从日晷到原子钟：人类计时简史

你手表上的时间，精确到秒。可在几千年前，人类连“现在几点”都说不清楚。计时的历史，就是一部人类不断给时间找更准的尺子的历史。

看天计时：日晷和漏刻

最早的钟表是天上的太阳。古埃及人在约公元前 1500 年就用上了日晷：一根竖在地上的杆子，影子指向哪里，就是几点。中国有同样的发明，叫圭表——竖起的表竿叫“表”，横放的刻度尺叫“圭”，中午影子的长度还能用来定冬至、夏至，编历法全靠它。

可日晷有个致命缺点：阴天和夜里就罢工了。于是古人又发明了漏刻——用水计时。让水匀速地滴进一只壶，壶里立箭浮起来，读箭上的刻度就知道时间。中国周代就有了漏壶，春秋时已经相当普遍；埃及的漏壶更早，大约在公元前 1400 年。

漏刻能全天候工作，但水流的速度受温度、气压影响，走得并不稳。日晷和漏刻的误差，都是以分钟甚至刻钟计的。

14 世纪，欧洲出现了机械钟。齿轮加擒纵机构，让钟摆一下、指针走一格。1364 年，意大利人乔万尼·德·多迪造出了著名的天文钟“天象仪”，能显示行星位置和节气。

真正的突破在 1656 年：荷兰人惠更斯造出第一台摆钟。伽利略早就发现，摆的摆动周期和幅度无关——不管摆得多高，一次摆动的时间都一样。惠更斯把这个原理做成钟，误差一下子缩小到每天十几秒。这是计时第一次从“天”走到了“秒”。

摆钟的问题是，它怕晃动、怕温度变化。船上的摆钟一摇就乱，所以大航海时代的经度难题，摆钟解决不了。

1927 年，美国贝尔实验室的沃伦·马里森和霍顿造出第一台石英钟。石英晶体通电后会以极其稳定的频率振动——每秒几万次，比任何齿轮都准。美国国家标准局从 1929 年起就用石英钟作为国家时间标准，一直用到 20 世纪 60 年代。

石英钟还有一个意外收获：它准到足以发现地球自转并不均匀。原来我们以为均匀流逝的时间，本身就在忽快忽慢。地球靠不住了，时间标准得另找一个更稳的参照物。

1949 年，美国国家标准局的哈罗德·里昂斯造出第一台原子钟，用的是氨分子的振动，证明了原子可以计时。1955 年，英国国家物理实验室的路易斯·艾森和杰克·帕里造出第一台实用的铯原子钟：铯-133 原子每秒振动 9,192,631,770 次，稳得惊人。

1967 年，国际计量大会干脆用这个数字重新定义了秒：1 秒就是铯-133 原子振动 9,192,631,770 次的时间。从此，时间的定义不再依赖地球自转，而是依赖原子的固有频率。

今天最好的光钟已经能做到 300 亿年不差 1 秒。下一步，国际计量大会计划在 2030 年前后再次重新定义秒，改用更稳的光频跃迁。

最后更新：2026 年 11 月 6 日
事实来源：维基百科“钟”“石英钟”“原子钟”词条；美国国家标准与技术研究院（NIST）时间频率；英国国家物理实验室。