《世界钟表史》（苏）B.H.ПиПyHbIров著     张遐龄 译   李大猫整理。
《世界钟表史》全书译文在1988年至1992年在《钟表》杂志先后分48期连载刊出。
1,绪论 钟表发展史各时期的划分

古希腊罗马技术历史学家格•吉尔斯（Г.илbс）指出：“人类离开动物状态开始科学思维时，就与测量时间相联系。”诞生于文化发展的史前时期的天文学，第一门关于时间的科学。古代人日出而作，日入而息，对“日”有了认识；观察月亮的圆缺，又逐渐地认识了较长的时间单位“月” ；对“年”的认识可能要晚一些，这是通过长期农作物的播种收获和暑往寒来的循环而逐步认识的。人们根据日、月和星辰的天象逐渐产生了时间的观念。

取向于太阳或月亮的史前时期的巨石或巨石建筑物，现在虽然已成为历史古迹，但它可以证明，早在晚石器时代和青铜器时代开始（公元前20世纪）时，人类对天文学知识就感兴趣了。其中，有些还能以令人信服的精度进行计日，指出一年的开始，预报日食和月食。这样的石日历曾在世界的许多地方建造过。其中，最为著名的是距英国索尔兹伯里（Salisbury）城13公里的平原上的史前巨石建筑物，它以“悬挂的宝石”是在原始制度时代所取得的令人信服的科学和技术成就之一。

在古代和中世纪，日晷的科学已发展成为天文学不可分割的一部分。在这个约为三千年的时期里，测量时间的方法和工具的发展史的划分，基本上与天文学发展史的时期划分相重合。可以相应地分为以下发展阶段：

1. 古代东方：包括古巴比伦、古埃及、古中国，以及古老东方的其他国家。古中国的日晷后来演变成仰仪，传入朝鲜和日本。他们所设计和制造的仰仪突出了日晷性质，并称为仰釜日晷。古巴比伦和古埃及在日晷方面所取得的成就，是古希腊更为发达的日晷的源泉。
2. 古希腊罗马：不仅包括古希腊，还有希腊化时代和亚历山大―罗马文化时期钟表的发展。
3. 中世纪：在中国、拜占庭、伊斯兰东方、印度和欧洲，天文学和日晷都得到了发展。

古代和中世纪的钟表发展史，将在本书第一部分中叙述，这部分是关于太阳钟、水钟、沙钟和火钟的历史。以后，早期机械钟表的出现结束了这段历史。

在古代和中世纪，农业和手工业技术占统治地位时，不需要像现在这样将时间分成微小的时段和精确地测量它们，人们按照太阳的自然运动来确定时间和安排生活。较长的夏日和较短的冬日都同样被分为12小时，因此，出了二分点外，认为时间是不均匀的。人们完成农活的秩序和节奏，是以缓慢流逝的自然过程来调节的。这些过程是与植物的耕种、动物的离去、植物和动物产品的再加工相联系的，因此，那时是非常粗放地利用时间。

在文化中心城市，天文学得到了发展，因而开始需要比较精确地测量时间。为了观察和研究太阳的年运动、月亮相位的变化、星的位置等，需要完善计时技术。不是从地球世界、而是首先从天体开始研究物质世界的运动，因而也就要研究时间。

和天文学一起，日晷的科学也得到了发展。无论是日晷还是太阳钟，在阴天时都不能使用，因此，水钟得到了传播。水钟也时常叫做夜钟。沙钟和火钟也同样得到了应用。以后又出现了机械钟表。

古代和中世纪天文学的理论，实际应用最多的是太阳钟。利用太阳钟钟面来简化时间的测量。在探讨这个问题的理论过程中，产生并解决了角的三等分、锥截面、极射赤面投影等数学问题。

在伊斯兰教东方各国，日晷理论问题的解决，最终导致论证和应用直线三角学和球面三角学等等。制造太阳钟、水钟、沙钟、以及火钟，连同天文学一起，促进了精密机械的发展。

7世纪，特别是14—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。马克思(Karl Heinrich Marx)把西欧钟表的出现直接与科学和知识生产联系起来：“钟表是艺术手艺生产和渊博知识结合的产物，标志着资产阶级社会的萌芽时期”。另外，他还指出：“手工业时期……留给了我们伟大的发明：罗盘、火药、印刷术和自动钟表。”而这些伟大的发明，又都是古老的中国对全人类做出的伟大贡献。

古代中国对数学、力学，以及天文学和机械学研究的成果，在2—11世纪中国制造的先是连同天文仪器在一起的机械钟，后是独立的机械钟得到了充分应用。文艺复兴时代对数学和力学研究的结果，先是在意大利、而后是在西欧各国，在14—15世纪制造的塔钟，都得到了多方面的应用。从机械学观点来看，甚至最早的机械钟也是非常复杂的，就今天来看，其制造的难度也是很大的。这些机械钟的设计和制造者，有着广泛的科学知识和高度发达的艺术手艺技术。正如马克思指出的，德国的作家绝非偶然地把钟表手工业称为“科学手工业”。

    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。

    12—13世纪在中国，15—17世纪在西欧，日晷处于高度发展时期。这些日晷不仅建立的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。

    17世纪出现了怀表，但他们的精确度和可靠性，都不能适应天文测量的要求。甚至牛顿（Isaac Newton）也对水钟的完善发生了兴趣，天文学家契哈•勃拉格仍是利用水钟或沙钟进行天文观测，伽利略（Galileo Galilei）就是藉助水钟进行落体实验的。

    自伽利略时起，实验自然科学的发展、船只横渡大西洋、印度洋时确定所在位置精度、特别是在十七世纪急剧发展的贸易，都对钟表走时精度提出了更高的要求。由于摆和摆轮游丝系统的发明，使这一要求得以解决。摆和摆轮游丝系统具有固有振动周期，作为走时的调速器，代替了不完善的、建立在同枢轴式擒纵机构力的闭合基础上的富利欧调速器。后者的调正看，是用手工移动横梁上两端的重块来达到的。从这时起，古典振动精密计时学开始得到了发展。从而开始了钟表史上又一新的篇章。

    伽利略和惠更斯（Constantijn Huygens）发明的摆钟，不仅开创了精密计时学的新纪元，而且对基于研究动力系统的新机械的发展，有着现实和深远的影响。伽利略发现了摆动理论之后，创立了刚体质点的动力学。惠更斯以自己的劳动创立起来的古典力学，开创了技术和精密计时学在新的基础上发展的光辉前景。

    牛顿发展了不变常量无限延续的绝对时间的学说。牛顿将这个运动想象为类似永久上条的理想钟表机构，走时是连续的和均匀的。不言而喻，这样的运动只有在同样的和常量的原因条件下才是可能的。在类似的基础上制造的钟表，只有在科学和技术发展水平很高时才是可能的。现代的原子钟和分子钟才是这样的钟表。牛顿写到：“可能在自然界不存在能够用于准确地测量时间的完全均匀的运动”。但可以在技术上再现它们。为此，拉巴切夫斯基说：“我们应该制造能看见运动等同性的仪器。”钟表就是这样的仪器。

    19—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，使得任务得以很好的解决。

    古典振动精密计时学的发展，可以分为三个阶段来叙述摆钟和摆轮游丝钟表完善的进程。

    第一阶段（17世纪末—18世纪），制造了精度为0.1秒天文摆钟和适用在陆地和海洋上确定经度的精密计时仪器。发明了怀表用的自由锚式擒纵机构。这些都给建立在古典振动精密计时学的精密钟表的进一步发展打下了坚实的基础。

    第二阶段（19世纪—20世纪前10年），由于‘常力’擒纵机构或自由锚式擒纵机构、铟摆的应用和摆簧等时作用的提高；摆钟的走时精度进一步提高到0.01秒。电技术的应用对摆钟走时精度的提高有着特殊的意义。英国科学家萧尔特在1921年制造的电天文摆钟，曾是很大的成就。这个摆钟有双摆，一个是自由的，另一个是工作的，走时精度为0.001秒。

    第三阶段（二次世界大战结束后至今），古典精密计时学的发展几乎达到了可能的最高水平，实际上，在传统的机械结构基础上提高摆钟和摆轮钟表走时精度和走时稳定性的办法，几乎都已用尽，所以，提出了在钟表中使用品质更好的振子和新的技术手段。在这个时期设计了大批量生产的手表结构。

    测量精度的提高，不是逐渐的，而是台阶式的，因为，从航海、工业、科学和技术方面提出了进一步提高精度的要求。马克思指出：“在商品价值，也就是生产它们的必要劳动时间，有着决定意义的时代，如果没有钟表，将会是怎样的呢？”

    19—20世纪，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。

    当发现基本粒子，如介子、超子、中子、反核子后，短时段的测量有着更重要的意义。一些粒子存在的时间是非常短的，甚至不到一微秒，所以，只有掌握了在非常短的时段里进行物理测量，才有可能观察这些基本粒子。

    应用于新的振子（水晶、音叉、分子和原子）相匹配的电子系统，使时间测量精度提高了2—3个数量级，从而开创了新发现的空前可能性。科学思想的发展不仅给精密计时学提出了新而又新的任务，而且迟早会找到解决这些问题的办法。这对于科学和精密计时学发展的互相联系是非常本质的。

    现代的钟表历史在本书的第三部分予以叙述。为了测量时间，在技术上再现均匀运动中取得的最大进步是，当科学从研究宏观世界走向研究微观世界时，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3E-11—4E-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，来测量时间过度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。

    现代科学和技术提供了测量原子共振的可能性，精度高于恒星和行星的运动，而且这个共振比行星运动更为稳定。

    现今，瑞士制造的脉泽(Microwave Amplification by Stimulated  Emission of Radiation)被认为是最好的时间标准，光谱宽度为1Hz，稳定度可达1E-14.还有其他的原子时间单位标准。英国从1958年采用带有原子射线管的铯标准作为时间单位基础。用这种钟测量时间和频率，精度可达1E-11，用天文手段取得这样的精度是不可能的。

    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五十年代，开创了计时仪器新的发展前景，不仅可以制造电机械手表，而且可以制造电子机械手表。1959年制造出使用晶体管电子系统的音叉手表。1967年制造出指针式和数字显示式的石英电子手表。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。因此，现在的精密机械专家不能将自己仅仅限在机械领域内，而应两者兼是。

    沃尔德(?)绘出了自机械钟表出现以来钟表走时精度提高的图表（图1）。可以看出，应用富利欧(?)作为枢轴式擒纵机构的调速器，钟表走时精度的提高是很有限的，只是在摆钟发明之后，才有可能加速提高。在双摆电钟发明之后，精度提高的尤为快。在这个领域中，真正的革命是石英钟和原子钟的发明。