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記時工具發(fā)展史

清風

<p class="ql-block">?清風于<b>2025年8月11日</b>發(fā)布于《今日頭條》，總點擊率是38546人次。</p><p class="ql-block">?清風于<b>2026年2日23日</b>科普于《美篇》，總點擊率是4041人次。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block"><b style="font-size:22px; color:rgb(237, 35, 8);">01. 日晷沙漏：</b></p> <p class="ql-block"><b>中國古代測定時間工具有</b><b style="color:rgb(237, 35, 8);">日晷、沙漏、水鐘，</b><b>把晝夜粗分為12個時辰：</b></p><p class="ql-block">①子時（子夜）：23:00-1:00；</p><p class="ql-block">②丑時（雞鳴）：1:00-3:00；</p><p class="ql-block">③寅時（黎明）：3:00-5:00；</p><p class="ql-block">④卯時（日出）：5:00-7:00；</p><p class="ql-block">⑤辰時（早歺）：7:00-9:00；</p><p class="ql-block">⑥巳時（隅中）：9:00-11:00；</p><p class="ql-block">⑦午時（日中）：11:00-13:00；</p><p class="ql-block">⑧未時（日昳）：13:00-15:00；</p><p class="ql-block">⑨申時（晚歺）：15:00-17:00；</p><p class="ql-block">⑩酉時（日落）：17:00-19:00</p><p class="ql-block">⑩①戌時（黃昏）：19:00-21:00；</p><p class="ql-block">⑩②亥時（夜深）：21:00-23:00。</p><p class="ql-block"><b style="color:rgb(237, 35, 8);">?</b></p><p class="ql-block"><b style="color:rgb(237, 35, 8);">?注：</b>中國古代時辰對黃昏的劃定是戍時，對應北京時間為19至21時。這與近代天文學定義不同：黃昏實指日落后天色漸暗至星光出現(xiàn)之前。文學作品中的黃昏泛指后者，即天文學定義。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block"><b style="color:rgb(237, 35, 8); font-size:22px;">02. 老式擺鐘：</b></p> <p class="ql-block"><b style="color:rgb(237, 35, 8); font-size:22px;">●</b><b style="color:rgb(176, 79, 187); font-size:22px;">老式擺鐘</b></p><p class="ql-block">1656年荷蘭物理學家<b style="color:rgb(237, 35, 8);">惠更斯</b>，通過伽利略<b>單擺定律</b>，發(fā)明了最早的擺鐘，科技實現(xiàn)精準計時。其機械構造包含<b>發(fā)條驅動和擺錘調速系統(tǒng)</b>。于是才把時間細分成：1天24小時，1小時=60分，1分=60秒。普通機械擺鐘每天誤差2-5分鐘，平均每天誤差±3分鐘。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">《紅樓夢》時代，機械擺鐘巳經傳入中國，那可是極稀罕的奢侈品。但沒有見到林黛玉佩戴瑞士機械表的描述。</p> <p class="ql-block"><b style="color:rgb(237, 35, 8); font-size:22px;">●</b><b style="color:rgb(176, 79, 187); font-size:22px;">清風的機械鬧鐘</b></p><p class="ql-block">清風于上世紀八十年代購買了一臺上發(fā)條的機械鬧鐘，價位等于我半個月工資，每天正常誤差在±15分鐘。</p> <p class="ql-block"><b style="color:rgb(237, 35, 8); font-size:20px;">●</b><b style="color:rgb(176, 79, 187); font-size:20px;">世界最大的機械鐘塔</b></p><p class="ql-block"><b style="color:rgb(237, 35, 8);">和諧鐘塔</b>，位于江西省贛州市贛江東岸。塔高113米，外觀9層。塔頂鑲嵌四臺機械巨鐘，鐘盤直徑達12.8米，超過世界上著名的英國大本鐘。公園占地面積485畝，總投資2.9億元人民幣(其中塔鐘造價2千萬元)，落成于2012年。塔鐘將在每天太陽升起時開始報時，白天每半小時報時一次。</p> <p class="ql-block"><b style="font-size:22px; color:rgb(237, 35, 8);">●</b><b style="font-size:22px; color:rgb(176, 79, 187);">英國大本鐘（大笨鐘）</b></p><p class="ql-block">英國大本鐘，始建于1859年。塔高98米，耗資2.7萬英鎊，每個鐘體機械重量13.5噸，所以又稱“大笨鐘”。它代表著英國古典文化，是倫敦的標志性建筑，也是英國人的驕傲。 大笨鐘有四個鐘面，每個鐘面各由312塊乳白色玻璃鑲嵌而成。負責鐘塔的總工程師叫<b style="color:rgb(237, 35, 8);">本杰明·霍爾</b>，故大本鐘由此得名。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">大笨鐘雖然笨重，但齒輪機械運動一點也不笨，它的最大的特點就是準確。建造之初，英國皇家天文館就要求大笨鐘，每個鐘點的第一響準確到：“<b>誤差不超出1秒鐘</b>”。如此苛刻的設計條件，大笨鐘竟然做到了，堪稱世界科技奇跡！</p> <p class="ql-block"><b style="color:rgb(237, 35, 8); font-size:20px;">●</b><b style="color:rgb(176, 79, 187); font-size:20px;">電影《第39級臺階》劇照</b></p><p class="ql-block">在電影《第三十九級臺階》中，男主角雙手懸掛在大笨鐘的<b>時針</b>上，跟歹徒做殊死搏斗。我們肉眼可見<b>分針</b>每5秒位移一個小刻度，每5分鐘位移一個大刻度，令人驚心動魄。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block"><b style="font-size:22px; color:rgb(237, 35, 8);">03. 瑞士手表：</b></p> <p class="ql-block"><b style="color:rgb(237, 35, 8); font-size:22px;">●</b><b style="color:rgb(176, 79, 187); font-size:22px;"> 瑞士手表</b></p><p class="ql-block">1845年才有了制表機械，瑞士出現(xiàn)大批量生產，最高年產1.04億枚手表?？梢赃@么說，全世界出口手表中，每10枚中就有7枚產自瑞士。瑞士家家戶戶都會組裝和維修手表。1921年瑞士成立了制表研究所，瑞士手表標記是：Swiss made。工藝最精湛的瑞士手表每天誤差≤±15秒，普通瑞士手表每天誤差±30秒，都算正常范圍內。</p> <p class="ql-block"><b style="font-size:15px;">超長視頻：4分26秒；網絡教學；</b></p><p class="ql-block"><b style="font-size:22px; color:rgb(237, 35, 8);">●</b><b style="font-size:22px; color:rgb(176, 79, 187);">機械表的工作原理</b></p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block"><b style="font-size:20px;">?世界最昂貴的瑞士手表：</b></p><p class="ql-block"><b>百達翡麗的“大師編鐘〞 手表</b>，售價高達3100萬美元（折合人民幣2.1億元），該表于2014年推出，集合了雙面萬年歷、天文鐘、鬧鐘等20項復雜功能，其制作耗時超10萬小時，把精湛的機械工藝推致極限水平。全球限量7枚，6枚均已售出，1枚品牌收藏。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block"><b style="font-size:20px;">?其他天價瑞士手表拍賣價：</b></p><p class="ql-block"><b>①百達翡麗5004T</b>：限量4枚，拍賣價390萬美元，搭載碳纖維表帶與純金表盤。</p><p class="ql-block"><b>②理查德·米勒RM 56-02</b>：藍寶石水晶表殼，售價200萬美元。</p><p class="ql-block"><b>③江詩丹頓Tour de l'Ile：</b>限量7枚，售價150萬美元，含834個精密零件及多功能。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block"><b style="font-size:20px;">?名貴手表的共同特征：</b></p><p class="ql-block">①工藝復雜，技藝精湛：手工打磨，耗時數(shù)月，精品孤品；②稀缺性：限量生產，歷史孤品，文物般存在；③ 材質講究：純金表殼、寶石點綴，鉆石鑲嵌。所以最能體現(xiàn)身份高貴的，不是黃金項鏈或鉆石戒指，而是限量版的名貴瑞士手表。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block"><b style="color:rgb(237, 35, 8); font-size:22px;">04. 電子鐘和石英鐘：</b></p> <p class="ql-block"><b style="font-size:22px;">清風家的電子鐘和石英鐘</b></p><p class="ql-block"><b style="color:rgb(237, 35, 8); font-size:22px;">●</b><b style="color:rgb(176, 79, 187); font-size:22px;">電子鐘：</b></p><p class="ql-block">對于使用家用交流電的電子鐘而言：我國交流電壓220V，頻率50Hz，客觀存在±0.2Hz的波動，導致采用交流電技術的電子鐘，每天會產生±10秒誤差，每月累計誤差±5分鐘。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block"><b style="color:rgb(237, 35, 8); font-size:22px;">?●</b><b style="color:rgb(176, 79, 187); font-size:22px;">石英鐘：</b></p><p class="ql-block">石英鐘通過1節(jié)5號電池供電。主要部件是一個很穩(wěn)定的<b>石英振蕩器</b>，它所產生的石英振蕩頻率比電子鐘準多了，普通石英鐘<b>每天誤差±0.864秒</b>；每月累計誤差26秒。世界最精準的石英鐘，每天誤差十萬分之一秒，也就是說，每經歷270年才誤差1秒。</p> <p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block"><b style="font-size:22px; color:rgb(237, 35, 8);">05. 電波鐘和原子鐘：</b></p> <p class="ql-block"><b style="font-size:22px; color:rgb(237, 35, 8);">●</b><b style="font-size:22px; color:rgb(176, 79, 187);">電波鐘：</b></p><p class="ql-block">電波鐘外觀很像石英鐘，內部結構也是石英鐘，而最大區(qū)別在于：電波鐘兼有收音機接收電磁波的功能。<b>即由衛(wèi)星授時，調準時間</b>。中國衛(wèi)星授時使用的是<b style="color:rgb(237, 35, 8);">銫原子鐘</b>，所以電波鐘的石英振蕩頻率的每日誤差，會得到中國授時衛(wèi)星發(fā)送微波的精準扶正。所以會成功實現(xiàn)：“<b>自動調時，零秒誤差</b>”，與中央電視臺報時器同等準確無誤。我們把這類特殊的石英鐘（包括手機報時器），又統(tǒng)稱為“<b style="color:rgb(237, 35, 8);">衛(wèi)星授時石英鐘或報時器</b>”。上圖表示：中國授時衛(wèi)星的<b>地波</b>（強波）即中心小圈，覆蓋半徑為1000公里，<b>天波</b>（弱波）即外圍2至3圈，覆蓋半徑為3000公里，<b>無波</b>覆蓋面僅僅是新疆西藏部分無人區(qū)。</p> <p class="ql-block"><b style="color:rgb(237, 35, 8); font-size:22px;">●</b><b style="color:rgb(176, 79, 187); font-size:22px;">銫原子鐘：</b></p><p class="ql-block">1967年，第十三屆國際度量衡大會將秒定義為：銫-133（Cs?133）原子振蕩9192631770次為1秒。銫原子躍遷頻率的穩(wěn)定性可達10?1?量級，經歷數(shù)千萬年誤差不超過1秒。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">21世紀，新一代原子鐘實現(xiàn)芯片級躍升。2016年9月，中國研制的世界上第一臺<b style="color:rgb(237, 35, 8);">空間冷原子鐘</b>，大約有海爾冰箱大小，隨著中國的天宮二號空間實驗室發(fā)射升空。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">2025年1月2日，英國防部表示他們科學技術實驗室正在開發(fā)<b style="color:rgb(237, 35, 8);">量子鐘</b>（即用量子技術實現(xiàn)的原子鐘），以增強軍事情報收集和監(jiān)視能力。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">原子鐘的運作核心是利用原子頻率共振作為基本原理。<b>當振蕩器產生的電磁波頻率與原子固有的振動頻率相匹配時，原子將經歷“能級躍遷”。</b>原子鐘精度被廣泛應用于衛(wèi)星導航系統(tǒng)，它主要<b style="color:rgb(237, 35, 8);">利用測量時間來測距</b>，最后達到導航定位的目的。</p> <p class="ql-block"><b style="font-size:22px; color:rgb(237, 35, 8);">●</b><b style="font-size:22px; color:rgb(176, 79, 187);">鍶光鐘（光晶格鐘）：</b></p><p class="ql-block">目前精度最高的原子鐘叫<b style="color:rgb(237, 35, 8);">鍶光鐘</b>（光晶格鐘），理論測算<b>運行156億年誤差只有±1秒。</b>（供參照：宇宙大爆炸時間發(fā)生于138.2億年前）。現(xiàn)代最精準的銫原子鐘，運行2千萬年誤差±1秒。中國研制的空間冷原子鐘就屬于這個精度。國際度量衡組織對秒重新再定義為：光在真空中穿過299792458米的距離，所用的時間定義為1秒。<b>銫鐘精度為10?1?量級，而光鐘精度可達10?1?量級。</b></p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block"><b style="color:rgb(237, 35, 8); font-size:22px;">06. 阿秒脈沖：</b></p> <p class="ql-block">2023年物理學諾貝爾獎獲得者是三位物理學家，他們發(fā)現(xiàn)和檢測出<b style="color:rgb(237, 35, 8);">阿秒脈沖</b>。他們分別來自奧地利維也納技術大學、加拿大國家研究中心和德國比利斐爾德大學，他們共同研究成果是：<b>精確檢測出650阿秒（as）的光脈沖，簡稱阿秒脈沖。</b></p><p class="ql-block">?</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block"><b style="font-size:22px; color:rgb(237, 35, 8);">●</b><b style="font-size:22px; color:rgb(176, 79, 187);">秒的換算：</b></p><p class="ql-block">1秒（s）=1000毫秒（ms）</p><p class="ql-block">=10^6微秒（μs）=10^9納秒（ns）</p><p class="ql-block">=10^12皮秒（ps）=10^15飛秒（fs）</p><p class="ql-block">=10^18阿秒（as）</p><p class="ql-block">=10^43普朗克時間（Chronon）</p><p class="ql-block">說明：1阿秒等于1百億億分之一秒，普朗克時間單位更小，與阿秒之間相差25個數(shù)量級。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block"><b style="font-size:22px; color:rgb(237, 35, 8);">●</b><b style="font-size:22px; color:rgb(176, 79, 187);">秒的定義：</b></p><p class="ql-block"><b style="font-size:20px;">①秒的最早定義：</b></p><p class="ql-block">平均太陽日的1/86400為1秒。</p><p class="ql-block">計算：太陽日=24小時</p><p class="ql-block">=24時x60分x60秒</p><p class="ql-block">=86400秒。</p><p class="ql-block"><b style="font-size:20px;">②秒的權威定義：</b></p><p class="ql-block">將銫-133（Cs?133）原子位于海平面處于非擾動基態(tài)時，兩個超精細能級間躍遷所對應的輻射頻率ΔνCs，以赫茲（Hz）為單位，把銫原子超穩(wěn)定振蕩頻率9,192,631,770次定義為1秒（s）。<span style="font-size:18px;">利用銫原子脈沖制作的銫原子鐘，精度是2千萬年才誤差1秒。</span></p><p class="ql-block"><b style="font-size:20px;">③秒的最新定義：</b></p><p class="ql-block">在真空中激光穿過299792458 米（m）的直線距離，所用的時間定義為1秒（s）。可見秒與光速互為定義。1阿秒（as）相當于光穿透一個氫原子所用的時間。利用阿秒脈沖制作的阿秒鐘，精度是2億年才誤差1秒。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block"><b style="font-size:22px; color:rgb(237, 35, 8);">●</b><b style="font-size:22px; color:rgb(176, 79, 187);">原子脈沖≠阿秒脈沖：</b></p><p class="ql-block"><b style="font-size:20px;">?</b><b style="font-size:20px; color:rgb(237, 35, 8);">原子脈沖</b><b style="font-size:20px;">的高頻振蕩原理：</b></p><p class="ql-block"><span style="font-size:18px;">原子鐘是依靠原子脈沖超強穩(wěn)定性的工作原理來進行設計和制作的：</span></p><p class="ql-block">①電場力F→發(fā)射電子→電子振蕩→強光場→偏離平衡位置；</p><p class="ql-block">②外加電場力 F?→偏離的電子→復雜運動→高頻振蕩→高頻電磁波→高次諧波。</p><p class="ql-block"><b style="font-size:20px;">?</b><b style="font-size:20px; color:rgb(237, 35, 8);">阿秒脈沖</b><b style="font-size:20px;">的產生和測量：</b></p><p class="ql-block">高頻飛秒脈沖（即超強超短脈沖） →以惰性氣體為介質→外加激光強電離高能電子→高次諧波（最短的波長，最小的脈寬）→動能躍遷→產生阿秒脈沖。</p><p class="ql-block"><b style="font-size:20px;">?阿秒脈沖的解說：</b></p><p class="ql-block">外加高強度激光場，把高能電子從原子中“拉” 出來，然后使其復位，就可以輻射出高次諧波。這好比把一端固定在墻壁上的鋼絲彈簧，用外力 “拉”出來，然后松手讓它彈性回位，會引發(fā)來回振蕩。通過只允許最高頻率的濾波器，即可濾出高能光子，從而得到阿秒脈沖。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">用阿秒脈沖設計出來的阿秒鐘，其精度是2億年誤差±1秒。而用原子脈沖設計出來的原子鐘，其精度是2千萬年誤差±1秒。在研究電子環(huán)繞原子核運動或躍遷中，用<b style="color:rgb(237, 35, 8);">秒</b>做單位只能看到極濃密的電子云；用<b style="color:rgb(237, 35, 8);">阿秒</b><span style="color:rgb(1, 1, 1);">=10^-18秒</span>做單位，我們可以看到電子繞核躍遷了650次；用<b style="color:rgb(237, 35, 8);">普朗克時間</b>=10^-43秒做單位，電子繞核運動的速度，相當于蝸牛沿地球赤道環(huán)繞爬行一圈的速度。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">已知蝸牛每分鐘爬行8-13厘米，平均速度約10厘米/分，不難算出蝸牛每年爬行路程為52.56公里。已知地球赤道周長約為?40075公里?，不難算出蝸牛環(huán)繞地球爬行一圈所需時間約為762.46年。也就是說，<b>如果把每個普朗克時間放慢至1秒鐘來播放，那么電子環(huán)繞氫原子核一圈，所需時間是762.46年。</b></p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block"><b style="color:rgb(237, 35, 8); font-size:22px;">07. 手表收藏：</b></p> <p class="ql-block"><b style="font-size:22px;">清風收藏的石英表</b></p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block"><b style="font-size:22px; color:rgb(237, 35, 8);">附：</b><b style="font-size:22px; color:rgb(22, 126, 251);">機械表與石英表收藏</b></p><p class="ql-block"><b style="color:rgb(237, 35, 8);">小月新點評：</b>這篇文章應該是科教書式的，應該收藏起來的優(yōu)秀作品。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block"><b style="color:rgb(237, 35, 8);">清風回復：</b>我巳經花了十幾年時間，收藏了近200種各式各樣款式的機械手表和石英手表。它們的機械機芯和石英機芯大同小異，最大區(qū)別都在外觀。別人以集郵為樂趣，我以收藏手表為樂趣。少則幾十元，多則上百元，最貴2千多元，也是挺燒錢的。但在撰稿《計時工具發(fā)展史》時，并沒有把五花八門手表展示出來，因為它們與發(fā)展史主題關聯(lián)性不強，沒有必要放進去繁雜論述，反倒會喧賓奪主！通過收藏無意中發(fā)現(xiàn)老古董名脾手表還具有保值功能。我想在淘寶網下單一枚上海牌老古董機械表，價位仍然維持在125元。七十年代上海表也是這個價，而且供不應求。</p>