Trong suốt lịch sử, các phương pháp và tầm quan trọng của việc đo thời gian đã phát triển đáng kể, phản ánh nhu cầu thay đổi và tiến bộ công nghệ của xã hội loài người. Trong nền văn hóa nông nghiệp sớm nhất, sự phân chia thời gian đơn giản như ngày và đêm, được quyết định bởi sự hiện diện của ánh sáng mặt trời. Cách tiếp cận thô sơ này đủ hiệu quả cho đến khi phát minh ra đồng hồ mặt trời vào khoảng năm 1500 trước Công nguyên, cho phép các nền văn minh cổ đại như Hy Lạp và La Mã chiangày thành những khoảng thời gian dễ quản lý hơn gọi là giờ. Tuy nhiên, sự phụ thuộc của đồng hồ mặt trời vào ánh sáng mặt trời đã dẫn đến những hạn chế của nó, thúc đẩy sự phát triển của các thiết bị phức tạp hơn như đồng hồ nước vào khoảng năm 1000 trước Công nguyên. Mặc dù đồng hồ nước có độ chính xác được cải thiện nhưng chúng cũng có những sai sót, bao gồm cả các vấn đề về áp suất nước và tắc nghẽn. Sự ra đời của đồng hồ cát vào thế kỷ thứ 8 sau Công nguyên đã mang đến một giải pháp thay thế đáng tin cậy hơn, mặc dù nó vẫn không lý tưởng cho việc đo thời gian lâu dài. Mãi cho đến những năm 1300, các tu sĩ châu Âu, do nhu cầu về lịch trình cầu nguyện chính xác, đã phát minh ra những chiếc đồng hồ cơ học đầu tiên. Những chiếc đồng hồ đầu tiên này, được cung cấp năng lượng bằng trọng lượng và được điều chỉnh bởi bộ thoát, là bước đột phá nhưng vẫn thiếu độ chính xác và tính di động cần thiết để sử dụng rộng rãi. Việc phát hiện ra nguyên lý con lắc của Galileo Galilei vào năm 1583 đã đánh dấu một bước nhảy vọt đáng kể về độ chính xác, cho phép đồng hồ đo thời gian tính bằng giây mỗi ngày. Tuy nhiên, thách thức về tính di động vẫn chưa được giải quyết cho đến khi cơ chế lò xo ra đời, cơ chế này cuối cùng dẫn đến việc tạo ra đồng hồ bỏ túi. Sự đổi mới này đánh dấu sự khởi đầu của máy chấm công di động thực sự, cách mạng hóa cách mọi người tương tác và hiểu về thời gian.
Trong phần lớn lịch sử loài người, việc đo thời gian chính xác đơn giản không phải là vấn đề lớn. Ngoài thực tế là không có cách nào để giữ thời gian chính xác từ hàng ngàn năm trước, đơn giản là không cần thiết phải làm như vậy. Các nền văn hóa ban đầu dựa vào nông nghiệp hoạt động chừng nào mặt trời còn chiếu sáng và dừng lại khi trời tối. Chỉ khi Nhân loại bắt đầu rời xa một xã hội thuần nông nghiệp, con người mới bắt đầu tìm cách đánh dấu thời gian trôi qua một cách chính xác hơn là chỉ đơn giản chia mỗi ngày thành “ngày” và “đêm”.
Thiết bị sớm nhất được biết đến để chia ngày thành các khoảng thời gian nhỏ hơn là đồng hồ mặt trời, được phát minh ít nhất vào năm 1500 trước Công nguyên. Nhận thấy rằng bóng của một vật thể thay đổi theo chiều dài và hướng khi ngày trôi qua, một người sáng giá nào đó có tên sẽ mãi mãi bị lịch sử quên lãng khi nhận ra rằng bạn có thể đặt một cây gậy thẳng đứng trên mặt đất và bằng cách đánh dấu nơi bóng đổ xuống, chia ánh sáng ban ngày thành những khoảng thời gian riêng biệt. Những khoảng thời gian này cuối cùng được gọi là “giờ”, với mỗi giờ là 1/12 thời gian mặt trời chiếu sáng mỗi ngày. Đồng hồ mặt trời là một ý tưởng tuyệt vời cho phép sự phát triển có trật tự của nền văn minh Hy Lạp và La Mã cổ đại. Một điều tuyệt vời về đồng hồ mặt trời là nó rất dễ mang theo. Tuy nhiên, nó có một số sai sót rất cơ bản. Đầu tiên và quan trọng nhất, nó chỉ hoạt động khi mặt trời thực sự chiếu sáng. Đây không phải là vấn đề vào ban đêm vì dù sao cũng không có ai làm việc trong bóng tối. Nhưng đó là một vấn đề lớn vào những ngày nhiều mây. Tuy nhiên, ngay cả khi mặt trời chiếu sáng rực rỡ, độ dài của ngày vẫn thay đổi trong suốt cả năm, điều đó có nghĩa là độ dài của một “giờ” cũng thay đổi tới 30 phút từ ngày Hạ chí đến ngày Đông chí.
Vì những hạn chế của đồng hồ mặt trời, người ta đã tìm những cách khác để đo thời gian trôi qua mà không phụ thuộc vào mặt trời. Một trong những nỗ lực ban đầu trở nên rất phổ biến là đồng hồ nước [còn gọi là clepsydra], được phát minh vào khoảng năm 1000 trước Công nguyên. Đồng hồ nước dựa trên ý tưởng rằng nước rò rỉ ra khỏi một lỗ nhỏ với tốc độ rõ ràng đều đặn, và nó là có thể đánh dấu thời gian trôi qua bằng cách ghi lại lượng nước đã rò rỉ qua lỗ ở đáy của một chiếc bình được đánh dấu đặc biệt. Đồng hồ nước chính xác hơn nhiều so với đồng hồ mặt trời, vì tốc độ dòng chảy không bị ảnh hưởng bởi thời gian trong ngày hay năm và việc mặt trời có chiếu sáng hay không không quan trọng. Tuy nhiên, họ không phải là không có những sai sót nghiêm trọng.
Mặc dù nước có thể nhỏ giọt với tốc độ ổn định, cố định, nhưng trên thực tế, càng có nhiều nước trong bình thì nước sẽ thoát ra ngoài càng nhanh do áp suất do trọng lượng của nước gây ra. Người Ai Cập cổ đại đã giải quyết vấn đề này bằng cách sử dụng những chiếc bình có cạnh nghiêng để cân bằng áp lực nước khi lượng nước giảm đi. Tuy nhiên, các vấn đề khác bao gồm thực tế là lỗ mà nước chảy qua có xu hướng lớn hơn theo thời gian, do đó cho phép nhiều nước đi qua nhanh hơn và thực tế là lỗ thoát nước cũng có xu hướng bị tắc khó chịu. Và cầu trời đừng để nó đủ lạnh để nước thực sự đóng băng! Đồng hồ nước, về bản chất, cũng không đặc biệt dễ di chuyển.
Chà, không mất nhiều thời gian để mọi người nhận ra rằng nước không phải là thứ duy nhất chảy với tốc độ ổn định, và tiếp theo là đồng hồ cát, được phát minh vào khoảng thế kỷ thứ 8 sau Công nguyên. Lý do chính khiến nó không được phát minh sớm hơn có lẽ đơn giản là vì trước đó chưa ai có thể thổi thủy tinh đủ giỏi. Đồng hồ cát sử dụng cát chảy từ bình thủy tinh này sang bình thủy tinh khác thông qua một lỗ nhỏ nối hai bình và đường đi của cát không bị ảnh hưởng đặc biệt bởi những thứ gây ra vấn đề với đồng hồ nước và đồng hồ mặt trời trước đó. Tuy nhiên, những chiếc đồng hồ cát cỡ lớn là không thực tế và việc giữ thời gian trong một khoảng thời gian dài thường có nghĩa là phải lật đi lật lại chiếc kính trong suốt một ngày. Về cơ bản, nó tạo ra một chiếc đồng hồ bấm giờ tuyệt vời nhưng lại là một chiếc máy chấm công tệ hại.
Và mọi chuyện gần như vẫn như vậy cho đến những năm 1300, khi một nhóm tu sĩ ở Châu Âu quyết định rằng họ thực sự cần một cách tốt hơn để biết khi nào đã đến lúc cầu nguyện. Vì, bạn thấy đấy, cuộc đời của một tu sĩ xoay quanh một lịch trình cầu nguyện đã định sẵn - một lúc bình minh, một lúc bình minh, một lúc giữa buổi sáng, một lúc trưa, một lúc giữa trưa, một lúc hoàng hôn và một lúc màn đêm buông xuống. Do đó, biết đúng thời gian không chỉ là một điều tốt đẹp - đó là một mệnh lệnh tôn giáo! Và kết quả là những nhà sư này đã phát minh ra những chiếc đồng hồ cơ học đầu tiên được biết đến. Nhân tiện, từ “đồng hồ” xuất phát từ tiếng Hà Lan có nghĩa là “chuông”, vì những chiếc đồng hồ cơ học đầu tiên này không có kim và được thiết kế để chỉ giờ.
Ngoài cơ chế đánh chuông, những chiếc đồng hồ đầu tiên này còn có hai yêu cầu quan trọng. Đầu tiên là nguồn năng lượng, được cung cấp bởi một vật nặng gắn vào một sợi dây hoặc dây xích. Trọng lượng được mang hoặc kéo lên phía trên đồng hồ và trọng lực sẽ làm phần việc còn lại. Cách thứ hai là một cách nào đó để buộc vật nặng rơi xuống với tốc độ chậm rãi, có thể đo lường được thay vì lao thẳng xuống như một vật nặng bằng chì. Và điều này đã được cung cấp bởi một điều tuyệt vời và
phát minh tài tình được gọi là bộ thoát. Nói một cách đơn giản nhất, bộ thoát là một thiết bị làm gián đoạn đường đi của vật nặng rơi đều đặn, khiến nó rơi từng chút một thay vì tất cả rơi cùng một lúc. Đây thực sự là điều khiến đồng hồ “tích tắc”, vì khi bộ thoát di chuyển qua lại, luân phiên gài và nhả các bánh răng gắn với quả nặng, nó tạo ra âm thanh rất đặc biệt.
Những chiếc đồng hồ đầu tiên này, mặc dù là những tuyệt tác công nghệ, nhưng lại không đặc biệt chính xác. Ngoài ra, mặc dù họ cho phép chia giờ thành nhiều phần nhỏ hơn [do đó từ “phút” của chúng tôi dành cho phần nhỏ đầu tiên của giờ], họ không thể chia giờ thành một phần nhỏ hơn nữa, hoặc “thứ hai” [và vâng, từ đó cũng xuất phát từ đó]. Điều đó phải đợi cho đến khi một chàng trai trẻ khá xuất sắc tên là Galileo Galilei phát hiện ra nguyên lý của con lắc vào khoảng năm 1583. Nói một cách rộng rãi, ông nhận thấy rằng bất kể một con lắc cụ thể dao động bao nhiêu thì nó luôn mất một khoảng thời gian như nhau để quay trở lại và quay trở lại. ra. Trên thực tế, ông phát hiện ra rằng lượng thời gian để con lắc quay trở lại được xác định bởi chiều dài của con lắc chứ không phải bởi chiều rộng của con lắc. Và, bằng cách gắn một con lắc được đo chính xác vào bộ thoát của đồng hồ, các nhà chế tạo đồng hồ đã có thể tạo ra những chiếc đồng hồ có độ chính xác trong vài giây mỗi ngày thay vì vài phút. Không quan trọng lực tác dụng lên con lắc là bao nhiêu, vì lực đó chỉ ảnh hưởng đến chiều rộng của dao động chứ không ảnh hưởng đến chiều dài của con lắc.
Vì vậy, bây giờ chúng tôi đã có những chiếc đồng hồ hoạt động tốt bất kể thời gian trong ngày hay mùa và rất chính xác trong thời gian dài. Thật không may, chúng vẫn chưa có tính di động đặc biệt, do trọng lượng không giảm thường xuyên và con lắc không thể hoạt động chính xác nếu chúng chịu chuyển động bên ngoài. Và đây là lúc chiếc đồng hồ bỏ túi xuất hiện.
Phát minh quan trọng giúp đồng hồ có thể di chuyển được [và đồng hồ đeo tay là gì nếu không phải là đồng hồ di động?] là lò xo. Trên thực tế, việc sử dụng lò xo có lẽ là sự phát triển quan trọng thứ hai trong chế tác đồng hồ sau khi phát minh ra bộ thoát. Bước đầu tiên trong việc tạo ra một chiếc đồng hồ di động là thay thế những vật nặng dùng để cung cấp năng lượng cho nó bằng một vật nào đó có thể tạo ra một lực ổn định bất kể đồng hồ được giữ ở vị trí nào. Và người ta phát hiện ra rằng một dải kim loại có độ căng cao, cuộn chặt sẽ tạo ra một lực ít nhiều ổn định khi nó giãn ra, điều này khiến nó trở thành vật dụng thích hợp cho công việc này. Tất nhiên, không mất nhiều thời gian để những người thợ đồng hồ nhận thấy rằng lò xo tác dụng lực ngày càng ít hơn khi nó bung ra, nhưng họ đã nghĩ ra một số cách khá khéo léo.
các cách để giải quyết vấn đề, bao gồm các thiết bị như “stackfreed” và “fusee”.
Bước thứ hai trong việc chế tạo một chiếc đồng hồ thực sự có tính di động là tìm ra một thiết bị thay thế cho con lắc giúp đồng hồ tích tắc theo những khoảng thời gian chính xác. “Đồng hồ di động” ban đầu sử dụng một thiết bị gọi là “foliot”, bao gồm hai quả nặng rất nhỏ được treo ở hai đầu của thanh cân bằng quay, nhưng chúng không đặc biệt chính xác và cũng không thực sự di động. Tuy nhiên, một lần nữa, khái niệm mới được phát hiện về lò xo đã được giải cứu. Người ta xác định rằng một cuộn dây rất mảnh [được gọi là "dây tóc" vì nó rất mỏng] có thể được gắn trực tiếp vào bánh xe cân bằng, và khi lực từ lò xo chính được truyền tới bộ thoát, dây tóc kèm theo sẽ cuộn lại. và bung ra với tốc độ rất đều đặn, do đó làm cho bộ thoát vào và nhả ra trong những khoảng thời gian chính xác cần thiết. Và, trong hầu hết các trường hợp, điều này đúng cho dù đồng hồ được giữ như thế nào, mang lại tính di động thực sự.
Sự khác biệt giữa những chiếc đồng hồ di động đầu tiên này và những chiếc đồng hồ bỏ túi thực sự đầu tiên là rất mờ nhạt. Mặc dù đồng hồ chạy bằng lò xo có thể đã được phát triển sớm nhất là vào những năm 1400, nhưng đồng hồ điều chỉnh bằng lò xo phải đến giữa những năm 1600 mới xuất hiện và không lâu sau đó chúng trở nên đủ nhỏ để có thể đeo trên thắt lưng hoặc trong túi của một người. . Và chẳng bao lâu sau, bất kỳ ai có đủ khả năng chi trả đều được nhìn thấy đang mang theo phát minh mới lạ đang gây sốt – đồng hồ bỏ túi.
