我們如何測量時間？與古代第一批鐘表相比，今天的鐘表有多準確？第二的定義是什么？

我們大多數(shù)人理所當然地認為，我們有權檢查時間的流逝，隨時知道離下一次約會還有多少時間，或者與世界另一端的人達成時間協(xié)議。當然，情況并不總是這樣。

我們如何測量時間？與古代第一批鐘表相比，今天的鐘表有多準確？第二的定義是什么？我們來看看測量時間的進化史。

我們用來測量時間的五種工具:

1.日晷

2.水鐘

3.機械鐘表

4.石英鐘

5.原子鐘

讓我們進一步探索每種工具。

歷史上最古老的記錄時間的方法可能是日晷。在沒有任何資源的情況下，出門的時候，通過觀察太陽在天空中的位置空就可以大致判斷現(xiàn)在是幾點。當然，肯定是晴天。追溯到公元前1500年(甚至更早)，古埃及和蘇美爾的時間記錄器發(fā)明了第一套利用太陽的光和影記錄時間軌跡的設備。

古羅馬人在城市中心建造日晷。有錢人帶迷你版。已知最古老的便攜式日晷模型是在公元79年維蘇威火山爆發(fā)時，在一座埋在火山灰下的意大利別墅中發(fā)現(xiàn)的。日晷被描述為一塊意大利火腿形狀的金屬，可以放在咖啡杯里。

雖然日晷有各種變化，但它們仍然用太陽來記錄時間。許多人使用一個窄而有角度的物體，叫做時針，在一個標志上投射光線和陰影來指示一天的時間。其他人通過太陽光線中的一條小縫來顯示時間。時針有時是固定的，有時是移動的，因為一天的持續(xù)時間在不同的季節(jié)是不同的。

日晷的精度取決于它的刻度和它所用的制作方的精度(換句話說，日晷的投影是不是很寬很模糊？)，以及它自己時針的大小。最粗糙的日晷測量精度可以達到一小時以內，但日晷作為唯一常用的鐘表，只持續(xù)到17世紀中期，而更現(xiàn)代的鐘表可以達到15秒到30秒的精度。如果你注意細節(jié)，你甚至可以自己制作日晷來記錄每一分鐘。

世界上最大的日晷是在印度拉賈斯坦邦的齋浦爾發(fā)現(xiàn)的，連同其他18種天文儀器一起被發(fā)現(xiàn)在詹塔爾·曼塔紀念碑上。日晷高27米(或88英寸)，頂部有一個小圓頂，用來預測日食和季風的到來，其測量誤差僅為2秒。在2010年哈利法塔建成之前，臺北101是世界上最高的建筑，它也作為一個巨大的日晷，就像巴黎盧克索的方尖碑一樣。

當然日晷的使用是有限的，只有白天沒有云的時候才有效。有些人建造了月亮，盡管它們的精度可能隨著月亮的相位而變化。麥凱(一種特殊的天文儀器)使用不同的恒星來跟蹤整個夜晚的時間流逝。然而，時間記錄器開始尋找非天文的時間方法。

特別是，古希臘和古羅馬是水鐘的愛好者，盡管最古老的水鐘之一是在埃及法老阿蒙霍特普一世的墳墓中發(fā)現(xiàn)的，可以追溯到公元前1500年。最早的水鐘是一個傾斜邊緣的石鍋，它允許水通過底部的一個小孔以固定的速度流出。這個罐子里面有刻度把不同的水位和時間聯(lián)系起來。

為了提高水鐘的精度，有的水鐘是機械化的，通過控制水壓使水流盡可能穩(wěn)定。但是水溫的變化會導致每天30分鐘的誤差。

一些水鐘引發(fā)了花式展覽中雕像的運動，而另一些水鐘敲響了。第一個水基鬧鐘是公元前427年柏拉圖建造的。在柏拉圖的時鐘里，水位一旦達到一定高度，就會被泵入另一個容器，這個容器有一個很窄的管子。當水通過管子時，它會發(fā)出像茶壺里的開水一樣的聲音。最復雜的水鐘之一是由穆斯林工程師阿爾-賈扎里在1206年設計和建造的。它是一個由重量驅動的亞洲象形水鐘。

還有一些計時方法是依靠自然介質的穩(wěn)定變化，包括香籽、沙鐘(也叫沙漏)、油燈鐘。然而，像水鐘一樣，它們的精度仍然有限。

計時的下一個重大進步是機械鐘的誕生，它將計時精度從幾分鐘提高到幾秒鐘。它不是利用水或沙等物質的漸變，而是用一種與這些物質完全分離的機器，用一種可以同時間隔釋放一點可控能量的方式。為了實現(xiàn)這一目標，發(fā)明了許多機械裝置，包括氣缸、雙工機、杠桿機構和精密手表機構，它們都有不同程度的精度。

據(jù)估計，中國科學家和政治家蘇松是世界上第一個在機械水鐘中使用機械裝置的人。他建造了一個30英尺高的液壓機械天文鐘，不僅可以告訴人們現(xiàn)在是什么時候，還可以告訴人們今天是哪一年哪一月。蘇頌里的鐘的大輪子的輻條是以穩(wěn)定的速率充水的，但裝置只有在每個輻條里的水位達到一定高度時才會轉動。他建造的鐘從1092年投入使用，直到1126年被政治對手拆除。

雖然伽利略因發(fā)明擺鐘而受到稱贊，但它最早是由荷蘭科學家克里斯蒂安·惠更斯于1656年建造的。他的設備實現(xiàn)了前所未有的精度，鐘擺每天的誤差不到一分鐘(后來改進為每天的誤差不到10秒)。這個鐘擺以穩(wěn)定的速度擺動和調整齒盤，使指針以規(guī)則的間隔旋轉。鐘表最終會因為空空氣中的阻力和摩擦力而停止擺動，所以通常會加一個需要定時纏繞的彈簧來儲存彈性勢能以保持擺動。

石英鐘發(fā)明于20世紀20年代，與齒輪和棘輪分離，不需要定期發(fā)條。石英鐘的原理是，當施加電場時，應時晶體將以固定的頻率振動。

第一批石英鐘，日本制造，一個月只差五秒。石英鐘的精度受應時晶體的大小、形狀和溫度的限制，會影響其振動頻率，所以沒有兩者是完全相同的。雖然原子鐘的精度已經遠遠超過石英鐘，但由于價格貼近百姓，仍然是最常見的個人計時設備。

現(xiàn)在的時間標準是原子鐘，最早是50年代提出的。今天的原子鐘誤差只有幾千萬年一秒。換句話說，它們的精度是每天納秒。

因為原子具有非常規(guī)則的間隔能級，所以它們會在特定的頻率下共振并發(fā)出電磁波。這些發(fā)射光波的頻率——每單位時間有多少廣播到達——可以被測量，從而非常精確地測量時間的流逝。一秒鐘被定義為銫原子共振9192631770次所需的時間。

世界上最精確的時鐘是位于科羅拉多州博爾德市的國家標準與技術研究所的銫原子鐘，以及位于DC華盛頓州的美國海軍天文臺的銫原子鐘。雖然人們仍然在研究銫以外的原子，但這項研究可能會提供更高的準確性。

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