第1章 形形色色的钟(1)
古代的计时方法
在人类刚脱离动物界的时候，大约还很难有什么时间意识。他们只能遵从太阳的安排，在白天进行采集和狩猎。“日出而作，日没而息”，使他们开始就有了朦胧的“日”的概念。人类共同的活动，需要有更长的时间单位。要造一把石斧，一枚骨针，原始人常常要相当时日。那么，他们是如何计算日子的呢？
我们古代有一种“刻木记日”方法，即在竹片或木板上刻痕来计算日子。例如，甲乙两人约好10天后在某地相聚，如何才能不致搞错呢？他们在约定时就找一小块木板，用力在上面刻上10条口子，然后从中间竖直剖为两片，就像“介绍信”与“存根”一样，甲乙各执一半。
每过一天，他们都削去一格，当10格削完之日，就是他们相见之时。这种原始的记日方法后来也为监狱中犯人所采用，他们往往过一天就在墙上或地上划上一划，以此来计算度过的光阴。
古人刻木相会
还有一种“结绳记日”的原始方法：人们在一根长绳上以打结来计算日子。例如某人要到远处什么地方去，他就在腰间围上一根绳子，出发后，即在夜晚投宿前打个结。
每走一天打一个结，当到达目的地后，他就可以从绳上有多少结知道他这一次走了多少日子，并从中可以估计这地方的远近。当他准备回家时，则在返回路上走一天解开一个结，等到绳上的结全部解开，他也就应该回到家了。
“结绳记日”的方法后来演变成一句俗语：“裤子带上打个结——要记记牢。”
对于更长的时间，古人们就用向瓦盆内投石子的方法来计数日子。例如，每当绳上有10个结时，他们就扔一颗小石子（同时把结解开），这样最后从石子和绳结数就可算出到底过了几十几天。
这种扔石记日的方法，在我国有些地方甚至一直沿用到新中国成立，例如，我国西南边境的苗族地方，他们在解放前就是这样来计算岁月的。每当月圆时，就在一个竹筒内扔一颗小石子，待里面的小石子已达12颗时，就把它们倒掉，并换上一颗大石子——表示已到了一年。
后来人们不仅注意到太阳的东升西落，而且慢慢发现了寒来暑往的规律。冬天的风雪，夏日的骄阳，不仅使他们感受到环境的变化，而且对他们的采集和狩猎活动有着重大的影响。当进入农业社会后，人们终于慢慢认识到了“年”的概念。我国很早就对物候有了仔细的观察，如杨柳何时吐绿，田鼠何时出洞……我们北方的乌苏里江流域，古人弄不清自己的年龄，而是以吃过几次大麻哈鱼来“论资排辈”的。因为这种可口的海鱼，只有每年九、十月间回到乌苏里江中去产卵，所以吃过40次鱼的人一定比吃过20次的人年长，理应受到更多的尊重。
我国北方古人分吃鱼次数来计算年龄我国蒙古族的祖先，由于生活在大草原上以畜牧为生，所以常以大草原的枯荣为年。他们把几岁叫作“几青”或“青草几度”。我国古籍（魏书）中描述岩昌羌族的习俗说：“俗无文字，但候草木荣枯以记岁时。”
尼罗河定期的来势汹汹的泛滥，帮助古埃及人最早确定了年的长度。大约在公元前20世纪时，他们便发现河水两次上涨之间，太阳平均升降了365次。因而古埃及很早把一年定为365日。
但有趣的是，埃及人当时使用的却是每年12个月、每月30天的固定的“历”。这种历法一年只有360天。所以在那个时候，最后的五天在历本上是没有“地位”的。在那五天中，埃及人都关起门来，不与他人接触，糊里糊涂或者呼呼大睡地把它打发过去……一天的时间是较长的，而一个时辰的时间是怎样确定的呢？人们发现，根据太阳投在地面物体上的影子长短来判定时间更加准确。
如树木、房屋和物体等的影子。早晨，影子比较长；中午，影子最短；到傍晚，影子又长了起来。
有一封古埃及人写给伯勒尼公主的信中说：“当你的影子长16步的当儿，阿玛西斯就在橄榄林中等待你……”古希腊的一个喜剧里，有个雅典妇女对她的丈夫说：“等到影子10步长的时候，你涂了香油来吃饭吧！”
影子16步和10步长是什么意思呢？原来，古代的埃及和希腊，许多地方建有一座石碑或纪念碑。白天，太阳东升西落，纪念碑就投下一个个影子。人们只要用脚去量一下影子，就可以知道是什么时辰了。
古老的太阳钟
公元前7世纪，我们的祖先发明了圭表，这是一种用日影来测时的仪器。江苏仪征出土的一件汉代圭表，是由长19.2厘米的竖“表”和一根长34.39厘米的“圭”组成的。
圭上有刻度，标志尺寸。表和圭合在一起时，好像一把尺子。使用的时候，把表竖立起来，放在阳光下，让表的影子投到平放着的圭上，就可以知道影子的长短了。圭表不仅能测定时间，还能推算出当时是哪个季节。
北京故宫太和殿有座古代的太阳钟。叫日晷（guǐ），是利用日影测定时间的另一种仪器。这一种仪器是在一个圆形的石板中间竖立一根铁针，四周刻着12个时辰的标记，随着太阳东升西落，根据针影的方位就知道时间了。
太阳发出光热，万物生长，使地球充满了活力。人们崇敬太阳，把它奉为神。皇帝的祭祀，人类的生活，无不以太阳的位置为准。太阳很自然地成为古代的时钟了。
难怪各国不约而同地都发明了“太阳钟”。希腊人制造了许多不同的日晷，有的是杆影落在垂直的壁上，有的落在球面、圆锥面或圆柱面上。随着太阳在天空中运行，杆影也相应地在移动，影的末端指出字盘上的刻度，就知道是什么时候了。俄罗斯有一些古代的里程碑，在一面石板中央，放着一枚三角形铁片，四周刻着罗马字，标明时刻。随着太阳在天空运行，铁片的影子像钟表指针一样移动着，就可指出是什么时候。
日晷大多是固定的，使用不很方便，没法带着它去旅行。印度的化斋和尚制造了一种多棱的手杖，解决了这个难题。它是八角形的，每一面表示一个节令。顶上的每一边都穿了一个孔眼，孔里可以插进一根小木钉，平面上事先根据木钉的影子的长度刻有记号——时间。它既是手杖，又是时钟。白天，要知道当时是几点钟，只要拎起顶上的绳子，把小木钉插进小孔（孔面要同当时的季节相适应），看看木钉的投影，就知道是几点钟了。
不仅有“太阳钟”，还有奇妙的“太阳闹钟”呢！一架用火药线引燃的土炮，在引火线上放置一个凸透镜，当太阳光线正好经过透镜聚焦到引火线上时，火药线被点燃，引起大炮轰鸣，它向人们报告了时间。“太阳闹钟”比“太阳钟”又进了一步，除了测时以外，还是一种古老的报时方法。
漏壶
春秋以前，我国发明了漏壶（又叫壶漏，刻漏和铜壶滴漏）。漏壶是一种水时计仪器。它的构造各个朝代不同，基本原理却是一样的。
如清代的一种漏壶：上面三个壶底都有漏水孔，白天壶里装满了水，依次漏到水壶中。上面二个壶的深度依次减少一寸，使平水壶的水量可以常满。平水壶的后壁上方有一个孔，如果水多了，就可以从这里漏到下面的受水壶中，这样可使平水壶在一定时间内保持一定的水量漏进水壶去。受水壶中有一个铜人，抱着一根可以上下活动的漏箭，上面刻有用标尺去量度的时刻。漏箭下端装一个浮舟浮在水面。受水壶的水逐渐满起来，从漏箭上升的位置就可以知道时间。
汉朝以后，我国唐代的梁令瓒和一行僧等利用水力和齿轮，创造出了巧妙的计时工具：水运浑天仪和计时器。另一种水仪象台是宋代天文学家苏颂制造的，它高约3丈，有上上下下7层，台的最上层是龙柱支撑着的浑天仪，用来观星。第二层装着一种天球仪，露出半球，表示一半在地面上。另一半球隐没在地平线下，昼夜自动运转。
下面五层木楼中，第一层有3个门，到了每个时辰的时初，就有穿红衣的木人在左门内摇铃；每逢时整，紫衣木人在右门敲钟；逢刻，绿衣木人在中间击鼓。第二层，每逢时初时整，拿着报时牌的木人就在中门出现。第三层专报刻的时间，到时候也有拿着牌子的木人出现。
第四层的木人敲着铃报告晚上的时刻，打着更。第五层的木人报告日出日没。
元代的郭守敬专门制造了一种报时的仪器，同宋代的报时器装置相似，不同的是，另外装有龙、虎、朱鸟、龟等四灵动物模型，逢到时刻会跳跃起来。
由此可见，古代人已经懂得用标尺去量度延续不断的时间，难怪民间流传着：“一寸光阴一寸金。”就是说光阴可以用“寸”来量度。
漏壶有个缺点，每当天寒地冻时，会因水结冰而不能运转，人们便改用沙代替水，成了“沙钟”。它是用3根柱子构成的圆柱形木器，中间放置着两个烧瓶似的玻璃瓶子。底大口细，两个瓶子口相对，有固着物相连，一只瓶子里装有洁净的沙粒。要开“钟”，只要把它倒转过来就行了。上面瓶子里的沙往下漏，当沙粒全部漏进下面的瓶子后，可以测量一个较短的时间：10分钟或30分钟，每隔30分钟，人们只要把“沙钟”的瓶子倒转过来，钟又“走”啦！
元代铜壶滴漏示意图
明代，詹希元创造了一种“五轮沙漏”，这是一种专门报时的机械钟。初轮上装有16个沙斗，当沙池里的沙不断地漏进斗中，压动初轮转动，通过小齿轮分别带动二轮、三轮、四轮，最后传动到水平旋转的中轮。中轮的长轴穿过一个测景盘，长轴顶端装一根指针，随长轴转动，测景盘上刻有时刻，指针转到的地方，就是当时的时刻。中轮上的特别装置，带动测景盘两旁的两个木人，按时敲铃报告时间。
奇妙的书钟和火钟
中世纪时，教堂里每天要定时地敲钟，召集教士们做祈祷。有个黑衣教士叫奥古斯丁的，在教堂专管敲钟。因为没有时钟，日子特别难过。每天晚上，在半夜后3点钟，他就要去敲钟，唤醒教士们起来晨祷。他想出了一个简单办法：从傍晚起就开始读《圣经·旧约全书》，当他一读到“亚萨的结交与伶长伊吉井摩夫”这一句的时候，他就跑到钟楼上去撞钟啦。
有一次，奥古斯丁在读书时，由于白天很劳累，一会儿就昏昏地睡着了。等他一觉醒来，太阳已经升到了高空。当然，他只能是受到教堂主持德齐德里给他的一顿训责！
“书钟”不是一种准确的时间，因为，读书，有人读得快些，有人却读得很慢。这样就会产生不等长的时间，你有你的时间，他有他的时间。可是，人们要求任何时间单位，都应该是一样的啊！
“书钟”却误事了。因为教堂附近市镇上居民没有听到钟声，一觉醒来时，已经日上三竿了。因此，“书钟”也不可靠。
人们又想到了另一种“火钟”。蜡烛上标有尺寸标记，也就是用烧掉蜡烛的分量来测定时刻。“火钟”很方便，使用也普通。人们问：
“现在什么时候了？”回答是：“一支烛”，或“两支烛”。一夜分为3支烛，如果说现在是“两支烛”，那意思是黑夜已过了2／3了。在蜡烛上标尺，就可将时间测得更精细一点。另一种油盏灯，也可以按照灯里耗去的油的分量来测定时间。
这类火钟，由于蜡烛的粗细、燃烧点高低、火焰大小等的不同，测量时间也不很精确。
我国古代有一种“火闹钟”。有一种龙舟形的小船，用长木块镂空船身，雕有龙头龙尾图案，中间悬空放置一支细细的长香。船的中段横挂着一根线，线的两头各栓着一个小钢球，人们把长香的一头点燃着。当长香烧到线的时候，线被火烧断，而两个小钢球便落到船旁下面的金属盆里，发出一声叮当响。
欧洲人向来是按照教堂的钟声来安排他们一天的工作。一天敲钟8次，每隔3小时一次。晨祷以后，就是教堂第1时（相当于上午7～9时），以后第2时、第3时……每隔3小时敲一次钟。
可以想象得到，水钟、火钟、书钟等等，测定时间都有困难和误差，而如果有一环出了差错，许多事儿都要乱套了。有些教堂干脆规定，根据半夜鸡叫来敲响第一次晨祷的钟声。
机械钟的出现
钟表，可以把测时的结果保持下去，这叫“守时”。守时的工具通常是时钟。
在水钟、沙钟以后，人们发明了机械钟。从古老的挂钟到细巧的快摆手表，都有一个摆。只有不停地走动的摆才能指示时间，才能使钟表走得准确。
摆是谁发明的？世界上第一个用摆的振动来计时的钟是怎样制造出来的？
1583年，在意大利比萨城里，有个叫伽利略的青年到教堂中去礼拜。他看到一盏绳索吊在屋顶下的铜灯被风吹动，灯就慢慢地前后摆动着。这种摆动是一种普通存在的自然现象。长期都未引起人们的注意，而伽利略却抓住了这个现象：摆动既平稳又均匀，每次摆动的时间是否是一样呢？当时还没有钟表，没法比较。
后来，在课堂上，老师说：“一般来说，人脉搏的次数是稳定的。”
这给了伽利略以启示：能不能用脉搏来测定那盏吊灯的摆动周期呢？
他再次做礼拜时，用手指按着自己的脉搏默数次数，同时仔细观察吊灯往返的摆动。他发现灯的摆动，每次经历的时间总是一样。虽然，摆动的幅度会越来越小，直到完全静止为止，但摆动一次所用的时间却不见变小。实验还发现，绳子越短，每一次摆动经历的时间也越短。他终于发现，摆的摆动周期和幅度无关这个单摆摆动的等时性规律。
伽利略很想用摆来指示时间，由于当年宗教的盛行，科学真理的传播被禁锢了。伽利略没有能如愿。
1656年，荷兰科学家惠更斯对伽利略发现的单摆等时性规律又作了进一步研究，制造出世界上第一个用摆的振动来计时的时钟。
这种摆钟大致分为摆动部分和计数部分两大结构。计数部分通常采用指针和度盘式数字显示。而利用这种原理制造出来的机械钟在世界上应用了300多年。
为什么摆会摆动呢？这同地球的吸引有关系。当摆在位置上失去平衡的时候，重力和线的拉力不在一条直线上，产生了一种使摆返回平衡位置的力，引起摆动。单摆运动的周期和地球的吸引力有关系，因此，必须在同一地方，地心吸引力相同，摆才能具有等时性。
早期的机械钟都是造得较大的。英国伦敦议会大厦有座巨大的钟——大本。大本有四个钟面，在四角形的塔上，每边有一个，每个钟面的直径8米。它的分针有3.5米长，钟面上的数字高75厘米，钟摆有200千克重。
人们为了改进钟表，使它造得更细巧，于是想到了一种弹性物体，因为单摆的摆动是一种振动，而弹簧也能自由振动。人们发现，构造一定的弹簧，它的频率总是不变的，根据这个原理，制造出了摆轮游丝。游丝是一根螺旋形的弹簧，一头安在摆轴上，另一头安在一个固定的金属片上。摆轮向左或向右推动，游丝时而卷紧，时而松开。有了摆轮游丝，人们造出了怀表和手表。
为了使手表走得准，人们不断加以改进。手表转轴上安上钻石，减少磨损，使寿命长，手表制造注意到了防震、防水、防磁性能，发明了自动表、日历表、快摆表等。手表走得准确与否，同摆轮游丝的周期有关，摆轮周期越短，摆得越快，走得越准。人们制造出快摆手表，摆轮每秒钟来回摆6次，比普通表快上一倍，它走上一天，误差只有6秒钟左右。
电钟和电子表