掌控時間

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2月 2012

Dominique Fléchon 的《掌控時間》一書記錄了歷史上對「時間」複雜的認知過程,同時也講述了時間計量儀器的發展過程。這本配有精美插圖的著作有近500頁,從機械鐘錶的起源到當今著名瑞士鐘錶品牌製造的傑作,完整涵蓋了人類時間計量儀器的發展史 。

我們的遠古祖先包括兩萬多年前舊石器時代的狩獵者。由搜證到的用作雕刻的骨頭碎片推斷,那時的人們對每天時間的具體概念了解甚少,而滿足於用標記來計算過去的天數。不過,隨著新石器時代農業的誕生,人類對時間的掌控取得重大進步。早期農民需要通過預測季節周期來推斷種植和收穫莊稼的最佳時間。我們只需看看英國的巨石陣和愛爾蘭的紐格萊奇幕等紀念碑式的宏偉遺蹟,就能了解當時確定二至點的重要性。

隨著文字的發明,人類由史前時期進入文明時期,讓各大文明能夠為後代記錄事件,首個日曆由此誕生。早在公元前3000年,兩河流域已根據太陽運轉、季節周期和月亮盈虧來使用日曆。兩千多年以後,古巴比倫人發明了同時運用太陽年與太陽月、一年為365.2469 天的另一種日曆,後來被猶太人、阿拉伯人和基督教沿用。

由於太陽是一天開始和結束的標誌,日晷(亦稱影子時鐘)就是人類早期發明的時間計量儀器之一。通過太陽光線在石板上留下的陰影所對應的刻度來讀出具體時間。公元前16世紀,埃及人發明了漏壺(也叫水鍾)來彌補日晷在晚上和陰天的不足。水鍾裡面的水(就是一個內部有刻度的水桶)慢慢從底部的小孔流出,讓人能從內部刻度讀出已經過去的時間。

公元前800年,雅典的建立開啓了一段教育和發明時期,至今仍為我們帶來無限驚喜。古希臘人甚至製造了一個直到2000年通過特殊掃描儀才發現其中真正秘密的齒輪裝置。鐘錶運作背後的機械理論早在當時已經出現。但是直到2000年之後人類才真正製造出一個可對應的驅動力。

羅馬人曾試驗過多種均告失敗的日曆(連續幾年的天數相差多達30天)。後來凱撒大帝在全國呼籲尋找最具智慧的日曆設計。結果,羅馬儒略曆與我們今天熟知的日曆愈加接近,一年從一月一日開始,持續365天,每四年多一天。同時,現在我們還要感謝羅馬人一周七天,星期天設為休息日的發明。

隨著深入閱讀《掌控時間》,我們發現古希臘與羅馬時期和中世紀在成就上的巨大差距。下一個測量時間的重要發明星盤直到12世紀才出現,而這一發明卻標示著歐洲文明進入「黑暗時代」。星盤可以顯示天空的「真正時間」和星體位置,通過計量星體與地平線的角度還可以確定緯度。

機械鐘錶的發源地和發明者至今仍是一個未解之謎。然而,追溯到1386年英國的索里斯堡大教堂的機械鐘設計,就能發現早在14世紀就出現的首個擒縱機構。這個「隱藏的鏈節」通過調節以重量為動力的迴轉輪,驅動齒輪傳動鏈運動。首個擒縱機構屬於機軸擒縱機構,機軸結構由一個頂杆和兩個擒縱叉組成。冠狀齒輪作用於機軸結構,推動平衡輪運動,從而帶動鐘擺運動,促使鐘錶內部振盪運動。

15世紀末,首次出現文字記載鐘錶中彈簧的應用,歷史上的重要文書Almanus Manuscript描述了一批測時器,通過豐富的文字和插圖展示了上彈簧發條的鐘擺、月亮盈虧的顯示、鬧鐘和首次出現的以分鐘為單位的鐘面。彈簧的使用有效地克服了鐘錶沉重這一缺點,引領鐘錶小型化的潮流,從而誕生了首個便攜式時鐘。

隨著技術再一次高度密集發展,15世紀末第一個手錶誕生,當時人們像項鍊一樣佩戴手錶。然而,1656年荷蘭人Christiaan Huygens在加利略的鐘擺結構基礎上,通過改良和簡化,發明了首個真正的機械鐘錶。鐘擺結構的應用增加了鐘錶的準確性,從原來誤差15分鐘/天縮短到10或15秒鐘。

時間的掌控對於人類與海洋的關係尤為重要,因為航海中誰能解決「經度問題」,誰就會取得優勢。在沿海航行中,經度能幫助確定航船的具體位置。但是傳統的「航位推測法」存在許多不足,產生的誤差也經常導致海難。在航海中得知準確的時間似乎能解決這一難題,因為根據具體時間與當地正午時分的對比能夠準確推算出具體經度。

帶著這樣的想法,法國國王路易十四派遣Christiaan Huygens嘗試解決這一難題。 Huygens已經製造出可以用作助航設備的鐘表,但他的鐘擺並不能準確推算經度,因為鍾表的運行受到航船擺動的影響。為了解決這一問題,他發明了擺輪遊絲系統,後來成為機械鐘錶製造的核心技術。

1714年英國頒布經度法令,分配2萬多英鎊的獎勵資金,鼓勵人們嘗試發明能夠準確確定經度的方法(誤差須保持在半經度以內)。 Jeremy Thacker嘗試著把鐘錶放入真空容器中,他把自己的發明命名為「chronometer」,當時他認為這一名詞以後會被用作形容高度精密的儀器,但是,他的發明並沒有達到法令規定的精確度。

由溫度引發的阻力是影響Thacker鐘錶精確度的原因,John Harrison通過他發明的一系列航海經度儀解決了這一問題。系列中最新一款是H4大尺寸懷表,在從Plymouth到Barbados的航海測試中,根據記錄,這款懷表的誤差為平均0.834秒/天,遠遠小於經度法令中規定的半經度所需3秒/天的誤差。

經度問題解決之後,全球機械鐘錶製造行業開始專注於機械手錶的小型化、簡易化和其他方面的進一步改善。 19世紀末,Abraham Louis Breguet寶璣陸續發明了「永久」自動手錶(1780)、萬年曆(1795)和陀飛輪(1801)。這些發明穩固了他在歷史上作為最多產機械鐘錶創造者的地位,也為鍾表的工業革新奠定了基礎。

工業革命時期,鐘錶業由原來日內瓦幾個鐘錶匠的小工作坊轉變為更大型的工廠自動化生產。 Frédéric Japy推動了這一變化的進程。早期在瑞士Le Locle當Jean Jacques Perrelet的學徒,之後Japy在法國Beaucourt正式經營自己的生意,以較低的成本大規模生產鐘錶。隨著Japy以多達十萬個鐘錶大量占有市場,1801年瑞士鐘錶匠開始在紐沙特爾的Fontainemelon州建立自己的工廠。

隨著工業化的推進,科技進程也不斷加快。 1821年,出現又一重要新發明——計時器。法國鐘錶匠王Nicolas Rieussec專門為巴黎賽馬發明了一款計時儀器,從而為計時器(chronoscope,亦被廣泛誤傳為chronograph)的發展作鋪墊。小型計時器被廣泛應用於醫學(用於把脈)、戰爭(測距)和工程(測量速率)。

1884年人類在時間的掌控上又向前邁進一步。在華盛頓舉行的國際子午線會議上,經代表投票決定,格林尼治子午線被確定為世界本初子午線,正式確立了格林尼治子午線的參考地位。此前,早在1767年,英國第五任皇家天文學家Nevyl Maskelyne在首版《航海天文歷》( Nautical Almanac)中已建議用格林尼治子午線作為參考,後來也被全球航海家沿用。會議還把全球劃分為24個時區,時區制一直沿用至今。

20世紀末,腕錶正式誕生,在機械鐘錶小型化的進程上開啟了新的挑戰,同時預示著腕錶將被潛水員、飛行員、馬球隊員甚至是宇航員廣泛使用,現在一些著名的瑞士鐘錶品牌還在生產相關的款型。然而,僅在30年時間裡,首個石英電子鐘錶誕生,對瑞士鐘錶生產業帶來前所未有的危機。僅僅20多年以後,首個原子鐘出現,成為當時最精確的計時工具。

20世紀七八十年代,電子時代促進了鐘錶行業的發展,當時手錶功能多樣,可以用作鬧鈴、計算器、資料庫甚至是電視遙控器。傳統的機械錶看似瀕臨滅絕的邊緣。甚至高頻石英手錶也能用作航海計時器,機械鐘錶還有其他存活的可能性嗎?

歷史證明,Nicolas G. Hayek幫助振興了瑞士手錶產業,憑藉品牌Swatch斯沃琪有效應對了來自日本的強勁競爭對手。 斯沃琪以其簡單、價格合理和不斷更新的外觀大受歡迎,之後更為一大批傳統鐘錶品牌振興奠定資金基礎,最終斯沃琪成為全球最大的鐘表製造集團。然而,有趣的是, 斯沃琪專門為日益依靠信息技術的全球化社會設計的互聯網時間(「Beat」)一直沒有得以流行。由此看來,我們一直以來都對每時每分每秒如此著迷,而這也是人類歷史上一直努力的方向。

Dominique Fléchon在《掌控時間》的最後一章展示了瑞士主要鐘錶品牌的奢華款式,由此看來,機械鐘錶製造將越來越強大。雖然我們一直以來都很大程度地掌控著時間,但是在一個幾平方厘米大的手錶裡面還有很大的發展可能。 De Bethune最近提出的革命性的résonique擒縱機構(詳見本期Pierre Maillard的文章「蒙古包與方程式」)和今年巴塞爾表展上HYT展示的流體機械時計就是我們人類追求每分每秒更為精確的好例子。

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