تاریخچه ابزار اندازه‌گیری زمان

شروع سنجش زمان در تاریخ به تمدن‌های باستانی بازمیگردد و آنها پایش گذر زمان را از طریق زیر نظر گرفتن موقعیت اجرام آسمانی انجام میدادند. ابزارها و روش‌های سنجش زمان در طول تاریخ با اختراعات جدید، به طور پیوسته دست‌خوش تغییرات بزرگی شده‌اند. پیدایش ساعت‌های آفتابی و آبی را مورخان به مصر باستان نسبت داده‌اند که بعد از مصریان مردم تمدن بابل در بین‌النهرین، چینی‌ها و یونانی‌ها نیز از این ابزار زمان‌سنجی بهره برده‌اند. بین ابزارهای باستانی سنجش زمان، ساعت‌های آبی مورد استفاده در زمان قرون وسطی در منطقه خاور میانه، از نظر پیچیدگی تا قرن ۱۴ میلادی بی‌رقیب بودند. روش سنجش زمان توسط دود کردن عود نیز توسط هندی‌ها اختراع شد و در قرن ششم میلادی توسط چینی‌ها مورد استفاده قرار گرفت. ساعت شنی نیز یکی از مورد اعتمادترین روش‌های سنجش زمان در قدیم است که شواهدی در مورد استفاده از این ساعت‌ها قبل از قرن ۱۶ میلادی در چین در دسترس نیست.

در اروپا و در زمان قرون وسطی با اختراع زنگ هشدار، ساعت‌های مکانیکی توسعه یافتند ولی این قابلیت در آغاز به منظور یادآوری برای به صدا در آوردن ناقوس کلیسا کاربرد داشت. ساعت‌های مکانیکی که نیرو خود را از وزنه‌ها تأمین می‌کنند با کمک چرخ‌دنده‌هایی که دنده‌های آن‌ها موجب سنجش دقیق گذر زمان می‌شود؛ زمان دقیق را نمایش می‌دهند که سازوکار این ساعت‌ها ترکیبی از ایده‌های پیشین علوم اروپایی و اسلامی است و یکی از تأثیرگذارترین اختراعات در تاریخ زمان‌سنجی بوده است. معروف‌ترین ساعت مکانیکی در تاریخ تقریبی ۱۳۶۰ میلادی و توسط Henry de Vick اختراع شد و تا ۳۰۰ سال بعد از آن تمام اقداماتی که در پیشرفت سنجش زمان رخ داد، برپایه همین اختراع بوده است. پیدایش کوک‌های نواری (mainspring) در اوایل قرن ۱۹ موجب پیدایش ساعت‌ها در اندازه‌های کوچک‌تر شد.

کشف امکان کنترل ساعت‌ها توسط نوسانگرهای هماهنگ در قرن ۱۷، این دوره را به پربارترین دوران در تاریخ زمان سنجی ملقب کرده است. لئوناردو داوینچی در تاریخی مابین سال‌های ۱۴۹۳ تا ۱۴۹۴ میلادی، اولین طرح پاندول را طراحی کرد و در سال ۱۵۸۲ میلادی گالیله نوسانگرهای هماهنگ (پاندول) را بررسی کرد و متوجه آن شد که تنها عامل تغییر دامنه تناوب در پاندول‌ها، طول آن‌ها است. ساعت پاندول‌دار در سال ۱۶۵۶ میلادی توسط دانشمند همه‌چیزدان هلندی، کریستین هویگنس طراحی و تولید شد. ساعت پاندول‌داری که این دانشمند اختراع کرد، قدری دقیق بود که بیشتر ساعت‌های با مکانیسم چرخ‌دنده قبل از خود را از یادها محو کرد. نو‌آوری‌های دیگری نیز در اندازه‌گیری زمان در این دوره زمانی به وقوع پیوست که از میان آن‌ها می‌توان به اختراع ساعت‌های ناقوس‌دار، کامپلیکیشن ریپیتر (ساعت‌هایی که امکان اعلام صوتی ساعت دقیق را با چند صدای زنگ متفاوت دارند) و رقاصک اشاره کرد. در ساعت‌های پاندول‌دار اولیه خطاهایی وجود داشت که اکثر خطاها در اثر انبساط قطعات به کار رفته در اثر تغییر دما در فصول مختلف سال و در طول روز و شب رخ می‌دادند؛ جان هریسن و جورج گراهام، ساعات‌ سازان انگلیسی  با این مسئله مشکلات بسیاری داشتند و این مشکل تا سال ۱۸۹۵ و با اختراع آلیاژی با ترکیب آهن و نیکل که FeNi36 نام دارد، برطرف نشد.

قرن ۱۸ را می‌توان شروعی برای به وقوع پیوستن نوآوری‌ها و اختراعات موفق در جهت افزایش دقت ابزارهای اندازه‌گیری زمان دانست. بعد از غرق شدن ۴ کشتی نیروی دریایی سلطنتی بریتانیا در مجمع‌الجزایر سیلی در سال ۱۷۰۷ که در این حادثه فاجعه‌بار بین ۱۴۰۰ تا ۲۰۰۰ دریا‌نورد، جان خود را از دست دادند؛ دلیل این حادثه عدم امکان محاسبه دقیق طول جغرافیایی در اثر امکان ناپذیر بودن محاسبه دقیق زمان در آن دوران بود. در اثر این فاجعه، دولت‌های اروپایی برای کسانی که بتوانند راه حلی برای محاسبه دقیق طول جغرافیایی پیدا کنند، جایزه‌های بزرگی در نظر گرفتند که در همین دوره جان هریسون ساعت‌های دقیقی در آن زمان ساخت که منجر به امکان محاسبه دقیق‌تر طول جغرافیایی شد. ساعت‌ برقی در سال ۱۸۴۰ اختراع شد و این ساعت تا سال ۱۹۴۰ که ساعت‌های کوارتز اختراع شد، برای کنترل ساعت‌های پاندول‌دار مورد استفاده قرار می‌گرفت. بعد از اختراع ساعت‌های کوارتز، این ساعت‌ها لقب دقیق‌ترین ابزار برای اندازه‌گیری زمان را از‌ آن خود کردند. ساعت مچی بعد از جنگ بوئر دوم توسط همگان به عنوان یک ابزار نظامی ارزشمند شناخته شد و همچنین بعد از جنگ جهانی اول، ساعت مچی در نظر عموم به عنوان نمادی برای مردانگی و دلاوری، نقش بست. در طول قرن بیستم ساعت‌های مچی مقاوم در برابر میدان مغناطیسی، ساعت‌های باتری‌دار، ساعت‌های مچی کوارتز، ترانزیستورها و قطعات پلاستیکی مربوط به این صنعت اختراع شدند. دقیق‌ترین ساعت‌ها در عصر فعلی، ساعت‌های اتمی هستند که دقت آن‌ها برابر با چند میلیاردم ثانیه در هر سال است. از ساعت‌های اتمی برای کالیبره کردن و کنترل سایر ساعت‌ها و ابزار زمان‌سنجی استفاده می‌شود.

ابزارهای سنجش زمان پایدار

تمدن‌های باستانی با مشاهده اجرام آسمانی که غالباً ماه و یا خورشید بود‌ه‌اند و تعیین موقعیت‌ آن‌ها از گذر زمان آگاه می‌شدند. از نظر آقای اریک بروتون تاریخ‌ شناسی که در مورد تاریخ پیدایش ساعت‌ها و سایر ابزارهای مربوط به سنجش زمان مطالعات زیادی انجام داده و همچنین کتابی با عنوان تاریخ ساعت‌ها به نشر رسانده است، بنای استون هنج نوعی رصدخانه است که در عصر حجر از آن برای برگزاری رسوم سالانه مانند اعتدالین و انقلابین استفاده می‌شده است.

تمدن‌های باستانی در آمریکای لاتین، سیستم عددگذاری خاصی که بر مبنای ۲۰ بوده، داشته‌اند و از این سیستم برای ساخت تقویم استفاده می‌کردند. بومیان جزیره استرالیا به خوبی متوجه حرکات اجسام سماوی شده بودند و به کمک فهم حرکت این اجرام در آسمان اقدام به مسیریابی و ساخت تقویم کرده بودند. اکثر بومیان استرالیا در فرهنگ خود، زمان تغییر فصول سال و برخی از رویدادهای آسمانی را می‌دانستند. گام‌های سیاره ماه نیز برای مشخص کردن دوره‌های زمانی کوتاه‌تر استفاده می‌شده است. بومیان جنوبی این جزیره نیز برای تعیین زمان در روز از موقعیت خورشید از آسمان بهره می‌بردند و برای این منظور ۷ مکان قراردادی برای خورشید در آسمان وضع کرده بودند.

تمام روش‌های محاسبه زمان قبل از قرن ۱۳ میلادی بر روی اجرام آسمانی که به صورت مداوم در آسمان در حال حرکت هستند و یا ما آن‌ها را در حال حرکت می‌بینیم، متکی بوده‌اند. هیچ کدام از روش‌های باستانی تعیین و اندازه‌گیری زمان در طول تاریخ با سرعت بالایی دچار تحول نشده است و ابزار و روش‌های اندازه‌گیری زمان به صورت پیوسته و با پیدایش اختراعات و ایده‌های جدید، پیشرفت‌ کرده‌اند.

ساعت‌های آفتابی و سایه‌ای

از اولین ابزاری که برای تشخیص موقعیت خورشید در آسمان مورد استفاده قرار گرفته است، می‌توان به ساعت‌های آفتابی اشاره کرد. ابلیسک‌های مصری که ۳۵۰۰ سال قبل از میلاد مسیح ساخته شده بودند از قدیمی‌ترین ساعت‌های آفتابی هستند که می‌توان به کمک آن‌ها زمان عصر و صبح و همچنین انقلاب زمستانی و انقلاب بهاری پی‌ برد. از قدیمی‌ترین‌ ساعت‌های آفتابی که دارای شیارهایی برای زیر نظر گرفتن‌ دقیق‌تر موقعیت خورشید در آسمان و یا به عبارت دیگر زمان مورد استفاده قرار می‌گرفته و کشف شده، می‌توان به یک ساعت خورشیدی مربوط به ۱۵۰۰ سال قبل از میلاد مسیح که در وادی الملوک (دره پادشاهان) مصر کشف شده، اشاره کرد. نوعی ساعت خورشیدی که شبیه به خط‌ کش T است نیز ۵۰۰ سال قبل از میلاد ساخته شد.

در بخش بیستم کتاب دوم کتب پادشاهان  که بخشی از تناخ یهودیان است چنین آمده است که وقتی که حزقیا (سیزدهمین پادشاه یهودیه) توسط پیامبری به نام اِشَعیا درمان می‌شود و از او می‌خواهد که به او نشانه‌ای برای اطمینان از بهبودی او ارائه دهد:

« و اِشَعیا گفت: این نشانه را از خداوند خواهید دید که او آن‌چه که گفته است را انجام خواهد داد: آیا سایه ده درجه جلوتر می‌رود و یا ده درجه به عقب برمی‌گردد؟ حزقیا پاسخ داد: پایین آمدن ده درجه‌ای سایه کاری سبک است، پس کاری کن که سایه ده درجه به عقب بازگردد. حزقیا رو به آسمان فریاد زد و سایه بر روی ساعت خورشیدی ده درجه به عقب بازگشت.»

یک لوح گلی نیز در بین‌النهرین کشف شده و مربوط به اقوام اَکَدی است که در آن نکاتی در مورد طول سایه‌ها در زمان‌های مختلف سال نوشته شده است. بروس ‌که یکی از مورخان و نویسندگان بابلی است در میان یونانیان به عنوان کسی که از یک نیم‌کره سنگی تو خالی ساعتی آفتابی با ۱۲ درجه ساخته‌، شناخته می‌شود. ساعت‌های آفتابی یونانی به طرز پیچیده‌ای تکامل یافته بوده‌اند، در کتاب Analemma که در سده دوم بعد از میلاد توسط بطلمیوس نوشته شده است، استفاده از قوانین اولیه مثلثات برای استنتاج موقعیت خورشید از داده‌‌هایی مانند ساعت روز و عرض جغرافیایی شرح داده شده است. رومی‌ها ایده ساعت‌های خورشیدی را از یونانیان برگرفته‌اند. پلینی بزرگ (پلینیوس) که یکی از فرمانده‌های رومی و همچنین یک فیلسوف طبیعی بوده است این‌چنین نوشته که اولین ساعت خورشیدی در روم به ۲۶۴ سال قبل از میلاد مسیح بازمی‌گردد و این ساعت خورشیدی را رومیان از شهر کاتانیا که در حال حاضر یکی از نواحی سیسیل در ایتالیا محسوب می‌شود ولی در آن زمان از توابع یونان بوده، غنیمت‌ گرفته‌اند. به گفته پلینیوس این ساعت تا یک قرن زمان نادرستی را نمایش می‌داده، تا اینکه علامت گذاری و زوایایی متناسب با عرض جغرافیایی رم بر روی آن پیاده‌سازی شد.

به گفته تاریخ‌دان و اخترشناس آلمانی آقای ارنست زینر، ساعت‌های آفتابی در قرن سیزدهم میلادی طوری ساخته می‌شدند که قادر بودند زمان برابری را نمایش دهند. اولین ساعت آفتابی که آن را در جهت شرقی به غربی قرار دادند، احتمالا در آلمان و مصادف با سال ۱۴۰۰ میلاده استفاده می‌شده است، البته نظریه دیگری نیز بر این باور است که تاریخ پیدایش ساعت آفتابی دمشقی که آن هم در جهت شرقی به غربی قرار می‌دادند به سال ۱۳۷۲ میلادی مربوط می‌شود. در رساله‌های اروپایی تا سال ۱۵۰۰ میلادی هیچ متنی در مورد طراحی ساعت‌های آفتابی یافت نمی‌شود.

یک روش مصری نیز برای تعیین زمان در طول شب حداقل از ۶۰۰ سال قبل از میلاد مسیح استفاده می‌شده است که در این روش از یک شاقول که به آن Merkhet گفته می‌شده، استفاده می‌کرند. در این روش با استفاده از دو Markhet که آن‌ها را هم‌ راستا با ستاره پلاریس می‌گرفتند، نصف‌النهار سماوی را در نظر می‌گرفتند و با توجه به موقعیت ستاره‌هایی خاص و مشاهده عبور و یا عدم عبور آن‌ها از نصف‌النهار سماوی، می‌توانستند متوجه موقعیت زمانی خود شوند.

ساعت‌های آبی

قدیمی‌ترین ساعت آبی مربوط به دودمان هجدهم مصر و یا به عبارت دیگر ۱۵۰۰ سال قبل از میلاد مسیح است. بر روی کتیبه‌ای که در مقبره یکی از سرداران مصر باستان کشف شده به این ساعت آبی اشاره شده و در این کتیبه از شخصی به نام Amenemhet به عنوان مخترع این ساعت نام برده شده است. این ساعت آبی باستانی، ظرفی کاسه‌ای شکل مدرج بوده است که درجه‌های موجود در قسمت داخلی این ظرف امکان اندازه‌گیری زمان را فراهم می‌کرده است. قدیمی‌ترین ساعت آبی سالم مانده نیز در معبد آمنهوتپ سوم کشف شده که مربوط به ۱۳۷۹-۱۴۱۷ سال قبل از میلاد مسیح است. لازم به ذکر است که ساعت آبی خاصی از تمدن‌های باستانی ساکن در بین‌النهرین کشف نشده و یا باقی نمانده است اما نشانه‌هایی از وجود این نوع ساعت‌ها در این مناطق در منابع مکتوب وجود دارد.

ساعت آبی کشف شده در مصر معلق به ۲۴۶ سال قبل از میلاد

لوح گلی مربوط به تمدن بابل در باب توضیح ساعت آبی (موزه بریتانیا)

احتمالا تمدن‌های باستانی بین‌النهرین عامل آشنایی چینی‌ها با ساعت‌های آبی بوده‌اند و تاریخ آن نیز به دو هزار سال قبل از میلاد مسیح و در زمان سلسله شانگ تا هزار سال قبل از میلاد مسیح بازمی‌گردد. در حدود ۵۵۰ سال بعد از میلاد، یین گوی اولین فردی بود که در چین در مورد مخزن‌های آب مدرج که قابلیت اندازه‌گیری زمان را داشته‌اند، نوشته است. همچنین در حدود سال ۶۱۰ بعد از میلاد، گنگ ژون و یوون کای دو مخترع دودمان سوئی در چین اولین ساعت آبی که به همراه یک قپان (نوعی ترازو) کار می‌کرده است را ساختند. در سال ۷۲۱ میلادی نیز یی ژینگ که یک راهب بودایی، ستاره شناس، ریاضی‌دان، فیلسوف، مخترع و مهندس مکانیک بوده است با کمک عالمی همتای خود با نام لیانگ لینگژان توانستند با کمک قدرت آب و فلز برنز یک ساعت نجومی بسازند. در سال ۹۷۶ میلادی یک منجم از دودمان سونگ به نام ژانگ سیشون، در ساعت آبی مذکور به جای آب از جیوه مایع استفاده کرد تا مشکل یخ زدن آب و از کار افتادن ساعت در فصول سرد سال حل شود. یک برج دارای ساعت نجومی نیز توسط عالم چینی دیگری به نام سو سونگ در سال ۱۰۸۸ میلادی ساخته شد که این برج ساعت به عنوان اولین سیستم انتقال نیرو بینهایت توسط زنجیر شناخته می‌شود.

دو فیلسوف یونانی؛ آناکساگوراس و امپدکلس نیز در نوشته‌های خود به استفاده از ساعت‌های آبی برای اندازه گیری زمان اشاره کرده‌اند. همچنین نقل است که افلاطون نیز مخترع نوعی ساعت زنگ‌دار است که این ساعت به گونه‌ای ساخته شده بوده است که با استفاده از مکانیسم سقوط توپ‌های سربی بر روی ورقه‌ای بشقاب شکل از جنس مس در زمانی مشخص شاگردان ایشان را از خواب بیدار میکرده است.

تغییر فشار آب یکی از مشکلات اصلی موجود در اکثر ساعت‌های آبی بوده است که از ۱۰۰ سال قبل از میلاد، سازنده‌های این نوع ساعت‌ها متوجه آن شدند و سعی کردند با ساختن مخزن ساعت‌های آبی به صورت مخروطی شکل، این مشکل را تا حدودی برطرف کنند. همچنین ساختار ساعت‌های آبی در طول تاریخ با اضافه شدن زنگ‌ها و قسمت‌های متحرک به آن‌ها دچار پیچیدگی بیشتری شده است. در کتب تاریخی از برج بادهای آتن در یک قرن قبل از میلاد که دارای هشت ساعت خورشیدی، یک ساعت آبی و یک بادگیر بوده، یاد شده است. در سنت‌های یونان باستان همیشه در دادگاه‌ نیز ساعت آبی وجود داشته است که وجود ساعت آبی در دادگاه‌های رومیان نیز ریشه در سنت‌های یونانیان دارد.

اولین ساعت با ساختار چرخ دنده در قرن یازدهم توسط مهندس عربی به نام أبو جعفر علی ابن خلف المرادی که در آندلس اسلامی اسپانیا می‌زیست اختراع شد. این اختراع یک ساعت آبی مجهز به چرخ‌دنده بود که با وجود پیچیدگی ساختار و کارکرد خودکار خود، تا اواسط قرن چهاردهم میلادی از نظر پیچیدگی بی‌رقیب بوده است.

برج بادها – آتن

ساعت‌های چینی عودی

اولین ساعت‌هایی که به وسیله سوزاندن عودهایی خاص قادر بودند زمان را اندازه گیری کنند در قرن ششم و در چین استفاده می‌شدند. استفاده از این نوع ساعت‌ها بیشتر در رسوم مذهبی باب بوده ولی در گرده‌همایی‌های مردمی نیز از آن‌ها استفاده شده است، اما به دلیل استفاده از خط دیوانگاری (خطی که برای نگارش زبان‌های هندی، مراتی و نپالی به کار می‌رود) بر روی این ساعت‌های؛ چین شناس آمریکایی ادوارد شیفر این ساعت‌ها را منسوب به هندوستان می‌داند. در این ساعت‌ها عودی به صورت پیوسته و بدون شعله می‌سوزد و برای اعلام و یا فهمیدن ساعات مختلف توسط افراد از عودی یکپارچه ولی با رایحه‌های مختلف در آن‌ها استفاده می‌شده است که با گذر واحدهای زمانی مشخص، عطر این عودها نیز تغییر می‌کرده است.

عودهایی که در این نوع ساعت‌ها سوزانده می‌شدند به شکل رشته‌ای و یا مارپیچ بودند که شکل مارپیچ برای اندازه گیری زمان‌های طولانی‌تر مورد استفاده قرار می‌گرفته است و معمولا این نوع عودها را از سقف معابد و یا خانه‌ها آویزان می‌کردند.

این ساعت‌ها دارای صفحه‌ای حکاکی شده با یک یا چند شیار برای قرار دادن عود بوده‌اند. میزان زمانی که این ساعت‌ها می‌توانستند بسنجند ارتباط مستقیمی با مقدار عودی که در آن‌ها جای میگرفته داشته است. برای سنجش زمانی به طول ۱۲ ساعت، این ساعت‌ها نیاز به عودی به طول تقریبی ۲۰ متر بوده‌اند. عمومی شدن استفاده از ساعت‌‌هایی که با کمک سوزاندن عود، زمان را اندازه گیری می‌کردند در زمان دودمان سونگ آغاز شده است و صنعت‌گران این حیطه قادر بودند عودهایی با اندازه‌های مختلف ولی استاندارد برای تعیین گذر زمان در واحدهای زمانی مختلف بسازند. بعدها این نوع ساعت‌ها در اندازه‌های کوچک‌تر نیز تولید شدند و استفاده از آن‌ها بین مردم محبوب شد و همچنین این نوع ساعت‌ها تبدیل به یکی از هدیه‌های مرسوم شدند.

اسطرلاب

اسطرلاب ابزاری با ساختاری چرخ‌دنده‌ای پیچیده برای زمان خود است و در مورد مبدا این وسیله گاه‌شماری و اندازه‌گیری زمان شبهات فراوانی است. عده‌ای از تاریخ‌شناسان و محققین مخترع این ابزار را هیپارکوس جغرافی‌دان، ریاضی‌دان، ستاره‌شناس و پدر علم مثلثات یونانی می‌دانند که تولد او ۱۹۰ سال قبل از میلاد است، اما بسیاری از تاریخ‌شناسان نیز با توجه به اینکه می‌توان ریشه لغوی اسطرلاب را واژه‌ استاره‌یاب در فارسی باستان دانست که با گذر زمان دچار تحول شده و همچنین کشف قدیمی‌ترین اسطرلاب در قوی قریلگان قلعه (قلعه گوسفند‌داران) به این اصل رسید که ریشه این اختراع به پارس می‌رسد. با این حال ابوریحان بیرونی در رساله‌ای با نام إفراد المقال فی أمر الظلال معتقد است که کلمه اسطرلاب کاملا یونانی و از ریشه اسطرلابوس است و مردم شرق از وجود این ابزار اطلاعی نداشته‌اند.

ساعت‌های شمعی و شنی

یکی از قدیمی‌ترین منابعی که به ساعت شمعی اشاره کرده است مربوط به یک شعر چینی نوشته شده توسط یو جیانفو در سال ۵۲۰ میلادی است که در این شعر به شمع مدرجی که برای تعیین زمان در شب از آن استفاده می‌شده، اشاره می‌کند. همچنین شمع‌های مشابهی در ژاپن تا قرن دهم میلادی مرسوم بودند.

اختراع ساعت شمعی به آلفرد کبیر که یک آنگلوساکسون و پادشاه وسکس بوده، نسبت داده شده است که از شش شمع مدرج در فواصل ۱ اینچی (۲۵ میلی‌متری) که هر کدام از شمع‌ها ۱۸.۶۶ گرم وزن داشته‌اند، از موم ساخته می‌شدند، ارتفاع ۱۲ سانتی‌متری داشته‌اند و ضخامت یکسانی نیز داشته‌اند، استفاده می‌کرده است.

مخترع مسلمانی در قرن دوازدهم میلادی به نام بدیع‌الزمان جزری در یکی از کتاب‌های خود که مربوط به مهندسی و هندسه است به توضیح چهار طرح مختلف از ساعت‌های شمعی می‌پردازد. یکی از ساعت‌های شمعی که این مخترع به توضیح آن می‌پردازد، قادر بوده است که ۱۴ ساعت را معین کند. این ساعت شمعی مهندسی دقیقی داشته و طوری طراحی شده بود که شمعی با ابعاد خاص به آرامی به سمت بالا می‌سوخته است. سوختن این شمع به سمت بالا باعث حرکت یک نشانگر در امتداد مسیر سوختن شمع می‌شده است و با گذشتن هر ساعت یک توپ کوچک از منقار یک مجسمه به شکل پرنده به بیرون می‌افتاده است.

ساعت شنی از قرن یازدهم میلادی یکی از راه‌های تعیین زمان در دریا و بر روی کشتی‌ها بوده است. استفاده از ساعت شنی به همراه قطب نما، دریانوردان را قادر به انجام مسیریابی می‌کرده است. از قدیمی‌ترین آثار هنری که به ساعت شنی اشاره دارد می‌توان از نقاشی تمثیلی از حکومت خوب اثر هنرمند ایتالیایی آمبروجیو لورنتستی در سال ۱۳۳۸ میلادی نام برد.

یک دریانورد پرتغالی به نام فردیناند ماژلان از ۱۸ ساعت شنی برای دریانوردی دور تا دور زمین در سال ۱۵۲۲ میلادی، استفاده کرده است. استفاده از ساعت شنی در چین نیز احتمالا از اواسط قرن شانزدهم مرسوم بوده، اما در کتب تاریخی اشاره‌ خاصی به استفاده از ساعت‌های شنی در چین نشده است.

از قرن پانزدهم به بعد به دلیل اینکه ساعت‌های شنی اولین وسیله اندازه گیری زمان بوده‌اند که ویژگی‌های مهمی از جمله امکان تجدید استفاده، دقت و ساختار ساده‌ را داشتند؛ توسط عموم مردم در موقعیت‌ها و نیازهای مختلف مانند دریانوردی، صنعت، آشپزی و همچنین در کلیساها مورد استفاده قرار گرفت.

تاریخچه اولین ساعت‌های دارای قطعات متحرک

کلمه انگلیسی Clock در ابتدا در انگلیسی میانه (بین سال‌های ۱۰۰۰ تا ۱۲۰۰ میلادی) به صورت Clok، Cloke و یا Clokke مشاهده شده است. ریشه لغوی این واژه به صورت دقیق معلوم نیست ولی به احتمال زیاد این واژه ریشه در زبان فرانسوی و یا آلمانی دارد، همچنین ممکن است که این واژه از لغت Clocca به معنای زنگ و از لاتین به انگلیسی آمده باشد. همچنین در منابع ایرلندی‌ در قرن هفتم و منابع آلمانی در قرن نهم، این واژه به معنای زنگ بوده است.

در ادیان ابراهیمی مانند یهودیت، مسیحیت و اسلام، اوقات خاصی برای عبادت تعریف شده است. ساعت به روحانیان این ادیان مختلف کمک می‌کرده که بتوانند زنگ‌های صومعه‌های خود را به صدا درآورند. ساعت‌های اولیه که قابلیت هشدار در زمان خاصی را داشتند، ساختاری تا حدی مشابه با ساعت‌های مکانیکی امروزی داشته‌اند.

قرن سیزدهم

اولین اقدامات نوآورانه برای بالا بردن دقت ساعت‌های شنی و آبی در قرن دهم صورت گرفت و این اقدامات در دایره استفاده از اسطکاک و یا جاذبه زمین برای کاهش جریان بوده است. قدیمی‌ترین تصویری که نشان‌دهنده یک ساعت است که توسط یک وزنه آویزان کار می‌کند در کتاب مقدس سنت لوئیس وجود دارد. این تصویر یک ساعت را نشان می‌دهد که به وسیله آب و چرخ کار می‌کند، وجود همین تصویر می‌تواند نشانگر آن باشد که ساعت‌هایی که سازوکار آن‌ها وابسته به وزن است، احتمالا در غرب اروپا اختراع شده‌اند. یکی از مخترعین و ستاره‌شناسان قرن سیزدهم به نام رابرت انگلیشمن در یکی از متن‌های خود اشاره به این دارد که صنعت‌گران قرن سیزدهم تلاش بر ساخت ساعت مکانیکالی داشته‌اند که تنها از نیرویی گرانش زمین برای کارکرد خود استفاده کند. فکر ساخت چنین ساعتی، ترکیبی است از ایده‌های علوم ساخت ساعت اروپایی و اسلامی قبل از قرن سیزدهم است.

در سال ۱۲۵۰ یک هنرمند فرانسوی اهل پیکاردی به نام ویلار دو هونکور دستگاهی طراحی کرد که می‌توان این اقدام ایشان را قدمی در جهت دستیابی به رقاصک دانست. با وجود این اطلاعات می‌توان به این نتیجه رسید که به احتمال زیاد ساعت‌های مکانیکال در اروپای غربی اختراع شده‌اند.

قرن چهاردهم

اختراع نوعی رقاصک خاص که به آن verge And foliot escapement گفته می‌شود، یکی از مهم‌ترین اتفاقات هم درتاریخ ساخت ساعت و هم در تاریخ صنعت بوده است. این قطعه اولین رگلاتور حرکتی در صنعت ساخت ساعت است. قسمت Verge یک میله عمودی است که به وسیله نیرویی که از چرخ‌دنده دندانه دار می‌گیرد، میچرخد، اما این چرخش به واسطه وجود قسمت بالایی که foliot نام دارد، محدود می‌شود تا این میله عمودی به صورت آزادانه نچرخد. قسمت foliot به سمت جلو و عقب تاب می‌خورد و در اثر یک دوره تناوب که حاصل تمام این اتفاقات است، چرخ یک دنده حرکت می‌کند و می‌چرخد. اگرچه این قطعه پیشرفت بسیار بزرگی در صنعت ساعت سازی است، اما جلوگیری از نوسان در حرکات این قطعه نیز امری ناممکن بود. به همین دلیل اولین ساعت‌های مکانیکی که از این قطعه در ساختار ‌آن‌ها استفاده شده بود به صورت منظم با ساعت‌های آفتابی تنظیم می‌شدند تا بتوانند در طولانی مدت زمان دقیقی را نمایش دهند.

بعد از اختراع رقاصک، شاعر، نویسنده و فیلسوف اهل فلورانس؛ دانته آلیگیری در فصل سوم کتاب کمدی الهی که در قرن ۱۴ آن را نوشته است از تصویرسازی ساعت برای توصیف روح آزمرده در بهشت استفاده کرده است. منابعی از سال ۱۳۱۴ میلادی که به ساعت اشاره دارند وجود دارد ولی به نظر می‌رسد که توسعه ساعت‌های مکانیکی تا سال ۱۳۲۵ به طول انجامیده است.

ساعت‌های مکانیکال بسیار بزرگ طوری ساخته می‌شدند تا آن‌ها را در برج‌ها وصل کنند به این ترتیب این ساعت‌ها می‌توانستند به صورت مستقیم زنگ‌های خود را به صدا در بیاورند. برج‌ ساعت کلیسای جامع نوریچ در انگلستان از قدیمی‌ترین این نوع ساعت‌ها است که البته ساعت اصلی و اولیه این کلیسا، در حال حاضر باقی نمانده است. ساعتی نیز در میلان ایتالیا به ثبت رسیده است که می‌توان آن را قدیمی‌ترین ساعت دارای مکانیسم رقاصک Verge And foliot که توانایی به صدا در آوردن زنگ در هر ساعت را داشته است، حساب کرد. در سال ۱۳۴۱ میلادی ساختار ساعت‌هایی که با وزنه کار می‌کردند، برای بسیاری از مردم بسیار ساده به حساب می‌آمد و در سال ۱۳۴۴ ساعت کلیسای جامع سنت پاول در لندن با ساعتی که دارای رقاصک بود، تعویض شد.

در دوره قرون وسطی ساعت سازی به نام هنری دو ویک ساعتی ساخت که از مطالعه منابع می‌شود چنین برداشت کرد که حداکثر تا دو ساعت در هر شبانه روز خطا داشته است. در طول زمان ۳۰۰ ساله پس از ساخت این ساعت، تمام پیشرفت‌ها در حیطه سنجش زمان و ساعت‌سازی بر پایه ساعت ساخته شده توسط او بوده است. همچنین در بین سال‌های ۱۳۴۸ تا ۱۳۶۴ میلادی جووانی دوندی دل اورولوژیو یک افلاک نمای پیچیده در فلورانس ساخت.

در طول قرن چهاردهم ساعت‌هایی که می‌توانستند گذر هر ساعت را با ناقوس و یا زنگ‌های خود اعلام کنند در مکان‌های مختلفی در اروپا رواج پیدا کردند. این ساعت‌ها در ابتدا در ایتالیا، بعد از آن در فرانسه و انگلستان رواج پیدا کردند و در بین سال‌های ۱۳۷۱ تا ۱۳۸۰ میلادی در ۷۰ شهر اروپا وجود داشتند. ساعت موجود در کلیسای جامع سالزبری تقریبا متعلق به سال ۱۳۸۶ میلادی است که شاید قدیمی‌ترین نمونه از این نوع ساعت‌ها باشد. همچنین ساعت کلیسای جامع ولز که در سال ۱۳۹۲ ساخته شده به موجب حفظ چهره قرون وسطایی خود یکی از منحصربه‌فردترین ساعت‌های تاریخی است. این ساعت علاوه بر این‌که دارای زنگ‌ است، هر ۱۵ دقیقه یک‌بار مجسمه‌ شوالیه‌هایی را به حرکت در می‌آورد.

رقاصک Verge and foliot ساعت کلیسا جامع سالزبری

توسعه‌ابزارهای اندازه‌گیری زمان بعد از قرن چهاردهم

اختراع کوک‌های نواری در قرن پانزدهم که ابتدا از آن‌ها در قفل‌ها و تفنگ‌های چخماخی استفاده می‌شد، منجر به امکان ساخت ساعت در اندازه‌های کوچک‌تر شد. نیاز به رقاصک خاصی که بتواند نیروی ذخیره شده کوک و فنرها را به طور پیوسته و یکنواخت آزاد کند، منجر به توسعه طراحی فنرهایی که با مکانیسم بادامک و قرقره مخلوط شده‌اند شد؛ البته  ساخت فنرهایی که با مکانیسم قرقره همراه‌اند مربوط به کمی قبل‌تر از استفاده از آن‌ها در ساعت است و در تیرکمان زوبین قرون وسطایی مورد استفاده قرار گرفته بود. قدیمی‌ترین ساعت کوکی باقی مانده مربوط به سال ۱۴۳۰ میلادی و برای یکی از دوک‌های فرانسه به نام فیلیپ سوم است. اولین طرح‌های پاندول را داوینچی طراحی کرده است و همچنین ۲۵ سال بعد از ظهور فنرهای مارپیچ، اولین fusee (قطعه‌ای ترکیبی از قرقره و فنر نواری) نیز به دست داوینچی طراحی شده است.

متن و طرح داوینچی در مورد قرقره‌های قابل استفاده در ساعت

ساعت‌های برجی اولیه فقط عقربه ساعت داشتند و نمایش دقیقه از سال ۱۴۷۵ به ساعت‌ها اضافه شد. در طول قرن شانزدهم، ابزار و وسایل زمان‌سنجی دچار تحول و پیچیدگی بیشتری شدند، به طوری که در سال ۱۵۷۷ ستاره‌شناس دانمارکی به نام تیکو براهه اولین کسی بود که توانست از یکی از چهار ساعتی که قادر بود ثانیه‌ها را نیز محاسبه کند، استفاده کند. همچنین در سال ۱۵۲۴ اولین ساعت جیبی توسط پیتر هنلین اهل نورنبرگ آلمان ساخته شد. از سال ۱۵۰۰ میلادی استفاده از رقاصک‌های قدیمی در ساعت‌ها منسوخ شد. اولین کسی که پیشنهاد استفاده از ساعت برای مسیریابی و محاسبه طول جغرافیایی را ارائه داد، یک مخترع، ریاضی‌دان، کارتوگراف (نقشه‌ نگار) و فیلسوف آلمانی به نام Gemma Frisius بود به این صورت که با در نظر گرفتن طول جغرافیایی منطقه شروع سفر و تنظیم ساعت دقیق آن منطقه، می‌توان طول جغرافیای هر منطقه دیگر را با توجه به مقایسه ساعت آن منطقه با منطقه شروع سفر به دست آورد.

مهندسی از امپراتوری عثمانی با نام تقی الدین محمدبن معروف در کتابی با عنوان الکواکب الدریه فی وضع البانکمات الدوریه در حدود سال ۱۵۵۶ میلادی تالیف کرد که در آن به توضیح ساخت ساعت‌های مکانیکی دارای رقاصک Verge و foliot پرداخته است و آن را به قطاری از چرخ دنده‌ها، یک زنگ و یادآورنده چرخیدن ماه در آسمان تشبیه کرده است.

همه‌چیزدان ایتالیایی گالیله بعد از تماشای لوستر آویزان کلیسای جامع پیزا، برای اولین بار به این موضوع پی برد که می‌توان از پاندول (آونگ) به عنوان ابزاری برای زمان‌سنجی دقیق استفاده کرد. او تاب خوردن آونگ‌ها را بررسی کرد و فهمید که تناوب مسیر آن‌ها، تنها به طول آونگ‌ها بستگی دارد. با وجود پی بردن به این مهم، گالیله در طول زندگی خود ساعتی بر پایه این کشف نساخت ولی قبل از مرگش دستورالعمل ساخت ساعت پاندول‌دار را به پسرش وینچنزو رائه داد.

عصر زمان‌سنجی دقیق

ساعت‌های پاندول‌دار

ساخت اولین ابزار دقیق زمان‌سنجی مدیون یک پدیده فیزیکی به نام حرکت هارمونیک ساده بوده است به این ترتیب که نیرویی به یک جسم مانند فنر و یا آونگ وارد و آن را از موقعیت اولیه متعادل خود خارج می‌کند و باعث می‌‎شود که آن جسم در طی نوسانی به موقعیت اولیه خود بازگردد. پس به این سبب که در نوسانگرهای هماهنگ دوره نوسان به دامنه حرکتی بستگی ندارد و همیشه به منظور تکمیل یک نوسان زمان یکسانی صرف می‌شود، می‌توان از این پدیده برای زمان‌سنجی دقیق استفاده کرد.

دوره‌ای که ساعت‌ها عموما با مکانیسم نوسانگرهای هارمونیک ساخته می‌شدند را می‌توان پربارترین دوران در تمام تاریخ ابزار زمان‌سنجی دانست. اولین ساعتی که در ساختار آن از این مکانیسم استفاده شده است، ساعت پاندول دار نام دارد که این ساعت را دانشمند و فیزیک‌دان هلندی کریستیان هویگنس در سال ۱۶۵۶ اختراع کرد. اولین نمونه‌های این ساعت در هر شبانه‌روز تنها یک دقیقه خطا داشته‌اند که این مقدار خطا نیز در نمونه‌های بعدی به ۱۰ ثانیه در شبانه روز کاهش پیدا کرد که این مقدار خطا برای آن زمان واقعا مقدار ناچیزی بود. به موجب دقت بالایی که ساعت‌های پاندول دار در اختیار عموم گذاشته بودند، عقربه‌های دقیقه و ثانیه نیز به ساختمان اکثریت این ساعت‌ها اضافه شد. همین موضوع به تیکو براهه ستاره شناس دانمارکی امکان مشاهده و محاسبه موقعیت اجرام آسمانی با کمک ساعت‌‌هایی که قابلیت نمایش دقیقه و ثانیه‌ها را داشتند، فراهم کرد. ساعت‌های پاندول‌دار به قدری در قیاس با ساعت‌های مکانیکال قبل از خود، نمایش زمان دقیق‌تری داشتند که به بسیاری از ساعت‌های مکانیکال قبل از این اختراع، پاندول اضافه شد تا دقت زمان‌سنجی به صورت چشمگیری در آن‌ها بالا رود. از آنجایی که اضافه کردن پاندول به ساختمان ساعت‌های قدیمی‌تر عملیات دشواری نبوده، کمتر ساعتی با مکانیسم رقاصک قدیمی قبل از اختراع پاندول با همان ساختمان اصلی خود باقی مانده است.

اولین ساعت‌های پاندول‌دار در ساختار خود دارای رقاصک‌های Verge نیز بوده‌اند که پاندول موجود در این ساعت‌ها باید بازه‌ای صد درجه‌ای را برای کارکرد ساعت تاب می‌خوردند به این ترتبیب این ساعت‌ها پاندولی کوتاه و سبک داشته‌اند. بعد از اختراع مکانیسم لنگر، امکان استفاده از پاندول‌های سنگین‌تر و بلندتر با حرکت آهسته‌تر فراهم شد و همچنین بازه حرکتی پاندول‌ها نیز کاهش پیدا کرد و همین موضوع منجر به اصطکاک و سایش کمتر نیز شد. اولین رقاصک لنگری توسط یک ساعت‌ساز انگلیسی به نام ویلیام کلمنت و در سال ۱۶۷۱ و برای کالج کینگ، کمبریج ساخته شد.

انجمن ژزوئیت‌ها (Jesuits) که متشکل از برخی از مسیحیان کاتولیک است، خدمات بسیاری را در توسعه و ساخت صنعت ساعت‌های پاندول‌دار در قرن ۱۷ و ۱۸ ارائه داده‌اند و در بین افراد این جامعه همیشه به صورت مشتاقانه‌ای از دقت در زمان‌سنجی، قدردانی می‌شده است. برای مثال یک راهب روحانی به نام جووانی باتیستا ریچیولی که به ستاره‌شناسی نیز اشراف داشته است، نه تن دیگر از انجمن عیسی را برای اندازه‌گیری پاندولی یک ثانیه‌ای و دقیق، متقاعد کرد تا در طول یک روز ۸۷۰۰۰ بار حرکت پاندول را بشمارند.

کریستین هویگنس در ابتدا از ساعت برای محاسبه معادله زمان (تفاوت بین زمان خورشیدی و زمانی که ساعت‌ها نمایش می‌دهند) استفاده کرد و نتایج خود را در سال ۱۶۶۵ منتشر کرد. نتایج منتشر شده توسط ایشان به منجمان امکان محاسبه زمان نجومی را با استفاده از موقعیت ستاره‌ها داد که این مهم باعث پیدایش روشی برای تنظیم دقیق ساعت‌ها شد. معادله زمان با ساعت‌های خورشیدی قابل حساب است، پس می‌توان ساعت‌ها را توسط آن‌ها تنظیم کرد. در سال ۱۷۲۰ ژوزف ویلیامسون ادعا کرد که ساعتی ساخته است که این ساعت قادر است زمان نجومی را نیز نمایش دهد.

از دیگر نوآوری‌ها و اختراعاتی که در زمان‌سنجی در این دوره به وقوع پیوست، می‌توان به اختراع مکانیسمی به نام rack and snail striking اشاره کرد که در این سیستم از قطعه‌ای چرخ‌دنده‌ای حلزونی استفاده می‌شده است که با کمک این سیستم، اعلام ساعات توسط زنگ‌ها میسر می‌شده است. در باب این موضوع که مخترع این مکانیسم چه کسی است، ابهاماتی وجود دارد. اما به طور قطع می‌توان گفت که مخترع این سیستم یا ساعت‌ساز انگلیسی به نام Daniel Quare است و یا یک کشیش و استاد علم مکانیک انگلیسی به نام ادوارد بارلو است. همچنین رقاصک (deadbeat escapement) نیز در این دوران به دست منجمی به نام ریچارد تاونلی اختراع شد.

پاریس و بلوا از اولین مراکز تولید ساعت در فرانسه بوده و ساعت سازان فرانسوی مانند؛ جولیان لوروا اهل ورسای از پیشتازان طراحی ساعت‌های زینتی بوده‌ است که توسط هم عصرانش به عنوان ماهر‌ترین ساعت‌ساز در فرانسه و حتی در اروپا معروف بوده است. ایشان یک مکانیسم تکرار شونده خاص اختراع کرد که دقت ساعت‌ها را تا حد زیادی بهبود بخشید، این مکانیسم به گونه‌ای بود که صفحه ساعت‌ قابل باز شدن بوده تا بتوان کارکرد ساختمان داخلی ساعت را مشاهده کرد. جولیان لوروا در طول زندگی حرفه‌ای خود و تا سال ۱۷۵۹ که دیده از جهان بست، در صنعت ساعت‌سازی بیش از ۳۵۰۰ ساعت ساخت و یا در ساخت آن‌ها نظارت کرد ولی اختراعات و خدمات او در این حیطه حتی بعد از فوت وی نیز موجب پیشرفت صنعت ساعت سازی و امکان بالا بردن دقت زمان سنجی بوده است.

اصلی‌ترین مشکل ساعت‌های پاندول‌دار انبساط بعضی از قطعات در اثر تغییر دما است. در سال ۱۷۲۹ یک نجار و ساعت‌ساز خود آموخته به نام جان هریسون گونه‌ای خاص از پاندول (gridiron pendulum) را اختراع کرد که در ساخت آن حداقل از سه نوع میله از فلزهای مختلف و با طول‌های مختلف که در برابر انبساط نیز رفتار متفاوتی داشته‌اند، استفاده کرده بود که این پاندول می‌توانست در اثر تغییر دما، منبسط نشود و همواره طول ثابتی داشته باشد. در سال ۱۷۸۱ نیز ساعت سازی به نام جورج گراهام توانست با استفاده از فلز جیوه که در دمای اتاق به شکل مایع است، پاندول آهنی که در داخل آن جیوه بود را بسازد که این نوع پاندول نیز در مقابل تغییر ابعاد در اثر تغییر دما کاملا مقاومت داشت. نمونه‌های دقیق‌تر این نوع اختراع دارای پاندولی بودند که سطح خارجی و آهنی آن بسیار نازک‌تر از نمونه‌های اولیه بود و بعدها نیز میله پاندول را نیز به صورت تو خالی ساختند تا درون میله نیز با جیوه پر شود.

در سال ۱۸۹۵ آلیاژ FeNi36 ساخته شد که ترکیبی از نیکل و آهن است. این آلیاژ در مقابل تغییر دما انبساط‌پذیری بسیار پایینی دارد. دستیابی به این آلیاژ، ساعت‌سازان را از استفاده اختراعات قدیمی‌تر برای از بین بردن اثر انبساط، بی‌نیاز کرد.

بین سال‌های ۱۷۹۴ تا ۱۷۹۵ و درست بعد از انقلاب کبیر فرانسه، دولت فرانسه استفاده از نوعی ساعت که به جای دوازده عدد در آن از ده عدد استفاده شده بود و این ده عدد نماینده ۲۴ ساعت شبانه‌روز بودند را اجباری کرد که همچنین هر ساعت این زمان‌سنج متشکل از ۱۰۰ دقیقه و هر دقیقه متشکل از ۱۰۰ ثانیه بود که در اثر وجود این منطق به این نوع زمان‌سنجی “decimal time” که به معنای ساعت اعشاری است،گفته می‌‎شود. در کاخ تویلری ساعتی وجود داشته که تا سال ۱۸۰۱ نیز زمان را به روش ساعت اعشاری نمایش می‌داده است.

کرنومتر دریانوردی

بعد از حادثه فاجعه‌بار ۱۷۰۷ نیروی دریایی بریتانیا که دلیل اصلی آن اشتباه در مسیریابی بوده است، دولت بریتانیا جایزه‌ای بیست هزار پوندی که معادل میلیون‌ها پوند حال حاضر بوده است را برای کسی که بتواند طول جغرافیایی را تا ۵۰ کیلومتر در عرض جغرافیایی در شمال استوا محاسبه کند، در نظر گرفت. می‌توان موقعیت کشتی را با استفاده از ساعتی که در هر روز به مقدار شش ثانیه اشتباه دارد، محاسبه کرد. شرکت‌کنندگان توسط هیئت سنجش طول جغرافیایی که در آن دوره به تازگی تاسیس شده بود، ارزیابی می‌شدند. در میان افراد بسیاری که در این مسابقه شرکت کرده بودند، جایزه به جرمی تکر که یک ساعت ساز انگلیسی اهل منطقه یورک‌شر بود، رسید. این ساعت‌ساز اولین کسی بود که عبارت کرنومتر را در رساله‌ای در سال ۱۷۱۴ منتشر کرد. هویگنس اولین ساعت دریایی را طراحی کرد که این ساعت در اثر تکان‌هایی که کشتی در دریا می‌خورد، در محور افق ثابت می‌ماند ولی اگر کشتی حرکت شدید و ناگهانی می‌کرد، این ساعت از کار می‌افتاد.

در سال ۱۷۱۵ هریسون از توانایی خود در نجاری استفاده نمود و ساعت چوبی ساخت که می‌توانست با هربار کوک کردن به مدت هشت روز کار کند. در این ساعت به صورت نوآورانه‌ای از قطعات چوبی استفاده شده بود که همین امر این ساعت را بی‌نیاز از روان‌کاری و تمیز کردن می‌کرد، قلتک‌هایی در ساختار این ساعت به کار رفته بود که وجود آن‌ها موجب کاهش اصطکاک می‌شد، همچنین رقاصک جدیدی در این ساعت به کار رفته بود و دو نوع فلز متفاوت نیز برای کاهش اثر انبساط در  این ساعت وجود داشت. هریسون به لندن سفر کرد تا از هیئت سنجش طول جغرافیایی برای ساخت یک ساعت دریایی کمک بگیرد. به او پیشنهاد شد که به دیدار گراهام رود تا با کمک او ساعت دریایی بسازد. ساخت این ساعت که اکنون H1 نام دارد در سال ۱۷۳۶ تمام شد و در دریا آزمایش شد. پروسه ساخت این ساعت دریایی ۳۰ سال طول کشید. هریسون بعد از ساخت H1 به طراحی و ساخت دو ساعت دریایی دیگر پرداخت که ساخت H2 در سال ۱۷۳۹  و H3 در سال ۱۷۵۵ به اتمام رسیدند.

هریسون دو ساعت جیبی نیز با نام‌های H4 و H5 ساخت. اریک بروتن در کتابی با عنوان تاریخ ساعت‌ها از ساعت جیبی H4 به عنوان قابل توجه‌ترین ابزار سنجش زمان که تاکنون ساخته شده، یاد کرده است. بعد از اتمام مسابقه سنجش طول جغرافیایی در زمستان سال ۱۷۶۲-۱۷۶۱  مشخص شد که ساعتی که هریسون ساخته است حتی سه برابر دقیق‌تر از دقت لازمه برای دریافت جایزه این مسابقه بوده است.

ساعت برقی

در سال ۱۸۱۵ یک مخترع انگلیسی به نام فرانسیس رونالدز، ساعت الکترواستاتیک را اختراع کرد که این ساعت انرژی خود را از پیل‌های ولتایی که از اولین انواع باتری‌ها بودند و هم ولتاژ بالایی می‌توانستند تولید کنند و هم دوام بالایی داشتند ولی دما و رطوبت در عملکرد این باتری‌ها تاثیر بسیاری می‌گذاشتند، استفاده کرد. رونالدز از روش‌های مختلفی برای تنظیم و یکسان سازی جریان الکتریسیته استفاده کرد و در نهایت به دقت بالایی در سنجش زمان دست پیدا کرد.

در سال ۱۸۴۰ یک مخترع و ساعت‌ساز اسکاتلندی به نام الکساندر بین در آغاز از نیروی برق به منظور پایداری حرکت پاندول استفاده کرد و اعتبار نام مخترع ساعت برقی را از آن خود کرد. در تاریخ ۱۱ ژانویه سال ۱۸۴۱ بین و جان باروایس که یک کرونومتر ساز بود، اختراع ساعتی که عملکرد پاندول آن با مکانیسم الکترومغناتیسی بود را به ثبت رساندند. همچنین بین با یک دانشمند انگلیسی به نام چارلز ویت استون ایده خود را در میان گذاشته بود که این دانشمند نیز نسخه‌ای از ساعت الکتریکی را ساخت، اما بین در یک نبرد قانونی موفق شد که این اختراع را به نام خود ثبت کند.

یکی از ساعت‌های الکترومگنتیک الکساندر بین مربوط به سال ۱۸۴۰

در سال ۱۸۵۷ یک فیزیکدان فرانسوی به نام ژول لیساژوس به امکان مرتعش کردن دیاپازون توسط انرژی الکتریکی پی برد و احتمالا او اولین کسی بود که از این روش برای اندازه‌گیری دقیق فرکانس بهره برد. خاصیت پیزوالکتریک و یا فشار برقی کریستال کوارتز نیز توسط برادران ژاک که فیزیک‌دان‌هایی فرانسوی بودند و پیر کوری در سال ۱۸۸۰ کشف شد.

به این ترتیب بود که با وجود کنترل پاندول‌ها توسط نیروی برق، دقیق‌ترین ساعت‌های پاندول‌دار ساخته شدند. ساعت Shortt–Synchronome یک ساعت‌ پاندول‌دار بود که توسط نیروی برق کنترل می‌شد که در سال ۱۹۲۱ طراحی شد، این ساعت زمان‌سنجی دقیق‌تری حتی نسبت به خود کره زمین داشت.

نوآوری‌ها و اکتشافات سرانجام منجر به اختراع اولین زمان‌سنج کوارتز مدرن شد. نوسان ساز لامپ خلاء در سال ۱۹۱۲ اختراع شد. یک نوسان ساز الکتریکی برای اولین بار در سال ۱۹۱۹ و توسط فیزیکدانی بریتانیایی به نام ویلیام اکلس ساخته شد که می‌توانست یک دیاپازون را دائما مرتعش کند و دستگاه‌هایی که او اختراع کرد توانستند پله‌های تازه‌ای را در جهت پایداری فرکانس ارتعاش فتح کنند. اولین نوسان‌ساز دارای کریستال کوارتز نیز در سال ۱۹۲۱ و به دست والتر گایتون کدی که یک مهندس آمریکایی بود، ساخته شد و در سال ۱۹۲۷ ایده اولین ساعت با موومنت کوارتز توسط جوزف هورتون و وارن ماریسون در آزمایشگاه تلفن بل مطرح شد. در دهه‌های بعد از کشف ساعت کوارتز، تاریخ زمان سنجی شاهد توسعه این نوع ساعت‌ها به منظور زمان‌سنجی دقیق بوده است ولی به دلیل اینکه در آن دوره این نوع ساعت‌ها نیازمند قطعات حجیم و لامپ‌های خلاء بودند، استفاده از این نوع ساعت‌ها محدود به درون آزمایشگاه‌ها بود. پایداری و دقت ذاتی این ساعت‌ها منجر به استفاده وسیع از این نوع ساعت از سال ۱۹۴۰ به بعد شد. گسترش استفاده از ساعت‌های کوارتز، پایه و اساس جدیدی برای اندازه‌گیری دقیق زمان و فرکانس را در سراسر جهان پایه نهاد.

توسعه ساعت‌های مچی و جیبی

اولین ساعت مچی در قرن شانزدهم ساخته شد. ملکه الیزابت یکم در سال ۱۵۷۲ لیستی از ساعت‌های خود تهیه کرده بود که همه آن‌ها بخشی از جواهرات او محسوب می‌شدند. اولین ساعت‌های جیبی به دلیل عدم امکان قرار گرفتن قطعات متحرک متعدد در آن زمان‌، دقت لازم را نداشتند.

با اختراع فنرهای تعادلی نازک (balance spring – hairspring) وجود عقربه‌های دقیقه و ثانیه در ساعت‌ها متداول‌تر شد. این قطعه که در سال ۱۶۷۵ و توسط هویگنس و هوک ساخته شد، موجب نوسان منظم چرخ تعادلی شد. این اختراع پیشرفت قابل توجهی را در دقت ساعت‌های مکانیکال لحاظ کرد به طوری که خطای این ساعت‌ها از نیم ساعت در روز به چند دقیقه در روز کاهش پیدا کرد. در مورد این مهم که آیا فنر تعادلی اولین بار توسط هویگنس و یا هوک اختراع شد، اختلاف نظر وجود دارد و هر دوی این دانشمندان ادعا کردند که ابتدا ایده فنر تعادلی را ارائه کرده‌اند. طراحی فنر تعادلی هویگنس، طرحی است که تا به امروز نیز در ساعت‌های مچی و جیبی مورد استفاده است.

طرح فنر تعادلی هویگنس

توماس تامپیون از اولین ساعت سازانی بوده که متوجه پتانسیل فنر تعادلی شد و از آن در ساخت ساعت‌های جیبی خود بهره برد. بالا رفتن دقت در ساعت‌های جیبی و مچی امکان اضافه شدن عقربه دوم به این ساعت‌ها در حدود سال ۱۶۹۰ فراهم کرد که همین موضوع موجب استفاده از آن‌ها به گونه‌ای که امروزه آن را مشاهده می‌کنیم، شد. عقربه دقیقه متحدالمرکز در قبل اختراع شده بود، اما مکانیزمی توسط دنیل کوئر ابداع شد که عقربه‌ها را قادر می‌ساخت با هم حرکت کنند.

از دیگر ساعت شناسان برجسته انگلیسی قرن ۱۸ باید از جان آرنولد و توماس ارنساو که بیشتر زندگی خود را وقف ساخت زمان‌سنج‌هایی با کیفیت بالا و نسخه‌های کوچک‌تری از کرنومتر که قابلیت جای گرفتن در جیب را داشتند، یاد کرد.

ساعت جیبی ساخته شده توسط توماس تامپیون با فنر تعادلی

استفاده نظامی از ساعت

در طول جنگ فرانسه و پروس در بین سال‌های ۱۸۷۰ تا ۱۸۷۱ ازساعت‌های مچی استفاده شد و همچنین درزمان جنگ بوئر در بین سال‌های ۱۸۹۹ تا ۱۹۰۲ نیز ساعت‌ها به عنوان ابزاری ارزشمند برای استفاده نظامی، شناخته شدند. نمونه‌های اولیه اکثرا ساعت‌های جیبی بودند که بندی چرمی نیز به آن‌ها متصل شده بود. اما از اوایل قرن بیست، تولیدکنندگان اقدام به ساخت ساعت‌هایی مچی کردند. در سال ۱۹۰۴ خلبانی به نام آلبرتو سانتوس دومون از لوئیس کارتیه که یکی از دوستانش بود، درخواست کرد که برای او ساعتی بسازد که در طی پرواز‌ها بتواند از آن استفاده کند.

در طول جنگ جهانی اول، افسران نظامی از ساعت‌های خاصی استفاده می‌کردند که این ساعت‌ها قابلیت‌های ساعت‌های مچی و جیبی را به همراه داشتند. به دلیل استفاده از این نوع ساعت‌ها در سنگرها و در جنگ، بر روی صفحه شیشه‌ای این ساعت‌ها درب فلزی و لولا داری قرار داشته تا از شیشه ساعت محافظت به عمل آید. وجود این گارد فلزی بر روی صفحه ساعت، به خوبی از پس محافظت از شیشه صفحه ساعت بر می‌آمد، ولی وجود آن باعث عدم دسترسی آسان به این ساعت‌ها بوده است که با ورود پلکسی گلس که ماده‌ای شفاف‌تر و محکم‌تر از شیشه است، این مشکل نیز حل شد. قبل از جنگ جهانی اول تنها بانوان از ساعت‌های مچی استفاده می‌کردند، ولی در طول جنگ جهانی اول ساعت‌های مچی تبدیل به نمادی از شجاعت و مردانگی شدند.

ساعت‌های مدرن

ساعت‌های جیبی با آغاز قرن بیستم جایگاه خود را به ساعت‌های مچی دادند. کشور سوئیس که در جنگ‌ جهانی اول بی‌طرف بود، برای دو طرف این جنگ ساعت‌های مچی تولید می‌کرد. شروع حظور تانک‌ها در جنگ جهانی اول و اللخصوص تانکی که توسط شرکت رنو تولید شده بود، ریشه الهام لوئیس کارتیه برای طراحی سری تانک ساعت‌های کارتیه شد، همچنین طراحی ساعت‌های مچی در سال ۱۹۲۰ الهام گرفته از آرت دکو بوده است. ساعت‌های خودکار در قرن هجدهم عرضه شدند و موفقیت محدودی را کسب کرده بودند، اما این ساعت‌ها از سال ۱۹۲۰ نیز دوباره و در ابتدا توسط جان هاروود روانه بازار شدند. پس از ورشکستگی جان هاروود، محدودیت‌های مربوط به ساخت انحصاری ساعت‌های اتوماتیک از بین رفت و شرکت‌هایی مانند رولکس شروع به تولید این نوع ساعت‌ها کردند. در سال ۱۹۳۰ کمپانی تیسوت اولین ساعت مچی مقاوم در برابر میدان مغناطیسی را ساخت. اولین ساعت‌هایی که با باتری کار می‌کردند از سال ۱۹۵۰ ساخته شدند. ساعت کوکی اسپیدمستر پروفشنال ساخته شده توسط شرکت امگا اولین ساعت مچی بوده که توسط یک فضانورد در عملیات جمینای ۴ پوشیده شده و در یک راه پیمایی فضایی حضور داشته است. اولین ساعت کوارتز نیز توسط سیکو و در سال ۱۹۶۹ ساخته شده است.

ساعت‌های اتمی

ساعت‌های اتمی ‌‌دقیق‌ترین ابزار زمان‌سنجی امروزه هستند و خطای این ساعت‌ها چند ثانیه در طی هر چند هزار سال است؛ به همین دلیل از این ساعت‌ها برای تنظیم دیگر وسایل زمان‌سنجی استفاده می‌شود. از سال ۱۹۶۰ موسسه ملی استاندارد ایالات متحده آمریکا تنظیم ساعت رسمی این کشور  را از مبنای ساعت‌های کوارتز به ساعت‌های اتمی تغییر داد.

ایده استفاده از حرکت اتمی برای اولین بار توسط دانشمندی بریتانیایی به نام لرد کلوین و در سال ۱۸۷۹ مطرح شد، اما این ایده در سال ۱۹۳۰ و به سبب پیشرفت علم و امکان تشدید میدان مغناطیسی، روشی علمی برای این امر ارائه شد و در سال ۱۹۴۸ اولین نمونه ساعتی با این سازوکار در موسسه ملی استاندارد در آمریکا ساخته شد. با وجود اینکه ساعت مذکور دقت کمتری نسبت به ساعت‌های کوارتز آن دوران داشت اما برای نمایش مفهوم امکان سنجش زمان توسط جنبش اتمی، مفید بود.

اولین ساعت اتمی دقیق بر پایه استاندارد سزیم و با استفاده از جنبش اتمی سزیم ۱۳۳ و توسط فیزیکدان انگلیسی به نام لوئیس اسان در سال ۱۹۴۴ و در آزمایشگاه فیزیک ملی واقع در لندن ساخته شد. این ساعت را با استفاده از ساعت‌های نجومی کالیبره می‌کردند.

در سال ۱۹۶۷ سیستم بین‌المللی یکاها (SI) استاندارد ثانیه را بر حسب خواص اتم سزیم تعریف کرد. این سازمان تعریف هر ثانیه را برابر با ۹۱۹۲۶۳۱۷۷۰  دوره چرخش دو الکترون اتم سزیم ۱۳۳ در حالت پایه معرفی کرد. ساعت اتمی سازمان استاندارد ملی آمریکا که با استفاده از اتم سزیم کار می‌کند، دقتی برابر با ۳۰ میلیونیم ثانیه در هر سال دارد. ساعت‌های اتمی دیگری نیز وجود دارند که در آن‌ها از دیگر عناصر مانند هیدروژن و یا بخار روبیدیوم استفاده شده است که هر کدام از این عناصر می‌توانند مزایای خود را داشته باشند، مثلا ساعت‌های هیدروژنی پایداری بیشتر و اندازه کوچک‌تری دارند و یا ساعت‌های که در آن‌ها از عنصر روبیدیوم استفاده شده هزینه کمتری دارند.