机械时钟，就是这么有历史

时间之于人类的重要性不言而喻，这么一来，如何计时自然也是值得探索的。古人很早就开始研究计时工具，古巴比伦王国发明了土圭，原理我们都清楚，是根据太阳投影长短和方位的变化来判断时间。我国古代人民也有类似的发明：日晷、漏壶、沙漏等等，漏壶、沙漏是利用水流和沙流的流量计时。上述这些虽然能让人对时间有个大概了解，但还是有缺点的：不够精准！如果想知道现在到底是几点几分，是没办法做到的。

    日晷

     钟表的出现解决了这一难题，钟表包括钟和表两类，这是计量、指示时间的精密仪器。多亏了它们，人们可以既方便又精准地计算时间。起早的机械钟表是什么样子呢？


    起早出现的机械钟是东汉张衡发明的——漏水转浑天仪，齿轮将浑象和计时漏壶联结起来制作而成。漏壶漏水推动浑象匀速旋转，转一周就是一天。江山代有才人出，等到北宋时期，宰相苏颂和韩公廉等人创制的水运仪象台又多了一个小装置——擒纵器，号称是机械钟表的“心脏”。

    漏水转浑天仪

   欧洲古老的机械钟，出现在14世纪的欧洲，它是由挂在绳子一端的重锤所驱动，绳子的另一端绕在一个轴上，随着重锤的下降，轴相应地转动，再通过齿轮带动钟的指针旋转。


    1510年，德国锁匠彼得·亨莱思用钢发条代替重锤，创造了用冕状轮擒纵机构的小型机械钟表，然而这种表的计时效果并不理想：发条若是上得太紧，指针就会走得过快；发条若是上得过松，指针就会运行得慢。


    好在人类是有智慧的，这一缺点很快得到了改进，捷克人雅各布·赫克设计出了一个锥形涡轮，再加上一卷发条组成表的驱动机构，发条卷紧，力作用于锥形涡轮的顶端；发条放松，拉力减弱，力作用于涡轮底部，涡轮的形状恰好能补偿发条作用的变化，这样一来，钟表机械就可以保持匀速地运转。不会出现“发条不同的松紧导致时针走速不同”的现象。


    约在1582年，伽利略发明了重力摆，1657年，惠更斯将重力摆引入到机械钟中去，制作出了世界上一台精确的摆钟，这是机械时钟史上一大事件。

    相较于以前的需要驱动机构来推动对称横壁的钟表，摆钟显然要省事得多，利用地球的重力来推动。再到后来，单摆被应用于时钟，时钟也精度也因之越来越高。到了17世纪中叶，钟表的误差每天只有10分钟。

    近代西方的机械钟表是在明末时期传入中国的，1601年，意大利传教士利玛窦献给明代万历皇帝两把自鸣钟。正是这两把钟对我国的机械钟制造产生了影响，据说，当时利玛窦还对其进行了改造，为了使其适应中国的计时习惯，将24小时改成了12时辰，将阿拉伯数字改成了中国数字，并且将一天分为一百刻，将每段又分为一百分。

    利玛窦

    1660年，英国人胡克发明了游丝，用来控制摆轮在等时的往复运动，这个钟表里弹性元件的出现让钟表向着更加精密的方向发展。

    游丝

  虽然机械钟有很多结构，但工作原理大同小异。它的组成原件为原动系、传动系、擒纵调速器以及指针系上的条拨针系条等。在18-19世纪时，钟表制造业已经逐渐实现了工业化生产，20世纪，电子工业的迅速发展，催生了机械时钟的发展，电池驱动钟、电机械表、数字式的石英电子钟等等产品逐一问世。1969年，出现了石英表，石英表计时相当精准，误差在每日0.0001秒或者更少。


    机械时钟发展史还曾出现不少有意思的花絮，航海钟便是其中之一。航海钟，顾名思义，是用于远洋航海的精密钟。航海钟，发明于17世纪的后半叶，当时船航行时没有技术手段来测量经度，利用的是航海钟记录本初子午线的时间，再和船只所在位置的正午时间对照，通过差值换算所在位置的经度。


    欧洲各国为了争夺海上霸权，纷纷投入资金寻找测量经度的方法，英国自然是最活跃的一位，出台了法案，宣称只要有人能找到海上测量经度的方法，就能拿到2万英镑。重金之下必有勇夫，约翰·哈里森，这位自学成才的时钟制作师历经纠结领取了这一奖项。


    这是一段拉的很长的战役，哈里森在草图得到天文台台长哈雷，就是发现哈雷彗星那位的认可后，便开始着手制作。历经5年的时间，哈里森才制作出一台航海钟，我们姑且称之为H1，重达34公斤。哈里森进行了测试，发现它比当时所有的测量方法都要准确得多，但是精益求精的他并没有满足于此，又在这一基础上进行后续的改进，H2、H3，但是这一个个庞然大物并不方便携带，哈里森也是头大。一次偶然，他发现并将小型高频振子加以运用，虽然已是60岁的高龄，哈里森扔不介意重新来过，设计理论大改后制作出来的H4只是比怀表大了一点点，然而，这已是6年后。


    设立奖项的委员会让哈里森的儿子带着H4进行测试，远征牙买加，81天的海上航行发现，H4就只慢了5秒钟，误差远远小于委员会制定的限度。


    “经度之战”中，英国获得了先机，为海上争霸打下了基础，奠定了世界霸主的地位，由此可见，获取精准时间意义重大。如今，航海定位再也不是遥不可及的梦想了，钟表也进入了微电子技术与精密机械相结合的石英化新时期，获取准确的时间、位置都是简单的事情。不得不承认，科技的发展给我们带来了极大的便利。