在現代,時鐘支撐著人們所做的一切,從工作到上學再到睡覺。計時也是使現代基礎設施運轉的無形結構。它構成了高速計算機的基礎,這些計算機進行金融交易,甚至包括GPS系統,該系統以前所未有的精度精確定位地球表面的位置。
但是,人類可能在很長一段時間內都依靠某種形式的時鐘生活。古埃及人發明了最早的水鍾和日晷,距今已有3500多年的歷史。瑞士巴塞爾大學的考古天文學家麗塔·高奇(Rita Gautschy)說,在此之前,人們可能使用考古記錄中沒有儲存下來的裝置(例如,豎立在泥土中的棍子,充當原始日晷)或根本不使用任何裝置來追蹤時間。
高奇說:“要掌握人們何時開始計時,真的很難。” 僅僅透過觀察每天日出和日落的位置,以及觀察太陽在天空中的高度,一個人就可以構建一個原始的日曆。她說,這些早期人類在理解時間流逝方面的努力沒有留下任何痕跡。
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有記錄的最古老的日晷來自埃及,大約在公元前1500年製造。它由一根簡單的直立棍子和一個大致半圓形的底座組成,底座分為12個扇形部分。棍子的陰影給出了大致的小時。高奇說,其他早期的日晷透過棍子陰影的長度來測量時間,而不是透過陰影在底座上的移動來測量時間,因為太陽在天空移動。
她說:“這是第一步,如果你完成了這一步,你就可以進行微調,並且還可以適應不同的月份。” 日晷必須考慮一年中的時間和緯度才能真正準確。
高奇說,在夜晚,古代人可以透過星星從東向西的視運動來追蹤時間。對於測量離散的時間單位,他們使用了水鍾。這些容器要麼有孔,水可以恆定速率流出,要麼從另一個容器中注滿水,並在內部有標記以指示時間的增量。現存最古老的水鍾是在埃及和巴比倫發現的,其中最早的可以追溯到公元前1500年左右。臺灣國立成功大學的機械工程師黃正輝(Zheng-Hui Hwang)說,中國的歷史記錄聲稱水鍾是由黃帝發明的,黃帝是一位半歷史、半神話人物,據說生活在公元前2717年至2599年之間。黃正輝撰寫了關於中國古代計時裝置歷史的文章。最早的中國水鍾可能是外流裝置,被稱為漏刻。單位刻將一天從午夜到午夜分為100個相等的部分。黃說,隨著時間的推移,發明家透過為這些時鐘配備多個供水容器或以其他方式調整它們以確保水流速度保持穩定,從而使這些時鐘更加精密。
水最終將導致一些非常精密的計時:到公元700年代初,唐朝僧侶開發了一種由水輪驅動的機械鐘,黃說。在1194年,宋朝官員蘇頌在此設計的基礎上,開發了一種40英尺高(12米高)的機械鐘,該鐘由水輪驅動,其工作原理很像大約200年後在歐洲發明的機械鐘。
古代中國計時系統還將每個24小時的一天分為兩個小時的時段。根據2004年《日本天文學會出版物》上的一篇論文,這種系統也見於古代日本和韓國。
技術史學家、倫敦格林威治皇家天文臺前計時館館長、《關於時間:十二個時鐘的文明史》(W. W. Norton,2021年)的作者大衛·魯尼(David Rooney)說,在現代,一個小時始終是相同的長度,但世界各地的古代人民使用著更復雜的系統。一些古代計時系統將白天分為12個時段,將夜晚分為12個時段,但是由於白天和夜晚的長度在全年都在變化,赤道除外,因此這些“季節性小時”從白天到夜晚以及全年都具有不同的長度。
魯尼說:“如果你的宗教要求祈禱時間與日出或日落之類的事情聯絡起來,或者如果你像當時的大多數人一樣在田野裡工作,那麼白天和黑夜的模式比普遍小時的概念更重要。”
魯尼說,季節性小時與普遍小時並存,直到歐洲的15世紀,在日本一直持續到19世紀。“我們過去生活在一種更加複雜、豐富和多樣化的時間文化中,”他補充道。
高奇說,宗教是跨文化、跨年度和每天時間標準化的主要驅動力。她說,在古代美索不達米亞、安納托利亞(今天大約是伊拉克和土耳其)和希臘,人們開發了陰曆來追蹤儀式和節日,而埃及人則更關注陽曆,並且還有一個基於天狼星的日曆。魯尼說,伊斯蘭文化的人們使用水鍾來追蹤祈禱和齋戒,而基督徒在14世紀的歐洲開發了機械鐘,作為安排祈禱的一種方式。
魯尼說,底線是,人類成為時間生物的時間遠遠早於工業時代,儘管並非總是快樂地接受時間。他說,在羅馬人在公元前263年安裝了他們的第一個公共日晷之後,羅馬劇作家普勞圖斯在他的一部戲劇中透過一個人物反對計時的新時尚:“眾神詛咒第一個發現時間的人,是的,還有第一個在這裡豎立日晷的人,他把我可憐的一天砸成了碎片!你知道,當我還是個男孩的時候,我的胃是唯一的日晷,與所有這些日晷相比,它是迄今為止最好和最真實的……。但是現在有什麼東西,除非太陽說可以,否則就不能吃。事實上,城鎮裡到處都是日晷,以至於大多數人都飢腸轆轆地爬行。”
魯尼說,這是一個令人震驚的現代思想,已經有2200年的歷史了。“這可能是21世紀寫成的,並且可以在任何辦公室裡說出來,”他說,“我們正處於時鐘的暴政之下。”
