بدأ التطور التاريخي لأدوات قياس الوقت مع الملاحظات الأولية للحضارات القديمة للأجرام السماوية التي تعبر السماء. تطورت منهجيات وأجهزة ضبط الوقت تدريجيًا من خلال سلسلة من الابتكارات، بدءًا من تقنيات القياس المستمر، مثل تدفق السائل في الساعات المائية، إلى الساعات الميكانيكية، ومن ثم إلى الآليات التذبذبية المتكررة مثل تأرجح البندول. تستخدم الساعات المعاصرة في الغالب أجهزة ضبط الوقت المتأرجحة. نشأت الساعات الشمسية والساعات المائية في مصر القديمة حوالي عام ج. 1200 قبل الميلاد، واعتمدها لاحقًا البابليون واليونانيون والصينيون. بحلول القرن السادس، تم استخدام ساعات البخور في الصين. خلال العصور الوسطى، أظهرت الساعات المائية الإسلامية تطورًا لا مثيل له حتى منتصف القرن الرابع عشر. وتمثل الساعة الرملية، وهي اختراع أوروبي، إحدى الطرق النادرة التي يمكن الاعتماد عليها لقياس الوقت البحري.
يعود تاريخ أجهزة قياس الوقت إلى الوقت الذي لاحظت فيه الحضارات القديمة لأول مرة الأجسام الفلكية أثناء تحركها عبر السماء. تطورت أجهزة وطرق حفظ الوقت تدريجيًا من خلال سلسلة من الاختراعات الجديدة، بدءًا من قياس الوقت بعمليات مستمرة، مثل تدفق السائل في الساعات المائية، إلى الساعات الميكانيكية، وفي النهاية العمليات التذبذبية المتكررة، مثل تأرجح البندول. يتم استخدام أجهزة ضبط الوقت المتأرجحة في الساعات الحديثة. تم استخدام الساعات الشمسية والساعات المائية لأول مرة في مصر القديمة ج. 1200 قبل الميلاد، ثم في وقت لاحق من قبل البابليين واليونانيين والصينيين. تم استخدام ساعات البخور في الصين بحلول القرن السادس. في فترة العصور الوسطى، كانت الساعات المائية الإسلامية لا مثيل لها في تطورها حتى منتصف القرن الرابع عشر. كانت الساعة الرملية، التي تم اختراعها في أوروبا، واحدة من الطرق القليلة الموثوقة لقياس الوقت في البحر.
في أوروبا في العصور الوسطى، جاء ظهور الساعات الميكانيكية البحتة في أعقاب تطور منبه ضرب الجرس، والذي كان بمثابة إشارة إلى الوقت المناسب لرنين الجرس الرهباني. تمثل الساعة الميكانيكية التي تعمل بالوزن، والتي يتم تنظيمها بواسطة آلية الحافة والورقة، تتويجًا للمفاهيم العلمية الأوروبية والإسلامية السابقة. شكلت الساعات الميكانيكية تقدمًا تكنولوجيًا كبيرًا، مع تصميم وبناء ملحوظين بواسطة هنري دي فيك حوالي ج. 1360، والذي أرسى المبادئ الأساسية لتصميم الساعة على مدى القرون الثلاثة اللاحقة. وتضمنت الابتكارات الصغيرة اللاحقة اختراع النابض الرئيسي في أوائل القرن الخامس عشر، مما أتاح البناء الأولي لساعات أصغر حجمًا.
تضمن التقدم الكبير اللاحق في علم قياس الزمن، الذي نشأ في القرن السابع عشر، إدراك أنه يمكن تنظيم الساعات بواسطة مذبذبات توافقية. أنشأ ليوناردو دا فينشي أقدم رسومات البندول الموثقة بين عامي 1493 و1494، بينما في عام 1582، قام غاليليو غاليلي بالتحقيق في التذبذب المستمر للبندول، والتأكد من أن تردده يتم تحديده فقط من خلال الطول، وليس الكتلة. قدمت الساعة البندولية، التي ابتكرها وصنعها العالم الهولندي الموسوعي كريستيان هويجنز في عام 1656، تحسنًا كبيرًا في الدقة مقارنة بأجهزة ضبط الوقت الميكانيكية الأخرى، مما أدى إلى بقاء عدد قليل جدًا من آليات الحافة والأوراق من تلك الحقبة. تضمنت الابتكارات الإضافية في ضبط الوقت خلال هذه الحقبة تطورات في الساعات الضاربة، والساعة المتكررة، ومضبط الانفلات المميت.
كانت الساعات البندولية المبكرة عرضة لعوامل الخطأ مثل تغير درجة الحرارة، وهي مشكلة تناولها في القرن الثامن عشر عالما الساعات الإنجليزيان جون هاريسون وجورج جراهام. في أعقاب كارثة سيلي البحرية عام 1707، والتي دفعت الحكومات إلى تقديم مكافأة مقابل طريقة موثوقة لتحديد خط الطول، طور هاريسون سلسلة من الساعات الدقيقة، ومن ثم صاغ مصطلح الكرونومتر. قامت الساعة الكهربائية، التي تم تقديمها في عام 1840، بتنظيم الساعات البندولية الأكثر دقة حتى أربعينيات القرن العشرين، حيث أصبحت مؤقتات الكوارتز أساسية لقياس الوقت والتردد بدقة. اكتسبت ساعة اليد، المعروفة بفائدتها العسكرية خلال حرب البوير، شعبية واسعة النطاق بعد الحرب العالمية الأولى، وتطورت إلى متغيرات تتميز بخصائص غير مغناطيسية، وطاقة البطارية، والطاقة الشمسية، مع دمج الكوارتز والترانزستورات والمكونات البلاستيكية. منذ أوائل عام 2010، ظهرت الهواتف الذكية والساعات الذكية باعتبارها أدوات ضبط الوقت السائدة. حاليًا، أجهزة قياس الوقت الأكثر دقة في التطبيق العملي هي الساعات الذرية، والتي تحقق دقة في حدود بضعة أجزاء من المليار من الثانية سنويًا وتعمل على معايرة أدوات قياس الزمن الأخرى.
أجهزة ضبط الوقت المستمر
استخدمت الحضارات القديمة عمليات رصد الأجرام السماوية، غالبًا الشمس والقمر، لتحديد الزمن. وفقًا للمؤرخ إريك بروتون، من المحتمل أن يكون ستونهنج بمثابة مرصد فلكي من العصر الحجري، يستخدم لتتبع الظواهر الموسمية والسنوية مثل الاعتدالات أو الانقلابات. نظرًا لغياب التاريخ المسجل للحضارات الصخرية، تظل منهجياتها المحددة لقياس الوقت غير معروفة إلى حد كبير. يعتبر نصب تقويم وارن فيلد في اسكتلندا حاليًا أقدم تقويم قمري شمسي تم اكتشافه حتى الآن.
قام سكان أمريكا الوسطى بتكييف نظام العد القياسي (أساس 20) لأغراض التقويم، مما أدى إلى سنة مكونة من 360 يومًا. امتلك السكان الأصليون الأستراليون فهمًا متطورًا للميكانيكا السماوية، وقد طبقوها على إنشاء التقويم والملاحة. علاوة على ذلك، حددت العديد من ثقافات السكان الأصليين الفصول بناءً على التحولات الطبيعية المتميزة على مدار العام، بما في ذلك الظواهر السماوية. عملت الدورات القمرية على تحديد فترات زمنية أقصر. من الجدير بالذكر أن شعب يارالدي في جنوب أستراليا من بين الثقافات القليلة الموثقة التي طورت طريقة لضبط الوقت النهاري، وتقسيم اليوم إلى سبع فترات متميزة بناءً على موقع الشمس.
قبل القرن الثالث عشر، كانت جميع آليات ضبط الوقت تعتمد على عناصر متحركة باستمرار. ومع ذلك، لم تحافظ أي منهجية مبكرة لضبط الوقت على معدل ثابت من التغيير. لقد اتسم تطور أجهزة ومنهجيات ضبط الوقت بالتقدم المستمر، مدفوعًا بسلسلة من الاختراعات المبتكرة والتطورات المفاهيمية.
ساعات الظل والساعات الشمسية
كانت الأدوات الأولية لقياس موقع الشمس هي ساعات الظل، والتي تطورت فيما بعد إلى الساعات الشمسية. تعود أقدم ساعة شمسية تم تحديدها، والتي تم اكتشافها في وادي الملوك عام 2013، إلى حوالي ج. 1200 قبل الميلاد، الموافق للأسرة التاسعة عشرة. وكانت المسلات تستخدم لتحديد فترات الصباح وبعد الظهر، بالإضافة إلى تحديد الانقلاب الصيفي والشتوي. حوالي ج. 500 قبل الميلاد، ظهر نوع محدد من ساعة الظل، التي تشبه مربع T المنحني. قام هذا الجهاز بقياس التقدم الزمني عبر الظل المسقط بواسطة العارضة. تم وضعه شرقًا خلال ساعات الصباح وأعيد توجيهه في منتصف النهار لإسقاط ظله في الاتجاه المعاكس.
يشير الكتاب المقدس، وتحديدًا ملوك الثاني 20: 9-11، إلى ساعة شمسية في حساب حزقيا، ملك يهودا في القرن الثامن قبل الميلاد. وبعد شفائه على يد النبي إشعياء، طلب حزقيا علامة تأكيد شفائه:
فقال إشعياء: هذه العلامة تكون لديك من قبل الرب: أن الرب يفعل الأمر الذي تكلم به: هل يتقدم الظل عشر درجات أم يرجع عشر درجات؟ فأجاب حزقيا: إنه أمر يسير أن ينحدر الظل عشر درجات، بل ليرجع الظل إلى الوراء عشر درجات. فصرخ إشعياء النبي إلى الرب فأرجع الظل إلى الوراء عشر درجات التي نزل بها بدرجات آحاز.
يوضح لوح طيني بابلي متأخر أطوال الظلال المتفاوتة على مدار العام. يعزو التقليد اليوناني اختراع الساعة الشمسية النصف كروية، المنحوتة من الحجر، إلى المؤلف البابلي بيروسوس (fl. 3rd c0n bc); حدد هذا الجهاز الوقت عن طريق تقسيم مسار الظل إلى 12 جزءًا. وفي وقت لاحق، حققت الساعات الشمسية اليونانية تطورًا كبيرًا، وهو ما تجسد في عمل بطليموس في القرن الثاني الميلادي، أناليما، والذي استخدم شكلاً ناشئًا من علم المثلثات للتأكد من موقع الشمس بناءً على متغيرات مثل الساعة وخط العرض الجغرافي.
اعتمد الرومان الساعة الشمسية من الحضارة اليونانية. ظهرت الساعة الشمسية الافتتاحية لروما، والتي تم جلبها من كاتانيا، صقلية، كغنائم حرب، في عام 264 قبل الميلاد. قدمت هذه الساعة الشمسية على وجه الخصوص مفهوم "الساعات" طوال اليوم، وهو خروج عن الممارسة الرومانية السابقة المتمثلة في مجرد تقسيم اليوم إلى الصباح الباكر (mane) والظهيرة (ante merididiem). ومع ذلك، ظهرت صعوبات فلكية غير متوقعة، حيث عرض جهاز ضبط الوقت هذا وقتًا غير دقيق لمدة قرن كامل. لم يتم تحديد الخطأ حتى عام 164 قبل الميلاد، عندما أجرى الرقيب الروماني فحصًا وأجرى تعديلات على خط العرض الصحيح.
يفترض إرنست زينر، وهو مؤرخ ألماني لعلم الفلك، أن الساعات الشمسية التي تتميز بمقاييس تشير إلى ساعات متساوية ظهرت خلال القرن الثالث عشر. يُعتقد أن أقرب مزولة شمسية تستخدم التوقيت القطبي ظهرت في ألمانيا حوالي ج. 1400؛ ومع ذلك، هناك فرضية منافسة تشير إلى أن الساعة الشمسية في دمشق التي تستخدم التوقيت القطبي قد يعود تاريخها إلى عام 1372. وبحلول ج تقريبًا. 1500، بدأت الأعمال العلمية الأوروبية حول بناء الساعة الشمسية في الانتشار.
منذ عام 600 قبل الميلاد على الأقل، تضمنت طريقة ضبط الوقت الليلية المصرية استخدام أداة خط راسيا تُعرف باسم "ميرخت". تم إنشاء خط الطول بين الشمال والجنوب من خلال محاذاة اثنين من Merkhets مع بولاريس، نجم الشمال السماوي. تم إجراء القياس الزمني من خلال مراقبة نجوم معينة أثناء عبورها خط الطول هذا.
يحتوي مرصد جانتار مانتار في جايبور، الذي شيده جاي سينغ الثاني عام 1727، على مزولة فريهات سامرات يانترا، وهي مزولة يبلغ ارتفاعها 88 قدمًا (27 مترًا). هذه الأداة الضخمة قادرة على الإشارة إلى التوقيت المحلي بدقة تصل إلى ثانيتين تقريبًا.
الساعات المائية
يعود أصل أقدم وصف معروف للساعة المائية، أو الساعة المائية، إلى نقش قبر أمنمحات، وهو مسؤول في البلاط المصري من أوائل الأسرة الثامنة عشرة (ج. 1500 قبل الميلاد)، والذي يُنسب إليه اختراعها. من المفترض أن يصف هذا النقش وعاءً يحتوي على علامات مصممة للإشارة إلى الوقت. تم اكتشاف أقدم ساعة مائية موجودة داخل مقبرة الفرعون أمنحتب الثالث (ج. 1417–1379 قبل الميلاد). في حين لم يتم تحديد أي أمثلة مادية للساعات المائية المتدفقة من بلاد ما بين النهرين القديمة، إلا أن الإشارات النصية إليها لا تزال موجودة.
من المقدر أن إدخال الساعة المائية إلى الصين، والذي من المحتمل أن يكون مصدره بلاد ما بين النهرين، قد حدث في وقت مبكر من الألفية الثانية قبل الميلاد خلال عهد أسرة شانغ، أو على أبعد تقدير بحلول الألفية الأولى قبل الميلاد. في حوالي عام 550 بعد الميلاد، أصبح يين كوي (殷蘷) أول عالم صيني يوثق الفائض أو الخزان ذو المستوى الثابت في أطروحته، "Lou ke fa (漏刻法)". حوالي عام 610، قام غينغ شون (耿詢) ويوين كاي (宇文愷)، وهما مخترعان من أسرة سوي، بتطوير التوازن الافتتاحي للساعة المائية، والذي يشتمل على مواضع موحدة لميزانها في ساحة الفولاذ. في عام 721، صمم عالم الرياضيات يي شينغ والمسؤول الحكومي ليانغ لينغزان نظامًا لتنظيم الطاقة المائية التي تحرك ساعة فلكية، حيث قاما بتقسيم الطاقة إلى نبضات منفصلة لتكرار حركات الكواكب والنجم بدقة. بحلول عام 976، قام عالم الفلك تشانغ سيكسون من أسرة سونغ بحل مشكلة تجميد الماء في الساعة المائية خلال فترات البرد عن طريق استبدال الماء بالزئبق السائل. تم بناء برج الساعة الفلكية الذي يعمل بالطاقة المائية، والذي يتميز باحتوائه على أقدم محرك سلسلة معروف لنقل الطاقة، على يد العالم الموسوعي سو سونغ في عام 1088.
أشار الفيلسوفان اليونانيان أناكساغوراس وإمبيدوكليس إلى الساعات المائية، التي كانت تستخدم لفرض قيود زمنية أو لقياس التقدم الزمني. يُعتقد على نطاق واسع أن الفيلسوف الأثيني أفلاطون هو من ابتكر ساعة منبه تستخدم كرات من الرصاص، والتي كانت تتدفق بصوت عالٍ على طبق نحاسي لإيقاظ طلابه.
كان التحدي الكبير المتأصل في معظم الساعات المائية هو التقلب في تدفق المياه، والذي نتج في المقام الأول عن الاختلافات في ضغط السوائل. تم التخفيف من هذه المشكلة منذ عام 100 قبل الميلاد فصاعدًا من خلال تصميم حاوية المياه الخاصة بالساعة بشكل مخروطي. اكتسبت هذه الأجهزة مزيدًا من التطور من خلال دمج الابتكارات مثل الصنوج وآليات الحركة المعقدة. تشير الأدلة الجوهرية إلى أن برج الرياح الذي يعود تاريخه إلى القرن الأول قبل الميلاد في أثينا كان يضم ساعة مائية ودوارة رياح، بالإضافة إلى الساعات الشمسية التسعة العمودية التي لا تزال مرئية من الخارج. ضمن التقاليد اليونانية، خدمت الساعة المائية وظيفة قضائية في المحاكم، وهي ممارسة اعتمدها الرومان القدماء لاحقًا.
في الأندلس في العصور الوسطى، وثّق ابن خلف المرادي ساعة مائية تضم كلا من التروس الجزئية والمدورية. الساعات المائية الإسلامية، التي تتميز بسلاسل التروس المعقدة والمصفوفات المتكاملة من الآلات، حافظت على مستوى لا مثيل له من التطور حتى منتصف القرن الرابع عشر. علاوة على ذلك، تم تطوير آليات تعمل بالسوائل، باستخدام العوامات الثقيلة ونظام الرأس الثابت، لتسهيل معدل تشغيل أبطأ لهذه الساعات. على العكس من ذلك، يؤكد بعض العلماء أن أقدم ساعة موجهة معروفة قد صممها عالم الرياضيات والفيزيائي والمهندس البارز أرخميدس خلال القرن الثالث قبل الميلاد. كانت ساعة أرخميدس الفلكية أيضًا بمثابة ساعة الوقواق، حيث كانت تغرد وتتحرك كل ساعة. تعتبر أول ساعة كاريلون، حيث كانت تعزف الموسيقى في نفس الوقت بينما تصور شخصًا يومض متفاجئًا من الطيور المغردة. تعمل ساعة أرخميدس عبر نظام مكون من أربعة أوزان وأثقال موازنة وأوتار، يتم تنظيمها بواسطة عوامات داخل حاوية مياه مزودة بشفرات لضمان تشغيلها التلقائي المستمر. تم توضيح المبادئ الأساسية لهذا النوع من الساعات من قبل عالم الرياضيات والفيزياء هيرو، الذي أشار إلى أن بعض الإصدارات استخدمت سلسلة لقيادة ترس داخل الآلية.
تم بناء ساعة جيرون المائية التي تعود للقرن الثاني عشر، وتقع في الجامع الأموي في دمشق، على يد محمد الساعاتي ثم قام ابنه رضوان بن الساعاتي بتفصيلها في كتابه عام 1203، عن بناء الساعات وخصائصها. استخدم. في عام 1206، قدم الجزري وصفًا لساعة فلكية متطورة تعمل بالطاقة المائية ضمن أطروحته عن الآلات. يبلغ ارتفاع "ساعة القلعة" حوالي 11 قدمًا (3.4 مترًا). بحلول عام 1235، كانت هناك ساعة تعمل بالطاقة المائية "تعلن عن أوقات الصلاة ووقتها ليلاً ونهارًا" في بهو مدخل المدرسة المستنصرية في بغداد.
ساعات البخور الصينية
نشأت ساعات البخور في الصين في القرن السادس تقريبًا، وكانت تخدم في المقام الأول وظائف دينية، ولكنها تستخدم أيضًا في التجمعات الاجتماعية ومن قبل العلماء. افترض عالم الصينيات الأمريكي إدوارد إتش شيفر أصلًا هنديًا لساعات البخور، مشيرًا إلى الاستخدام السائد لأحرف الديفاناغاري في تصميمها. إن احتراقها عديم اللهب والمتسق جعل أجهزة قياس الوقت هذه آمنة للاستخدام في البيئات الداخلية. تم تحديد الساعات المميزة من خلال تطبيق تركيبات البخور المختلفة، كل منها تمتلك رائحة فريدة من نوعها.
كانت أعواد البخور المستخدمة في هذه الساعات متاحة في أشكال مستقيمة أو حلزونية. أما الأخيرة، المصممة لفترات تشغيلية ممتدة، فكانت تُعلَّق في كثير من الأحيان من أسقف المساكن والصروح الدينية. تضمنت بعض تصميمات الساعات آليات لإطلاق الأوزان على فترات منتظمة ومحددة مسبقًا.
تتميز ساعات ختم البخور بقرص منقوش بقناة واحدة أو أكثر، يتم وضع البخور فيها بدقة. تم تحديد مدة تشغيل الساعة بشكل أساسي من خلال طول مسار البخور، والذي يرتبط مباشرة بأبعاد الختم؛ كان هناك حاجة إلى ما يقدر بـ 20 مترًا (66 قدمًا) من مسار البخور للحرق لمدة 12 ساعة. إن الاعتماد التدريجي للأقراص المعدنية، والذي من المحتمل أنه بدأ خلال عهد أسرة سونغ، سهّل على الحرفيين إنتاج أختام ذات أحجام متنوعة، وتعزيز تصميمها الجمالي وزخرفتها، وتغيير تكوينات الأخدود لاستيعاب التغيرات الموسمية في طول اليوم. مع ظهور الأختام الأكثر إحكاما، اكتسبت ساعات البخور ذات الختم شعبية واسعة النطاق وكثيرًا ما يتم تبادلها كهدايا احتفالية.
الأسطرلاب
تم تصنيع أسطرلابات قياس الوقت المتقدمة التي تتضمن آليات موجهة في بلاد فارس. تشمل الأمثلة البارزة تلك التي أنشأها العالم الموسوعي أبو الريحان البيروني في القرن الحادي عشر والفلكي محمد بن أبي بكر الفارسي في ج.1221. الإسطرلاب المصنوع من النحاس والفضة على يد الفارسي في أصفهان، والذي يعمل أيضًا كتقويم، يمثل أقدم آلة موجودة مع الحفاظ على تروسها الأصلية. توضح الفتحات الموجودة على السطح الخلفي للأسطرلاب مراحل القمر وتشير إلى عمر القمر؛ ضمن مقياس البروج، تظهر حلقتان متحدتان المركز المواقع السماوية النسبية للشمس والقمر.
طوّر علماء الفلك المسلمون العديد من الساعات الفلكية الدقيقة للغاية لاستخدامها في المساجد والمراصد، والتي تجسدت في الساعة الأسطرلابية التي أنشأها ابن الشاطر في أوائل القرن الرابع عشر.
الساعات الشمعية والساعات الرملية
تظهر إشارة نصية مبكرة إلى الساعة الشمعية في قصيدة صينية من عام 520، كتبها يو جيانفو، الذي وصف الشمعة المتدرجة بأنها أداة ليلية لقياس الوقت. ظلت الشموع المماثلة قيد الاستخدام في اليابان حتى أوائل القرن العاشر.
ينسب الأنجلوسكسونيون اختراع الساعة الشمعية إلى ألفريد العظيم، ملك ويسيكس (حكم من 871 إلى 889). وبحسب ما ورد استخدم نظامًا مكونًا من ستة شموع، تم وضع علامة على كل منها على مسافة بوصة واحدة (25 ملم)، مصنوعة من 12 بنسًا من الشمع، وموحدة بارتفاع 12 سم (4.7 بوصة) بسمك موحد.
قام المخترع المسلم الجزري في القرن الثاني عشر بتفصيل أربعة تصميمات مميزة لساعات الشموع في أطروحته، كتاب معرفة الأجهزة الميكانيكية البارعة. تم تصميم ساعة الشمعة "الكاتبة" المبتكرة الخاصة به لتحدد 14 ساعة من المدة المتساوية: تعمل آلية مصممة بدقة على رفع الشمعة ذات الأبعاد الدقيقة تدريجيًا، وبالتالي تشغيل مؤشر على مقياس معاير.
تشكل الساعة الرملية إحدى الطرق المحدودة التي يمكن الاعتماد عليها لقياس الوقت البحري. تشير التكهنات إلى انتشاره على السفن في وقت مبكر من القرن الحادي عشر، حيث كان من الممكن أن يعزز البوصلة كأداة ملاحية. تم العثور على أول تصوير لا لبس فيه للساعة الرملية في لوحة عام 1338 رمزية الحكومة الجيدة للفنان الإيطالي أمبروجيو لورينزيتي.
أثناء رحلته حول العالم عام 1522، قام الملاح البرتغالي فرديناند ماجلان بتجهيز كل سفينة بـ 18 ساعة رملية. في حين تم استخدام الساعات الرملية في الصين، إلا أن مسارها التاريخي داخل المنطقة لا يزال غامضًا، مع عدم وجود استخدام واضح قبل منتصف القرن السادس عشر، نظرًا لأن بناء الساعة الرملية يستلزم نفخ الزجاج، وهو شكل من أشكال الفن الأوروبي والغربي حصريًا في ذلك الوقت.
بدءًا من القرن الخامس عشر، وجدت الساعات الرملية استخدامًا واسع النطاق في مجالات متنوعة، بما في ذلك الملاحة البحرية، والإعدادات الكنسية، والعمليات الصناعية، وممارسات الطهي. لقد مثلوا الأدوات الافتتاحية الموثوقة والقابلة لإعادة الاستخدام والدقيقة المقبولة والمصنعة بسهولة لقياس الوقت. اكتسبت الساعة الرملية أيضًا دلالات رمزية عميقة، مجسدة مفاهيم مثل الفناء، والاعتدال، والفرصة، ووقت الأب، والتي يتم تجسيدها عادةً كشخصية ملتحية كبيرة في السن.
تاريخ الأجهزة المتذبذبة المبكرة في أجهزة ضبط الوقت
ظهر المصطلح الإنجليزي "clock" في اللغة الإنجليزية الوسطى، وظهر في أشكال مثل clok، أو cloke، أو clokke. لا يزال أصل الكلمة غير مؤكد، ومن المحتمل أن يكون مشتقًا من الفرنسية أو الهولندية، وربما يمكن إرجاعه إلى المصطلح اللاتيني ما بعد الكلاسيكي clocca، والذي يعني "الجرس". تشير السجلات التاريخية من السياقات الأيرلندية في القرن السابع والسياقات الجرمانية في القرن التاسع إلى أن الساعة كانت تعني "الجرس".
خصصت كل من اليهودية والمسيحية والإسلام فترات محددة للصلاة. ومع ذلك، تم تكليف المسيحيين فقط بالصلاة على فترات محددة طوال النهار والليل. وصفت المؤرخة جو إلين بارنيت هذه الممارسة بأنها "التزام صارم بالصلوات المتكررة التي تُقال عدة مرات في اليوم". عملت إنذارات ضرب الجرس على تنبيه الراهب الرهباني لقرع الجرس الجماعي. يعمل نظام الإنذار هذا كمؤقت، حيث يستخدم شكلاً مبكرًا من ميزان الساعة لتنشيط جرس صغير، وبالتالي يسبق آلية ميزان الساعة المدمجة في الساعات الميكانيكية.
تطورات القرن الثالث عشر
بدأت التطورات المهمة في دقة الساعات الرملية والساعات المائية في القرن العاشر، بما في ذلك الجهود المبذولة لتنظيم معدلات تدفقها من خلال الاحتكاك أو قوة الجاذبية. يظهر التمثيل المرئي الأولي لساعة تعمل بوزن معلق في إنجيل سانت لويس، وهي مخطوطة مضيئة تم إنتاجها بين عامي 1226 و1234، والتي توضح ساعة يتم تنظيمها عن طريق تفاعل الماء مع العجلة. يشير هذا التصوير إلى اختراع الساعات المعتمدة على الوزن في أوروبا الغربية. علاوة على ذلك، تشير أطروحة روبرتوس أنجليكوس عام 1271 إلى أن الحرفيين في العصور الوسطى كانوا منخرطين بنشاط في تطوير ساعة ميكانيكية بحتة، تعمل بالجاذبية فقط، خلال هذه الحقبة. تمثل هذه الساعات تتويجًا لمفاهيم سابقة من التقاليد العلمية الأوروبية والإسلامية، وتتضمن عناصر مثل أنظمة التروس، والمحركات القائمة على الوزن، وآليات الضرب.
في عام 1250، رسم الفنان فيلارد دي هونيكور، آلية شكلت خطوة حاسمة نحو تطور ميزان الساعة. مقدمة أخرى لميزان الانفلات كانت horologia nocturna، والتي استخدمت آلية حافة مبكرة لتنشيط مطرقة تضرب الجرس بشكل متكرر. تعتبر الساعة التي تعمل بالوزن بشكل عام ابتكارًا في أوروبا الغربية، كما يتضح من الرسم التوضيحي الذي يوضح وزنًا يدور محورًا، مع تنظيم حركته من خلال نظام الفتحات التي تطلق الماء تدريجيًا. بحلول عام 1271، قام عالم الفلك الإنجليزي روبرتوس أنجليكوس بتوثيق الجهود المستمرة التي يبذلها معاصروه لتطوير الساعة الميكانيكية.
ابتكارات القرن الرابع عشر
يمثل تطوير ميزان الحافة والأوراق حول c.1275 إنجازًا محوريًا في تاريخ صناعة الساعات والتاريخ التكنولوجي، ويمثل إدخال أول آلية تنظيمية في ضبط الوقت. في هذا النظام، يتم دفع الحافة، أو العمود الرأسي، بواسطة عجلة تاجية مدفوعة بالوزن ولكن يتم منعها من الدوران غير المقيد بواسطة ورقة الشجر. إن ورقة الشجر، غير القادرة على التأرجح بحرية، تتأرجح بدلاً من ذلك بشكل إيقاعي، مما يسمح للعجلة بالتقدم بسن واحد في كل مرة. على الرغم من تحسنها الكبير مقارنة بأجهزة ضبط الوقت السابقة، إلا أن آلية الحافة والورقة كانت عرضة للتغيرات في إيقاعها بسبب تقلب القوى المطبقة، مما استلزم إعادة معايرة متكررة للساعات الميكانيكية الأولى باستخدام الساعات الشمسية.
بالتزامن مع اختراع ميزان الساعة، قام الشاعر الفلورنسي دانتي أليغييري بدمج صور مرتبطة بالساعة لتصوير أرواح المباركين في باراديسو، وهو القسم الثالث من الكوميديا الإلهية، الذي تم تأليفه في أوائل القرن الرابع عشر. من المحتمل أن يحتوي هذا العمل الأدبي على أقدم وصف نصي معروف للساعة الميكانيكية. تشير السجلات التاريخية إلى إشارات إلى الساعات المحلية من عام 1314 فصاعدًا، مما يشير إلى أن تطور الساعة الميكانيكية قد تم تأسيسه بحلول عام 1325.
تم إنشاء ساعات ميكانيكية كبيرة لتركيبها في الأبراج، وهي مصممة لتنشيط الأجراس مباشرة. تمثل ساعة برج كاتدرائية نورويتش، التي بنيت حوالي عام 1273 (مدعومة بسجل دفع لساعة ميكانيكية من ذلك العام)، أقدم ساعة كبيرة الحجم موثقة من هذا النوع، على الرغم من أنها لم تعد موجودة. تم توثيق أول ساعة معروفة تضرب باستمرار على مدار الساعة، وتتميز بآلية الحافة والورقة، في ميلانو عام 1336. وبحلول عام 1341، أصبحت الساعات التي تعمل بالوزن شائعة بما يكفي لتكييفها للاستخدام في مطاحن الحبوب، وبحلول عام 1344، تمت ترقية الساعة في كاتدرائية سانت بول القديمة في لندن بآلية ميزان الساعة. تم تصوير الورقة نفسها بصريًا لأول مرة بواسطة دوندي في عام 1364 ثم ذكرها لاحقًا مؤرخ البلاط جان فرويسارت في عام 1369.
من بين أدوات قياس الزمن البارزة من العصور الوسطى الساعة التي صممها وصنعها هنري دي فيك ج.1360، والتي يُقال إنها أظهرت اختلافات يومية تصل إلى ساعتين. على مدى القرون الثلاثة اللاحقة، كانت جميع التطورات في ضبط الوقت مبنية بشكل أساسي على المبادئ التي وضعتها ساعة دي فيك. في الوقت نفسه، بين عامي 1348 و1364، قام جيوفاني دوندي ديل أورولوجيو، ابن جاكوبو دوندي، بتصميم فندق متطور في فلورنسا.
شهد القرن الرابع عشر زيادة كبيرة في انتشار الساعات الضاربة في الأماكن العامة، حيث ظهرت أولاً في إيطاليا، ثم بعد ذلك بوقت قصير في فرنسا وإنجلترا. بين عامي 1371 و1380، تم تركيب ساعات عامة في أكثر من 70 مدينة أوروبية. تُعرف ساعة كاتدرائية سالزبوري، التي يعود تاريخها إلى عام 1386 تقريبًا، بأنها واحدة من أقدم الساعات العاملة في العالم، وربما الأقدم، وتحتفظ بمعظم مكوناتها الأصلية. تتميز ساعة كاتدرائية ويلز، التي بنيت عام 1392، بوجهها الأصلي المحفوظ في العصور الوسطى. تتميز هذه الساعة بأشكال تدق الأجراس ومجموعة من الفرسان المبارزين الذين يدورون حول مضمار كل 15 دقيقة.
التطورات اللاحقة
إن اختراع النابض الرئيسي في أوائل القرن الخامس عشر، والذي تم استخدامه في البداية في الأقفال والأسلحة النارية من نوع فلينتلوك، سهّل البناء غير المسبوق للساعات المدمجة. أدت الحاجة إلى آلية ميزان لتنظيم إطلاق الطاقة المخزنة باستمرار إلى تطوير جهازين رئيسيين: جهاز التحرر المكدس، والذي، على الرغم من اختراعه في القرن الخامس عشر، لم يتم توثيقه قبل ج.1535، والمصهر، الذي تعود أصوله إلى أسلحة العصور الوسطى مثل القوس والنشاب. أقدم ساعة نابضة بالحياة باقية، وهي ساعة حجرة صُنعت لفيليب الطيب حوالي عام 1430، وتتضمن مصهرًا. قام ليوناردو دافنشي، الذي أنتج أقدم الرسومات المعروفة للبندول بين عامي 1493 و1494، بتوضيح مصهر حول ج. عام 1500، أي بعد ربع قرن تقريبًا من الظهور الأولي للزنبرك الملتف.
خلال العصور الوسطى، كانت أبراج الساعة في جميع أنحاء أوروبا الغربية تشير إلى الوقت بصوت مسموع. تعرض أقراص الساعة المبكرة الساعات، مع الإشارة إلى قرص الدقائق في مخطوطة تعود إلى عام 1475. شهد القرن السادس عشر تطورات كبيرة في تحسين وتطوير أجهزة قياس الوقت. بحلول عام 1577، حصل عالم الفلك الدنماركي تايكو براهي على أول ساعة من أربع ساعات قادرة على قياس الثواني. في الوقت نفسه، في نورمبرغ، تم تعويض صانع الساعات الألماني بيتر هينلاين في عام 1524 عن صنع ما يُعتقد أنه أقدم مثال للساعة. بحلول عام 1500، بدأ استخدام أوراق الشجر في الساعات في الانخفاض. أقدم ساعة نابضة بالحياة هي جهاز صنعه البوهيمي جاكوب زيك في عام 1525. وفي عام 1530، أصبح صانع الآلات الهولندي جيما فريسيوس أول من اقترح استخدام الساعة لتحديد خط الطول أثناء الرحلات. تضمنت هذه الطريقة ضبط الساعة على التوقيت المحلي لنقطة بداية طولية معروفة، مما يسمح بالتأكد من خط الطول لأي موقع آخر من خلال مقارنة التوقيت المحلي مع وقت الساعة.
حوالي عام 1565، وصف المهندس العثماني تقي الدين ساعة مدفوعة بالوزن في كتابه، ألمع النجوم في بناء الساعات الميكانيكية (الكواكب الدرية في وضع البنوك الدورية). يتميز هذا الجهاز المعقد بميزان على شكل حافة وورق، وقطار مذهل من التروس، ومنبه، وتمثيل لأطوار القمر. وفي وقت لاحق، قدم المبشرون اليسوعيون الساعات الأوروبية الأولى إلى الصين كهدايا دبلوماسية.
ويُعتقد على نطاق واسع أن العالم الموسوعي الإيطالي جاليليو جاليلي كان أول من أدرك إمكانات البندول كجهاز ضبط دقيق للوقت، وهي فكرة اكتسبتها حسبما ورد من مراقبة حركة المصابيح المعلقة في كاتدرائية بيزا. وفي عام 1582، قام بدراسة التذبذب المنتظم للبندول، واكتشف أن دورته تعتمد فقط على طوله. في حين أن جاليليو لم يقم أبدًا ببناء ساعة بناءً على هذا الاكتشاف، إلا أنه أملى تعليمات بناء ساعة بندولية على ابنه، فينتشنزو، قبل وفاته.
عصر الدقة في ضبط الوقت
الساعات البندولية
لقد استفادت أجهزة ضبط الوقت الدقيقة الأولية من مبدأ الحركة التوافقية، حيث تؤثر قوة الاستعادة على جسم مُزاح عن توازنه، مثل البندول أو الزنبرك الممتد، مما يجبره على العودة إلى هذا الموضع ويحدث التذبذب. تعتبر المذبذبات التوافقية مناسبة لحفظ الوقت بدقة لأن فترة تذبذبها تظل مستقلة عن سعة الحركة، مما يضمن مدة ثابتة لكل تذبذب كامل. يتم تحديد فترة المذبذب التوافقي فقط من خلال السمات الفيزيائية للنظام المتذبذب، وليس ظروفه الأولية أو سعة حركته.
كان العصر الذي يتميز بالتحكم في الساعات عبر المذبذبات التوافقية بمثابة الفترة الأكثر إنتاجًا في تقدم تكنولوجيا ضبط الوقت. كان الاختراع الرائد في هذه الفئة هو ساعة البندول، التي ابتكرها وصنعها العالم الهولندي الموسوعي كريستيان هويجنز في عام 1656. أظهرت التكرارات الأولية عدم دقة يومية لمدة تقل عن دقيقة واحدة، وتم تحسين الدقة لاحقًا إلى 10 ثوانٍ فقط، والتي كانت دقيقة بشكل ملحوظ خلال تلك الفترة. أدت الدقة المحسنة التي توفرها ساعة البندول إلى الاعتماد على نطاق واسع على أقراص تعرض الدقائق والثواني. استخدم براهي ساعات مجهزة بمؤشرات الدقائق والثانية لرصد النجوم بدقة. تفوقت ساعة البندول بشكل كبير على جميع أدوات ضبط الوقت الميكانيكية الأخرى، مما أدى إلى الممارسة الشائعة المتمثلة في تعديل الأجهزة الموجودة باستخدام البندول - وهو تعديل مباشر - وبالتالي، لا يزال عدد قليل من آليات ميزان الساعة في تكوينها الأصلي.
تضمَّنت ساعات البندول المبكرة ميزانًا على الحافة، مما استلزم تذبذبات واسعة تبلغ حوالي 100 درجة، الأمر الذي تطلب بالتالي بندولات قصيرة وخفيفة الوزن. أدى اختراع آلية التثبيت لاحقًا إلى تقليل تأرجح البندول إلى حوالي 6 درجات، مما يسهل نشر بندولات أطول وأثقل. أنتجت هذه البندولات الأطول نبضات أبطأ وأكثر اتساقًا، وتقترب بشكل أوثق من الحركة التوافقية البسيطة، بينما تتطلب أيضًا طاقة أقل وتقليل الاحتكاك والتآكل. تم إنشاء أول ساعة ميزان مرساة موثقة على يد عالم الساعات الإنجليزي ويليام كليمنت في عام 1671 لصالح كلية كينجز، كامبريدج، وهي موجودة حاليًا في متحف العلوم بلندن. في حين أن ميزان المرساة يُنسب عمومًا إلى هوك، إلا أن بعض الخطابات العلمية تشير إلى اختراعه من قبل كليمنت أو صانع الساعات الإنجليزي جوزيف نيب.
لقد أدى النظام اليسوعي إلى تقدم كبير في تطوير ساعات البندول خلال القرنين السابع عشر والثامن عشر، مما يدل على "تقدير شديد غير عادي لأهمية الدقة". على سبيل المثال، في سعيه للحصول على بندول دقيق يبلغ ثانية واحدة، قام عالم الفلك الإيطالي الأب جيوفاني باتيستا ريتشولي بتجنيد تسعة من زملائه اليسوعيين "لحساب ما يقرب من 87000 ذبذبة في يوم واحد". وكانت مساهماتهم محورية في نشر والتحقق من صحة المفاهيم العلمية السائدة خلال تلك الحقبة، وشاركوا في التعاون مع هيغنز ومعاصريه.
استخدم هيغنز في البداية ساعة لحساب معادلة الوقت - التي تم تعريفها على أنها التناقض بين الوقت الشمسي الظاهري ووقت الساعة - ونشر بعد ذلك النتائج التي توصل إليها في عام 1665. وقد سمح هذا الارتباط لعلماء الفلك بالتأكد من الوقت الفلكي من خلال الملاحظات النجمية، وبالتالي إنشاء منهجية دقيقة لمعايرة الساعة. تم كتابة معادلة الوقت على الساعات الشمسية، مما يسهل مزامنة الساعات مع الشمس. في عام 1720، أكد جوزيف ويليامسون على اختراع ساعة قادرة على عرض الوقت الشمسي، متضمنة كاميرا وتروس تفاضلية للإشارة بدقة إلى الوقت الشمسي الحقيقي.
شملت التطورات الإضافية في ضبط الوقت خلال هذه الحقبة العديد من الاختراعات الرئيسية. وتشمل هذه آلية الضرب على الحامل والحلزون لساعات الرنين، التي طورها الميكانيكي الإنجليزي إدوارد بارلو. علاوة على ذلك، تم اختراع الساعة المتكررة، المصممة لتتناغم مع الساعات أو الدقائق، في عام 1676 من قبل صانع الساعات اللندني بارلو أو دانييل كوار. وأخيرًا، تم تصميم ميزان الميزان المميت حوالي عام 1675 على يد عالم الفلك ريتشارد تاونلي.
برزت باريس وبلوا كمركزين أساسيين لإنتاج الساعات في فرنسا، حيث قاد صانعو الساعات الفرنسيون، مثل جوليان لو روي، صانع الساعات المحترم في فرساي، الابتكارات الرائدة في تصميم العلبة والساعات المزخرفة. لو روي، وهو عضو من الجيل الخامس من سلالة متميزة في صناعة الساعات، أشاد به معاصروه باعتباره "صانع الساعات الأكثر مهارة في فرنسا، وربما في أوروبا". وتضمنت مساهماته تطوير آلية تكرار متخصصة عززت دقة الساعات والساعات، وتصميم قرص يسمح بالوصول إلى الآلية الداخلية. وعلى مدار حياته المهنية التي امتدت لما يقرب من خمسة عقود حتى وفاته عام 1759، قام بتصنيع أو الإشراف على إنتاج أكثر من 3500 ساعة. وقد حفزت المنافسة العلمية والتنافس الفكري التي أثارتها ابتكاراته على إجراء المزيد من الأبحاث حول منهجيات أكثر دقة لقياس الوقت.
كانت الأخطاء الجوهرية في الساعات البندولية المبكرة أقل أهمية من تلك التي قدمتها المتغيرات البيئية، وخاصة تقلبات درجات الحرارة. في عام 1729، ابتكر جون هاريسون، وهو عالم ساعات ونجار عصامي من يوركشاير، بندول الشبكة. يتضمن هذا الاختراع ما لا يقل عن ثلاثة معادن، يمتلك كل منها أطوالًا مميزة ومعاملات تمدد حراري، تم تكوينها للحفاظ على الطول الإجمالي للبندول على الرغم من تغيرات درجات الحرارة المحيطة. في وقت سابق، في عام 1721، عالج صانع الساعات جورج جراهام التغيرات الناجمة عن درجات الحرارة في البندول الحديدي من خلال استخدام قطعة مصنوعة من حاوية زجاجية مملوءة بالزئبق، وهو معدن سائل في درجات الحرارة المحيطة ويظهر معدل تمدد أعلى من الزجاج. استخدمت التحسينات اللاحقة لهذا الابتكار حاويات حديدية أرق للزئبق، مما أدى إلى تعزيز الاستجابة. تضمنت التطورات الإضافية في تصميم البندول المعوض لدرجة الحرارة دمج الزئبق مباشرة داخل قضيب البندول، وبالتالي تحقيق اقتران حراري أكثر قوة بين المعدنين. في نهاية المطاف، أدى تطوير مادة إنفار في عام 1895، وهي سبيكة من الحديد والنيكل تتميز بالحد الأدنى من التمدد الحراري، إلى حل محل ضرورة آليات تعويض درجة الحرارة السابقة هذه إلى حد كبير.
خلال الفترة من 1794 إلى 1795، في أعقاب الثورة الفرنسية، أنشأت الحكومة الفرنسية وقتًا عشريًا، حيث تم تقسيم اليوم إلى 10 ساعات، تشتمل كل منها على 100 دقيقة. استمرت إحدى الساعات الموجودة في قصر التويلري في عرض الوقت العشري حتى عام 1801 على الأقل.
الكرونومتر البحري
في أعقاب كارثة سيلي البحرية عام 1707، والتي أدت إلى فقدان أربع سفن بسبب عدم الدقة الملاحية، حددت الحكومة البريطانية مكافأة كبيرة قدرها 20 ألف جنيه إسترليني - وهو مبلغ يعادل الملايين بالعملة المعاصرة. مُنحت هذه الجائزة لأي فرد قادر على تحديد خط الطول بدقة 50 كيلومترًا (31 ميلًا) عند خط عرض شمال خط الاستواء. يمكن التحقق من موقع السفينة في البحر على بعد 100 كيلومتر (62 ميل) إذا كان الملاحون يمتلكون ساعة تظهر انحرافًا يوميًا لا يزيد عن ست ثوانٍ تقريبًا. تم تقييم الطلبات المقدمة من قبل مجلس خطوط الطول الذي تم إنشاؤه مؤخرًا. ومن بين العديد من المتنافسين على هذه الجائزة كان جيريمي ثاكر، صانع ساعات من يوركشاير، الذي قدم مصطلح الكرونومتر في كتيب عام 1714. قام هيغنز سابقًا ببناء ساعة بحرية مبكرة، تم تصميمها للحفاظ على الاتجاه الأفقي على متن سفينة متحركة، على الرغم من توقف تشغيلها عند تحركات السفينة المفاجئة.
في عام 1715، عندما كان جون هاريسون يبلغ من العمر 22 عامًا، استفاد من خبرته في النجارة لتصنيع ساعة خشبية تدوم ثمانية أيام. تضمنت ابتكاراته في مجال صناعة الساعات دمج المكونات الخشبية، وبالتالي تجنب الحاجة إلى التشحيم الإضافي والتنظيف اللاحق. وشملت التطورات الإضافية استخدام بكرات لتخفيف الاحتكاك، وآلية ميزان جديد، والنشر الاستراتيجي لمعدنين متميزين لمواجهة التمدد الحراري. سافر هاريسون بعد ذلك إلى لندن لطلب الدعم من مجلس خطوط الطول لتطوير ساعة بحرية. تم توجيهه إلى جورج جراهام، الذي سهل مساعي هاريسون من خلال تأمين التمويل لمشروع البناء الخاص به. بعد ثلاثة عقود، تم الانتهاء من جهازه الأولي، المُسمى "H1"، وخضع لتجارب بحرية في عام 1736. شرع هاريسون بعد ذلك في تصميم وبناء ساعتين بحريتين إضافيتين، "H2" (تم الانتهاء منه حوالي عام 1739) و"H3"، وكلاهما دخل الخدمة بحلول عام 1755.
أنتج هاريسون أيضًا ساعتين، تم تحديدهما "H4" و"H5". إريك بروتون، في منشوره تاريخ الساعات والساعات، وصف H4 بأنه "من المحتمل أن يكون جهاز ضبط الوقت الأكثر روعة على الإطلاق". عند الانتهاء من تجاربها البحرية خلال شتاء 1761-1762، أظهرت H4 دقة أكبر بثلاث مرات من متطلبات هاريسون للتأهل لجائزة خط الطول.
الساعات الكهربائية
في عام 1815، قام المخترع الإنجليزي غزير الإنتاج فرانسيس رونالدز بتطوير الساعة الكهروستاتيكية، وهي مقدمة للساعة الكهربائية الحديثة. تم تنشيط هذا الجهاز بواسطة الأكوام الجافة، وهي بطارية عالية الجهد تتميز بطول العمر الاستثنائي، ولكنها عرضة للتغيرات في أدائها الكهربائي المتأثر بدرجة الحرارة المحيطة والرطوبة. أجرى رونالدز تجارب لتنظيم الخرج الكهربائي، مما أدى إلى تعزيز موثوقية أدواته المكررة.
في عام 1840، كان صانع الساعات والأدوات الاسكتلندي ألكسندر باين رائدًا في تطبيق الكهرباء للحفاظ على تذبذب ساعة البندول، وبالتالي حصل على التقدير لاختراع الساعة الكهربائية. في 11 يناير 1841، حصل باين وصانع الكرونومتر جون باروايز على براءة اختراع تتضمن تفاصيل ساعة تشتمل على بندول كهرومغناطيسي. قام تشارلز ويتستون، وهو عالم إنجليزي اجتمع معه باين في لندن بشأن مفاهيم الساعة الكهربائية، بتطوير نسخته الخاصة للجهاز في نوفمبر 1840. ومع ذلك، انتصر باين في نهاية المطاف في نزاع قانوني، مما عزز ادعائه باعتباره المخترع.
في عام 1857، أظهر الفيزيائي الفرنسي جول ليساجوس الاهتزاز غير المحدد للشوكة الرنانة من خلال تطبيق تيار كهربائي، ومن المرجح أن يصبح أول من استخدم هذا الابتكار للتردد الدقيق. قياس. في عام 1880، حدد الفيزيائيان الفرنسيان جاك وبيير كوري الخصائص الكهرضغطية للكوارتز البلوري.
عززت آليات التحكم الكهربائية دقة الساعات البندولية الأكثر دقة. تمثل ساعة Shortt-Synchronome، وهي ساعة بندول تعمل بالكهرباء وتم تصميمها في عام 1921، أول ساعة تتفوق على دقة دوران الأرض في ضبط الوقت.
اعتمد تطوير مؤقت الكوارتز الحديث على سلسلة من التطورات التكنولوجية والاكتشافات العلمية. ظهر مذبذب الأنبوب المفرغ في عام 1912. وفي عام 1919، كان الفيزيائي البريطاني ويليام إكليس رائدًا في استخدام المذبذب الكهربائي للحفاظ على اهتزاز الشوكة الرنانة؛ خفف هذا الابتكار بشكل كبير من التخميد المتأصل في الأنظمة الميكانيكية وحسّن استقرار التردد الاهتزازي. قام المهندس الأمريكي والتر ج. كادي ببناء أول مذبذب كريستال كوارتز في عام 1921. وفي وقت لاحق، في أكتوبر 1927، قدم جوزيف هورتون ووارن ماريسون في مختبرات بيل للهاتف أول وصف لساعة الكوارتز. على مدى العقود التالية، تطورت ساعات الكوارتز إلى أدوات دقيقة للغاية لقياس الوقت في المقام الأول داخل البيئات المختبرية، حيث أن إلكترونيات العد المرهقة والهشة القائمة على الأنابيب المفرغة قيدت التطبيقات العملية الأوسع. بحلول عام 1932، تم تصميم ساعة كوارتز قادرة على اكتشاف التقلبات الأسبوعية البسيطة في سرعة دوران الأرض. وقد أدى الاستقرار والدقة الفيزيائية والكيميائية الجوهرية لهذه الأجهزة إلى اعتمادها على نطاق واسع، مما جعلها معيارًا عالميًا لقياسات الوقت والتردد الدقيقة منذ أربعينيات القرن العشرين.
تطور تطوير الساعات
ظهرت ساعات اليد لأول مرة خلال القرن السادس عشر. في عام 1572، قامت إليزابيث الأولى ملكة إنجلترا بتوثيق الساعات التي حصلت عليها، وصنفتها ضمن مكونات مجموعة مجوهراتها. أظهرت ساعات الجيب المبكرة دقة محدودة، ويرجع ذلك في المقام الأول إلى أن أبعادها حالت دون دمج المكونات المتحركة المكررة بشكل مناسب. بدأت الساعات البسيطة غير المزخرفة تصبح متاحة حوالي ج. عام 1625.
تبع الاعتماد الواسع النطاق لمؤشرات الدقائق والثانية على أقراص الساعة الدقة المعززة التي ساهم فيها زنبرك التوازن، المعروف أيضًا باسم النابض الشعري. سمح هذا المكون، الذي صممه هويجنز وهوك بشكل مستقل في عام 1675، لتذبذبات عجلة التوازن بالحفاظ على تردد ثابت. أدى هذا الابتكار إلى تحسين دقة الساعات الميكانيكية بشكل كبير، مما أدى إلى تقليل الانحرافات اليومية من حوالي ثلاثين دقيقة إلى بضع دقائق فقط. لا يزال هناك جدل تاريخي حول المخترع الأصلي لزنبرك التوازن، حيث أكد كل من هيغنز وهوك على مفهوم مسبق للآلية. يظل تصميم Huygens المحدد لزنبرك الميزان هو التكوين السائد المستخدم في جميع الساعات المعاصرة تقريبًا.
كان توماس تومبيون، أحد رواد صناعة الساعات، من بين الأوائل الذين اعترفوا بقدرات زنبرك التوازن في ساعات جيبه وقاموا بتطبيقها بشكل فعال. أتاحت هذه الدقة المحسنة للساعات تحقيق مستوى من الأداء يمكن مقارنته بالاستخدام الحديث، مما يسهل إضافة عقرب الثواني إلى الميناء، وهو تطور لوحظ خلال تسعينيات القرن السابع عشر. في حين أن عقرب الدقائق متحد المركز سبق ذلك، فقد صمم كوير آلية تعمل على مزامنة تشغيل كلتا اليدين. في عام 1704، اشتهر نيكولاس فاتيو دي دويلييه، وهو فيلسوف طبيعي سويسري، بوضع تصور للتصميم الأولي لمحامل المجوهرات في آليات صناعة الساعات.
كرس صانعا الساعات الإنجليزيان البارزان الآخران في القرن الثامن عشر، جون أرنولد وتوماس إيرنشو، حياتهما المهنية لتطوير أجهزة الكرونومتر عالية الدقة و"ساعات سطح السفينة"، والتي كانت عبارة عن متغيرات كرونومتر مدمجة مصممة لسهولة الحمل.
التطبيقات العسكرية للساعات
شهدت الساعات استخدامًا خلال الحرب الفرنسية البروسية (1870–1871)، وأثناء حرب البوير (1899–1902)، وتم الاعتراف بفائدتها كأداة قيمة على نطاق واسع. في البداية، كانت هذه النماذج المبكرة عبارة عن ساعات جيب قياسية مُكيَّفة بأحزمة جلدية؛ ومع ذلك، بحلول أوائل القرن العشرين، بدأ المصنعون في إنتاج ساعات اليد المتخصصة. ومن الجدير بالذكر أنه في عام 1904، كلف الطيار الرائد ألبرتو سانتوس دومون شريكه، صانع الساعات الفرنسي لويس كارتييه، بتصميم ساعة مناسبة للطيران.
خلال الحرب العالمية الأولى، اعتمد ضباط المدفعية ساعات اليد. أثبتت "ساعة الخندق"، المعروفة أيضًا باسم "السوار"، أنها عملية للغاية من خلال تحرير اليد المطلوبة عادةً للتعامل مع ساعة الجيب، وبالتالي أصبحت إصدارًا قياسيًا. استلزمت قسوة حرب الخنادق حماية بلورات الساعة، مما أدى إلى الاستخدام العرضي لحراس القفص المفصلي. في حين أن هؤلاء الحراس سهّلوا قراءة الأرقام، إلا أنهم أعاقوا عقارب الساعة - وهي مشكلة تم حلها لاحقًا مع إدخال زجاج شبكي مقاوم للكسر في ثلاثينيات القرن العشرين. قبل اعتمادها عسكريًا، كانت ساعات اليد ترتديها النساء في الغالب؛ إلا أن الحرب العالمية الأولى حولتها إلى شعارات للرجولة والشجاعة.
تطورات الساعات الحديثة
في فجر القرن العشرين، بدأ استبدال ساعات فوب. سويسرا، التي حافظت على الحياد طوال الحرب العالمية الأولى، قامت بتصنيع ساعات اليد لكلا الفصيلين المتحاربين. أثر ظهور الدبابة بشكل كبير على تصميم ساعة كارتييه تانك، وتشكلت الجمالية الأوسع للساعات خلال العشرينيات من القرن الماضي من خلال حركة آرت ديكو. تم طرح الساعة الأوتوماتيكية في البداية بنجاح محدود في القرن الثامن عشر، وتم إعادة تنشيطها في عشرينيات القرن الماضي على يد عالم الساعات الإنجليزي جون هاروود. بعد إفلاسه في عام 1929، تمت إزالة القيود التنظيمية على الساعات الأوتوماتيكية، مما مكن شركات مثل رولكس من بدء إنتاجها. في عام 1930، كشفت تيسو النقاب عن أول ساعة يد غير مغناطيسية.
شهدت فترة الخمسينيات تطور أولى الساعات التي تعمل بالبطارية. أنتجت الشركات المصنعة الموقرة، بما في ذلك باتيك فيليب، ساعات عالية الجودة؛ على سبيل المثال، المرجع باتيك فيليب. 1518، التي تم إطلاقها في عام 1941، تعتبر ساعة اليد الأكثر تعقيدًا من الفولاذ المقاوم للصدأ على الإطلاق، وقد حققت سعرًا قياسيًا عالميًا في المزاد بلغ 11,136,642 دولارًا في عام 2016.
تم استخدام ساعة Speedmaster Professional ذات التعبئة اليدوية، والمعروفة بالعامية باسم "Moonwatch"، أثناء السير في الفضاء الافتتاحي بالولايات المتحدة كجزء من مهمة Gemini 4 التابعة لناسا وأصبحت بعد ذلك أول ساعة يرتديها رائد فضاء. القمر خلال مهمة أبولو 11. في عام 1969، قدمت Seiko أول ساعة يد كوارتز في العالم، وهي Astron.
شهدت السبعينيات ظهور الساعات الرقمية، المصنعة من الترانزستورات والمكونات البلاستيكية، مما سهّل تخفيض القوى العاملة داخل شركات التصنيع. في الوقت نفسه، بحلول نهاية العقد، واجهت العديد من الشركات التي استمرت في اتباع منهجيات أكثر تعقيدًا في تصنيع المعادن الإفلاس.
الساعات الذكية، وهي أجهزة حاسوبية يمكن ارتداؤها بشكل أساسي ومدمجة في عوامل شكل الساعة، دخلت السوق خلال أوائل القرن الحادي والعشرين.
الساعات الذرية
تمثل الساعات الذرية أدوات ضبط الوقت الأكثر دقة حاليًا في التطبيق العملي. وتتميز هذه الساعات بدقة تبلغ بضع ثوانٍ على مدى آلاف السنين، كما أنها تعمل على معايرة الساعات وأجهزة قياس الوقت الأخرى. في ستينيات القرن العشرين، قام المكتب الوطني الأمريكي للمعايير (NBS)، المعروف حاليًا باسم المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST)، بنقل أساس معيار الوقت في الولايات المتحدة من الكوارتز إلى الساعات الذرية.
تم اقتراح مفهوم استخدام التحولات الذرية لقياس الوقت في البداية من قبل العالم البريطاني اللورد كلفن في عام 1879. ومع ذلك، لم تظهر المنهجية العملية لمثل هذا القياس إلا في ثلاثينيات القرن العشرين مع تقدم الرنين المغناطيسي. أظهر نموذج أولي لجهاز مازر الأمونيا، الذي تم إنشاؤه في المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا في عام 1948، جدوى الساعة الذرية، على الرغم من كونها أقل دقة من ساعات الكوارتز المعاصرة.
تم إنشاء الساعة الذرية الدقيقة الافتتاحية، وهي معيار سيزيوم يعتمد على انتقال محدد لذرة السيزيوم 133، على يد الفيزيائي الإنجليزي لويس إيسن في عام 1955 في مختبر الفيزياء الوطني في لندن. تم إجراء معايرته باستخدام مقياس زمني فلكي يُعرف باسم التوقيت الفلكي (ET).
في عام 1967، أنشأ النظام الدولي للوحدات (SI) الوحدة الثانية، وهي الوحدة الأساسية للوقت، استنادًا إلى الخصائص المحددة للسيزيوم. على وجه التحديد، عرّف SI الثانية بأنها تشتمل على 9,192,631,770 دورة من الإشعاع المقابلة للانتقال بين مستويين من طاقة دوران الإلكترون داخل الحالة الأرضية لذرة 133Cs. تحقق ساعة السيزيوم الذرية، كما يحتفظ بها المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا، دقة تبلغ 30 جزءًا من مليار من الثانية سنويًا. كما تم استخدام العناصر البديلة، مثل بخار الهيدروجين والروبيديوم، في الساعات الذرية، مما يوفر استقرارًا معززًا في الأنظمة القائمة على الهيدروجين ومزايا في الحجم واستهلاك الطاقة والتكلفة لساعات الروبيديوم. تستفيد التطورات المعاصرة في قياس الوقت في الغالب من المنصات الأيونية المحاصرة، مع معيار الحد الأدنى من عدم اليقين المنهجي الذي يتم التنافس عليه كثيرًا بين الساعات الأيونية المصنوعة من الألومنيوم والساعات الشبكية الضوئية السترونتيوم. من المتوقع أن تتضمن الأجيال القادمة من الساعات التحولات النووية داخل النواة 229mTh. يعد هذا النهج واعدًا لأن النوى محمية بطبيعتها من التأثيرات البيئية الخارجية بواسطة سحبها الإلكترونية، وتتجاوز ترددات انتقالها بشكل كبير ترددات الساعات الضوئية والأيونية، مما يتيح تقليل عدم اليقين المنهجي بشكل كبير في قياسات التردد.
صانع الساعات: حرفي متخصص في بناء وترميم الساعات.
- صانع الساعات - الحرفي الذي يصنع الساعات ويصلحها
- مزامنة الساعة: عملية تنسيق عدة أجهزة مستقلة لقياس الوقت.
- التوقيت العالمي المنسق (UTC): معيار التوقيت العالمي الرئيسي المستخدم لتنظيم الساعات والقياسات الزمنية.
- قياس الأبعاد: مجال متخصص في قياس الأبعاد الفيزيائية.صفحات تعرض أوصافًا قصيرة بدون مسافات
- علم القياس الشرعي: التطبيق العلمي لمبادئ القياس في تحقيقات الطب الشرعي.
- التطور التاريخي لأدوات قياس الوقت في مصر.
- قياس الكم: استخدام التشابك الكمي لتحقيق قياسات عالية الدقة.
- أزمة الكوارتز: فترة من الاضطراب الكبير في صناعة الساعات خلال السبعينيات والثمانينيات.
- بندول الثواني: نوع من البندول مصمم خصيصًا ليكون دورته الدورية ثانيتين بالضبط.
- المقاييس الذكية: منهجية متقدمة تطبق في مجال القياس الصناعي.
- قياس الوقت: تطبيق المبادئ المترولوجية على علم قياس الوقت.
- معيار الوقت: مواصفة أو مرجع محدد يستخدم لقياس الوقت.
- نظرة تاريخية على الاختراعات المتعلقة بقياس الوقت.
- التسلسل الزمني لاختراعات قياس الوقت
- صانع الساعات: حرفي متخصص في صناعة وترميم الساعات.
ملاحظات توضيحية
الاقتباسات
المراجع
حاسبة العلوم النسبية – بحث فلسفي حول إمكانية الفصل بين الساعات والوقت. أرشفة في 9 نوفمبر 2019 في آلة Wayback..
- حاسبة العلوم النسبية – سؤال فلسفي: هل الساعات والوقت قابلان للفصل؟ أرشفة 9 نوفمبر 2019 في آلة Wayback.
- الاكتشافات القديمة العلوم الإسلامية الجزء الرابع، مقطع من تكرار التاريخ، يعرض تفاصيل الاختراعات الإسلامية في ضبط الوقت (YouTube).