托马斯·汤姆森（1639-1713）制作的挂钟细节。可能于 1708 年左右为英国女王安妮（统治期 1702-1714）制作。/ 转载自伦敦科学博物馆 ，知识共享许可

钟表的精妙之处吸引了人们的想象力。

马克·卡特赖特历史学家

引言

保持精确时间在数个世纪里都是一个难以企及的目标，直到17世纪下半叶，在科学革命（1500-1700年）期间，人们才制造出每天只会损失几秒钟而不是几分钟的时钟。这一突破始于1657年惠更斯的摆钟，后来在1675年通过使用平衡弹簧的怀表得到了进一步改进。

摆钟和弹簧驱动表的影响是巨大的。更精确的时间测量对于天文学家、土地测量员、地图绘制员、航海家和渴望观察、测量和记录自然现象的其他科学家来说至关重要。时钟的精妙之处，作为许多后续机器中的第一个，吸引了人们的想象力，并使其成为表达新机械世界观的一个频繁隐喻。

时间的难题

自古以来，随着日晷和机械水钟的发明，人们便能够测量时间。问题在于这些设备只能大致确定一天中的小时，而无法精确到分钟。机械钟在13世纪末被发明出来，改进了计时方式，但它们通常被安装在教堂钟楼和市政厅中。机械钟仍然会走时失准，因此通常需要每天重置，大多数所有者会在中午根据太阳进行重置。此外，用于调节钟表的落重物通常每24小时需要重新提升一次。这个时期的钟表大多是装饰华丽、笨重的物件，无法移动。设计被放在首位，功能被放在次要位置，因此大多数机械钟的购买成本非常高昂。

中世纪末期的钟表通常用于测量较长的时间段，例如月相或黄道十二宫周期。它们也被用于指示社区活动的开始和结束时间，如市场和教堂服务。这些活动都不需要精确到分钟的计时。对于科学革命中的新科学家——尤其是天文学家、土地测量师和航海家——这类钟表几乎没有用处，因为他们需要精确的钟表，每天只误差几秒钟。解决这个问题的答案来自于摆钟的发明。

摆钟

最早的利用摆动原理工作的钟表设计是由意大利人伽利略·伽利莱（1564-1642）提出的。伽利略发现了摆动的等时性，即摆动以规律的时间间隔进行，摆长越短，摆动的节拍越快。其他思想家，包括列奥纳多·达·芬奇（1452-1519），也知道这一点，但制造摆钟的关键在于设计一个机制，使摆动的规律性精确控制重物的下落。在摆钟出现之前，钟表使用旋转的齿轮，但该机制不可靠，容易失时。

荷兰人克里斯蒂安·惠更斯（1629-1695）于 1657 年制造了第一台走动的摆钟。他的摆钟每天最多误差 15 秒，因此荷兰人极大地提高了计时精度。这对天文学家——伽利略和惠更斯都是该领域的专家——来说非常重要，使他们能够更准确地计算天体的运动。像大多数发明一样，关于谁首先发明摆钟存在竞争性主张。荷兰人萨洛蒙·克洛斯特就是其中之一，但由于他之前与惠更斯合作过，看来他不太可能是原创发明者。惠更斯在他的著作《Horologium》（1657 年）中向更广泛的科学界展示了他的摆钟，该书前言将最初的创意归功于伽利略。惠更斯于 1673 年发表了另一本关于摆钟的重要著作，即他的《Horologium Oscillatorium》。

伽利略·伽利莱（1564-1642）在生命的最后一年设计的一座摆钟。伽利略从未制作出这台钟的 working 模型（尽管他的儿子在 1649 年制作了）。由文森佐·维维安尼绘制。/ 转载自科学博物馆（伦敦），知识共享许可

现在，摆钟的精确度使得一系列新的科学实验成为可能。关键在于，测量时间的更高精度意味着在不同地方的科学家在开展类似实验时，能够更准确地相互比较结果。

钟表与天文台

天文学是科学革命中的主导科学，因为望远镜等新仪器的出现使得新的现象可以被观测和测量。为了永久观测天空，人们建造了天文台，其中必不可少的仪器是精确的时钟，最好有多台。1641年，约翰内斯·赫维留斯（1611-1687）在波兰但泽（格但斯克）建立了一个天文台，并亲自资助了该项目。赫维留斯将六分仪、四分仪和两台摆钟结合起来，以精确测量天体的长期运动。

格林尼治皇家天文台成立于1675年，拥有当时最先进的科技，其中包括两座摆钟，每座摆钟的摆长几乎为4米（13英尺）。这些钟摆安置在主厅特制的凹槽中，天文学家使用望远镜在此进行关键观测。这两座钟由伦敦著名钟表匠托马斯·汤姆森（1639-1713）制造。每座钟都采用了不同的机械装置，以确保天文学家知道其观测天体的确切时间。此外，六分仪房内还有另一座钟，不久后主厅又增加了一座钟，这座钟的摆长为2米。这四座钟的成本为100金吉尼（约合今天的25,000美元）。钟表需要持续维护，不幸的是，天文台的一座摆钟在安装后几个月就停止了工作，可能是由于润滑不当或灰尘进入并卡住了精密的机械装置。

荷兰数学家和天文学家克里斯蒂安·惠更斯（1629-1695）设计和建造的摆钟复原模型。该装置有两个重物和两个滑轮，由摆的摆动驱动。/ 转载自科学博物馆（伦敦），知识共享许可

许多天文台被临时建立以进行特定的观测，为此，皇家学会等机构会派遣仪器。为了展示优质计时器的实用性和珍贵性，皇家学会在1760年代将约翰·谢尔顿制作的一座摆钟临时派往大西洋中部的圣赫勒拿岛、加勒比海的巴巴多斯岛以及非洲南端的好望角。

平衡弹簧表

尽管摆钟在计时方面取得了巨大进步，但它仍然不够精确，无法满足航行的需求。像惠更斯这样的发明家曾努力制造能够承受海上颠簸和湿度的摆钟，但这些尝试普遍未能成功。无论如何，每天损失10到15秒对于航海家准确确定经度（东西位置）来说远远不够。本质上，要确定经度，航海家需要知道他们所在地的当地时间，并将其与参考时间进行比较，通常是与已知地点（如船只的家乡港口）的时间进行比较。随着船只开始环球航行，一个不准确的时钟在单次航行中可能会损失大量时间。寻找经度成为几个国家的国家级项目，并为能够发明出精确计时仪器的发明家提供奖金。甚至像东印度公司这样的私营公司也为发明家提供资金，以制造精确的时间测量工具。

惠更斯在 1675 年利用平衡弹簧的新原理，成功制作了一款小型便携式计时器。这种弹簧能够有效地模拟摆钟的作用，但可以在非常小的空间内实现，并且不受手表外部运动的影响。当惠更斯首次绘制他的弹簧驱动手表草图时，他在日记中写道：“我找到了！”（Jardine，144）。惠更斯向巴黎皇家学院展示了他新手表的工作模型。不幸的是，随后他与英国科学家、臭名昭著的律师罗伯特·胡克（1635-1703）就手表弹簧机制产生了优先权争议。

一个使用平衡弹簧的钟表机制。由托马斯·汤姆森（1639-1713）制造。这类钟表，其中这个是最早幸存的之一，比摆钟大大提高了精度。制造于 1675 年至 1679 年之间。/ 谢谢 科学博物馆（伦敦），知识共享许可

胡克声称他在1658年就有了这个想法，但由于未能找到为该项目提供资金的投资人，所以没有将其付诸实践。可能是胡克和惠更斯的共同朋友罗伯特·默里（1608-1673）将胡克的计划传达给了惠更斯。为了证明他的主张，胡克在1675年建造了一座弹簧驱动钟，由汤姆森协助，汤姆森为格林尼治天文台制作了第一批钟表。第三位发明家，巴黎钟表匠伊萨克·图雷特，也声称开发了一种新型手表。惠更斯雇佣了图雷特制作他的发明模型，因此这位法国人的优先权主张非常可疑。

最终，没有发明家获得专利，各地的钟表匠现在都在制造带有摆轮弹簧的时间装置。摆轮弹簧提高了精度并减小了钟表的大小。这些装置现在精确到足以在表盘上安装分钟和秒针。然而，对于航海来说，它们仍然不够好，因为几秒钟的误差就会导致地理位置上的巨大差异。因此，直到 1770 年哈里森（John Harrison，1693-1776）发明了航海钟，经度问题才最终得到解决，而在此之前，经过数十年的研究，多个早期且不太可靠的模型在海军部海上试验中均告失败。

精确计时的影响

摆钟衍生出了几种发明。摆动机制本身促成了节拍器的发明，最早在 1602 年的一篇由威尼斯医生撰写的文献中被提及。这种 pulsilogium 被医生用来更精确地测定病人的心率。艾萨克·牛顿（1642-1727）使用摆钟来精确计时他的重力实验。摆钟和弹簧驱动钟表精度的不断改进，使得在不同条件下（如高空、真空和气压变化）测量速度和速度变化成为可能。工作钟表的原则——齿轮、平衡轮和重物——在 18 世纪后期发生的英国工业革命期间也被应用于许多其他机器。

一枚由伦敦钟表匠托马斯·汤姆森（1639-1713）制作的怀表。使用摆轮弹簧，这类怀表在精度上大大优于摆钟。制作于 1675 年至 1700 年间。由银、钢和玳瑁壳制成。/ 转载自科学博物馆（伦敦），知识共享许可

钟表变得更加普遍，对时间的关注也随之增加。到17世纪下半叶，英国在钟表制造领域处于领先地位。然而，与欧洲同行相比，英国钟表制造商更注重功能，而欧洲同行则偏爱由珍贵材料制成的宏伟钟表，并且通常带有自动人偶。英国对更精确地了解时间的需求，或许反映在这种对功能的重视上。当然，摆钟的发展导致了无数老旧机械钟表的改造，因为对时间计量的重新定义几乎影响了所有人。弹簧驱动的怀表也变得非常流行，因为各地的制表师都在模仿惠更斯和胡克的创意。

钟表继续改进，特别是在添加宝石以减少因灰尘积聚的润滑剂导致机械卡住的可能性方面。是两位法国兄弟皮埃尔和雅克·德博弗雷，与瑞士发明家尼古拉斯·费蒂奥·迪利耶合作，在约1704年（申请专利时）首次使用钻宝石作为轴承和端石制造了怀表。宝石至今仍用于手表的这种目的。

钟表作为隐喻

对于许多 17 世纪的思考者来说，钟表成为一种隐喻，甚至是我们宇宙的模型，尤其是那些坚持机械解释我们所知生命的观点的人。机械哲学家勒内·笛卡尔（1596-1650）曾在 1637 年出版的《方法论》中写道：“我们看到钟表是由人类建造的，但这并不意味着它们缺乏自我运动的能力”（Wright, 206）。笛卡尔提出，我们的世界类似于一个钟表，由神圣的创造者制造，但能够独立运行，无需任何超自然干预。天文学家约翰内斯·开普勒（1571-1630）也持相同观点：“我的目标是证明，天体机器不像神圣的造物，而像钟表……几乎所有的运动多样性都是由一种简单、磁性和物质的力量引起的，就像钟表的所有运动都是由一个最简单的重物引起的”（Wootton, 485）。

同样地，像威廉·哈维（1578-1657）、罗伯特·波义耳（1627-1691）和马尔切洛·马尔比基（1628-1694）这样的医生和解剖学家也以同样的方式看待人体，将其视为一个奇妙而复杂的机器，就像一个精密的钟表。人的心脏常常被比作钟表，它控制着身体的机制。反过来，这个比喻被扩展到政治领域，一个好的君主被比作一位精通钟表制作的师傅，确保国家机制顺利运行。这个政治比喻有两面性，因为对于一些人来说，它可能意味着对社会产生积极影响，而对于另一些人来说，它代表了冷漠和专制统治。正如历史学家 J.亨利所指出的，具体是哪种观点取决于相关的政治体制：“因此，对钟表比喻的不同态度反映了不同的秩序观念：大陆上的专制主义和英国的自由主义”（106）。

参考文献

· Burns, William E. 全球视野下的科学革命  牛津大学出版社, 2015.

· Burns, William E. 科学革命  ABC-CLIO, 2001.

· Fermi, Laura & Bernardini, Gilberto 合著. 伽利略与科学革命  Hassell Street Press, 2021.

· Gleick, James. 艾萨克·牛顿  Vintage, 2004.

· 亨利，约翰。《 科学革命与现代科学的起源 》. Red Globe Press, 2008.

· Jardine, Lisa. 精巧的追求  Anchor, 2000.

· Wootton, David. 科学之发明  Harper Perennial, 2016.

· Wright, Thomas. 循环  Vintage Books, 2013.

由世界历史百科全书于 2023 年 10 月 30 日发布