『壹』 古代計時方法計時工具的演變是什麼
許多古老的文明會觀察天體──通常是太陽和月亮，以確定時間、日期和季節[2][3]。現今在西方社會通用的六十進制時間系統，可追溯至約四千年前的美索不達米亞和古埃及 [2][4][5]；後來，中美洲地區開發類似的系統[6]。
第一個日歷，可能在冰河時代末期，由狩獵收集者（hunter-gatherers）創造。他們利用如樹枝和骨頭等工具，記錄月相和季節[3]。 世界各地──特別是在史前時期的歐洲──都有石陣，例如英格蘭的巨石陣．石陣相信是用來預測晝夜平分點（equinoxes）或至點（亦稱二至點；solstices）等的時間[7][3]。那些巨石文明（Megalith）沒有留下歷史紀錄；因此，現代對他們的日歷或計時方法，所知甚少[8]。
Ancient Persian clock.Kariz.zibad
Ancient Persian clock
公元前3500年至公元前500年[編輯]
日影鍾是第一個能夠量度小時的裝置[9]。已知道最古老的日影鍾來自埃及，用綠片岩製造。古埃及約在公元前3500年建造的方尖碑，也是最早的日影鍾之一[10][3]。
埃及的日影鍾把白天分為十個部分，另外加上4個「微亮小時」── 早上 2個、傍晚 2個。有一種日影鍾由一枝長桿和高架橫桿組成，長竿上有5個不相等的記號，橫桿的陰影會投射到記號之上。橫桿在早上指向東方，在正午會指向西方。方尖碑的運作方式差不多：陰影投射到圍繞它的記號上，埃及人從而可以計算時間。方尖碑可以指出上午或下午、夏至或冬至[3][11]。
現在己知最古老的水鍾 ，在法老阿蒙霍一世（Amenhotep I）（公元前1525年至1504年）的墓中發現，這顯示古埃及最先使用水鍾[11][12][13]。另一方面，相信沙漏也是由古埃及人發明。此外，埃及自公元前600年，開始使用叫作merkhet的鉛垂線在晚間量度時間。這工具的鉛垂線跟勾陳一（北極星）一致，形成南北子午圈。當特定的星宿橫過線時，就能准確報時[11][14]。
公元前500年至公元前1年[編輯]
柏拉圖把水鍾（漏壺）引進古希臘之後，水鍾成為古希臘廣泛使用的計時工具。柏拉圖也發明了一種以水鍾為基礎的鬧鍾[15][16]。希臘人和新巴比倫王國保存計時記錄，作為組成天體觀察的重要部分。漏壺也用在希臘法庭，和後來的羅馬法庭上。
雖然水鍾比日影鍾更好用──水鍾在室內、夜間或天空多雲的日子都可以使用；不過它他們不準確。因此，希臘人尋求方法改善他們的水鍾[17]。到了公元前325年，水鍾的准確度大為改善，雖然仍然及不上日影鍾。這時的鍾有鍾面，其上有時針，令人更容易讀准時間。水鍾較常見的問題是水壓：當容器注滿水時，增加的水壓令水流更迅速。在公元前100年，希臘和羅馬的鍾表專家，開始解決這個問題；其後的幾個世紀，在這一方面得到持續改善。為了抵消高水壓增加的水流量做成的影響，裝水的容器造成圓錐形狀，上闊下窄。於是雖然水平面下降的距離相等，但當容器水滿的時候，流出的水要比水半滿的時候多。然而，還是有些問題沒有得到解決：如溫度的影響。天氣寒冷的時候，水流比較緩慢，甚至可能凍結[18]。
雖然希臘人和羅馬人大大改進水鍾的技術，他們仍然繼續使用影子鍾表。據說數學家和天文學家比提尼亞的狄奧多（en:Theodosius of Bithynia），發明了全球通用的日晷。這個日晷在地球上任何地方都能准確報時，不過現代對它所知甚少[19]。羅馬人在奧古斯都大帝統治期間，建造有史以來最大的日晷──奧古斯都日晷（en:Solarium Augusti)。其晷針是從赫利奧波利斯（en:Heliopolis）而來的方尖碑[20]。
公元1－1500年[編輯]
水鍾[編輯]
主條目：水鍾
李約瑟推測水鍾──漏壺可能從美索不達米亞傳入中國，時間可能早達公元前二世紀的商代，最遲不會晚於公元前一世紀。由漢代（公元前202）開始，泄水型漏壺逐步被受水型漏壺取代，其特色是浮在受水壺水面上的漏箭，隨水面上升指示時間。
蠟燭鍾[編輯]
蠟燭鍾在何處及何時首次使用己不可考。不過，最早提到蠟燭鍾的，是一首寫於520年的中國詩。詩中說，燃燒的蠟燭是夜間量度時間的方法。直到10世紀初，日本一直使用類似的蠟燭鍾[21]。
香鍾[編輯]
遠東地區除了使用水鍾、機械鍾和蠟燭鍾外，也會使用香鍾計時[22]。中國大約在六世紀首先使用香鍾。在日本的正倉院，仍保存了一個香鍾[23]，不過在其上的文字不是中文，而是梵文[24]。由於佛教經常使用梵文，因此愛德華．沙菲爾推測香鍾在佛教儀式中使用，而且是由印度人發明[24]。香鍾跟蠟燭鍾很相似，不過香燒均勻而且無火焰，因此在室內使用時，比蠟燭鍾更准確和更安全[25]。
使用擒縱器的水鍾[編輯]
第一使用擒縱器的水鍾，由密宗僧人兼數學家一行和政府官梁令瓚建於長安[26][27] 這個擒縱器水鍾是個天文數儀器。一行的擒縱器鍾仍然是一個水鍾，因此會受溫度變化的影響。在976年，張思訓解決了這個問題。他用汞（水銀）取代水，汞在溫度下降到攝氏零下39度（華氏零下38度）時，仍然是液體。
天文鍾[編輯]
主條目：水運儀象台
元祐元年（1086年）蘇頌檢驗太史局的渾儀時，決心要將渾儀、渾象和報時裝置結合。蘇頌拜訪吏部守當官韓公廉，取得張衡、張思訓的「儀器法式大綱」。元祐三年（1088年）開始動工，元祐七年（1092年）「水運儀象台」竣工。
水運儀象台是一個類似於天文台，高約12米，寬7米，上下分三層；上層是渾天儀（天體測量之用），中層是渾象儀（天體運行演示），下層是司辰（自動報時器），全程用水力推動，可精確報時，李約瑟指這是歐洲天文鍾的直接祖先。蘇頌於紹聖初年著《新儀像法要》一書，詳述水運儀象台的整體功能、零件150多種，60多幅插圖。
水運儀象台原件在靖康之禍（1127年）時，金兵將水運儀象台掠往燕京（北京）置於司天台，在金朝貞祐二年（1214年）因不便運輸被丟棄，而南宋時蘇攜保存的手稿因無人理解其中方法而無人能仿造。
近代計時工具[編輯]
參見：鍾表
機械鍾[編輯]
機械鍾由僧人一行和官員梁令瓚發明。至元明之時，計時器擺脫了天文儀器的結構形式，得到了突破性的新發展。元初郭守敬、明初詹希元創制了「大明燈漏」與「五輪沙漏」，採用機械結構，並增添盤、針來指示時間，其機械的先進性便明顯地顯示出來，時間性電益見准確。
到14世紀，西方國家廣泛使用機械鍾。在十六世紀，奧斯曼帝國的科學家達茲．艾-丁（en:Taqi al-Din）發明機械鬧鍾[28]。
擺鍾[編輯]
1583年，義大利人伽利略建立了著名的等時性理論，也就是鍾擺的理論基礎。1656 年，荷蘭的科學家克里斯蒂安．惠更斯（en: Christiaan Huygens）應用伽利略的理論，設計了鍾擺。第二年，在他的指導下，年輕鍾匠哥士達（S.Coster）成功製造第一個擺鍾。1675年，他又用游絲取代了原始的鍾擺，這樣就形成了以發條為動力、以游絲為調速機構的小型鍾，同時也為製造便於攜帶的袋錶提供了條件。
袋錶[編輯]
18世紀期間發明了各種各樣的擒縱結構，為袋錶（或稱懷表）的發展奠定了基礎。英國人喬治．葛咸（George Graham）在1726年完善工字輪擒縱結構；它和之前發明的垂直放置的機軸擒縱結構不同，所以使得袋錶機芯相對變薄。另外，1757年左右，英國人湯馬士．穆治（Thomas Mudge）發明了叉式擒縱結構，進一步提高了袋錶計時的精確度。這期間一直到19世紀，產生了大批鍾表生產廠家，為袋錶的發展做出了貢獻。
手錶[編輯]
1904年，飛行員阿爾拔圖．桑托斯-杜蒙特（Alberto Santos-Dumont）要求他的朋友，法國製表匠路易士．卡地亞（Louis Cartier），設計一個他可以在飛行時使用的表[29]。其實在1868年，柏德菲臘已經發明了手錶，不過當時這種女士的手鐲表，只當作首飾。路易士．卡地亞創造了桑托斯（Santos）手錶，第一隻為男士設計而且實用的手錶[30]。
石英振盪器[編輯]
1921年，華持．加迪（en: Walter G. Cady）製造第一個石英晶體振盪器。沃倫．馬利遜（Warren Marrison J. W. Horton）和JW．霍頓（J. W. Horton）於1927年，在加拿大的貝爾實驗室製造首個石英鍾[31][32]。之後幾十年，因為由真空管組成的石英鍾笨重，它只能設置於實驗室中。
1967年瑞士人發表第一款石英錶，1969年，精工製作了世界上第一個商業化生產的石英手錶──雅士圖（ Astron）[33]。它的准確性和低生產成本，令石英鍾表大受歡迎。
原子鍾[編輯]
原子鍾比所有計時裝置都准確，數萬年才會誤差幾秒鍾，所以可以用於校準其他鍾表[34]。第一個原子鍾於1949年發明，現陳列於史密森尼學會。美國國家標准局（又稱國家標准技術研究所（ en: National Institute of Standards and Technology） 的銫原子鍾，每年的誤差只有300億分之一秒。