ตลอดประวัติศาสตร์ วิธีการและความสำคัญของการจับเวลามีการพัฒนาไปอย่างมาก สะท้อนถึงความต้องการที่เปลี่ยนแปลงไปและความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีของสังคมมนุษย์ ในวัฒนธรรมเกษตรกรรมยุคแรกสุด การแบ่งเวลาทำได้ง่ายเพียงแค่กลางวันและกลางคืน ซึ่งถูกกำหนดโดยแสงแดด วิธีการพื้นฐานนี้เพียงพอจนกระทั่งมีการประดิษฐ์นาฬิกาแดด ประมาณ 1,500 ปีก่อนคริสตกาล ซึ่งทำให้อารยธรรมโบราณ เช่น ชาวกรีกและโรมัน แบ่ง วันออกเป็นช่วงเวลาที่จัดการได้ง่ายขึ้นซึ่งเรียกว่าชั่วโมง อย่างไรก็ตาม การพึ่งพาแสงแดดของนาฬิกาแดดทำให้เกิดข้อจำกัด ทำให้เกิดการพัฒนาอุปกรณ์ที่ซับซ้อนมากขึ้น เช่น นาฬิกาน้ำประมาณ 1,000 ปีก่อนคริสตกาล แม้ว่านาฬิกาน้ำจะให้ความแม่นยำที่ดีขึ้น แต่ก็มีข้อบกพร่องเช่นกัน รวมถึง ปัญหาเกี่ยวกับแรงดันน้ำและการอุดตัน การเปิดตัวนาฬิกาทรายในคริสต์ศตวรรษที่ 8 เป็นทางเลือกที่น่าเชื่อถือมากกว่า แม้ว่าจะยังไม่เหมาะสำหรับการบอกเวลาในระยะยาวก็ตาม จนกระทั่งช่วงทศวรรษที่ 1300 พระภิกษุชาวยุโรปซึ่งขับเคลื่อนโดยความต้องการตารางเวลาสวดมนต์ที่แม่นยำ ได้คิดค้นนาฬิกากลไกเครื่องแรกขึ้นมา นาฬิการุ่นแรกๆ เหล่านี้ขับเคลื่อนด้วยตุ้มน้ำหนัก และควบคุมโดยเฟืองแกว่ง ถือเป็นนาฬิกาที่แหวกแนว แต่ก็ยังขาดความแม่นยำและความสะดวกในการพกพาที่จำเป็นสำหรับการใช้งานอย่างแพร่หลาย การค้นพบหลักการลูกตุ้มโดยกาลิเลโอ กาลิเลอี ในปี 1583 ทำให้เกิดความแม่นยำ ก้าวกระโดด อย่างมีนัยสำคัญ ทำให้นาฬิกาสามารถวัดเวลาภายในไม่กี่วินาทีต่อวัน อย่างไรก็ตาม ความท้าทายในเรื่อง ความสามารถในการพกพายังคงไม่ได้รับการแก้ไข จนกระทั่งกลไกสปริงถือกำเนิดขึ้น ซึ่งนำไปสู่การสร้างสรรค์นาฬิกาพกในที่สุด นวัตกรรมนี้ถือเป็นจุดเริ่มต้นของการบอกเวลาแบบพกพาอย่างแท้จริง ปฏิวัติวิธีที่ผู้คนโต้ตอบและเข้าใจเวลา
สำหรับประวัติศาสตร์ของมนุษย์ส่วนใหญ่ การบอกเวลาที่แม่นยำไม่ใช่เรื่องใหญ่อะไร นอกเหนือจากความจริงที่ว่าไม่มีทางใดที่จะรักษาเวลาที่แม่นยำเมื่อหลายพันปีก่อนได้ ก็ไม่จำเป็นต้องทำเช่นนั้น วัฒนธรรมยุคแรกที่มีพื้นฐานมาจากเกษตรกรรมนั้นดำเนินไปตราบเท่าที่ดวงอาทิตย์ส่องแสงและหยุดลงเมื่อมืด เมื่อมนุษยชาติเริ่มแยกตัวออกจากสังคมเกษตรกรรมเพียงอย่างเดียว ผู้คนจึงเริ่มมองหาวิธีที่จะระบุเวลาที่ผ่านไปอย่างแม่นยำมากกว่าการแบ่งแต่ละวันออกเป็น "วัน" และ "กลางคืน"
อุปกรณ์ที่เก่าแก่ที่สุดที่รู้จักในการแบ่งวันออกเป็นช่วงเวลาเล็กๆ คือนาฬิกาแดด ซึ่งประดิษฐ์ขึ้นอย่างน้อยเมื่อประมาณ 1500 ปีก่อนคริสตกาล โดยสังเกตเห็นว่าเงาที่วัตถุทอดเปลี่ยนความยาวและทิศทางเมื่อวันดำเนินไป บุคคลที่สดใสบางคนซึ่งมีชื่อ จะสูญหายไปตลอดกาลในประวัติศาสตร์ โดยตระหนักว่าคุณสามารถวางไม้ตั้งตรงบนพื้นได้ และโดยการทำเครื่องหมายจุดที่เงาตก จะแบ่งแสงสว่างออกเป็นช่วงๆ ในที่สุดช่วงเวลาเหล่านี้ก็ถูกเรียกว่า “ชั่วโมง” โดยแต่ละชั่วโมงคือ 1/12 ของเวลาที่ดวงอาทิตย์ส่องแสงในแต่ละวัน นาฬิกาแดดเป็นแนวคิดที่ยอดเยี่ยมที่ช่วยให้อารยธรรมกรีกและโรมันโบราณมีความก้าวหน้าอย่างเป็นระเบียบ สิ่งที่ยอดเยี่ยมอย่างหนึ่งเกี่ยวกับนาฬิกาแดดก็คือสามารถพกพาได้สะดวกมาก แต่ก็มีข้อบกพร่องพื้นฐานอยู่บ้าง ประการแรกและสำคัญที่สุด มันจะใช้ได้เฉพาะเมื่อดวงอาทิตย์ส่องแสงจริงๆ เท่านั้น นี่ไม่ใช่ปัญหาในเวลากลางคืน เนื่องจากไม่มีใครทำงานในความมืดอยู่แล้ว แต่เป็นปัญหาสำคัญในวันที่มีเมฆมาก แม้ว่าดวงอาทิตย์จะส่องแสงเจิดจ้า ความยาวของวันจะแตกต่างกันไปตลอดทั้งปี ซึ่งหมายความว่าความยาวของ “ชั่วโมง” ก็แปรผันได้มากถึง 30 นาทีตั้งแต่ครีษมายันไปจนถึงครีษมายัน
เนื่องจากข้อจำกัดของนาฬิกาแดด ผู้คนจึงมองหาวิธีอื่นในการวัดเวลาที่ผ่านไปโดยไม่ต้องพึ่งดวงอาทิตย์ ความพยายามในช่วงแรก ๆ ที่ได้รับความนิยมอย่างมากคือนาฬิกาน้ำ [หรือที่เรียกว่า clepsydra] ซึ่งประดิษฐ์ขึ้นเมื่อประมาณ 1,000 ปีก่อนคริสตกาล นาฬิกาน้ำมีพื้นฐานมาจากแนวคิดที่ว่าน้ำรั่วออกจากรูเล็ก ๆ ในอัตราที่คงที่อย่างเห็นได้ชัด และ เป็นไปได้ที่จะทำเครื่องหมายเวลาที่ผ่านไปโดยสังเกตว่ามีน้ำรั่วไหลออกมามากน้อยเพียงใดผ่านรูที่ด้านล่างของภาชนะที่มีเครื่องหมายพิเศษ นาฬิกาน้ำมีความแม่นยำมากกว่านาฬิกาแดดมาก เนื่องจากอัตราการไหลไม่ได้รับผลกระทบจากช่วงเวลาของวันหรือปี และไม่สำคัญว่าดวงอาทิตย์จะส่องแสงหรือไม่ แม้ว่าพวกเขาจะไม่มีข้อบกพร่องร้ายแรงก็ตาม
แม้ว่าน้ำอาจดูเหมือนหยดในอัตราคงที่และคงที่ แต่จริงๆ แล้ว ยิ่งมีน้ำอยู่ในถังมากเท่าไร น้ำก็จะรั่วไหลออกมาเร็วขึ้นเท่านั้นเนื่องจากแรงดันที่เกิดจากน้ำหนักของน้ำ ชาวอียิปต์โบราณแก้ไขปัญหานี้โดยการใช้ภาชนะที่มีด้านเอียงเพื่อปรับแรงดันน้ำให้เท่ากันเมื่อปริมาณน้ำลดลง อย่างไรก็ตาม ปัญหาอื่นๆ รวมถึงข้อเท็จจริงที่ว่ารูที่น้ำหยดผ่านนั้นมีแนวโน้มที่จะมีขนาดใหญ่ขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป จึงทำให้น้ำไหลผ่านได้มากขึ้นเร็วขึ้น และความจริงที่ว่ารูหนีภัยก็มีแนวโน้มที่จะอุดตันเช่นกัน และสวรรค์ห้ามไม่ให้มันเย็นพอที่จะทำให้น้ำกลายเป็นน้ำแข็งจริงๆ! นาฬิกาน้ำโดยธรรมชาติแล้วไม่สามารถพกพาได้เป็นพิเศษ
ผู้คนใช้เวลาไม่นานนักในการตระหนักว่าน้ำไม่ใช่สิ่งเดียวที่ไหลด้วยความเร็วคงที่ และต่อมาคือนาฬิกาทราย ซึ่งประดิษฐ์ขึ้นราวๆ คริสต์ศตวรรษที่ 8 สาเหตุหลักที่มันไม่ได้ถูกประดิษฐ์ขึ้นก่อนหน้านี้ อาจเป็นเพราะไม่มีใครสามารถเป่าแก้วได้ดีพอก่อนหน้านั้น นาฬิกาทรายใช้ทรายที่ไหลจากภาชนะแก้วหนึ่งไปยังอีกภาชนะหนึ่งผ่านช่องเล็กๆ ที่เชื่อมทั้งสองเข้าด้วยกัน และทางเดินของทรายไม่ได้รับผลกระทบใดเป็นพิเศษจากสิ่งที่ทำให้เกิดปัญหากับนาฬิกาน้ำและนาฬิกาแดดที่อยู่ตรงหน้า อย่างไรก็ตาม นาฬิกาทรายขนาดใหญ่นั้นใช้ไม่ได้จริง และการรักษาเวลาไว้เป็นเวลานานมักจะหมายถึงการพลิกกระจกซ้ำแล้วซ้ำอีกตลอดทั้งวัน โดยพื้นฐานแล้วมันเป็นตัวจับเวลาที่ดี แต่เป็นตัวจับเวลาที่แย่มาก
และนั่นคือสิ่งที่เกิดขึ้นมาจนถึงช่วงปี ค.ศ. 1300 เมื่อพระสงฆ์กลุ่มหนึ่งในยุโรปตัดสินใจว่าพวกเขาต้องการวิธีที่ดีกว่าในการบอกว่าเมื่อถึงเวลาสวดมนต์ เพราะคุณเห็นแล้วว่า ชีวิตของพระภิกษุนั้นวนเวียนอยู่กับกำหนดการสวดมนต์ที่กำหนดไว้ ครั้งแรกตอนแสงแรก หนึ่งครั้งตอนพระอาทิตย์ขึ้น หนึ่งครั้งตอนเที่ยง หนึ่งครั้งตอนเที่ยง หนึ่งครั้งตอนบ่าย หนึ่งครั้งพระอาทิตย์ตก และอีกครั้งตอนค่ำ การรู้เวลาที่ถูกต้องจึงกลายเป็นมากกว่าความดี แต่เป็นความจำเป็นทางศาสนา! ด้วยเหตุนี้พระภิกษุเหล่านี้จึงประดิษฐ์นาฬิกากลไกรุ่นแรกที่รู้จัก คำว่า "นาฬิกา" มาจากคำภาษาดัตช์ที่แปลว่า "ระฆัง" เนื่องจากนาฬิกากลไกในยุคแรกๆ เหล่านี้ไม่มีเข็มนาฬิกาและได้รับการออกแบบให้บอกชั่วโมงเพียงอย่างเดียว
นอกจากกลไกการตีระฆังแล้ว นาฬิกายุคแรกๆ เหล่านี้ยังมีข้อกำหนดที่สำคัญสองประการ ประการแรกคือแหล่งพลังงาน และได้มาจากน้ำหนักที่ติดอยู่กับเชือกหรือโซ่ น้ำหนักถูกยกหรือดึงไปที่ด้านบนของนาฬิกา และแรงโน้มถ่วงจะทำหน้าที่ส่วนที่เหลือ วิธีที่สองคือวิธีบังคับให้น้ำหนักลดลงในจังหวะที่วัดได้ช้าๆ แทนที่จะลดลงเหมือนน้ำหนักตะกั่ว และสิ่งนี้มอบให้โดยผู้วิเศษและ
สิ่งประดิษฐ์อันชาญฉลาดที่เรียกว่าการหลบหนี พูดง่ายๆ ก็คือ Escapement คืออุปกรณ์ที่ขัดขวางเส้นทางของตุ้มน้ำหนักที่ตกลงมาเป็นระยะๆ ทำให้มันตกลงทีละนิดแทนที่จะเป็นทั้งหมดในคราวเดียว นี่คือสิ่งที่ทำให้นาฬิกา “ติ๊ก” อย่างแท้จริง เนื่องจากในขณะที่เฟืองแกว่งเคลื่อนไปมา สลับกันเข้าเกียร์และปล่อยเกียร์ที่ติดอยู่กับตุ้มน้ำหนัก ทำให้เกิดเสียงที่โดดเด่นมาก
นาฬิการุ่นแรกๆ เหล่านี้ ถึงแม้จะมีความมหัศจรรย์ทางเทคโนโลยี แต่ก็ไม่ได้แม่นยำมากนัก นอกจากนี้ แม้ว่าพวกเขาจะยอมแบ่งชั่วโมงออกเป็นส่วนย่อยๆ มากขึ้น [ดังนั้นคำว่า “นาที” ของเราสำหรับการแบ่งย่อยช่วงแรกของชั่วโมง] พวกเขาไม่สามารถแบ่งชั่วโมงออกเป็นส่วนย่อยๆ หรือ “ที่สอง” ได้ [และ ใช่แล้ว นั่นคือที่มาของคำนั้น] นั่นต้องรอจนกระทั่งชายหนุ่มผู้ค่อนข้างฉลาดชื่อกาลิเลโอ กาลิเลอีค้นพบหลักการของลูกตุ้มในราวปี ค.ศ. 1583 กล่าวอย่างกว้างๆ เขาสังเกตเห็นว่าไม่ว่าลูกตุ้มจะเหวี่ยงไปกว้างแค่ไหนก็ตาม ก็มักจะใช้เวลาเท่ากันในการแกว่งกลับและ ออกไป เขาค้นพบว่า ที่จริงแล้ว ระยะเวลาที่ลูกตุ้มใช้ในการกลับนั้นถูกกำหนดโดยความยาวของลูกตุ้มนั้น ไม่ใช่ตามความกว้างของวงสวิง และด้วยการติดลูกตุ้มที่วัดได้อย่างแม่นยำเข้ากับเฟืองของนาฬิกา ช่างทำนาฬิกาจึงสามารถผลิตนาฬิกาที่มีความเที่ยงตรงภายในไม่กี่วินาทีต่อวัน แทนที่จะเป็นนาที ไม่ว่าจะใช้แรงกับลูกตุ้มมากเพียงใด เนื่องจากแรงดังกล่าวส่งผลต่อความกว้างของการแกว่งเท่านั้น ไม่ใช่ความยาวของลูกตุ้มเอง
ตอนนี้เรามีนาฬิกาที่ทำงานได้ดีไม่ว่าจะช่วงเวลาใดของวันหรือฤดูกาล และมีความเที่ยงตรงสูงในระยะเวลาอันยาวนาน น่าเสียดายที่ยังคงไม่สามารถพกพาได้เป็นพิเศษ เนื่องจากน้ำหนักไม่ได้ลดลงเป็นประจำและลูกตุ้มทำงานไม่ถูกต้องหากถูกการเคลื่อนไหวจากภายนอก และนี่คือจุดที่นาฬิกาพกเข้ามาในภาพ
สิ่งประดิษฐ์สำคัญที่ทำให้นาฬิกาสามารถพกพาได้ [และนาฬิกาคืออะไรนอกจากนาฬิกาแบบพกพา] คือสปริง ในความเป็นจริง การใช้สปริงอาจเป็นการพัฒนาด้านนาฬิกาที่สำคัญที่สุดเป็นอันดับสอง รองจากการประดิษฐ์เฟืองเอสเคป ขั้นตอนแรกในการทำนาฬิกาแบบพกพาคือการแทนที่น้ำหนักหนักที่ใช้ในการจ่ายไฟด้วยสิ่งที่จะออกแรงสม่ำเสมอโดยไม่คำนึงถึงตำแหน่งที่นาฬิกาถูกถือ และพบว่าแถบโลหะที่มีแรงดึงสูงที่ขดอยู่แน่นจะออกแรงที่สม่ำเสมอไม่มากก็น้อยในขณะที่คลายออก ซึ่งทำให้มันเหมาะกับงานนี้เท่านั้น แน่นอนว่า ช่างทำนาฬิกาใช้เวลาไม่นานนักที่จะสังเกตเห็นว่าสปริงออกแรงน้อยลงเรื่อยๆ ในขณะที่คลายออก แต่พวกเขาก็กลับมาพร้อมกับสปริงที่ชาญฉลาดจำนวนหนึ่ง
วิธีจัดการกับปัญหา รวมถึงอุปกรณ์ต่างๆ เช่น "stackfreed" และ "fusee"
ขั้นตอนที่สองในการทำนาฬิกาให้พกพาได้อย่างแท้จริงคือการแทนที่ลูกตุ้มซึ่งทำให้นาฬิกาเดินตามช่วงเวลาที่กำหนดได้อย่างแม่นยำ “นาฬิกาพกพา” ในยุคแรกๆ ใช้อุปกรณ์ที่เรียกว่า “โฟเลียต” ซึ่งประกอบด้วยตุ้มน้ำหนักขนาดเล็กมากสองตัวที่ห้อยลงมาจากปลายทั้งสองด้านของบาลานซ์บาร์ที่หมุนได้ แต่สิ่งเหล่านี้ไม่ได้แม่นยำเป็นพิเศษหรือพกพาได้อย่างแท้จริง อย่างไรก็ตาม เป็นอีกครั้งที่แนวคิดเรื่องสปริงที่เพิ่งค้นพบได้เข้ามาช่วยเหลือ มีการพิจารณาว่าขดลวดที่ละเอียดมาก [เรียกว่า "แฮร์สปริง" เนื่องจากมันบางมาก] สามารถติดเข้ากับบาลานซ์วีลได้โดยตรง และเมื่อแรงจากสปริงหลักถูกส่งไปยังเอสเคปเมนต์ แฮร์สปริงที่ติดอยู่จะขดตัว และคลายคอยล์ด้วยความเร็วที่สม่ำเสมอ จึงทำให้เอสเคปเมนท์เข้าและคลายออกในช่วงเวลาที่กำหนดอย่างแม่นยำ และโดยส่วนใหญ่แล้วสิ่งนี้จะเป็นจริงไม่ว่านาฬิกาจะถูกถือไว้อย่างไรก็ตาม ทำให้สามารถพกพาได้อย่างแท้จริง
ความแตกต่างระหว่างนาฬิกาแบบพกพารุ่นแรกๆ เหล่านี้กับนาฬิกาพกรุ่นแรกๆ เป็นสิ่งที่ไม่ชัดเจน แม้ว่านาฬิกาที่ขับเคลื่อนด้วยสปริงอาจได้รับการพัฒนาในช่วงต้นปี 1400 แต่นาฬิกาที่ควบคุมด้วยสปริงนั้นไม่ปรากฏจนกระทั่งกลางปี 1600 และไม่นานหลังจากนั้น นาฬิกาก็มีขนาดเล็กพอที่จะถือที่เอวหรือในกระเป๋าเสื้อ . และในไม่ช้า ใครก็ตามที่สามารถซื้อหาได้ก็ถูกมองว่าถือสิ่งประดิษฐ์ใหม่ที่ได้รับความนิยมอย่างล้นหลาม นั่นคือนาฬิกาพก
