לאורך ההיסטוריה, השיטות והחשיבות של מדידת הזמן התפתחו באופן דרמטי, ומשקפות את הצרכים המשתנים וההתקדמות הטכנולוגית של החברות האנושיות. בתרבויות החקלאיות המוקדמות ביותר, חלוקת הזמן הייתה פשוטה כמו יום ולילה, כשהיא מוכתבת על ידי נוכחות אור השמש. גישה בסיסית זו הספיקה עד להמצאת שעון השמש בסביבות שנת 1500 לפנה"ס, שאפשרה לתרבויות עתיקות כמו היוונים והרומאים לחלק את היום למרווחים קלים יותר לניהול הנקראים שעות. עם זאת, הסתמכותו של שעון השמש על אור השמש הובילה למגבלותיו, מה שהוביל לפיתוח מכשירים מתוחכמים יותר כמו שעון המים בסביבות שנת 1000 לפנה"ס. בעוד ששעוני מים הציעו דיוק משופר, גם להם היו פגמים, כולל בעיות בלחץ מים וסתימות. הכנסת שעון החול במאה ה-8 לספירה סיפקה אלטרנטיבה אמינה יותר, אם כי עדיין לא הייתה אידיאלית למדידת זמן לטווח ארוך. רק במאה ה-14 המציאו נזירים אירופאים, המונעים על ידי הצורך בלוחות זמנים מדויקים לתפילה, את השעונים המכניים הראשונים. שעונים מוקדמים אלה, המופעלים על ידי משקולות ומווסתים באמצעות מחיצות, היו פורצי דרך, אך עדיין חסרו את הדיוק והניידות הדרושים לשימוש נרחב. גילוי עקרון המטוטלת על ידי גלילאו גליליי בשנת 1583 סימן קפיצת מדרגה משמעותית בדיוק, שאפשרה לשעונים למדוד זמן תוך שניות ביום. עם זאת, אתגר הניידות נותר בלתי פתור עד להופעת מנגנון הקפיץ, שבסופו של דבר הוביל ליצירת שעוני כיס. חידוש זה סימן את תחילתה של מדידת זמן ניידת באמת, וחולל מהפכה באופן שבו אנשים מקיימים אינטראקציה עם הזמן והבינו אותו.
במשך רוב ההיסטוריה האנושית, מדידת זמן מדויקת פשוט לא הייתה עניין גדול. מלבד העובדה שלא הייתה דרך למדוד זמן מדויק לפני אלפי שנים, פשוט לא היה צורך לעשות זאת. תרבויות מוקדמות שהתבססו על חקלאות פעלו כל עוד השמש זרחה ועצרו כשהחשיך. רק כאשר האנושות החלה להתרחק מחברה חקלאית גרידא, אנשים החלו לחפש דרך לסמן את חלוף הזמן בצורה מדויקת יותר מאשר פשוט לחלק כל יום ל"יום" ו"לילה"
המכשיר המוקדם ביותר הידוע לחלוקת היום לחתיכות זמן קטנות יותר היה שעון השמש, שהומצא לפחות עד שנת 1500 לפני הספירה. לאחר ששם לב שהצל שעצם מטיל משתנה באורך ובכיוון ככל שהיום מתקדם, אדם מבריק כלשהו ששמו יאבד לנצח בהיסטוריה הבין שאפשר להניח מקל זקוף באדמה, ועל ידי סימון המקום שבו הצל נופל, לחלק את אור היום למרווחים נפרדים. מרווחים אלה נקראו בסופו של דבר "שעות", כאשר כל שעה היא 1/12 מהזמן שהשמש זרחה בכל יום. שעון השמש היה רעיון נפלא שאפשר את התקדמותן המסודרת של הציוויליזציות היווניות והרומיות העתיקות. דבר נהדר אחד בשעון השמש היה שהוא היה נייד מאוד. עם זאת, היו לו כמה פגמים בסיסיים מאוד. ראשית, הוא עבד רק כשהשמש באמת זרחה. זו לא הייתה בעיה בלילה, מכיוון שאף אחד לא עבד בחושך בכל מקרה. אבל זו הייתה בעיה גדולה בימים מעוננים. אפילו כאשר השמש זרחה בבהירות, אורך היום משתנה לאורך השנה, מה שאומר שאורך ה"שעה" השתנה גם הוא עד 30 דקות מהיפוך הקיץ להיפוך החורף.
בגלל מגבלותיו של שעון השמש, אנשים חיפשו דרכים אחרות למדוד את חלוף הזמן מבלי להיות תלויים בשמש. אחד הניסיונות המוקדמים שזכו לפופולריות רבה היה שעון המים [הנקרא גם קלפסידרה], שהומצא מתישהו בסביבות שנת 1000 לפני הספירה. שעון המים התבסס על הרעיון שמים דולפים מחור קטן בקצב קבוע לכאורה, וניתן לסמן את חלוף הזמן על ידי ציון כמות המים שדלפה דרך חור בתחתית כלי שסומן במיוחד. שעוני מים היו מדויקים הרבה יותר משעוני שמש, מכיוון שקצב הזרימה לא הושפע משעת היום או השנה, ולא היה משנה אם השמש זרחה או לא. עם זאת, הם לא היו נטולי פגמים חמורים משלהם.
למרות שמים עשויים להיראות כטפטוף בקצב קבוע וקבוע, למעשה ככל שיש יותר מים בכלי, כך הם דולפים החוצה מהר יותר עקב הלחץ המופעל על ידי משקל המים. המצרים הקדמונים פתרו בעיה זו באמצעות כלים בעלי דפנות משופעות כדי לאזן את לחץ המים ככל שכמות המים פחתה. בעיות נוספות, עם זאת, כללו את העובדה שהחור שדרכו המים טפטפו נטה לגדול עם הזמן, ובכך אפשר למים רבים יותר לעבור דרכו מהר יותר, ואת העובדה שלפתח המילוט הייתה נטייה רעה להיסתם. וחלילה שהמים יתקררו מספיק כדי שהמים יקפאו! שעוני מים, מטבעם, גם לא היו ניידים במיוחד.
ובכן, לא לקח לאנשים הרבה זמן להבין שמים אינם הדבר היחיד שזורם בקצב קבוע, ובהמשך הגיע שעון החול, שהומצא מתישהו בסביבות המאה ה-8 לספירה. הסיבה העיקרית לכך שלא הומצא מוקדם יותר הייתה כנראה פשוט משום שאף אחד לא היה מסוגל לנשוף זכוכית מספיק טוב לפני כן. שעון החול משתמש בחול הזורם מכלי זכוכית אחד לאחר דרך פתח זעיר המחבר בין השניים, ומעבר החול אינו מושפע במיוחד מהדברים שגרמו לבעיות בשעון המים ובשעון השמש שלפניו. עם זאת, שעוני חול גדולים היו לא מעשיים, ושמיעת זמן למשך זמן ממושך בדרך כלל פירושה סיבוב הכוס שוב ושוב במהלך היום. בעיקרון, הוא היה טיימר נהדר, אבל מודד זמן גרוע.
וכך פחות או יותר התנהלו הדברים עד המאה ה-14, כאשר חבורת נזירים באירופה החליטה שהם באמת צריכים דרך טובה יותר לדעת מתי הגיע הזמן להתפלל. כי, אתם מבינים, חייו של נזיר סובבו סביב לוח זמנים קבוע של תפילות - אחת עם אור השמש, אחת עם הזריחה, אחת באמצע הבוקר, אחת בצהריים, אחת באמצע אחר הצהריים, אחת בשקיעה ואחת עם רדת הלילה. ידיעת השעה הנכונה הפכה אפוא ליותר מסתם נימוס - זו הייתה ציווי דתי! וכתוצאה מכך, נזירים אלה המציאו את השעונים המכניים הראשונים הידועים. המילה "שעון", אגב, מגיעה מהמילה ההולנדית ל"פעמון", מכיוון שלשעונים מכניים מוקדמים אלה לא היו מחוגים והם נועדו פשוט להצביע על השעה.
בנוסף למנגנון הפעמון, לשעונים המוקדמים הללו היו שתי דרישות חשובות. הראשונה הייתה מקור כוח, וזה סופק על ידי משקולת המחוברת לחבל או לשרשרת. המשקל נישא או נמשך לראש השעון, וכוח המשיכה היה עושה את השאר. השנייה הייתה דרך כלשהי לאלץ את המשקל ליפול בקצב איטי ומדוד במקום לצנוח כמו, ובכן, משקולת עופרת. וזה סופק על ידי נפלא ו..
המצאה גאונית בשם "מנגנון חילוף". במילים פשוטות, "מנגנון חילוף" הוא מכשיר הקוטע את מסלול המשקולת הנופלת במרווחי זמן קבועים, וגורם לה ליפול קצת בכל פעם במקום בבת אחת. זה פשוטו כמשמעו מה שגורם לשעונים "לתקתק", שכן כאשר "מנגנון החילוף" נע קדימה ואחורה, מפעיל ומשחרר לסירוגין את גלגלי השיניים המחוברים למשקולת, הוא משמיע צליל ייחודי מאוד.
שעונים מוקדמים אלה, למרות היותם פלאים טכנולוגיים, לא היו מדויקים במיוחד. כמו כן, בעוד שהם אפשרו לחלק את השעה לחלקי דקות נוספים [ומכאן המילה שלנו "דקה" לחלוקה הקטנה הראשונה של השעה], הם לא יכלו לפרק את השעה לחלוקה קטנה נוספת, או "שנייה" [וכן, משם גם מגיעה המילה]. זה היה צריך להמתין עד שצעיר מבריק למדי בשם גלילאו גליליי גילה את עקרון המטוטלת בסביבות שנת 1583. במילים כלליות, הוא שם לב שבלי קשר לרוחב תנועתה של מטוטלת מסוימת, היא תמיד לוקחת אותה כמות זמן להתנדנד קדימה ואחורה. הוא גילה, למעשה, שכמות הזמן שלקח למטוטלת לחזור נקבעת על ידי אורך המטוטלת עצמה ולא על ידי רוחב התנודה. ובאמצעות חיבור מטוטלת מדודה במדויק למערכת השעון, יצרני שעונים הצליחו לייצר שעונים שהיו מדויקים תוך שניות ליום במקום דקות. לא משנה כמה כוח הופעל על המטוטלת, שכן הכוח השפיע רק על רוחב התנופה ולא על אורך המטוטלת עצמה.
אז עכשיו היו לנו שעונים שעבדו היטב ללא קשר לשעה ביום או לעונה, והיו מדויקים מאוד לאורך תקופות זמן ארוכות. לרוע המזל, הם עדיין לא היו ניידים במיוחד, בשל העובדה שהמשקל לא ירד באופן קבוע והמטוטלת לא יכלה לעבוד כראוי אם היו נתונים לתנועה חיצונית. וכאן נכנס לתמונה שעון הכיס.
ההמצאה המרכזית שאפשרה לשעונים להפוך ניידים [ומהו שעון אם לא שעון נייד?] הייתה הקפיץ. למעשה, השימוש בקפיצים הוא כנראה הפיתוח השעוני השני בחשיבותו לאחר המצאת הגיר. הצעד הראשון בהפיכת שעון נייד היה להחליף את המשקולות הכבדות ששימשו להפעלתו במשהו שיפעיל כוח קבוע ללא קשר למיקום בו השעון הוחזק. וגילה שרצועת מתכת מפותלת היטב ובעלת מתח גבוה מפעילה כוח פחות או יותר קבוע כשהיא נפתחת, מה שהפך אותה בדיוק לדבר הנכון למשימה. כמובן, לא לקח הרבה זמן עד שיצרני השעונים שמו לב שהקפיץ מפעיל פחות ופחות כוח כשהוא נפתח, אבל הם המציאו מספר פתרונות גאוניים למדי
דרכים להתמודד עם הבעיה, כולל מכשירים כגון ה-"stackfreed" וה-"fusee"
השלב השני בהפיכת שעון נייד באמת היה יצירת תחליף למטוטלת, אשר שמר על תקתוק השעון במרווחי זמן מדויקים. "שעונים ניידים" מוקדמים השתמשו במכשיר שנקרא "פוליוט", שהורכב משתי משקולות קטנות מאוד התלויות משני קצותיו של מוט איזון מסתובב, אך אלה לא היו מדויקות במיוחד וגם לא ניידות באמת. שוב, עם זאת, היה זה הקונספט החדש שהתגלה של הקפיץ שהגיע לעזרה. נקבע כי סליל חוט דק מאוד [הנקרא "קפיץ שיער" מכיוון שהוא היה כה דק] יכול להיות מחובר ישירות לגלגל האיזון, וכאשר כוח מהקפיץ הראשי מועבר לגלגל המעבר, קפיץ השער המחובר יתפתל וייפתח בקצב קבוע מאוד, ובכך יגרום לגלגל המעבר להינעל ולהשתחרר במרווחים המדויקים הנדרשים. וברוב המקרים, זה נכון ללא קשר לאופן שבו השעון מוחזק, ומספק ניידות אמיתית.
ההבדל בין שעונים ניידים ראשונים אלה לבין שעוני הכיס האמיתיים הראשונים הוא מטושטש. למרות ששעון המונע על ידי קפיץ אולי פותח כבר במאה ה-15, שעון מווסת קפיץ לא הופיע עד אמצע המאה ה-17, ולא עבר זמן רב לאחר מכן עד שהם הפכו קטנים מספיק כדי לשאת אותם על המותניים או בכיס. ועד מהרה, כל מי שיכול היה להרשות לעצמו אחד נראה נושא את ההמצאה החדשה שהייתה כל כך פופולרית - שעון הכיס.
