第二编 从日光计时到时钟计时

众神厌恶首先发明

怎样计算时刻的人！也厌恶

那个在这里架起日晷的人，

把我的时光无情地分割

成了小段。

——普劳图斯（约前200）

4 对夜间时刻的计算

只要人类靠种植谷物和放牛牧羊为生，他们对小单位时间的计算就不那么需要。最重要的倒是季节——要知道什么季节可望下雨、下雪、晴朗或寒冷。为什么要为小时和分钟操心呢！只有白昼的时刻最重要，因为人们只能在那个时候工作。所以估量有用的时间就是估量日照的时间。

日常经验的变化，没有比昼夜明暗差别的消失更使人惘然的了。我们这个世纪的人造光使我们忘却夜晚的意义。现代化城市里的生活常常昼夜不分。但对有史以来的多数人而言，夜晚与黑暗同义，它会带来一切不可知的威胁。犹太法典（约前200）警告说:“千万别在黑夜里同陌生人打招呼，他也许就是个恶魔。”耶稣宣称（《约翰福音》，9:4—5）:“趁着白日，我们必须作那差我来者的工。黑夜将到，就没有人能作工了。我在世上的时候，是世上的光。”夜晚，在文学想象方面几乎没有比这更动人心弦的好题材。莎士比亚和其他剧作家就是用“在万籁俱寂的午夜”时刻来描绘罪犯作案的。

啊！不得安宁的夜晚，地狱的形象；

昏昏暗暗，预言的耻辱即将来临；

舞台黑暗无光，悲剧出现，谋杀发生；

隐匿万恶的温床。

早在人们尚未习惯于人造光的时候，就有人跨出第一步，设法使黑夜更像白昼。这第一步是在人类玩弄时间而开始把它分成小段来计算的时候迈出的。

古人计算年月并定出我们所谓星期的模式时，更短的时间单位在几百年前始终含糊不明，而且在人类日常生活经验中也不起什么作用。我们的精确而统一的小时是一种新发明，分和秒则在更近一些的时候才发明。非常自然，工作日总是有光照的白天，因此第一次将时间分段的努力是从计算太阳跨越天空的时间着手的。为此，首次出现了日晷与日影钟的计时装置。英语中“dial”一词的释义甚多，其原义却是日晷。原始社群注意到，随着太阳渐渐升高，竖立的柱子（即日晷，源出希腊语“知道”）的影子就会越来越短，当夕阳西下时，影子又变得越来越长。古代埃及人就利用这样的装置来计时。至今我们尚能见到一个从图特摩斯三世（约前1500）时代存留下来的日晷。那是一根长约一英尺的横棒，一端装上一个小“T”字形结构，它会在这横棒上的刻度处投下影子。清晨，棒条上“T”的影子向东；到中午，“T”的影子转向西。圣经中的先知以赛亚答应使时间倒退来拯救希西家王，他说，他会叫日影往后退。

以日影作为统一的计时标准，持续了数世纪之久。这是一种方便的计时法，因为任何不具有特殊知识、不拥有特殊设备的人都可以在任何地方装置简单的日晷。但是，刻在新式日晷上的夸耀之词“我只计算阳光照耀的时间”，却说明了以日晷计时有其明显的局限性。日晷利用日影计时：不出太阳当然就没有影子。日影钟只有在世界上阳光充足的地方才适用，而且只适用于日光正在照耀的时间。

即使阳光照耀得十分明亮，但日影移动却非常缓慢，难以标明分数，更无法表示秒数。而且，在某地用以标明白昼时间的推移并不适用于测定普遍适用的标准单位，如同我们以六十分钟作为一小时那样。因为，除了在赤道，其他所有地方的日照时间，一年四季中每天都不尽相同。在任何地方根据格林威治标准时间用日影来断定小时，都需要有天文、地理、数学和机械方面的综合知识。一直到十六世纪前后，日晷才刻上了准确的小时。这项“日晷科学”得到发展后，携带袖珍日晷仪就流行起来。然而那时钟表业已问世，不论从哪方面看，它们都更方便有用。

早期的日晷还有其他一些局限性。图特摩斯三世时代那种平面日晷无法记录凌晨和黄昏的小时，因为平面“T”形棒的影子无限制地伸展出去，无法刻度。古代日晷设计的巨大改进尽管无助于统一时间标准，却能易于使人把白天的时间分成均等部分。日晷呈半圆形，是个半球体的内部，指针从一侧伸到中心，开口的一面向上。这样，任何一天的日影移动轨道，将是太阳在上空半球体轨道运行的完整复制品。这个既有太阳的痕迹、内部又有刻度的半圆弧，被等分成十二个部分。各个不同日子日影轨道画出后，每天十二个“小时”的划分正好由弧线相连，标明了白天变动的十二个小时。

擅长几何学的希腊人对改进日晷的设计，获得很大的成功。其中可喜的例子是至今还见于雅典的“风塔”。这座八角形塔的八个主要方向，每一面都代表一个基本方位，每一面都带有一个日晷；这样，雅典人一眼就可以同时看到至少三面。罗马人在建筑物上附装日晷是那么普遍，以致公元前一世纪的建筑家维特鲁威能罗列十三种日晷。但有许多漂亮的纪念性日晷则是罗马人从国外掠夺过来装饰他们别墅的。由于纬度不同，这些日晷在罗马地区几乎已经没有计时作用。如果我们相信普劳图斯（卒于前184）所说的话，那么罗马人是根据日晷安排就餐时间的：

众神厌恶首先发明

怎样计算时刻的人！也厌恶

那个在这里架起日晷的人，

把我的时光无情地分割

成了小段。当我还在童年的时候，

我的肚皮就是日晷；比什么都确实

可靠无误的日晷。

这只日晷告诉我，时间已到

该进餐了，这就是我该吃的时候。

但如今，即使我想吃，

不到太阳点头，却不能进口。

有那么多人，

饿得缩做一团，在街上匍匐行走！

即使日晷是用来把白天的时间等分，但要用来区别季节的时限却还无大用。夏天昼长，所以人们以为夏天的钟点也该长些。在罗马大帝瓦伦提尼安一世（364—375在位）统治下的罗马士兵，其训练是“以五个夏令小时走二十英里的速度”行军。一个“小时”——白昼的十二分之一——在某地的特定一天，其长度与另一天或另一地的“小时”会完全不同。日晷是一种具有伸缩性的码尺。

人类怎样从太阳计时中摆脱出来？我们又怎样能征服黑夜，使它成为可知世界的一部分？只有不让太阳称霸，我们才有可能学会用统一的计量方法算出时刻。只有到那时，不论在何时何地，大家才能对行动、对所作所为的秘诀有统一的理解。用柏拉图的话来说，时间是一种“永恒的移动着的意象”。无怪乎世人渴望测量时间的轨道，却又心有余而力不足。

一切会流动、会消耗或会被耗尽的东西都在这里或那里曾为人们试图作为计时的方法。一切努力都是为了摆脱太阳称霸，为了更稳固地、更可预测地掌握时间，使之为人类服务。人类每日每时所需的简便而统一的计时标准，也就是生命本身的计量，应该是比难以预测、容易流逝又移动缓慢、常是朦胧不清的日影略胜一筹。人类必须寻找到一种比希腊人“他们称之为追随影子的计时器”更好的计时方法。

水，那个奇妙的流动的媒介物，大自然的造化——它在那么多方面为人类服务，而且为大地提供了一种特殊的性质——使人类开始在计算夜间小时方面可能作出些成就。水，可以用任何小碗来舀起，当然比日影更易于掌握。当人类开始用水来计时的时候，他们又迈出了一小步，让地球为自己所利用。人类能控制水流的缓急，日夜不断地流。他们能计算出流量固定不变的单位；无论在赤道还是在北极，在冬天还是在夏天，都是一样。但要使这种装置臻于完善却是长期而艰难的。当水时钟被精心制作成为一种多少可以称得上精密仪器的时候，它早已开始为一种更为方便，更为精确，而且也更为有趣的东西所取代了。

然而从历史上绝大多数年代来看，水在没有日照的日子里，确是起了计时的作用。大约在1700年，钟摆式时钟才算完善，在此以前，最准确的计时器也许要数水时钟了。在那几个世纪里，水时钟支配了人类每天——也许更恰当些称作每夜——的经历。

人类很早就发现可以用水放在壶里一滴滴地流下来以计算时间的流逝。在初次发明日晷以后的五百年里，古埃及人一直用水时钟计时。在他们那个阳光充足的国家，日晷在白天能满足人们的需要，但到了晚上，他们就得求助于水时钟了。他们的黑夜之神透特也是学问、文字和计算之神，掌管流出和流入两种模式的水时钟。流出型是一只雪花石膏瓶，瓶的内侧有刻度，近底部处开一小洞，水可以从这小洞滴出。从水平面的渐渐下降察看刻度，就能计算出流逝的时间。后来一种流入型的水时钟则从瓶内水平面的上升来计算流逝的时间，它比较复杂，因为需要不断提供有调节的水源。即使这样简单的装置也不是没有问题。在寒冷地区，水黏度的改变就是个麻烦。但不管在任何气候，要保持水时钟的正常速度，出水孔无论如何不能堵塞或因磨损而越来越大。流出型的水时钟还存在一个小问题，那是由于水流速度因水压而异，而水压常随瓶内盛水多少而变化。因此，埃及人就把瓶壁做成倾斜，这样，当水量减少时，由于压力集中在一个小范围内，可以保持不变。

设计一架有用的水时钟是非常简单的，只要它的目的仅仅在于达到像现代煮鸡蛋所用的计时器那样指示极短时间的功能。但如果把水时钟作为等分白天和黑夜小时的仪器，那就又出现了校准刻度的难题。在埃及，冬天的夜晚当然比夏天的夜晚长些。按照埃及人的计算方法，在底比斯城，用以计算夏天夜晚时间的水时钟，仅需十二指深度的水，而用以计算冬天夜晚的时间，却需要十四指深的水。这些长短不同的“小时”——白天或黑夜总时数的平均等分——并不是真正精密的小时长度。它们渐渐被称为“临时小时”或“暂时”的小时，那意味着它们只是临时性的，并不等于第二天的一个小时。如果能制造测出固定不变时间单位的水时钟，问题早就简单得多了。多少个世纪过去了，捉摸不到的时间终于被不仅仅能计算白天与黑夜片断时间的一种机械所控制了。

希腊人除了已使日晷更趋完善可以计算白天的时间外，同时也用水时钟作为日常计时器。他们那个生动的名词“水贼”在以后几百年中就用以指这种装置。希腊人用水时钟在雅典法庭中限制辩护时间。留存下来的法庭水时钟，可以测量大约六分钟的时间。关于以水时钟的水流计时问题，德摩斯梯尼在他作诉讼词时，每逢他读到法律或证词时，往往要求暂停滴水，这样他可以有较长的时间讲话。在优美的风塔建筑上附有一个圆形水槽，以供水时钟贮水之用。公元前二世纪，亚历山大港的一位多才的物理学家和发明家克特西比乌斯，设计出一种水压机和气枪。他设计出一种水时钟，上面装有垂直的刻度表，以浮动的指针计时。

尽管罗马人精于工程和机械，但他们除日晷外，还是依靠水时钟，把它当作惟一的机械计时器。他们使klepsydra一词拉丁化为clepsydra——即没有液体的钟塔，他们精心制作并予以推广，使之成为方便的日用品。他们制作的只有一英寸半宽的微型日晷，可以随身携带。同时，罗马人特别喜爱富丽堂皇，表现在战神广场的蒙特奇托里奥尖塔上置有用作巨型日晷的指时针，由青铜条在其四周的大理石甬道上投下影子，借以测量时间。

罗马人在制作水时钟方面同样也显示了他们的多才多艺。他们像其他讲求实惠的商人那样，也注意到时间的宝贵。但他们只是逐渐地，然后是粗糙地把白天的时间分成小单位。他们从未发明过可以便于把小时再细分的机械钟。甚至在公元前四世纪末，他们也只能正式把一天分成两部分：上午（A. M.）和下午（P. M.）。执政官的一名助理奉派注意观察太阳什么时候过子午线，并在集会的广场上当众宣布，因为律师们都得在正午之前出席法庭。后来，他们终于发明了较为精密的时间划分。首先把两个半天再分成两部分：早晨和午前；午后和傍晚。然后他们以其从西西里岛的卡塔纳带回的日晷为依据，划分“临时”小时。但由于各地区纬度不同，很难达到精确的程度。最后到公元前164年，监察官马希斯·菲力普斯装置了一架准确指向罗马的日晷，因而声望甚高。日晷旁边还安装了一具水时钟，以便在雾天和夜晚报时。

罗马人用日晷来拨校和对准早已成为罗马帝国普遍使用的水时钟。但水时钟仍旧只能提供“临时”小时，每月不分昼夜将全部日子合起来计算，尽管这一天和另一天实际上是不尽相同的。既然在罗马无人知道准确的小时，所以准时并不可靠，也不足信。智者塞涅卡（约前4—后65）认为，在罗马要找到统一的标准时间就像要使罗马哲学家们意见一致那样难以做到。

他们日常生活中的“小时”——即他们的临时“小时”是那天白天或夜晚时间的十二分之一——其长度比我们现在想象的伸缩性要大得多。按照我们的现代计算法，冬至那天，即使整日晴朗，日照也只有八小时五十四分钟，而夜晚却长达十五小时六分钟。而在夏至那天，按照现代的小时计算，情况正好相反。但在罗马人看来，整年的日夜各为十二小时，毫无出入。罗马在冬至那天的第一个小时是从我们现在称为上午七点三十三分开始而只到上午八点十七分，而第十二个小时则自下午三点四十二分开始到下午四时二十七分结束，接着便是漫漫长夜。这真是计时器的制造者的一大难题啊！我们惊奇的倒不是他们没有制造出一种更为精确的计时器，而是在这种情况下，他们竟能解决了日常需要的计时工具问题。

通过精密的校准刻度系统化，罗马人制造了每个月的小时长度能移动的水时钟。但要计算日复一日的增量变更，实在太复杂了。这也就是说，他们还没有公认的方法来细分每一天的小时。

当人类的日常生活需要有较短的标准小时单位时，精确度只达到煮鸡蛋计时器那样水平的简单水时钟便为他们所使用了。例如，在罗马法庭上，双方律师应该占用同样多的时间，简单的水时钟就起了很好的作用。为此，他们以雅典人为榜样，用一只碗在接近底部的地方开一个小孔。这种定时装置内的水约需二十分钟流完。律师可以向法官要求增加“六次漏壶”的时间，约相当于我们现在的两小时，来处理他的案件。有一位律师滔滔不绝地辩护，一次竟接连用了十六个水时钟的时间——五个小时！毫无疑问，罗马人同我们的看法一样，即“时间就是金钱”，可是他们常常把时间与水等同起来。在罗马，“施水”是指给律师时间，而“失水”意即浪费时间。假若在议会中发言人说话不照程序或讲得太多，他的同僚们便会吵嚷将他的水端掉。在有些情况下，他们却要求多给些水。

古罗马时代律师的唠叨不比现在的律师差。有一个特别令人厌烦的辩护人激使罗马的智者马提雅尔（约40—约102）建议：

凯基利阿努斯，你高声大叫，要求七个滴漏时间，法官勉强答应了。但你还是喋喋不休，斜仰着头，大喝玻璃瓶里半冷不热的水。可这是最后一次让你痛快地发泄，痛快地解渴。凯基利阿努斯，求你现在就把水时钟的水用尽了吧！

因为这位律师所饮的每一碗水可以让法官减轻二十分钟的厌烦。

简单的水时钟启发了罗马人的创造发明。为了防止出水孔磨损或堵塞，孔口用宝石做成，很像后来机械钟制造者用“钻石”一样。建筑家维特鲁威描绘的有些罗马水时钟装置着精心制作的浮标，每过一个罗马“小时”就会投下小圆石——或卵形物体——或吹出哨子声。水时钟在当时像十九世纪欧洲中产阶级家庭中的钢琴，成为身份和地位的象征。“他的餐厅里没有水时钟吗？”尼禄时期暴发户特里马丘的羡慕者说道，“不是还有个穿制服的喇叭手不时告诉他，他的寿命减少了多少吗？”

在后来几个世纪里，人们到处仿效罗马人，设法用水把生命划分为几部分。撒克逊人在九世纪时特制一只十分精致的小碗，底部有个小孔。碗浮在水面上，水注满了便沉下水底，每次总是计算出相同的时间长度。中国人在远古时代就有简单的水时钟，到他们前往西方游历回国时，更惊奇地谈到西方复杂而会敲响的水时钟。他们特别羡慕一具装在大马士革大清真寺东门的巨大水时钟。不论昼夜，每“小时”就有两颗闪闪发光的铜球从两只铜制猎鹰的嘴里落到两只铜杯里去，穿过洞可以回到原来的位子。在猎鹰上面有一排开着的门，每扇门代表白天的一个“小时”，在每扇门上都装有一只不亮的小灯。白昼每过一小时，铜球落下，钟便敲响，代表刚过去的那小时的门便关上。到夜晚，所有的门都自动开启。当铜球跌下来报告夜晚的每一个“小时”时，代表那个钟点的灯便亮了，放出红光。这样到黎明时分，所有的灯都亮了。但到白昼来临时，灯光便全部熄灭。代表白昼小时的门重复运转。要使这架计时器正常运转，需要十一个专职人员操作。

真正能使现代诗人对时间消逝浮想联翩的倒不是以流水计时，而是以漏沙计时。在英国，人们常将计时用的沙漏置放在棺木中，以示人生告终。圣歌唱道：“时间的沙粒在下沉，天国正是黎明时分。”

至于滴漏，即以漏沙计时的方法，则在我们的历史中来得较晚。沙当然不像水那样具有流动性，因此在古时，它也不及水那样适用于日夜变动而要有一定精密刻度的“小时”。你无法使指示器在沙上漂浮。但是到了水会冰冻的气候，沙却仍能流动。实用而又精确的沙漏需要玻璃匠的高艺妙手。

听说欧洲在八世纪时就有用沙的滴漏，传说此项发明应归功于沙特尔的一名僧侣。随着玻璃制造术的进步，人们能将滴漏封闭起来，不让潮气使沙粒滴下的速度慢下来。沙粒经精心加工干燥后才放入玻璃瓶内。据中世纪的一篇论文记载，滴漏所用沙粒是经过细磨的黑色大理石粉，要在酒中煮沸九次。每次煮沸时须将泡沫除去，最后将粉末在太阳下晒干待用。

沙漏不适宜用于终日计时。它们要么做得很大，使用很不方便——像查理曼命令制造的那个，大到每十二小时才翻动一次——要么做得很小，小到经常要在最后一颗沙滴下后马上将沙漏翻转。有的沙漏有一只附有指示针的小罗盘，玻璃瓶倒转一次，指示针便向前推进。但在其他计时器尚未发明之前，沙漏对极短时间的计算确实比水时钟更为适用。哥伦布在船上使用半小时一次的沙漏记录时间，这种沙漏是按七个“祈祷”钟点转动的。到了十六世纪，沙漏已被用于厨房里计算很短的时间，也被用来帮助牧师（及其听众！）控制讲道的时间。1483年，英国的一项法律规定，教堂讲坛上必须放置计时器，因为不这样做，参加宗教仪式的会众就看不到“讲坛计时器”。英国下议院则放置一个计时两分钟的沙漏，提醒摇铃宣布分组表决。石匠和其他手工匠也用沙漏来计算工作时间。教师携带滴漏，计算讲学时间及规定学生学习的时间。在伊丽莎白时代，牛津大学的一位导师曾警告他的懒惰学生说：“如果他们再不好好做习题，下次上课时就要带个计时两小时的滴漏到课堂里来。”

十六世纪以后，沙漏的一项独特用途是计算船行速度。测量员在一块漂浮的测速木片上系一根每隔七英寻打个结的绳索。水手在航行中的船尾掷下测速木片，并计算手中绳索上松开的结的数目，同时用一个小沙漏计算半分钟的时间。如果在这一段时间里松出了五个结，就说明船速是每小时五海里。直到十九世纪，航海船只仍沿用每小时“投掷测速木块”以测量船速。

要计算晚间小时，沙漏终究不大有用，因为不停地翻转沙漏很不方便。为了解决这问题，人们不时设法把时计与照明装置结合起来运用。几百年来，人们花了多少精力用火照亮黑夜，也用来计算黑暗中流逝的小时。有些创造发明颇为新颖，但不太实用。这些创造发明花费大，有时还有危险，而且从未能使晚间的小时与白天的小时联起来。在“小时”还有伸缩性的时候，火钟像沙漏那样，也可量出一个短时间的固定单位，但不宜广泛地使用为整天的计时器。

一种著名的蜡烛钟的问世，一般认为是为虔诚的西撒克逊王阿尔弗烈德大帝（849—899）而设计的，因为这是他从本国逃亡时立下的心愿。他发誓说，如果他能复国，他将把每天的三分之一时间奉献给上帝。据传他返回英国后就下令制造一具烛钟。烛钟工匠用了七十二“本尼威特”重的蜡，制成了六支十二英寸长的蜡烛，每支粗细一样，都标有相隔一英寸的刻度。六支蜡烛轮流点燃，据说可以持续整整二十四小时。蜡烛由镶嵌在木框里的透明角质板加以保护，以免被阵风吹熄。假如阿尔弗烈德大帝把点燃整整二支蜡烛的时间奉献给宗教，他就已经履行早先的誓言了。

其他有条件用蜡烛或油灯计时的君主，有卡斯提尔王阿方索十世（约1276）、法王查理五世（明智的，1337—1380）、西班牙王菲利普一世（1478—1506）都试验过灯钟。为了探索一种实用的可以携带的灯钟，米兰医生杰罗拉莫·卡尔达诺（1501—1576）发明了一架利用真空原理不断将油吸入的计时器。卡尔达诺发明的灯，在十九世纪以前一直是一种方便而又受人欢迎的照明设备。

即使到了机械钟已经开始普遍应用的时候，还有许多不甘罢休的发明者不断试用各种方便的办法——有的利用油灯的火焰推动时钟的机械，有的利用透明盛器上的刻度指明油量的消耗，还有人利用燃烧得越来越短的蜡烛在刻度上的投影来标明夜间的光阴流逝——都是利用同样的装置为黑暗报时。

中国、日本和朝鲜利用火来计时，采用了另一种颇不相同的办法。他们从点香的习俗中得到启发，作出了种种精巧美观的设计。经研磨而成的粉末所制成的香在精致的香炉中焚烧，缕缕青烟散发出阵阵芳香。在香点燃到的地方，可以从炉壁上的刻度说明时刻。其中最精巧复杂的一种——“百级香炉”——是中国人在1073年发明的，当时正逢旱灾，井水干涸，因而不可能使用惯常使用的水时钟。中国人的这种芳香钟，必然也会激发后人找出生动而又精致的新方式来使用点燃式的时钟计算临时小时，这种小时随季节而变化。中国的设计令人目迷五色，却是尽量利用变化不定的小时的一个可喜的意外收获。

为了寻找计算夜间小时的方法，人们确实运用了难以估量的智巧和机敏，后来廉价的人造照明被普遍使用了。机械时钟发明后，敲钟报时显然是人类征服黑夜的方法。十七世纪末，法国一位聪明的发明家德维莱耶先生试用了嗅觉测时。他设计了这样一种钟：每当他夜间伸手摸到时，时钟便将他的手引到一只按数字存放香料的小容器，在夜间每个钟点都配有不同的香料。所以即使他看不见钟，也能嗅到时间。

5 均等小时的起源

只要人类承认时间是由变化中的日光循环分解而得，人类还得受太阳的控制。人类若要做时间的主人，要使黑夜像白天，要把一生的时间分成整齐而可使用的若干部分，他就得把时间分成精确的小单位——不但要有均等的小时，还得有均等的分、秒，乃至几分之一秒。因此，人类一定得制造出一种机器。可惜计时的机器姗姗来迟。直到公元十四世纪，欧洲人才设计出机械计时器。在此以前，就我们所知，计时仍是依赖日影钟、水时钟和沙漏，还有其他各种杂七杂八的蜡烛钟和香味钟。五千年以前计算年份的方法有了显著进步，将几天组成一个星期颇为有用，而且沿用多时；但将一天再细分成小单位却是另一码事。直到近代，我们生活中才开始有小时，有分钟则是更后的事了。

人类最早迈出机械计时步子的，也就是在欧洲最初使用新式时钟的，不是农民或牧民，也不是商人和手工艺人，而是渴望迅速而又准时崇敬上帝的宗教界人士。僧侣们需要知晓规定的祈祷时间。欧洲最早设计的机械钟不是让人看到时刻而是让人听到时刻，因此，最早的真正时钟是闹钟。促使我们进行时钟制造的西方最早的钟表机械，是钟摆机械，它每隔一定的间歇便把铃敲响。有两种时钟是为这个目的制造的。较早的一种也许是修道院的小型闹钟，或称室内时钟——称作惊醒钟——是为管理时计的小室设计的。这些钟以摇动小铃来惊醒僧侣，以便召集其他人进行祈祷。然后他再去敲大钟，这些大钟一般总是置在高耸的钟楼上，人人都可听到。大约就在此时，人们开始制造更大的塔楼钟，置于塔上，这些塔上大钟随时自动敲打。

寺院的钟宣告祈祷钟点，也就是由宗教法规指定祈祷的白天时间。这些钟点要随教规的变化而变，随各地习俗的不同而变，还要按特殊命令的规定而变。六世纪时，在圣本尼狄克之后，做日课的时间统一定为七次。各次祈祷时间分别为黎明、日出、上午、正午、下午、日落及黄昏。敲钟次数自日出时敲四下依次递减到正午敲一下，到黄昏时又递增到敲四下。根据我们现在的计算，各次祈祷的准确小时在任何特定的地方都要按纬度和季节来定。尽管问题复杂，寺院的钟还是按季节调整，使时间不同。

前人企图改良较早的计时器使之发出声响而作的努力，一直不大成功。曾有一位聪明的巴黎人在日晷中装置一个透明镜作为引火镜，日当正午时，焦点正好集中在钟上一门小炮的点火孔上，于是钟就自动鸣响，向高空的太阳致敬。这座精美的大型寺钟在1786年由奥尔良公爵安装在皇宫花园里，据说就是它为法国大革命鸣响第一炮。在几个世纪以前，人们曾设计过复杂的水时钟以投掷小圆石及吹响哨子的方式来计算时间。这样的设备中有的很可能曾在寺院里试用过。

但终于出现了新型的计时器，那才算是一种真正时钟的机械计时器，能更好地适用于新的机械需要。“钟”这个词本身就具有来源于寺院的标志。中古英语clok源出中古荷兰语的“铃”，与德语Glocke同源，也解释作“铃”。严格地说，在开始时除非有铃鸣响者外，都称不上是钟。将任何计时的装置都称作钟，那只是后来的事了。

机械时钟出现的时代，阳光仍然使人类生活和活动的时间受到限制，人工照明尚未使黑夜与白昼一样。中世纪的钟只在白天敲，夜间不敲。人们在听到钟敲四下呼唤晚祷，也就是在做黄昏祷告后，要等到晨祷，即第二天日出做祷告时再能听到钟声。但终究由于制造机械时钟而无意中取得的后果以及机械本身潜在的规律，使一天的黑夜白昼等分成二十四小时。为寺院特制的报时寺钟，给人们对时间的观念指出了一条新的道路。

日晷、水时钟和沙漏的设计，主要是为表示过去的时间。日晷利用可以见到的渐渐移过刻度表的射影，水时钟利用碗中的滴水而沙漏则利用玻璃盛器中的漏沙。然而来源于寺院的机械钟，其制作完全是机械化的，即以槌击钟。机械计时器的需要及机械本身的逻辑性，给了人类一种新的意识。时间不再与影响四季更换的太阳重复周期或者与其他流动物体周期较短的报时方式同义了，它现在由一种机械发出的不连接的声音来计算。制造教堂呼唤祈祷时间所用的机械时钟需要新的机械发明，而且也作出了这种发明，这为未来几百年的制钟业奠定了基础。

挥动机柄敲钟的力量，来自落下的重物。真正使这机械创新的是不让重物任意落下而是让它有规则地间歇下落。日晷显示出太阳射影的任意移动，滴漏的操作则是让水或沙任意滴下。其实，使这种新机器能持续更长时间，并量出时间单位的，是一种非常简单的装置，可是在历史上几乎没有受到过重视。这种装置叫做钟表内的控制摆，因为它能调节输入时钟动力的“卡子”。它对人类经验具有革新的意义。

“钟表内的控制摆”是最伟大的发明中的简单东西，它不过是使下落的重物有规律地中断。这种断续器的设计是使钟内走动的机械一收一放。这就是制造所有现代时钟的基本发明。如今重物下落距离甚短，能使钟走好几个小时，因为有规律的重物下落转为钟内机械间歇的断续运动。

最早的钟表内控制摆是简单的“轴心式的”。一位姓名不详的机械天才首先设想出一种方法，让交错的齿轮与一个负有重物的水平杆或轴的垂直轮轴相连。重量能调节运动。当重物向外移动时，钟就摆动得慢些，当重物向内移动时，钟就摆动得快些。水平杆来回移动（被大的下落重物所牵动）的动作不断使时钟机械的齿轮一会儿衔接，一会儿放开。这些断续的运转终于计出了分，后来还计出了秒。不久时钟普及后，人们不再把时间想象为流水而把它视为不相关联的瞬间时刻的累积。控制日常生活的无上权威时间不再是阳光缓慢移动有伸缩性的周期循环。机械计时不再是流动的。钟表内控制摆的滴答声成了时间的声音。

这样的机器自然与太阳和星宿的运转毫不相关。它本身的规律提供了循环不息的一系列统一单位。时钟的“准确性”——意思是测量单位的统一性——取决于钟表内控制摆的精密度与规律性。

大约在十四世纪，祈祷时间已将白昼分成适当而有伸缩性的小单位，利用时钟计时。采用像我们现在所用的小时，即一天的二十四分之一，那大约是在1330年的事了。这新的“一天”包括晚间在内，是从一天的中午到第二天的中午，或者更确切地说，就是现代天文学家所谓的“平均太阳时”。这是有史以来第一次出现的精确的、终年不变的、各地统一的“小时”。

在人类经验中，很少有比这种从季节性的或“临时性的”小时转变到均等小时这个运动更为伟大的改革了。人类宣告摆脱太阳的控制，提出了新的证明，表示人类掌握了自己并能支配其环境。日后才表明，人类完全因其独特的迫切要求而使自己受机械的控制，才能取得摆脱太阳控制的成就。

最初的时钟既没有钟面刻度，也没有时针。时钟不需要这些东西，因为它们只用来鸣响报时。目不识丁的老百姓看钟面刻度可能会有困难，但不会听错钟声。自从“均等的”小时替代了“临时性”或“祷告用”的小时后，报时的钟声就由简单的机械取而代之。日光计时已转变为时钟计时了。

到了十四世纪，欧洲各地教堂的钟楼和市政厅的大型塔钟已以划一的小时鸣响，预示新的时间意识即将来临。原为崇拜上帝并显示人类心向天国的愿望而建造的教堂塔楼，现已成为钟塔。塔变成了钟楼。早在1335年，米兰的圣母马利亚小教堂的钟楼，由于它那具有许多小铃构成的钟而为编年史家加尔瓦诺·德拉·菲亚马所赞赏。“钟内有个很大的槌……按照一天昼夜二十四个小时敲钟二十四次；每晚第一个小时敲一下，第二个小时敲二下，第三个小时敲三下，第四个小时敲四下，以此来区别各个小时。这对人们在各种情况下都万分需要。”在欧洲各城镇，这种表示均等小时的时钟已普遍使用。它们现已为全社区服务的一种新的公共设施，当然这种服务不是公民个人能为自己提供的。

人们无意中也承认了新时代的来临，他们注意到白天和夜晚的时间时，会说九“点钟了”——这是“时钟上”的时间。当莎士比亚著作中的人物提到“时钟的”时刻时，他们总是记起他们所听到的最后一声钟响。辛白林之女伊摩琴解释说，一个忠贞的情人是惯于“时时为她的心上人低泣的”。老百姓开始懂得“小时”，但要在几个世纪之后，他们才懂得“分钟”。在整个十四世纪中，时钟上几乎看不到针盘，因为钟的功能仍旧是鸣响报时。在意大利钟楼上也见不到有刻度的钟面，不过在伦敦圣保罗教堂（1344）倒可能有一只。早期的钟面针盘和我们现在的钟面不同。有的只有指出一点钟到六点钟的时针，在二十四小时中，时针在针盘上循环四次。其他像乔瓦尼·德唐迪（1318—1389）的杰作等，钟面上整整列出二十四个小时的刻度。

对于已能报时的钟使之每隔一刻钟敲响一次，那并不是太难的事。有人就在钟面上加一个标明一至四这几个数字的针盘以示一刻钟。后来这四个数字由15、30、45和60来代替，以示分钟。但钟面上还是没有指分的针。

到1500年，英国韦尔斯大教堂已敲响每刻钟的钟声，然而还是无法标出分钟。要计算分钟仍得借助于沙漏。一直到钟摆成功地被人们应用于时钟的时候，时针之外才开始用一只从中心展开的分针。后来钟摆也使指明秒钟成为可能。到1670年，时钟上有秒针已不稀奇，秒针的行动由正好是一秒钟时间的三十九英寸长的钟摆所控制。

比任何早些时候的发明都更重要的是机械时钟开始把黑夜的小时和白天的小时结合起来。为了在黎明时显示出正确的时间，这种计时机器必须彻夜不停地运转。

一天从什么时候开始？对于这个问题的回答简直多得像古人问一星期该是多少天一样。我们从《创世记》第一章中看到：“有晚上，有早晨，这是头一日。”那么，当时这最开头的一“日”应该是个夜晚。也许这是又一种方法，用以描绘上帝创造天地的奥妙，让上帝在黑暗中创造奇迹。巴比伦人和早时的印度人从日出开始计算他们的一天。雅典人和犹太人一样，把日落作为他们“一天”的起始，并且在整个十九世纪都照此办理。正统的穆斯林忠实地按照圣经所示，以日落作为一天的开始，在他们的时钟上日落是十二点钟。

就我们所知，在历史上的大多数时间里，人类并不把二十四个小时作为一天。直到发明并普及了机械钟之后，这种概念才为一般人所接受。古代撒克逊人把白天分成几个“时”——“晨时”，“午时”及“晚时”——有些英国最古老的日晷就是如此标志的。

其他普遍使用的划分一天的方法比细分白昼和黑夜成为“暂时小时”的制度要简单得多。为哥伦布及其伙伴指出航行时间的，仍照教规将每日分为七次祷告时间。

即使在机械钟出现后，利用太阳计时的影响依然存在。美国人用以计算小时的“双十二”制就是这种方法的遗迹。在白昼的时间量出并再分后，为了与夜间的小时有所区别，昼夜两个部分各自计数。即使有了需要继续不断计时的机械以后，这个制度还是保留着。最初以二十四小时计时的时钟——以均等小时的机械时钟替代有伸缩性的祷告时间或“暂时的”小时——还是令人难以理解地与太阳联系起来。它们通常以日落作为二十四小时的最后一点钟。

若要问怎样会有今天的日、时、分、秒这些单位，那我们还得从日常生活的考古中去深入研究。英语的“日”（与拉丁文的dies无关）来自古撒克逊语的“燃烧”，或指炎热的季节或温和的季节。我们今日所用的“时”来自拉丁文和希腊文，意即季节或一天中的时间。早在小时具有现在那种昼夜均等的一天二十四分之一的解释之前，它的意思就是日光或黑夜的十二分之一——亦即“临时性”或季节性小时——随季节和纬度而变。

为什么是二十四？甚至历史学家对此也无法回答。埃及人倒确实把一天分成二十四“小时”——当然是“临时性的小时”。他们之所以用这个数字，显然是因为他们用的是六十进位制，所以六是基本数字。这种制度起源于巴比伦人。这使我们追溯到几世纪前去探索奥秘，因为我们无法解释清楚巴比伦人为什么按他们那种方法去创立数学。不过，他们用六十这个数字，看来与天文学与天体运转都没有什么关系。我们已知埃及人怎样确定一年的正常日数为三百六十天——十二个月，每月三十天，每年年底另加五天。他们也将一个圆周分为三百六十度，这也许是从太阳每年环行一周类推而得。六十是三百六十的六分之一，所以六十进位制是自然的再分，成为圆周的合适的小单位，也适用于每个小时的每“度”。也许是迦勒底的巴比伦人由于注意到五大行星——水星、金星、火星、木星和土星，便将十二（是月份的数字，也是六的倍数）乘以行星数字五，就得了六十这个颇有意义的数字。

古人以圆等同于太阳环行一周，这种日常见到的遗迹就是我们今天所谓“度”的符号。我们今天用小圆圈来表示度，这也许是太阳的象形字。如果度的符号“°”是太阳的象征，那么三百六十度——一个圆周——也会准确无误地表示三百六十天的一个循环，或者说是整整一年。以度数来分圆周的方法最初是由古代巴比伦和埃及天文学家使用的，他们把它用在黄道带的圆周以标明太阳每天的运转情况或每天的运行距离，正像他们描绘太阳在一个月中经过广大无垠空间的一个符号。

我们所指的“分”，源出中世纪拉丁文pars minuta prima（一瞬间或一小部分），最初用在巴比伦体制中记述六十进位数的一个单位的六十分之一。而“秒”则源出拉丁文partes minutae secundae（更短的瞬息），那是按六十这个数字再细分。既然巴比伦的数学是以这个单位为根据，那么它就是他们所谓的十进制，在科学运算方面比其他“一般分数”（分）更易掌握。托勒密也用这种六十分制再分圆周，他也用以划分一天。很久以后，也许是在十三世纪机械时钟问世时，“分”才成为细分钟点的一个单位。语言又是对人类需要计时器和计时器的作用提供了线索。“秒”起先只是“第二分钟”的简写，本来是指由六十进位制再分而得的一个单位。长期以来，“秒”被用作圆周的再分部分。直到十六世纪末时钟制造已有改进之时，它才用于计时。

时钟没有完全从太阳、从光亮和黑暗的指挥中摆脱出来。在西欧，时钟上的小时仍旧是从太阳达到最高点的正午开始算起，或者是从两个正午间的一个午夜开始算起。目前欧美大多数地区还是以时钟的午夜为一天的开始。

我们日常生活的考古学，到处起着引导作用。就从一年三百六十五天来说，我们所得的知识应感谢古埃及的僧侣，而月份的名称——一月、二月、三月——和一个星期七天的名称——星期六、星期日、星期一——都表明我们和古代希伯来和希腊、罗马占星家之间的密切关系。当我们指出一天二十四小时的每一个小时，指出小时以下的分时，正如一位古代科学的历史学家提醒我们的那样，是靠“埃及习俗希腊化并与巴比伦数字程序相结合”而产生的。

中世纪城镇的传播媒介是钟。由于人的声音难以使需要家喻户晓的公众宣告为大家所听到，于是便靠钟声来报时，召集人们救火，警告有敌人迫近，号召人们武装起来，带领人们出去工作，告诉大家上床安睡，也为君王的去世敲丧钟，为王子诞生或新王加冕而敲响群众狂欢的钟，为教皇就职及战争胜利鸣庆祝钟。1739年，当罗伯特·沃波尔爵士听到伦敦鸣钟宣布对西班牙宣战时，他就说：“他们现在可以敲钟，但过不了多久他们就要搓着双手表示绝望了。”美国人也将当时留下来的那座宣告费城独立的满是小铃的自由钟视为珍宝。

据说钟声具有无比力量，可以驱瘟疫，防风暴。法国里昂的公民于1481年向市镇会议请愿说，他们“感到迫切需要一座全镇公民都能听到鸣声的大钟。如果制造了这样一座大钟，更多商人会群集于市，市民会得到莫大的欣慰、愉快和欢乐，生活会过得更有规律，市容也将增光不少”。

社会以有时钟而自豪。教堂、寺院乃至整个市镇，都以钟塔发出钟声的响亮度和传送的远近作为判断的标准。一座古钟上的铭文夸称：“我悲悼死者，我消除闪电，我宣布休息日，我唤醒懒汉，我驱散狂风，我平息凶残。”美国独立革命的信使保罗·里维尔为自豪的新英格兰城镇铸钟而名利双收。铸造大钟的技术和鸣钟设备的实验促进了制钟匠的技术，并激励了时钟的精心设计。

由于目不识丁者比比皆是，因此公用大钟的钟面上迟迟没有出现针盘刻度。即便是钟面上的简单数字也不是人人都能识得。而也就是拖延生产刻度针盘的同样因素，却在时钟制作方面激励了实验、发明创造和趣味性。中世纪时代的公用大钟在时钟的精确度方面改进不大。在钟摆发明之前，时钟时快时慢，一天的误差可达一个小时。从技术上讲，要改进藏在机器内部的控制摆，借以调节运转的精确度，确有困难。但是要增加齿轮以改进自动向公众显示倒还容易。

现在看来古代时钟上的日历和天气指示器似乎是多余的点缀品，因为古老的机器只需显示时、分、秒就行了。其实在欧洲开始制造机械钟后至少两个世纪里，情况并非如此。约在1350年，为施特拉斯堡大教堂制造的华丽大钟，不但被大众用作日历，而且对占星学也有用。它在鸣响报时的时候做各种杂耍表演，是一种既有教育意义，又有娱乐意义的玩具。大钟上除了会转动的日历和带有指针标明日月星辰的运转的星盘外，当钟的乐器开始鸣奏时，它的上方有东方三贤人依次向圣母马利亚的像膜拜。在三位贤人膜拜毕，又有一只铁身铜冠的大公鸡，蹬在镀金的支架上，开喙吐舌，展翅啼叫。施特拉斯堡大钟于1574年重修后，还有显示不固定节期的日历、行星的运转、月盈月亏、日蚀月蚀、太阳时间和恒星时间的哥白尼行星仪、春分和秋分的岁差以及将太阳月亮的移动情况折算成当地时间的等式。有一只特制针盘显示出圣徒的节日。每小时的每一刻钟都由一个显示出人生的四个阶段——婴儿期、青少年期、成年期及老年期——的小偶敲击。每天正午，十二门徒在基督面前经过，以接受他的赐福。一个星期的每一天都由云雾中的四轮马车作为标志，车上坐着有关的异教神祇。施特拉斯堡的居民夸耀说，他们作出了德国七大奇迹之一。在十九世纪末，移居到宾夕法尼亚州荷兰区的德国移民制钟匠生产出美国式的“使徒钟”，在大钟上原有的东方三贤人和十二使徒的行列后面，还有美国各位总统的爱国游行。

中世纪最受欢迎的戏剧不是出现在戏院的舞台上，也不在集市或教堂的广场上表演，而是从钟塔上演播出来。塔楼大钟昭昭在人耳目，它们每日每时都有演出，包括星期日和假日在内。韦尔斯教堂大钟最初建造于1392年，后来几个世纪几经整修，作出了颇受大众欢迎的表演。针盘指明小时以及月亮的时期和变象。月亮的对面是太阳神的像，像底有重物使之直立不倒。另一个钟盘显示出一只分针，与时针同心，时针上有太阳像，每二十四小时周转一圈。在上方的一个凹入壁龛里，两对身穿铠甲的骑士各从相反方向旋转搏斗。当报时的钟声鸣响时，其中一人就从马背跳下，但转眼又跃上鞍座。有一个穿着传统制服的人称为“杰克·布兰迪费特”，每到一小时，用槌敲钟，每到一刻钟，则用足跟踢响两只小钟。

制钟匠抓住演出戏剧的机会。他们认为与其用隐藏在钟内的钟舌报时，还不如用栩栩如生的自动机械装置来报时。这种引人注目的形象被拟人化为“杰克”，此名得自“杰克槌”一词，即“杰克”加上“槌子”的缩写。后来就通称“杰克”，解作“节约劳动力的工具”。有这样一对杰克，就是两个青铜制的强壮汉子，从1499年开始一直置放在威尼斯的圣马可广场上为我们表演。这是人人都可看到的。正像帕尔马的一位编年史家在1431年所说，对众多老百姓来说，城市大钟不过报报时辰，而对少数内行来说，大钟还显示出月的盈亏变象和天文学方面的各种微妙细节。

时钟的针盘对识字的人来说是一种便利，据说第一架用视觉而不是用听觉识别的机械装置是由意大利基奥贾的雅各布·德唐迪于1344年发明的。他为此得到了钟表专家的荣誉称号，后来此词就成了他的姓。他的墓志铭夸称：“慈祥的读者，从老远的高塔之顶，你听到了报时钟声，虽然敲响的数目不同，但得承认这是我的创造发明……”他的儿子乔凡尼·德唐迪于1364年发明了从未有过的最复杂的时钟，他把行星仪和计时器结合在一起。尽管此钟已失传，但德唐迪留下了详细的描述和图纸。著名的“浑天仪”就是由此重组而成，至今人们还能在美国首都华盛顿的史密森博物馆看到。这一架黄铜制的、约五英尺高的精致的七角形机械钟，由于重物下落而使之走动。它的构思在许多方面要比当时超前几个世纪，因为它已考虑到略带椭圆形的月亮轨道之类的微妙之处。大钟的许多针盘上还记录了平均的时和分、日出日落的时刻、平均太阳时与恒星时的换算、“临时性”小时、一月的天及一年的月、教会的固定节期、每天日照的长度、本年教历上的主日字母、太阳和月亮的循环、太阳和月亮在黄道每年的运行以及五大行星每年的运动。另外，德唐迪还提供了预测日蚀月蚀的方法，指出教会的每年不固定的节日，还为复活节设计了万年历。各地人民来到帕多瓦，都要一睹大钟，并要见见这位花了十六年制造此钟的天才。

在那个时代，空际的资料与日常生活所需之间的界线远没有像后来那样明显。那时，夜晚更有威胁性，也更黑暗，现代为解决黑暗、酷热和寒冷的那些机械装置尚未发明。对于居住在海滨或水上的居民来说，潮汛时间极为重要。行星的影响——星星的力量——控制了世界上的每个人和每件事。1352年制成的施特拉斯堡大钟利用天际资料为社会提供医学指导。一幅常规的人形图就是由黄道十二宫围绕着。从十二宫各命宫划线到它们所控制的身体各部分，只有那个命宫控制着，疾病才能治疗。于是时钟就提供有关各命宫控制的变化信息，以帮助市民和医师选择医疗的最佳时刻。1473年，意大利曼图亚的公用大钟在占星学方面展示“放血、外科手术、缝衣、耕地、出游以及世上其他有利之事的适当时刻”而使游客印象极深。

6 使时间可以携带

1583年，十九岁的青年伽利莱奥·伽利略（1564—1642）在比萨大教堂的洗礼堂参加祈祷时，据传说他被祭坛上的灯左右摇晃所迷惑。不管这灯摇晃的幅度如何，它从一端摆到另一端的时间却一样。当然那时伽利略还没有表，可是他以自己的脉搏来计算摇摆的间隔时间。他说，这就是奇妙的日常生活之谜，从而使他从他父亲嘱咐他学习的医科转到了学习数学与物理。在洗礼堂里，他已发现了物理学家所谓的等时性，即钟摆的等时——钟摆的摇摆时间不是按摇摆的幅度而是按钟摆本身的长度而变化的。

这一简单的发现象征着新时代的来临。伽利略注册入学的比萨大学开设的天文学和物理学课程，由亚里士多德著作文本构成。但伽利略自己的学习方法是观察和测量他所见到的一切，从而阐明了未来的科学。他的发现尽管自己从未充分利用过，却为后代在计时方面开辟了新纪元。在伽利略死后三十年内，最佳的计时器的平均误差从原来的每天十五分钟下降到每天只有十秒钟。

如果一只钟能和其他各地无数的钟完全保持快慢一致，那么时间就成为超越空间的计算单位。比萨的市民随时可以知道佛罗伦萨或罗马的时刻。这些钟一旦能校正到同一时间，它们就保持统一标准。从此以后，时钟不再是仅能用以计算手艺人的工作时间，安排礼拜仪式或市政会议的时间，而成了全世界的标准。正像均等的小时使白昼与夜晚、夏天与冬天的时间单位在某一特定城镇统一那样，现在精确的时钟也可使全世界的时间单位都统一了。

我们地球上的某些特征使这一奇迹有可能出现。由于地球环绕它的轴旋转，因此地球上处处都会体验到一天二十四小时的整整三百六十度的旋转。经度子午线划分出这些度数。随着地球的旋转，它将正午依次带到不同的地点。例如伊斯坦布尔在正午的时候，西方的伦敦还只是上午十时。地球一小时转十五度。因此我们可以说，伦敦是伊斯坦布尔以西的经度三十度或是差两个小时的地方，这使经度的度数既测量出距离，也测量出时间。如果你在伦敦有一只调整到准确时间的钟，把它带到伊斯坦布尔，把钟上的时间与伊斯坦布尔当地时间比较一下，你就能准确地知道你已往东行进了多远，换句话说，就是伊斯坦布尔是在伦敦东面多少远的地方。

如果你是长途旅行者，想知道到底到了什么地方，你会发觉在大海上比在陆地上更不容易找出确切的位置。在陆地上，你能从陆标——山脉、河流、房屋、道路和市镇——辨认方位。而海上的标志却寥寥无几，只有熟练的观测员才能辨认出来。大海一望无际，水天一色，海员们自然只有从空际，从太阳、月亮、星星和星群来探索方位了。他们寻找天空上的标志来提供航海标志。无怪乎航海人员要利用天文学为他们服务，而哥伦布时代也就转入了哥白尼时代。人们借助于新发明的望远镜观察空际，又有了伽利略所见的月球、木星和金星的景象，因而发现了大海，绘制了海图，并确定了新大陆的界限。

当人类开始探索海洋时，他们更感到迫切需要了解空际世界。他们得从赤道以北或以南的纬度与东经或西经的某一会合点来定出自己所在的方位。但确定经度（东西关系）总是比确定纬度（南北关系）要难得多——这有助于我们了解为什么新大陆在那么长的时间内没有被发现；为什么哥伦布有勇气为发现新大陆而航行；为什么“东”与“西”之间隔开得那么长久。为了确定地球上的东西方位，航海者必须测量时差，例如在各个不同的地方，什么时候正好是日中时分。

测量纬度则简单得多，因为太阳从地平线上升起这一事实是十分重要的。在赤道，一年四季的太阳，总是在正午时候正好当头，也就是它的高度是九十度。在北极，冬天根本看不到太阳，而在夏天太阳却终日可见。其间人们可以注意到正午时分太阳和地平线形成的角度，再与各国历书中的天文表相比，就可知道我们到底离赤道以南或以北多远。为此而惟一需要的设备是一架测量太阳在地平线上度数的简单观察器。希腊人决定纬度的方法——只注意围绕天极之星体的高度——实际上根本不需要什么仪器。中世纪航海手册中的天文表，其准确度已很高，只要人们正确断定太阳的倾斜度，就能定出纬度，误差不过半度，甚至还不到半度。

为了对纬度作必要的观察，中世纪的海员使用一种简单的测量天体角度的仪器，或称“雅各竿”。观察者使两根竿子在顶端连接起来，当底下一根与地平线成平而上面一根与太阳或星星成平时，就能量出偏角。测量天体角度仪器的原理，古代希腊人称之为“狄奥帕特拉”而阿拉伯人则称之为“喀玛尔”，早在1342年它就在西欧应用。1595年，英国人约翰·戴维斯设计出更便于应用的背阳测量仪器或英国式的象限仪，观察者可以背着太阳站立测量，以避免受强光而目眩。

当航海家到了一望无际的海洋时，他们才发现自己对星体知道得太少了。他们必须解决经度问题。伽利略从荷兰联合省议会中得知航海人员迫切需要解决这一问题。早在1610年，他向荷兰议会提出，他在那一年的早些时候曾发现木星的四颗卫星，观察这些卫星便可在海上测定经度。但这需要较长时间通过一具安装在航海船舶活动甲板上的远距望远镜的观察，可是这显然不切实际。后来他又设计了一种带有望远镜的头盔，观察者可以坐在平衡圈环的椅子里戴上这头盔，像用来保持船的罗盘与地平线平行一样。尽管终于证明这种方法在陆上测量有用，但在海上却未曾起过作用。最后伽利略建议制造准确的航海计时器。在他已经发现钟摆是一种简单的天然计时器时，他联想到，如果它能记录人类脉搏的时间，它或许也能成为适用于航海的时钟。一直到他一生的最后十年被迫退隐时，伽利略本人一直在仔细探索这种可能性，后因双目失明，使他无法把自己所设计的时钟零件装配起来。

在远东亚洲沿岸已有前哨站的荷兰人，此时感到比以前任何时候都有更清楚地明确经度的必要，需要一架航海用的时钟。才华横溢的青年克里斯蒂安·惠更斯（1629—1695）着手解决这个问题。他年方二十七岁，就设计出第一架用钟摆的钟，后来他再接再厉地尝试。不过他一直没有十分成功，其原因是在起伏摇晃的船上，钟摆无法保持准确的时间。

在准确的航海用时钟产生之前，航海人员为了辨别方位，必须具有丰富的数学知识。在海上找出经度的公认方法是精确地观察月亮，这就需要精致的仪器和细心的计算。在观察月亮时只有小到五分的误差，在经度上却意味着有二度半的错误，在海洋上则有一百五十英里之差，这样的误差足以使船只在危险的浅滩上毁坏。因此，由于粗劣的仪器以及由于航海表的谬误，或者由于船只本身的颠簸，往往会造成致命的计算失误。

这就使经度问题不但是技术问题，而且是教育问题了。一些航海大国乐观地为一般海员教授数学课。查理二世在基督慈善医院为四十名学员开办了数学班，即著名的伦敦“蓝衣人”慈善学校，但教师们感到既要使水手满意，又要使数学家满意，实属困难。学校的校长认为德雷克、霍金斯和其他许多水手不学数学也有很大成就，因而提出未来的水手是否真正需要数学。从数学的角度来说，依撒克·牛顿爵士认为，根据实际经验所得的老办法已不够用。“有数学头脑的孩子是慈善组织的花朵，他们能比别人学得更好，如果得到有熟练技术的师傅传授，做他们的学徒，有朝一日肯定会名师出高徒，为国家提供技术水平更高的海员、造船师、建筑师、工程师以及从事海陆方面各种有数学专长的人才，会使法国相形见绌。”塞缪尔·佩皮斯当时是英国的海军大臣，他建立了考试海军上尉的制度，其中包括航海知识考试，而且还根据牛顿的建议，安排海军学校教师在船上实地教船员数学。

但是要从月亮算出经度这种方法，复杂得使人气馁。有必要发明一些方法，或许是一台机器，能帮助略具文化的海员辨认方位。1604年，西班牙国王菲利普三世愿出一万金币赏金来解决这个问题，后来法王路易十四世也愿出十万佛罗伦萨金币。当荷兰议会宣布奖金时，伽利略作出了响应。

在英国，迫切要求解决经度问题主要倒不是为了航行于远洋的海员的需要，而是由于在西南海岸的“陆端”出现一次应该可以避免的灾祸。1707年，一支英国舰队在离岸不到四十英里一簇约一百四十个小岛屿组成的锡利群岛触礁沉没。舰队司令克洛迪斯利·肖维尔爵士与全体船员同时殉难，成为英勇的海军船长的楷模。在英国海军辉煌灿烂的全盛时期，有那么多的船员不是为了对敌作战，而是在离开家乡咫尺之遥的地方遭难，这确是耻辱。群众的心灵受了创伤。有两位著名的数学家当众宣称，只要海员对经度不是一无所知，这次船只失事完全可以避免。那时所需要的仅是“一般海员易于理解而能应用的，完全不需要天文学上难以理解的计算”的经度测量方法。

英国议会为此事所激动，才于1714年通过一项议案：“提供奖金给发现海上经度的人，不论一个人或几个人。”有海员与学者参加的经度问题委员会将捐赠二千英镑以支持有希望成功的实验，然后给解决这个问题的人奖金二万英镑。这对一些怪癖的人当然是一种诱惑力。迟至1736年，贺加斯在他所绘《浪子生涯》那幅画中，还使我们看到在精神病院中的一个疯子急切试图解决经度的谜。有一项建议是找出全世界已知发生过沉船事件的地点，并从这些地点发送信号。另一建议是出版全世界的潮汐表，然后使用一具可以携带的晴雨表，从而使海员可以在那个特定地点预计潮涨潮落来确定船只的方位。还有人提出利用灯塔把必要的报时信号照向云端。许多人自称胸有成竹，却不敢公之于众，只怕别人会得到奖金。为了限制奖金，所提出的方法必须证明往返航行西印度群岛的船只，使用这种方法获得成功，其误差低于半度或在二分钟的时间之内。

很明显，利用锤子传动的钟表内控制摆装置的时钟难以获得奖金。要在一艘上下颠簸、倾斜不稳、摇摇晃晃的船上保持准确的量度还得另想他法。这种钟必须不用锤也不用摆。

有人曾经设想，如果把金属薄片卷成发条，那么当它慢慢放松的时候，就能推动机械。一位名叫布鲁内莱斯基的意大利建筑师约在1410年似曾制造过利用发条驱动的时钟。不到一百年，一位德国锁匠也用发条制成小钟。但发条本身也有问题。往下的重力不管是在下落的开始或在下落到底时，用力相同，而松开的发条在放松时，力量逐渐减弱。解决这个问题的妙法是用“均力圆锥轮”，这是一个圆锥形的线轴，其设计是为了在发条松弛时使连接的弦索也松弛，线轴本身的形状能对机械起增加力量的作用。这种设计是从军事工程师们那里借鉴得来，他们发明一种圆锥形的轴使之在重弩上架弦可以少费些力。在钟表匠把它称作均力圆锥轮之前，军人从丰富的经验中早就把它称作“童贞女”，因为据说这种设计在弓松弛时阻力最小，弓拉紧时阻力最大。

最初，新出现的可携带时钟的形状与早年民用大钟表演戏剧那样千奇百怪。他们把钟制成头盖骨、鸡蛋、祈祷书、十字架、狗、狮子和鸽子等形状。有些则为天象而设计，表明太阳、月球和星星的运转。

但是使用发条驱动的早期时钟并不比它们所取代的使用钟摆的钟更正确。开始时针盘平置于上端，只有一根指时针。直到十七世纪初，时钟的机件还是没有盖子，也不能防尘防潮。后来时钟改为直立状，针盘向外，人们才开始用铜制的匣子把钟罩起来。可是只要时钟照旧用原始的轴心式控制摆装置，大家都会知道它是不可能正确的。一次，红衣主教黎塞留正在炫示他所收藏的时钟时，一位冒失的客人同时将两只时钟跌落在地。镇静自若的红衣主教说：“这是两架钟第一次同时走啊！”

要有更准确的可以携带的时钟，就需要发明更准确的调整器。不论是老式的轴心式控制摆，还是伽利略的钟摆式控制摆，都不能适应新的要求。一个名叫威廉·克莱门特的天才制锚匠转业制造钟表。他设计了一种“锚式”控制摆。那是用倒置的锚钩改装的。他利用钟摆使锚钩来回移动，每次来回使齿轮移过一齿距。1671年，他为剑桥大学皇家学院设计了一架这样的时钟。轴心式控制摆装置需要四十度的摆动距，而锚钩式钟摆的摆动距则限制在三至四度的小圆弧内。在这小圆弧内，钟摆的自由摆动正好与真正等时的摆线弧相符。不过，克莱门特的锚钩式控制摆仍未能完全解决航海者所要解决的问题。

航海用的时钟无论从发动力或调节器来说，都必须不受地心吸力的影响。如果发条的力量可以用来使时钟走动，那么发条的弹性难道就不能用来代替钟摆调节机器吗？这是罗伯特·胡克的简单设想。

在罗伯特·胡克（1635—1703）还不到十岁时，他看到一只拆开的钟，于是就用木料自己做了一只。他在牛津大学克赖斯特彻奇学院里学习时，由于年龄略比其他学生大些，所以参加了一个科学讨论小组，其成员中还有经济学先驱者威廉·配第、建筑师克里斯托弗·雷恩和物理学家罗伯特·波义耳。胡克负责制造机械来检验其他人提出的理论是否正确。1662年皇家学会成立，他们明智地选中了当时只有二十七岁的胡克就任实验室主任新职，并指派他对会员们提出的实验进行试验。“事实是”——胡克在他的著作《微观画集》（1665）中发出了新时代的基音——“自然科学长期来只是人们思考和幻想的东西：现在正是该踏踏实实、稳稳妥妥地回到观察物质和有目共睹的事物的时候了。”

1658年，胡克年仅二十三岁，他就已推测到，航海时钟调节器的制造，也许可“用发条而不靠重力来使时钟的主要部分在任何位置都能摆动”。连接在平衡轮上的弹簧可使轮子环绕它本身的重心来回摆动，这就为时钟提供了停止或走动所需的周期性运动，从而也标明时间单位。这种极为重要的洞察力将使航海时钟的制造有其可能性。

如果胡克的设计获得了专利，他也许早就交运了。他的科学家同道们，包括罗伯特·波义耳和皇家学会首任主席威廉·布龙克尔（两人都很富裕）。他们愿意支持这项计划，但胡克终因他们未能满足他的每一个要求而引退。1674年，曾与他竞争的荷兰人惠更斯真的利用平衡发条制造了一只表，此时胡克怒不可遏，指控惠更斯窃取了他的发明。胡克为了维护自己的优先发明权，在次年制造了一只表送呈英王，表上铭刻着，胡克早在1658年就有此项极为重要的发明。胡克遂成为毋庸置疑的“胡克定律”——发条拉开时，其复原力与引申力成正比——的创始人。但是胡克的许多具体发明，包括平衡发条在内，其首创者的地位，几乎每一项都有争议。不管谁是这些东西的“第一个发明者”，那种作为推动力的主要发条与作为调节器的平衡发条两者结合，终于使航海用钟问世。

政府提供奖金并逐渐发展专利法，开始为第一个发明者发给为数可观的奖金。对于公共基金用以发展科学技术的一种最有效的办法就是我们所知的英国议会于1714年公布的奖金，它要求做到能以切实可行的方法找出海上的经度。有幸获奖的是约翰·哈里森（1693—1776），他是约克郡一名木匠的儿子，技艺精湛而且坚持不懈。他马上响应英国议会的提议，在伦敦著名的仪器制作者乔治·格雷厄姆的无息贷款资助下，经过几次三番的努力，终于获得成功。1761年，他的第四型号航海钟的设计看来合格了。他在前往牙买加的九星期航程中，时钟误差仅五秒，或经度一点二五分，这个数字完全是在经度问题委员会所规定的经度三十分限度之内。第二次试验确证了时钟的准确性。哈里森获得奖金总数的一半，即一万英镑。

在生产价格比较低廉的时钟之前，船长们仍用月亮测算经度的方法。但是，提供廉价时钟终究比在数学方面把海员培训出来要容易些。现在，想用方便的新方法知道时间的已不只是海员了，因为哈里森发明的航海钟实际上已是一块大表。发条的机械结构不但给海上，同时也给陆上带来了携带方便的时钟。可以携带的时钟比以前更小巧，而且不受重力影响，又可放在口袋里或戴在手腕上。随之而来的新的时间概念，必将填充在生活的每个空隙之中。