钟表是如何度量时间的

想要比较完整地解答上面的这个问题，还需从人类寻找如何度量时间的方法说起。在远古时期，人类只能依靠感觉，将一天分为白天和夜晚。在3500多年前，人类从太阳光和影子的关系中获得启发，发明了日晷，从而能够对白天的时间进行粗略的度量。在2000多年前，有人利用流动物质（水或沙）的连续运动性，发明了计时用的漏壶，计时的精度得以提升。随着科学认知和制造工艺的不断进步，到14世纪，人类又制造出依靠齿轮传动机构工作的机械钟表，而直到1928年，现在已经广泛使用的石英钟表才得以问世。

无论是机械钟表，还是石英钟表，它们都能以相同的速率转动，那么两者的工作原理相同吗？

答案是：完全不同。作为机械钟表，虽然其内部结构多种多样，但都是利用了“摆的等时性”原理。“摆的等时性”原理，最早由意大利物理学家伽利略完整地提出，其内容是：不論单摆的摆动幅度（摆角小于5°时）大些还是小些，完成一次摆动的时间是相同的。机械手表内的游丝摆轮就是通过等时的左右摆动推动齿轮转动来完成计时的。

普通石英钟表则是利用了石英晶体的“逆压电效应”性质来计时的。“逆压电效应”是指在电介质上施加电压后，电介质会发生形变，当撤去电压后，电介质会复原。石英钟表就是采用石英晶体作为电介质材料，在石英晶体上施加一个交变电场，当外加电场的频率和石英晶体的固有振荡频率一致时，就会出现晶体的谐振现象。此时，石英晶体的振荡频率非常稳定，从而使石英钟表完成计时。

两者的原理不同，使得它们的计时精度也产生较大差别。根据目前执行的钟表行业标准，普通机械钟表的允许误差为±30秒/日，而普通石英钟表的允许误差为±0.5秒/日，前者的精度只有后者的几十分之一。相差如此之大，是因为机械钟表内部部件大都由各种机械机构组成，运行时摩擦较大，会产生一定的机械损耗，使摆轮在摆动过程中速率发生变化，导致计时出现误差；而石英钟表的精度主要取决于石英晶体的品质，所以只要保证石英晶体的质量，且避免在高热、磁场异常等特殊环境下使用，石英钟表就能保持较高的计时精度。

随着科学技术的飞速发展，某些领域对于时间精度的要求也越来越高，即使是最好的石英钟表也无法满足这种计时需求。为此，人们又研制出一种高精度的计时工具——原子钟，它是利用有关原子理论制成的。目前被广泛使用的是铯原子钟，其精度可达到上千万年误差不到1秒的水平！

在没有拆除钟表外壳的情况下，乍一看机械钟表和石英钟表好像没有太大差别。其实，如果你仔细观察，还是有办法分辨它们的。通常，在钟表的表盘上，你可能会找到“AUTOMATIC”或“QUARTZ”两个单词，前者指的是机械钟表，后者指的是石英钟表。当然还可以观察钟表的厚度，一般外壳较厚的通常是机械钟表，但这不能作为准确的分辨依据。此外，最有效的一个方法就是看钟表指针的转动方式：如果秒针像“跳跳熊”一样跳着转动，那么它应该是石英钟表；而如果秒针匀速平缓地转动，那它很可能是机械钟表。

机械钟表如同一件精巧艺术品，其内部构造让人惊叹，它代表了目前人类机械制造工艺的最高水平。而石英钟表的出现，不仅使计时更加精确，也大大地降低了钟表的制造成本，让钟表得以在生活中更好地普及。所以说，无论是机械钟表，还是石英钟表，它们都是人类科技与艺术完美结合的产物。 （吴 勇）