時鐘的技術史

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時鐘 時鐘簡稱為鐘，所有計時裝置都可以稱為計時儀器。鐘錶在現代中一般有兩層含 義，一是各類鐘和錶的總稱，另一個是專指體積較大的錶，尤指機械結構的有鐘 擺的鐘。 時鐘是人類最早發明的物品之一，原因是需要持續量測時間間隔，有些自然的時 間間隔可以用觀測而得，較短的時間間隔就需要利用時鐘。數千年計時設備的原 理也有大幅變化，日晷是利用在物體在一平面上影子的變化來計時，計算時間間 隔的儀器也有許多種，包括最廣為人知的沙漏。配合日晷的水鐘可能是最早的計 時儀器。歐洲在1300年發明了擒縱器，後來也創作了第一個機械鐘，可以利用像 擺輪之類的振盪計時設備。發條驅動的時鐘約在15世紀出現，鐘錶業約在15世紀 至16世紀開始發展，1656年發明了擺鐘，因此在計時的準確性又進一步提昇，當 時因為航海導航對時間的精確性要求，也帶動時鐘可靠性及精確性的提昇。電子 時鐘在1840年申請專利，二十世紀電子學的發展產生了可以完全不用機械機芯的 時鐘。 現在時鐘內的計時元件是諧振子，一個會以固定精準頻率振盪的物體，諧振子可 能是單擺、音叉、石英晶體，或是原子在發射微波時電子的振盪。類比型的時鐘 會用指針及角度表示時間，數位時鐘則是用數字的方式表示，有兩種時間表示法： 十二小時制及二十四小時制。大部份數位時鐘都是用電子設備及液晶、LED及真 空熒光顯示器來顯示時間。時鐘功能也是現在電腦、手機的標準功能之一。 為了方便性、距離、電話或是盲人的需求，有用聲音報時的聽覺時鐘。為了盲人 需求，也有用觸摸方式可以感知其時間的盲人時鐘，其中有些類似傳統時間，但 調整其設計，可以直接觸摸錶面得知時間，但又不會影響計時功能。計時技術也 在持續演進之中。

早期的計時工具 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。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；後來，中美洲地區開發類似的系統。 第一個日曆，可能在冰河時代末期，由狩獵收集者創造。他們利用如樹 枝和骨頭等工具，記錄月相和季節。 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 或至點等的時間。那些巨石文明沒有留下歷史紀錄；因此，現代對他們 的日曆或計時方法，所知甚少。 日影鐘是第一個能夠量度小時的裝置。已知道最古老的日影鐘來自埃及， 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 影鐘之一。 埃及的日影鐘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。有一種日影鐘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。 現在己知最古老的水鐘 ，在法老阿蒙霍一世的墓中發現，這顯示古埃及 最先使用水鐘。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，開始使用鉛垂線在晚間量度時間。這工具的鉛垂線跟勾 陳一致，形成南北子午圈。當特定的星宿橫過線時，就能準確報時。

柏拉圖把水鐘（漏壺）引進古希臘之後，水鐘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鐘為基礎的鬧鐘。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。 雖然水鐘比日影鐘更好用──水鐘在室內、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鐘。到了公元前325年，水鐘的準確 度大為改善，雖然仍然及不上日影鐘。這時的鐘有鐘面，其上有時針，令人更容易讀 準時間。水鐘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，希臘和羅馬的鐘錶專家，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，上濶下窄。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。 雖然希臘人和羅馬人大大改進水鐘的技術，他們仍然繼續使用影子鐘錶。據說數學家 和天文學家比提尼亞的狄奧多，發明了全球通用的日晷。這個日晷在地球上任何地方 都能準確報時，不過現代對它所知甚少。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。其晷針是從赫利奧波利斯而來的方尖碑。

近代時鐘的演變 機械鐘 機械鐘由唐高僧人一行人等發明。至元明時，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、明初詹希元創製了「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，時間性電益見準確。到14世紀，西方國家廣泛 使用機械鐘。在十六世紀，奧斯曼帝國的科學家達茲·艾-丁發明機械鬧鐘。 擺鐘 1583年，義大利人伽利略建立了著名的等時性理論，也就是鐘擺的理論 基礎。1656年，荷蘭的科學家克里斯蒂安·惠更斯應用伽利略的理論，設計了 鐘擺。第二年，在他的指導下，年輕鐘匠哥士達成功製造第一個擺鐘。1675 年，他又用遊絲取代了原始的鐘擺，這樣就形成了以發條為動力、以遊絲為 調速機構的小型鐘，同時也為製造便於攜帶的袋錶提供了條件。

袋錶(懷表) 18世紀期間發明了各種各樣的擒縱結構，為袋錶（或稱懷錶）的發展奠 定了基礎。英國人喬治·葛咸在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，產生了大批鐘錶生產廠家，為袋錶 的發展做出了貢獻。 手錶 1904年，飛行員阿爾拔圖·桑托斯-杜蒙特要求他的朋友，法國製錶匠路易 士·卡地亞設計一個他可以在飛行時使用的錶。其實在1868年，百達翡麗已經 發明了手錶，不過當時這種女士的手鐲錶，只當作首飾。卡地亞創造了桑托 斯手錶，第一隻為男士設計而且實用的手錶。

石英振盪器 1921年，華持·加廸製造第一個石英晶體諧振器。沃倫·馬利遜和JW． 霍頓於1927年，在加拿大的貝爾實驗室製造首個石英鐘。之後幾十年， 因為由真空管組成的石英鐘笨重，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。它的準確性和低生產成本，令石英鐘錶大受歡迎。 原子鐘 原子鐘比所有計時裝置都準確，數萬年才會誤差幾秒鐘，所以可以用 於校準其他鐘錶。第一個原子鐘於1949年發明，現陳列於史密森尼學會， 每年的誤差只有300億分之一秒。

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機械技術史簡報自我評分表 1.各項評分項目每項最高10分，每項評分分別為：6~10 分(優)、5 分(普通)、3 分(待加強)。 2.評分項目標準： A. 報告內容：PPT 的標題與內容是否符合機械技術史（與機械技術史相關）。 B. 投影片製作：投影片的編排與製作，對觀眾而言，PPT 看起來是否屬於精心編排，例如字體大小編排適當，圖片清晰可辨別等。 C. 組織邏輯：報告人是否熟悉自己的報告內容，報告表現是否段落分明，清晰，層次井然有序。 D. 時間的掌控：報告的時間是否恰當，對時間的掌控是否合宜（時間太短或過長均不宜）。 E. 表達能力：口說是否通順具有流暢性，意思的表達是否容易使人了解。 A. 報告內容 B. 投影片製作 C. 組織邏輯 D. 時間的掌控 E. 表達能力 總分 6 5 7 8 32

心得 這是我第一次上台報告，一開始很緊張啊！ 不過從這次的經驗中，讓我學習到台風是需 要多次練習的，雖然我覺得我這次的報告不 甚理想，但是下次有機會的話，會把這次的 缺點給改進的，包括文字的排列以及字型大 小的拿捏，還有面對大家的心情轉換等等的， 克服緊張的完成報告。

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