در طول تاریخ، روشها و اهمیت زمانسنجی به طرز چشمگیری تکامل یافته است که منعکس کننده نیازهای متغیر و پیشرفتهای تکنولوژیکی جوامع بشری است. در اولین فرهنگهای کشاورزی، تقسیم زمان به سادگی روز و شب بود که توسط حضور نور خورشید تعیین میشد. این رویکرد ابتدایی تا اختراع ساعت آفتابی در حدود ۱۵۰۰ سال قبل از میلاد کافی بود، که به تمدنهای باستانی مانند یونانیان و رومیان اجازه داد تا روز را به فواصل قابل مدیریتتری به نام ساعت تقسیم کنند. با این حال، اتکای ساعت آفتابی به نور خورشید منجر به محدودیتهای آن شد و باعث توسعه دستگاههای پیچیدهتری مانند ساعت آبی در حدود ۱۰۰۰ سال قبل از میلاد شد. در حالی که ساعتهای آبی دقت بهتری ارائه میدادند، اما نقصهایی نیز داشتند، از جمله مشکلات مربوط به فشار آب و گرفتگی. معرفی ساعت شنی در قرن هشتم میلادی جایگزین قابل اعتمادتری را ارائه داد، اگرچه هنوز برای زمانسنجی طولانی مدت ایدهآل نبود. تا دهه ۱۳۰۰ میلادی، راهبان اروپایی، که به دلیل نیاز به برنامههای دقیق نماز، انگیزه پیدا کرده بودند، اولین ساعتهای مکانیکی را اختراع نکردند. این ساعتهای اولیه که با وزنه کار میکردند و توسط چرخدنگ تنظیم میشدند، پیشگامانه بودند، اما هنوز فاقد دقت و قابلیت حمل مورد نیاز برای استفاده گسترده بودند. کشف اصل پاندول توسط گالیله در سال ۱۵۸۳، جهش قابل توجهی در دقت ایجاد کرد و ساعتها را قادر ساخت تا زمان را در عرض چند ثانیه در روز اندازهگیری کنند. با این حال، چالش قابلیت حمل تا زمان ظهور مکانیسم فنری که در نهایت منجر به ایجاد ساعتهای جیبی شد، حل نشده باقی ماند. این نوآوری، آغاز زمانبندی واقعاً قابل حمل را رقم زد و انقلابی در نحوه تعامل و درک مردم از زمان ایجاد کرد.
در بخش عمدهای از تاریخ بشر، زمانبندی دقیق مسئلهی چندان مهمی نبود. گذشته از این واقعیت که هزاران سال پیش هیچ راهی برای ثبت دقیق زمان وجود نداشت، نیازی هم به انجام این کار نبود. فرهنگهای اولیه که مبتنی بر کشاورزی بودند، تا زمانی که خورشید میتابید، کار میکردند و با تاریک شدن هوا متوقف میشدند. تنها زمانی که بشر شروع به فاصله گرفتن از یک جامعهی صرفاً کشاورزی کرد، مردم به دنبال راهی برای مشخص کردن گذر زمان با دقتی بیشتر از تقسیم سادهی هر روز به «روز» و «شب» بودند
اولین وسیله شناخته شده برای تقسیم روز به بخشهای کوچکتر زمان، ساعت آفتابی بود که حداقل تا ۱۵۰۰ سال قبل از میلاد اختراع شد. فردی باهوش که نامش برای همیشه در تاریخ گم خواهد شد، با توجه به اینکه سایه یک جسم با گذشت روز از نظر طول و جهت تغییر میکند، متوجه شد که میتوان چوبی را به صورت عمودی در زمین قرار داد و با علامتگذاری محل افتادن سایه، نور روز را به فواصل گسسته تقسیم کرد. این فواصل در نهایت «ساعت» نامیده شدند که هر ساعت ۱/۱۲ زمان تابش خورشید در هر روز بود. ساعت آفتابی ایده فوقالعادهای بود که امکان پیشرفت منظم تمدنهای یونان و روم باستان را فراهم میکرد. یکی از نکات عالی در مورد ساعت آفتابی این بود که بسیار قابل حمل بود. با این حال، دارای برخی نقصهای بسیار اساسی بود. اول و مهمتر از همه، فقط زمانی کار میکرد که خورشید واقعاً میتابید. این مشکل در شب وجود نداشت، زیرا به هر حال هیچ کس در تاریکی کار نمیکرد. اما در روزهای ابری یک مشکل اساسی بود. با این حال، حتی زمانی که خورشید به شدت میدرخشید، طول روز در طول سال تغییر میکرد، به این معنی که طول یک «ساعت» نیز از انقلاب تابستانی تا انقلاب زمستانی تا 30 دقیقه تغییر میکرد.
به دلیل محدودیتهای ساعت آفتابی، مردم به دنبال راههای دیگری برای اندازهگیری گذشت زمان بدون وابستگی به خورشید بودند. یکی از تلاشهای اولیه که بسیار محبوب شد، ساعت آبی [که به آن کلپسیدرا نیز گفته میشود] بود که حدود ۱۰۰۰ سال قبل از میلاد اختراع شد. ساعت آبی بر اساس این ایده بود که آب از یک سوراخ کوچک با سرعتی ظاهراً ثابت نشت میکند و میتوان با توجه به میزان آبی که از طریق سوراخی در کف یک ظرف مخصوص نشت کرده است، گذشت زمان را علامتگذاری کرد. ساعتهای آبی بسیار دقیقتر از ساعتهای آفتابی بودند، زیرا سرعت جریان تحت تأثیر زمان روز یا سال قرار نمیگرفت و فرقی نمیکرد که خورشید بتابد یا نه. با این حال، آنها بدون نقصهای جدی خود نبودند.
اگرچه ممکن است به نظر برسد که آب با سرعت ثابت و مشخصی میچکد، اما در واقع هر چه آب بیشتری در ظرف باشد، به دلیل فشار ناشی از وزن آب، سریعتر به بیرون نشت میکند. مصریان باستان این مشکل را با استفاده از ظروفی با دیوارههای مورب برای متعادل کردن فشار آب با کاهش مقدار آب حل کردند. با این حال، مشکلات دیگر شامل این واقعیت بود که سوراخی که آب از آن میچکید با گذشت زمان بزرگتر میشد و در نتیجه اجازه میداد آب بیشتری سریعتر از آن عبور کند و این واقعیت که سوراخ خروجی نیز تمایل بدی به گرفتگی داشت. و خدا نکند که آنقدر سرد شود که آب واقعاً یخ بزند! ساعتهای آبی، ذاتاً، به طور خاص قابل حمل نبودند.
خب، خیلی طول نکشید که مردم متوجه شدند آب تنها چیزی نیست که با سرعت ثابت جریان دارد، و سپس ساعت شنی اختراع شد که حدود قرن هشتم میلادی اختراع شد. دلیل اصلی اختراع نشدن آن احتمالاً این بود که قبل از آن هیچ کس نتوانسته بود به اندازه کافی خوب در شیشه بدمد. ساعت شنی از شنی استفاده میکند که از یک ظرف شیشهای از طریق یک دهانه کوچک که آن دو را به هم متصل میکند، به ظرف شیشهای دیگر جریان مییابد و عبور شن به طور خاص تحت تأثیر چیزهایی که باعث ایجاد مشکل در ساعت آبی و ساعت آفتابی قبل از آن میشدند، قرار نمیگیرد. با این حال، ساعتهای شنی بزرگ غیرعملی بودند و نگه داشتن زمان برای هر دوره طولانی معمولاً به معنای چرخاندن مکرر شیشه در طول یک روز بود. در اصل، یک تایمر عالی بود، اما یک زمانسنج بد.
و اوضاع تقریباً به همین منوال بود تا دهه ۱۳۰۰ میلادی، زمانی که گروهی از راهبان در اروپا تصمیم گرفتند که واقعاً به روش بهتری برای تشخیص زمان نماز خواندن نیاز دارند. زیرا، همانطور که میبینید، زندگی یک راهب حول یک برنامه مشخص برای نماز میچرخید - یکی در اولین طلوع آفتاب، یکی در طلوع آفتاب، یکی در اواسط صبح، یکی در ظهر، یکی در اواسط بعد از ظهر، یکی در غروب آفتاب و دیگری در شب. بنابراین، دانستن زمان صحیح چیزی بیش از یک ظرافت بود - این یک ضرورت مذهبی بود! و در نتیجه، این راهبان اولین ساعتهای مکانیکی شناخته شده را اختراع کردند. کلمه "ساعت" به هر حال، از کلمه هلندی به معنای "زنگ" گرفته شده است، زیرا این ساعتهای مکانیکی اولیه عقربه نداشتند و برای اعلام ساعت طراحی شده بودند.
علاوه بر مکانیسم ضربه زدن به زنگ، این ساعتهای اولیه دو نیاز مهم داشتند. مورد اول منبع نیرو بود و این نیرو توسط وزنه ای متصل به طناب یا زنجیر تأمین میشد. وزنه به بالای ساعت حمل یا کشیده میشد و بقیه کار را گرانش انجام میداد. مورد دوم راهی بود که وزنه را مجبور میکرد با سرعتی آهسته و سنجیده سقوط کند، به جای اینکه مانند یک وزنه سربی به پایین سقوط کند. و این توسط یک نیروی شگفتانگیز و
اختراع هوشمندانهای به نام چرخ دنگ. به زبان ساده، چرخ دنگ وسیلهای است که مسیر سقوط وزنه را در فواصل منظم قطع میکند و باعث میشود که وزنه به جای افتادن یکباره، ذره ذره سقوط کند. این به معنای واقعی کلمه همان چیزی است که باعث میشود ساعتها «تیکتاک» کنند، زیرا با حرکت چرخ دنگ به جلو و عقب، که به طور متناوب چرخ دندههای متصل به وزنه را درگیر و رها میکند، صدای بسیار مشخصی ایجاد میشود.
این ساعتهای اولیه، اگرچه شگفتیهای تکنولوژیکی بودند، اما چندان دقیق نبودند. همچنین، اگرچه آنها امکان تقسیم ساعت به بخشهای دقیقهای بیشتر را فراهم میکردند [از این رو کلمه "دقیقه" برای اولین تقسیم کوچک ساعت به کار میرود]، اما نمیتوانستند ساعت را به یک تقسیم کوچک دیگر یا "دوم" تقسیم کنند [و بله، این کلمه نیز از همین جا آمده است]. این امر تا زمانی که یک جوان نسبتاً باهوش به نام گالیله گالیله اصل پاندول را در حدود سال ۱۵۸۳ کشف کرد، به تعویق افتاد. به طور کلی، او متوجه شد که صرف نظر از اینکه یک پاندول خاص چقدر عرض تاب میخورد، همیشه زمان یکسانی برای رفت و برگشت لازم است. در واقع، او کشف کرد که مدت زمان لازم برای بازگشت پاندول توسط طول خود پاندول تعیین میشود و نه توسط عرض تاب. و با اتصال یک پاندول با اندازهگیری دقیق به چرخدنگ ساعت، ساعتسازان توانستند ساعتهایی تولید کنند که به جای دقیقه، در عرض چند ثانیه در روز دقیق بودند. فرقی نمیکرد چه مقدار نیرو به آونگ وارد شود، زیرا نیرو فقط بر عرض تاب تأثیر میگذاشت و نه بر طول خود آونگ.
بنابراین حالا ما ساعتهایی داشتیم که صرف نظر از زمان روز یا فصل به خوبی کار میکردند و در مدت زمان طولانی بسیار دقیق بودند. متأسفانه، آنها هنوز هم به دلیل این واقعیت که وزن به طور منظم روی آنها نمیافتاد و اگر در معرض حرکت خارجی قرار میگرفتند، پاندول نمیتوانست به درستی کار کند، به طور خاص قابل حمل نبودند. و اینجاست که ساعت جیبی وارد صحنه میشود.
اختراع کلیدی که باعث شد ساعتها قابل حمل شوند [و ساعت چیست جز یک ساعت قابل حمل؟] فنر بود. در واقع، استفاده از فنرها احتمالاً دومین پیشرفت مهم ساعتسازی پس از اختراع چرخدنگ است. اولین قدم در قابل حمل کردن ساعت، جایگزینی وزنههای سنگین مورد استفاده برای تأمین انرژی آن با چیزی بود که صرف نظر از موقعیتی که ساعت در آن قرار دارد، نیروی ثابتی اعمال کند. و کشف شد که یک نوار فلزی محکم و با کشش بالا، هنگام باز شدن، نیروی کم و بیش ثابتی اعمال میکند، که آن را به گزینهای مناسب برای این کار تبدیل کرد. البته، مدت زیادی طول نکشید که ساعتسازان متوجه شدند که فنر هنگام باز شدن، نیروی کمتر و کمتری اعمال میکند، اما آنها به تعدادی ایده نسبتاً مبتکرانه رسیدند
راههایی برای مقابله با این مشکل، از جمله دستگاههایی مانند «stackfreed» و «fusee»
دومین گام در ساخت ساعتی که واقعاً قابل حمل باشد، یافتن جایگزینی برای پاندول بود که ساعت را در فواصل زمانی دقیق نگه میداشت. «ساعتهای قابل حمل» اولیه از وسیلهای به نام «فولیوت» استفاده میکردند که شامل دو وزنه بسیار کوچک بود که از دو انتهای یک میله تعادل چرخان آویزان بودند، اما این وزنهها نه به طور خاص دقیق بودند و نه واقعاً قابل حمل. با این حال، بار دیگر، مفهوم تازه کشف شده فنر به کمک آمد. مشخص شد که یک سیم پیچ بسیار نازک [که به دلیل نازک بودن «فنر مو» نامیده میشد] میتواند مستقیماً به چرخ تعادل متصل شود و هنگامی که نیرو از فنر اصلی به چرخ دنگ منتقل میشد، فنر مو متصل با سرعت بسیار منظمی میچرخید و باز میشد و در نتیجه باعث میشد که چرخ دنگ در فواصل زمانی دقیق مورد نیاز درگیر و آزاد شود. و در بیشتر موارد، این موضوع صرف نظر از نحوه نگه داشتن ساعت، قابلیت حمل واقعی را فراهم میکند.
تمایز بین این اولین ساعتهای قابل حمل اولیه و اولین ساعتهای جیبی واقعی مبهم است. اگرچه ممکن است ساعتی که با فنر کار میکرد در اوایل دهه ۱۴۰۰ میلادی ساخته شده باشد، اما ساعتی که با فنر تنظیم میشد تا اواسط دهه ۱۶۰۰ میلادی ظاهر نشد و مدت زیادی پس از آن طول نکشید که آنها به اندازهای کوچک شدند که بتوان آنها را روی کمر یا در جیب حمل کرد. و به زودی، هر کسی که توانایی خرید یکی از آنها را داشت، آن اختراع نوظهور را که مد شده بود، یعنی ساعت جیبی، به همراه داشت.