“时钟”的前世今生
同学们,课文《表里的生物》叙述了作者小时候一段有趣的经历。他认为“凡能发出声音的,都是活的生物”,听到父亲的怀表发出清脆的声音,就认为里面也一定有一个小生物存在。直到父亲打开表盖让他看,并告诉他这摆来摆去的小东西是蝎子尾巴,他信以为真,见人就说父亲的表里有一只小蝎子。
其实,钟表里那如心跳般的“嘀嗒”声,是由其体内的重要装置——擒纵轮和擒纵叉撞击发出的声音。这一擒一纵,也就是一抓一推的意思,它把卷曲簧片张力所产生的动力(拉力),变成均匀停顿的点控力传送出去。我们看到的秒针一走一停,就是来自擒纵器一抓一推的效果。
但表不是从一开始就有“嘀嗒”声的,那最开始的表长什么样子呢?它又是如何演变的呢?
日晷
远古时期,人们以太阳的东升西落作为时间尺度,因此便有“日出而作,日落而息”的人类生活;最古老的钟追溯至太阳钟,例如圭表、日晷。有据可查的太阳钟始于公元前2357~2258年的尧帝时期。
《周礼·地官·大司徒》中有“以土圭之法测土深,正日景(影),以求地中”。《春官·典瑞》中也提到了“土圭以致四时日月,封国则以土地”。
机械钟
欧洲的机械钟出现于13世纪,最早传入我国的机械钟在明朝万历年间,被献给万历皇帝。17世纪,单摆被用于机械钟的设计,使其计时准确度提高了近百倍。
水钟
北宋时期,我国的能工巧匠们设计出水钟,它属于流体钟的一种,除水钟之外,流体钟还包括沙钟。水钟和沙钟都是使用一定数量的流体,通过测量流体在特定方式下流动所需的时间来表示固定的时间间隔。
石英钟
随着社会发展的需求,对时钟准确度的要求越来越高,于是石英钟应运而生,它是通过石英钟内部稳定的石英振荡器来计时的。随着科技发展的要求,以及人类对精密测量的执着追求,石英钟逐渐被其他高准确度的钟所代替,例如原子钟。
原子钟
原子钟是利用原子吸收或释放能量时发出的电磁波来计时。由于这种辐射电磁波周期非常稳定,再加上利用一系列精密的仪器进行控制,原子钟的计时就非常准确了。最初并且最常用于原子钟研制的元素有氢、铯、铷等碱金属。原子钟的准确度可以达到每100万年仅误差1秒。1955年首次出现原子钟。1967年,铯原子钟被用来进行“秒”定义,从此开启了原子“秒”的时间计量标准时代。
光钟
对于原子钟,科学家不遗余力地进行探索并取得了巨大的研究成果,他们研究出了比现行的基准钟——铯原子钟准确度更高的时钟,即光钟。这种利用以原子的光学波段共振频率标准作为时间频率基准的钟——光学原子钟,将人类对时间、频率的测量准确度又大大地向前提升了一步!
目前最新光钟的测量准确度已经比原子钟高出了100多倍!随着对光钟研究的深入,人们已广泛预言光钟将被应用于对时间的新定义。