)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(zhǔn)的測(cè)量時(shí)間的方法。

擺動(dòng)的鐘擺是靠重力勢(shì)能和動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化來擺動(dòng)的，簡(jiǎn)單地說，如果你把鐘擺拉高，由于重力影響它會(huì)往下擺，而到達(dá)最低位置后它具有一個(gè)速度，不可能直接停在那（就好像剎車不能立刻停?。?，由于慣性它會(huì)繼續(xù)沖過最低位置，而擺至最高位置就往回?cái)[是因?yàn)橹亓κ顾鼫p速直到0，而此時(shí)鐘擺扔有向下的加速度。如此往復(fù)，就不停地?cái)[動(dòng)了。

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

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(jī)械計(jì)時(shí)儀表?？梢杂脕碇甘緯r(shí)刻、測(cè)量時(shí)間間隔，檢定各種機(jī)械式秒表以及航海定位和野外天文觀測(cè)。

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(shí)準(zhǔn)確的石英天文鐘逐漸取代了機(jī)械式航海鐘。

石英鐘表·1969年

石英表，又叫做石英振動(dòng)式電子表，是腕表種類之一，英文名是quartz watch。 將石英晶體運(yùn)用在鐘表上是一種現(xiàn)代的發(fā)明，世界上第一個(gè)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(shí)，它會(huì)產(chǎn)生規(guī)律的振動(dòng)。

石英晶體每秒的振動(dòng)次數(shù)高達(dá)32768次，人們可以設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易的電路來計(jì)算它振動(dòng)的次數(shù)，當(dāng)它數(shù)到32768次時(shí)，電路會(huì)傳出訊息，讓秒針往前走一秒。

因?yàn)槭⒌恼駝?dòng)相當(dāng)規(guī)律，即使是便宜的石英表，一天之內(nèi)的誤差率也不會(huì)超過1秒。

石英表也可叫做“石英振動(dòng)式電子表”，因?yàn)樗抢檬⑵摹鞍l(fā)振現(xiàn)象”。當(dāng)石英接受到外部的加力電壓，就會(huì)有變形及伸縮的性質(zhì)，相反，若壓縮石英，便會(huì)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(zhǔn)確的時(shí)間。

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

原子鐘·20世紀(jì)50年代

原子鐘，是一種計(jì)時(shí)裝置，精度可以達(dá)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(xiàng)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(jì)30年代，美國(guó)哥倫比亞大學(xué)教授伊西多-拉比和他的學(xué)生們?cè)趯?shí)驗(yàn)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(xiàng)技術(shù)，他便能夠測(cè)量出原子的自然共振頻率，他還獲得了1944年諾貝爾獎(jiǎng)。

人們平時(shí)所用的鐘表，精度高的大約每年會(huì)有1分鐘的誤差，這對(duì)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(zhǔn)確的計(jì)時(shí)工具。目前世界上最準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)工具就是原子鐘，它是20世紀(jì)50年代出現(xiàn)的。

原子鐘是利用原子吸收或釋放能量時(shí)發(fā)出的電磁波來計(jì)時(shí)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(jìn)行控制，原子鐘的計(jì)時(shí)就可以非常準(zhǔn)確了?，F(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(dá)到每2000萬年才誤差1秒。這為天文、航海、宇宙航行提供了強(qiáng)有力的保障。

電波鐘表·21世紀(jì)

一種通過接受國(guó)家授時(shí)中心的無線信號(hào)以確保時(shí)間準(zhǔn)確性的計(jì)時(shí)工具。

電波鐘表的工作原理：首先，由標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間授時(shí)中心將標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)進(jìn)行編碼，利用低頻（20KHz ~ 80KHz）載波方式將時(shí)間信號(hào)以無線電長(zhǎng)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(shí)碼信號(hào)，由專用集成芯片進(jìn)行時(shí)碼信號(hào)調(diào)解，再由計(jì)時(shí)裝置內(nèi)設(shè)的控制機(jī)構(gòu)自動(dòng)調(diào)節(jié)電波鐘表的計(jì)時(shí)。通過這樣一個(gè)技術(shù)過程，使得所有接收該標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)的電波鐘表（或其他計(jì)時(shí)裝置）都與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間授時(shí)中心的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間保持高度同步，進(jìn)而全部電波鐘表顯示嚴(yán)格一致的時(shí)間。

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計(jì)時(shí)工具發(fā)展至今，從古代龐大笨重的日晷到現(xiàn)在小巧計(jì)時(shí)準(zhǔn)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(jìn)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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