Σε όλη την ιστορία, οι μέθοδοι και η σημασία της χρονομέτρησης έχουν εξελιχθεί δραματικά, αντανακλώντας τις μεταβαλλόμενες ανάγκες και τις τεχνολογικές εξελίξεις των ανθρώπινων κοινωνιών. Στους πρώτους αγροτικούς πολιτισμούς, η διαίρεση του χρόνου ήταν τόσο απλή όσο η μέρα και η νύχτα, που υπαγορευόταν από την παρουσία του ηλιακού φωτός. Αυτή η στοιχειώδης προσέγγιση αρκούσε μέχρι την εφεύρεση του ηλιακού ρολογιού γύρω στο 1500 π.Χ., η οποία επέτρεψε σε αρχαίους πολιτισμούς όπως οι Έλληνες και οι Ρωμαίοι να διαιρέσουν την ημέρα σε πιο διαχειρίσιμα διαστήματα που ονομάζονται ώρες. Ωστόσο, η εξάρτηση του ηλιακού ρολογιού από το ηλιακό φως οδήγησε στους περιορισμούς του, ωθώντας την ανάπτυξη πιο εξελιγμένων συσκευών όπως το ρολόι νερού γύρω στο 1000 π.Χ. Ενώ τα ρολόγια νερού προσέφεραν βελτιωμένη ακρίβεια, είχαν και αυτά τα ελαττώματά τους, συμπεριλαμβανομένων προβλημάτων με την πίεση του νερού και την απόφραξη. Η εισαγωγή της κλεψύδρας τον 8ο αιώνα μ.Χ. παρείχε μια πιο αξιόπιστη εναλλακτική λύση, αν και δεν ήταν ακόμα ιδανική για μακροπρόθεσμη χρονομέτρηση. Μόλις τον 14ο αιώνα, οι Ευρωπαίοι μοναχοί, ωθούμενοι από την ανάγκη για ακριβή χρονοδιαγράμματα προσευχής, εφηύραν τα πρώτα μηχανικά ρολόγια. Αυτά τα πρώιμα ρολόγια, που τροφοδοτούνταν από βάρη και ρυθμίζονταν από διαφυγές, ήταν πρωτοποριακά, αλλά εξακολουθούσαν να μην διαθέτουν την ακρίβεια και τη φορητότητα που απαιτούνταν για ευρεία χρήση. Η ανακάλυψη της αρχής του εκκρεμούς από τον Γαλιλαίο Γαλιλέι το 1583 σηματοδότησε ένα σημαντικό άλμα στην ακρίβεια, επιτρέποντας στα ρολόγια να μετρούν τον χρόνο σε δευτερόλεπτα ανά ημέρα. Ωστόσο, η πρόκληση της φορητότητας παρέμεινε άλυτη μέχρι την έλευση του μηχανισμού ελατηρίου, ο οποίος τελικά οδήγησε στη δημιουργία των ρολογιών τσέπης. Αυτή η καινοτομία σηματοδότησε την αρχή της πραγματικά φορητής χρονομέτρησης, φέρνοντας επανάσταση στον τρόπο με τον οποίο οι άνθρωποι αλληλεπιδρούσαν και κατανοούσαν τον χρόνο.
Για μεγάλο μέρος της ανθρώπινης ιστορίας, η ακριβής χρονομέτρηση απλά δεν ήταν και τόσο σημαντική. Εκτός από το γεγονός ότι δεν υπήρχε τρόπος να διατηρηθεί η ακριβής ώρα πριν από χιλιάδες χρόνια, απλά δεν υπήρχε η ανάγκη να γίνει αυτό. Οι πρώιμοι πολιτισμοί που βασίζονταν στη γεωργία λειτουργούσαν όσο έλαμπε ο ήλιος και σταματούσαν όταν νύχτωσε. Μόνο όταν η ανθρωπότητα άρχισε να απομακρύνεται από μια καθαρά αγροτική κοινωνία, οι άνθρωποι άρχισαν να αναζητούν έναν τρόπο να σηματοδοτούν το πέρασμα του χρόνου με μεγαλύτερη ακρίβεια από το να διαιρούν απλώς κάθε ημέρα σε «ημέρα» και «νύχτα»
Η παλαιότερη γνωστή συσκευή που διασπούσε την ημέρα σε μικρότερα τμήματα του χρόνου ήταν το ηλιακό ρολόι, το οποίο εφευρέθηκε τουλάχιστον το 1500 π.Χ. Αφού παρατήρησε ότι η σκιά που ρίχνει ένα αντικείμενο αλλάζει σε μήκος και κατεύθυνση καθώς προχωρά η ημέρα, κάποιος έξυπνος άνθρωπος, του οποίου το όνομα θα χαθεί για πάντα στην ιστορία, συνειδητοποίησε ότι μπορούσες να τοποθετήσεις ένα ραβδί όρθιο στο έδαφος και, σημειώνοντας πού έπεφτε η σκιά, να διαιρέσεις το φως της ημέρας σε διακριτά διαστήματα. Αυτά τα διαστήματα τελικά ονομάστηκαν «ώρες», με κάθε ώρα να αντιστοιχεί στο 1/12 του χρόνου που έλαμπε ο ήλιος κάθε μέρα. Το ηλιακό ρολόι ήταν μια υπέροχη ιδέα που επέτρεψε την ομαλή εξέλιξη του αρχαίου ελληνικού και ρωμαϊκού πολιτισμού. Ένα σπουδαίο πράγμα για το ηλιακό ρολόι ήταν ότι ήταν πολύ φορητό. Ωστόσο, είχε μερικά πολύ βασικά ελαττώματα. Πρώτα απ 'όλα, λειτουργούσε μόνο όταν ο ήλιος έλαμπε πραγματικά. Αυτό δεν ήταν πρόβλημα τη νύχτα, αφού κανείς δεν εργαζόταν στο σκοτάδι ούτως ή άλλως. Αλλά ήταν ένα σημαντικό πρόβλημα τις συννεφιασμένες μέρες. Ακόμα και όταν ο ήλιος έλαμπε έντονα, η διάρκεια της ημέρας ποικίλλει καθ' όλη τη διάρκεια του έτους, πράγμα που σήμαινε ότι η διάρκεια μιας «ώρας» διέφερε επίσης έως και 30 λεπτά από το θερινό ηλιοστάσιο έως το χειμερινό ηλιοστάσιο.
Λόγω των περιορισμών του ηλιακού ρολογιού, οι άνθρωποι αναζήτησαν άλλους τρόπους για να μετρήσουν το πέρασμα του χρόνου χωρίς να εξαρτώνται από τον ήλιο. Μία από τις πρώτες προσπάθειες που έγινε πολύ δημοφιλής ήταν το ρολόι νερού [που ονομάζεται επίσης κλεψύδρα], το οποίο εφευρέθηκε γύρω στο 1000 π.Χ. Το ρολόι νερού βασιζόταν στην ιδέα ότι το νερό διαρρέει από μια μικρή τρύπα με έναν φαινομενικά σταθερό ρυθμό και είναι δυνατόν να σημειωθεί το πέρασμα του χρόνου σημειώνοντας πόσο νερό έχει διαρρεύσει μέσα από μια τρύπα στον πυθμένα ενός ειδικά σημασμένου δοχείου. Τα ρολόγια νερού ήταν πολύ πιο ακριβή από τα ηλιακά ρολόγια, καθώς ο ρυθμός ροής δεν επηρεαζόταν από την ώρα της ημέρας ή του έτους και δεν είχε σημασία αν ο ήλιος έλαμπε ή όχι. Δεν ήταν όμως απαλλαγμένα από τα δικά τους σοβαρά ελαττώματα.
Αν και το νερό μπορεί να φαίνεται ότι στάζει με σταθερό, σταθερό ρυθμό, στην πραγματικότητα όσο περισσότερο νερό υπάρχει στο δοχείο τόσο πιο γρήγορα διαρρέει λόγω της πίεσης που ασκείται από το βάρος του νερού. Οι αρχαίοι Αιγύπτιοι έλυσαν αυτό το πρόβλημα χρησιμοποιώντας δοχεία με κεκλιμένες πλευρές για να εξισορροπήσουν την πίεση του νερού καθώς η ποσότητα του νερού μειωνόταν. Άλλα προβλήματα, ωστόσο, περιλάμβαναν το γεγονός ότι η τρύπα από την οποία στάζει το νερό έτεινε να μεγαλώνει με την πάροδο του χρόνου, επιτρέποντας έτσι σε περισσότερο νερό να περνάει πιο γρήγορα, και το γεγονός ότι η τρύπα διαφυγής είχε επίσης την άσχημη τάση να φράζει. Και ο Θεός να φυλάξει να κρυώσει αρκετά ώστε να παγώσει το νερό! Τα ρολόγια νερού, από τη φύση τους, δεν ήταν ιδιαίτερα φορητά.
Λοιπόν, δεν χρειάστηκε πολύς χρόνος για να συνειδητοποιήσουν οι άνθρωποι ότι το νερό δεν είναι το μόνο πράγμα που ρέει με σταθερό ρυθμό, και στη συνέχεια εμφανίστηκε η κλεψύδρα, η οποία εφευρέθηκε γύρω στον 8ο αιώνα μ.Χ. Ο κύριος λόγος που δεν εφευρέθηκε νωρίτερα ήταν πιθανώς απλώς επειδή κανείς δεν μπορούσε να φυσήξει γυαλί αρκετά καλά πριν από τότε. Η κλεψύδρα χρησιμοποιεί άμμο που ρέει από το ένα γυάλινο δοχείο στο άλλο μέσα από ένα μικροσκοπικό άνοιγμα που τα συνδέει, και η διέλευση της άμμου δεν επηρεάζεται ιδιαίτερα από τα πράγματα που προκαλούσαν προβλήματα με το ρολόι νερού και το ηλιακό ρολόι μπροστά του. Ωστόσο, οι μεγάλες κλεψύδρες ήταν μη πρακτικές, και η καταγραφή του χρόνου για οποιαδήποτε παρατεταμένη περίοδο συνήθως σήμαινε την περιστροφή του ποτηριού ξανά και ξανά κατά τη διάρκεια μιας ημέρας. Βασικά, ήταν ένα εξαιρετικό χρονόμετρο, αλλά ένα άθλιο χρονόμετρο.
Και έτσι ήταν τα πράγματα μέχρι τον 14ο αιώνα, όταν μια ομάδα μοναχών στην Ευρώπη αποφάσισαν ότι χρειάζονταν πραγματικά έναν καλύτερο τρόπο για να καταλάβουν πότε ήταν ώρα για προσευχή. Γιατί, βλέπετε, η ζωή ενός μοναχού περιστρεφόταν γύρω από ένα καθορισμένο πρόγραμμα προσευχών - μία με το πρώτο φως, μία με την ανατολή, μία στα μέσα του πρωινού, μία το μεσημέρι, μία στο απόγευμα, μία με τη δύση του ηλίου και μία με το σούρουπο. Η γνώση της σωστής ώρας έγινε επομένως κάτι περισσότερο από μια απλή λεπτότητα - ήταν μια θρησκευτική επιταγή! Και, ως αποτέλεσμα, αυτοί οι μοναχοί επινόησαν τα πρώτα γνωστά μηχανικά ρολόγια. Η λέξη «ρολόι», παρεμπιπτόντως, προέρχεται από την ολλανδική λέξη για το «κουδούνι», αφού αυτά τα πρώιμα μηχανικά ρολόγια δεν είχαν δείκτες και είχαν σχεδιαστεί απλώς για να χτυπούν την ώρα.
Εκτός από τον μηχανισμό χτυπήματος της καμπάνας, αυτά τα πρώιμα ρολόγια είχαν δύο σημαντικές απαιτήσεις. Η πρώτη ήταν μια πηγή ενέργειας, η οποία παρεχόταν από ένα βάρος που ήταν δεμένο σε ένα σχοινί ή αλυσίδα. Το βάρος μεταφέρονταν ή τραβούσε στην κορυφή του ρολογιού και η βαρύτητα έκανε τα υπόλοιπα. Η δεύτερη ήταν κάποιος τρόπος να αναγκαστεί το βάρος να πέσει με αργό, μετρημένο ρυθμό αντί να πέφτει κατακόρυφα σαν, λοιπόν, ένα μολύβδινο βάρος. Και αυτό παρεχόταν από ένα υπέροχο και
Μια έξυπνη εφεύρεση που ονομάζεται μηχανισμός διαφυγής. Με απλά λόγια, ένας μηχανισμός διαφυγής είναι μια συσκευή που διακόπτει την πορεία του βάρους που πέφτει σε τακτά χρονικά διαστήματα, προκαλώντας την πτώση του λίγο κάθε φορά αντί για όλη τη στιγμή. Αυτό είναι κυριολεκτικά αυτό που κάνει τα ρολόγια να «χτυπούν», καθώς καθώς ο μηχανισμός διαφυγής κινείται μπρος-πίσω, εμπλέκοντας και απελευθερώνοντας εναλλάξ τα γρανάζια που είναι προσαρτημένα στο βάρος, παράγει έναν πολύ χαρακτηριστικό ήχο.
Αυτά τα πρώτα ρολόγια, αν και τεχνολογικά θαύματα, δεν ήταν ιδιαίτερα ακριβή. Επίσης, ενώ επέτρεπαν την υποδιαίρεση της ώρας σε περισσότερα λεπτά [εξ ου και η λέξη «λεπτό» για την πρώτη μικρή διαίρεση της ώρας], δεν μπορούσαν να την διασπάσουν σε μια περαιτέρω, ή «δεύτερη» μικρή διαίρεση [και ναι, από εκεί προέρχεται και αυτή η λέξη]. Αυτό έπρεπε να περιμένει μέχρι που ένας αρκετά λαμπρός νεαρός άνδρας, ο Γαλιλαίος Γαλιλέι, ανακάλυψε την αρχή του εκκρεμούς περίπου το 1583. Σε γενικές γραμμές, παρατήρησε ότι ανεξάρτητα από το πόσο πλάτος ταλαντευόταν ένα συγκεκριμένο εκκρεμές, χρειαζόταν πάντα τον ίδιο χρόνο για να ταλαντευτεί μπρος-πίσω. Ανακάλυψε, μάλιστα, ότι ο χρόνος που χρειαζόταν το εκκρεμές για να επιστρέψει καθοριζόταν από το μήκος του ίδιου του εκκρεμούς και όχι από το πλάτος της ταλάντωσης. Και, συνδέοντας ένα επακριβώς μετρημένο εκκρεμές στη διαφυγή ενός ρολογιού, οι ωρολογοποιοί ήταν σε θέση να παράγουν ρολόγια που ήταν ακριβή σε δευτερόλεπτα ανά ημέρα αντί για λεπτά. Δεν είχε σημασία πόση δύναμη ασκούνταν στο εκκρεμές, καθώς η δύναμη επηρέαζε μόνο το πλάτος της ταλάντωσης και όχι το μήκος του ίδιου του εκκρεμούς.
Έτσι, τώρα είχαμε ρολόγια που λειτουργούσαν καλά ανεξάρτητα από την ώρα της ημέρας ή την εποχή, και τα οποία ήταν πολύ ακριβή για μεγάλα χρονικά διαστήματα. Δυστυχώς, δεν ήταν ακόμη ιδιαίτερα φορητά, λόγω του γεγονότος ότι το βάρος δεν έπεφτε τακτικά και το εκκρεμές δεν μπορούσε να λειτουργήσει σωστά εάν εκτίθετο σε εξωτερική κίνηση. Και εδώ μπαίνει στο παιχνίδι το ρολόι τσέπης.
Η βασική εφεύρεση που επέτρεψε στα ρολόγια να γίνουν φορητά [και τι είναι ένα ρολόι αν όχι ένα φορητό ρολόι;] ήταν το ελατήριο. Στην πραγματικότητα, η χρήση ελατηρίων είναι πιθανώς η δεύτερη πιο σημαντική ωρολογιακή εξέλιξη μετά την εφεύρεση του μηχανισμού διαφυγής. Το πρώτο βήμα για να γίνει ένα φορητό ρολόι ήταν η αντικατάσταση των βαρέων βαρών που χρησιμοποιούνταν για την κίνησή του με κάτι που θα ασκούσε σταθερή δύναμη ανεξάρτητα από τη θέση στην οποία κρατιόταν το ρολόι. Και ανακαλύφθηκε ότι μια σφιχτά τυλιγμένη, υψηλής τάσης μεταλλική λωρίδα ασκεί μια λίγο πολύ σταθερή δύναμη καθώς ξετυλίγεται, γεγονός που το έκανε ακριβώς αυτό που χρειαζόταν για τη δουλειά. Φυσικά, δεν χρειάστηκε πολύς χρόνος για να παρατηρήσουν οι ωρολογοποιοί ότι το ελατήριο ασκούσε όλο και λιγότερη δύναμη καθώς ξετυλίγονταν, αλλά σκέφτηκαν μια σειρά από μάλλον ευφυείς μεθόδους
τρόπους αντιμετώπισης του προβλήματος, συμπεριλαμβανομένων συσκευών όπως το «stackfreed» και το «fusee»
Το δεύτερο βήμα για να γίνει ένα ρολόι πραγματικά φορητό ήταν η εφεύρεση ενός αντικαταστάτη για το εκκρεμές, το οποίο κρατούσε το ρολόι να χτυπάει σε ακριβή χρονικά διαστήματα. Τα πρώτα «φορητά ρολόγια» χρησιμοποιούσαν μια συσκευή που ονομαζόταν «foliot», η οποία αποτελούνταν από δύο πολύ μικρά βάρη κρεμασμένα από κάθε άκρο μιας περιστρεφόμενης ράβδου ισορροπίας, αλλά αυτά δεν ήταν ούτε ιδιαίτερα ακριβή ούτε πραγματικά φορητά. Για άλλη μια φορά, ωστόσο, η νεοανακαλυφθείσα έννοια του ελατηρίου ήταν αυτή που ήρθε να σώσει τη ζωή. Διαπιστώθηκε ότι ένα πολύ λεπτό πηνίο σύρματος [που ονομάζεται «hairspring» επειδή ήταν τόσο λεπτό] μπορούσε να συνδεθεί απευθείας στον τροχό ισορροπίας και ότι όταν η δύναμη από το κύριο ελατήριο μεταδιδόταν στη διαφυγή, η προσαρτημένη hairspring θα τυλισσόταν και θα ξετυλιγόταν με πολύ κανονικό ρυθμό, προκαλώντας έτσι τη διαφυγή να εμπλακεί και να απελευθερωθεί στα απαιτούμενα ακριβώς χρονικά διαστήματα. Και, ως επί το πλείστον, αυτό ισχύει ανεξάρτητα από το πώς κρατιέται το ρολόι, παρέχοντας πραγματική φορητότητα.
Η διάκριση μεταξύ αυτών των πρώτων πρώιμων φορητών ρολογιών και των πρώτων πραγματικών ρολογιών τσέπης είναι θολή. Αν και ένα ρολόι με ελατήριο μπορεί να είχε αναπτυχθεί ήδη από τον 1400, ένα ρολόι με ελατήριο δεν εμφανίστηκε μέχρι τα μέσα του 1700, και δεν πέρασε πολύς καιρός μετά από αυτό πριν γίνουν αρκετά μικρά για να τα μεταφέρει κανείς στη μέση ή στην τσέπη του. Και σύντομα, όποιος είχε την οικονομική δυνατότητα να το έχει μαζί του, εθεάθη να κουβαλάει εκείνη την καινοτόμο εφεύρεση που ήταν πολύ δημοφιλής - το ρολόι τσέπης.
