物理學家查德·奧澤爾寫道，在每一個我們有記錄的文明中，人類都以某種方式追蹤時間。在他的新書《時間計時的簡史》（BenBella Books，2022年）中，奧澤爾記錄了新石器時代預測至日和其他天文事件的努力，最新的原子鐘以越來越精確的小數位數計時，以及兩者之間的一切。他描述了時鐘的演變，從透過水從容器中流出的時間間隔來計時的水鍾，到裝滿沙子的沙漏，到第一批機械鐘和擺鐘，再到我們的現代時代。每一段都充滿了有趣的物理學和工程學，以及對不同的計時方式如何在歷史上不同時間和地點影響人們的生活方式的瞭解。
《大眾科學》與奧澤爾談論了歷史上最酷的時鐘、最複雜的日曆系統以及為什麼我們仍然需要改進當今最好的時鐘。
[以下是經過編輯的採訪記錄。]
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時鐘的出現如何改變了歷史？
隨著時間的推移，時間變得越來越普及，這很有趣。最古老的紀念碑是愛爾蘭的紐格 Grange 古墓等。它是一個巨大的人造小山，中心有一條通道。每年一次，陽光會到達中央室，這告訴你那是冬至。我去過那裡，也許可以容納 10 到 12 個人。這是一個精英事物，只有少數人可以訪問此資訊。當您開始使用水鍾之類的東西時，個人可以使用它來計時。它們不是很準確，但這使其更易於訪問。機械鐘使它變得更好，然後您有了公共時鐘——教堂塔樓上的時鐘，鐘聲會敲響小時。每個人都開始可以訪問時間。到 1890 年代，機械手錶開始變得相當準確且價格合理。它們的價格約為一天的工資。突然，每個人都可以隨時隨地獲得準確的計時，這是一個非常有趣的變化。
追蹤不同型別時鐘的出現是否困難？
當人們在歷史上寫時鐘時，他們對許多不同的事物使用同一個詞。有一個著名的例子：在一個特定的修道院發生火災，記錄說一些兄弟跑到井邊，一些兄弟跑到時鐘旁。這告訴你那是一個水鍾，因為他們去那裡裝滿水桶滅火。還有另一個參考文獻說，時鐘安裝在教堂的聖壇屏風上方。如果它在空中 50 英尺高，那可能不是水鍾而是機械鐘，因為沒有人會製造一個你必須爬上去裝水的裝置。
在歷史上，你最喜歡的時鐘是什麼？
我真的很喜歡這個中國塔鐘。它是由一位名叫蘇頌的朝廷官員於公元 1100 年左右建造的。它是一個水鍾，基於恆定的水流，但它是一個機械裝置。它是一個巨大的輪子，輪子的末端裝有水桶，水桶位於這個恆定水流的水源下方。當水桶注滿超過一定程度時，水桶會傾斜，從而釋放一種機制，使輪子旋轉。輪子轉動並帶來一個新的水桶，開始注水。計時調節實際上是由水提供的，水也提供了驅動力。水的重量是轉動輪子的原因。它是舊式水鍾和歐洲在一兩個世紀後開發的機械鐘之間的一種奇怪的混合體。這是一個非常複雜的系統，一個非常巨大的東西，執行得非常好。但它並沒有持續很長時間——運行了大約 20 年。它位於一個特定王朝的首都，該王朝衰落了，繼任者無法使其工作。
這是歷史上一個有趣的事件。它的起源是蘇頌被派去在冬至向鄰國表示祝賀。但是日曆差了一天。他到達那裡並在錯誤的日期表示了祝賀，這會非常尷尬。當他回來後，日曆制定者受到了懲罰，他說：“我要解決這個問題。”
一個社會的時間記錄方式如何揭示它的價值觀？
每一個我們有可靠記錄的文明都有自己記錄時間的方式。這非常有趣，因為有很多不同的方法。你看到的自然週期沒有一個是彼此相稱的。一年不是整數天，也不是整數個月球週期。因此，你必須決定你優先考慮什麼。你有像伊斯蘭曆這樣的系統，它是嚴格的陰曆。他們最終得到一個日曆，它是 12 個陰曆月，這比太陽年（約 365 天）短，因此節假日的日期相對於季節會移動。
猶太曆的做法很複雜，因為他們想兼顧兩者：他們希望節日與季節相關聯，因此它們必須在一年中的正確時間，但他們也希望它們在正確的月相。
格里高利曆在某種程度上折衷了：我們的月份長度在某種程度上是基於月亮的，但我們固定了月份，因此至日總是會在 6 月 20 日、21 日或 22 日。我們將年份相對於季節的位置優先於一切。
然後是瑪雅人，他們的做法完全不同。他們的日曆涉及 260 天的間隔，沒有人完全確定為什麼 260 天如此重要。
今天的時鐘有多精確？
現在的官方時間是基於銫的：一秒是銫在兩個特定狀態之間移動時發出的光的 9,192,631,770 次振盪。
我真不敢相信你竟然能脫口而出！
我已經教過很多次了 [笑聲]。
時間是根據銫原子定義的，因此世界上最好的時鐘是銫鐘。銫鐘的精度可以達到 1016 分之一。如果它說一秒，則在您到達第一個不確定的數字之前，小數點後有 15 個零。有一些實驗性時鐘比這好兩個，甚至三個數量級。它們不是官方時鐘。它們正在測量頻率，並且測量精度高於最好的銫鐘。
這些時鐘足夠好，以至於鋁離子鍾進行了相對論測試。[研究人員] 將一個離子固定住，另一個離子來回搖晃，他們可以看到移動的離子走得稍慢一些。然後，他們將一個離子固定在原位，並將另一個離子向上移動約一英尺，他們可以看到較高高度的離子走得更快。它們與相對論完全一致。
時鐘的精度是否會永遠受到限制？
從某種意義上說，存在限制，因為有很多因素會影響精度。愛因斯坦的廣義相對論告訴你，你離大質量物體越近，你的時鐘走得就越慢。在某個時候，你會對進出實驗室的研究生的引力敏感。到那時，它變得不切實際。
這已經是一個問題，因為世界的原子時是世界各地原子鐘的共識。在美國，有兩個大型標準實驗室：一個是在華盛頓特區的海軍天文臺，在海平面附近，另一個是在科羅拉多州博爾德市，大約在一英里高的地方。它們的銫鐘走得速率不同，因為它們與地球中心的距離不同。他們必須考慮到這一點。所以我們在博爾德市選址有點不明智。
在你瞭解了所有關於時鐘的知識之後，我不得不問你戴什麼手錶。
我有兩塊：一塊是石英錶——沒什麼特別的。我可能花在更換錶帶上的錢比我花在手錶上的錢還多。另一塊是我在 1960 年代買的機械錶。它是一塊歐米茄，純機械錶。它是一塊非常精密的腕錶，是工程學的奇蹟，但我可以去一元店買一塊也能走得一樣準的手錶，因為石英非常精確。