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計時工具的歷史

計時工具的歷史
圖片來自istockphoto

千百年來,人類利用各種裝置來計時和報時。目前正在使用的六十進制時間系統,追溯至公元前大約2000年的蘇美爾古埃及把一天分為二個部份,每一部份再分為12個小時,並使用大型方尖碑追蹤太陽的移動。他們還發明了水鐘(water clocks)。很可能是最初使用水鐘的地方,後來在埃及以外的地方也有人使用水鐘;古希臘人就經常使用叫作clepsydrae的水鐘。約在同一時間,相信商朝已使用洩水型水鐘──漏壺;而漏壺可能早在公元前2000年,從美索不達米亞傳入。其他古代計時器包括有蠟燭鐘──在中國日本英格蘭,和伊拉克使用;日晷──在印度西藏,以及歐洲一些地區廣泛使用;此外,還有沙漏,運作原理和水鐘一樣。

最早期的計時工具日晷依靠太陽的陰影來報時,所以它們在多雲的天氣或夜間,沒有用處;而且如果「晷針」跟地球的軸心不一致,這些計時工具要依季節的變化,而重新校準。

第一個使用擒縱器(escapement)的鐘,於八世紀在中國出現。11世紀,穆斯林工程師發明以重量驅動(weight-driven)的鐘。14世紀初,歐洲發明機械鐘。直到20世紀,機械鐘都是標準計時裝置。在20世紀,發明了石英振盪器,然後是原子鐘。石英振盪器最初只在實驗室使用,可是由於它容易生產而且準確,所以後來用在手錶上。原子鐘比所有計時裝置都準確,所以可以用於校準其他鐘錶;並且用來計算原子時協調世界時

目錄

早期的計時工具

許多古老的文明會觀察天體──通常是太陽和月亮,以確定時間、日期和季節。現今在西方社會通用的六十進制時間系統,可追溯至約四千年前的美索不達米亞古埃及

第一個日曆,可能在冰河時代末期,由狩獵收集者(hunter-gatherers)創造。他們利用如樹枝和骨頭等工具,記錄月相和季節。 世界各地──特別是在史前時期的歐洲──都有石陣,例如英格蘭的巨石陣。石陣相信是用來預測晝夜平分點(equinoxes)或至點(亦稱二至點;solstices)等的時間。

公元前3500年至公元前500年

日影鐘是第一個能夠量度小時的裝置。已知道最古老的日影鐘來自埃及,用綠片岩製造。古埃及約在公元前3500年建造的方尖碑,也是最早的日影鐘之一。

埃及的日影鐘把白天分為十個部分,另外加上4個「微亮小時」── 早上 2個、傍晚 2個。有一種日影鐘由一枝長桿和高架橫桿組成,長竿上有5個不相等的記號,橫桿的陰影會投射到記號之上。橫桿在早上指向東方,在正午會指向西方。方尖碑的運作方式差不多:陰影投射到圍繞它的記號上,埃及人從而可以計算時間。方尖碑可以指出上午或下午、夏至或冬至。

現在己知最古老的水鐘 ,在法老阿蒙霍一世(Amenhotep I)(公元前1525年至1504年)的墓中發現,這顯示古埃及最先使用水鐘。另一方面,相信沙漏也是由古埃及人發明。此外,埃及自公元前600年,開始使用叫作merkhet的鉛垂線在晚間量度時間。這工具的鉛垂線跟勾陳一(北極星)一致,形成南北子午圈。當特定的星宿橫過線時,就能準確報時。


公元前500年至公元前1年

柏拉圖把水鐘(漏壺)引進古希臘之後,水鐘成為古希臘廣泛使用的計時工具。柏拉圖也發明了一種以水鐘為基礎的鬧鐘。希臘人和新巴比倫王國保存計時記錄,作為組成天體觀察的重要部分。漏壺也用在希臘法庭,和後來的羅馬法庭上。

雖然水鐘比日影鐘更好用──水鐘在室內、夜間或天空多雲的日子都可以使用;不過它們並不準確。因此,希臘人尋求方法改善他們的水鐘。到了公元前325年,水鐘的準確度大為改善,雖然仍然及不上日影鐘。這時的鐘有鐘面,其上有時針,令人更容易讀準時間。水鐘較常見的問題是水壓:當容器注滿水時,增加的水壓令水流更迅速。在公元前100年,希臘和羅馬的鐘錶專家,開始解決這個問題;其後的幾個世紀,在這一方面得到持續改善。為了抵消高水壓增加的水流量做成的影響,裝水的容器造成圓錐形狀,上濶下窄。於是雖然水平面下降的距離相等,但當容器水滿的時候,流出的水要比水半滿的時候多。然而,還是有些問題沒有得到解決:如溫度的影響。天氣寒冷的時候,水流比較緩慢,甚至可能凍結。

雖然希臘人和羅馬人大大改進水鐘的技術,他們仍然繼續使用影子鐘錶。據說數學家天文學家比提尼亞的狄奧多(Theodosius of Bithynia),發明了全球通用的日晷。這個日晷在地球上任何地方都能準確報時,不過現代對它所知甚少。羅馬人在奧古斯都大帝[1] 統治期間,建造有史以來最大的日晷──奧古斯都日晷(Solarium Augusti)。其晷針是從赫利奧波利斯(Heliopolis)而來的方尖碑。

參考文獻

  1. 屋大維,storystudio