书城科普读物走进科学丛书:万物由来的故事
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第18章 石英钟:精确把握每分每秒

在“时间就是金钱”的年代,石英钟表逐渐取代了机械钟表,成为人们应用广泛的计时工具。1929年,世界上第一批石英钟问世。从它的出现到如今遍布寻常百姓家,其间只花了70年的时间。

钟表的问世,改变了人们的生活节奏。

几个世纪以来,我们对时间的把握,用的都是一些简单的工具。如根据太阳影子的移动,有人制成了“日晷计时仪”;利用流速均匀的滴水,有人发明了“水钟”;利用点燃的香,人们分出了“一炷香”、“两炷香”等时间间距。但这些时间概念都不是精确的。

从14世纪起,意大利的钟楼上开始出现了以自重为动力的齿轮制成的机械钟。但它们的走时并不像外表那样令人叹服,大约每天就会有15分钟的偏差。1583年,意大利科学家伽利略的一次不经意的发现,使人们从此进入了标准的计时时代。有一次,伽利略在教堂偶尔注意了大厅的钟摆变化。他发现,钟摆的振动周期很有规律,它与钟摆的摆动幅度几乎无关,无论摆动幅度是大还是小,它的摆动频率都是相等的。根据这一原理,七十多年后,荷兰天文学家惠更斯做成了第一座摆钟。他的摆钟精确得被科学家拿来做物理实验;商店靠它正点开门和打烊;工人的工资也要靠它按小时计算。而它对人类生活带来的影响远不止这些,时间观念开始渗透到每个人的生活中,守时成为一种美德。

之后,摆钟、机械钟大量出现,并不断改进,但在精确计时方面,它们注定要被石英钟和原子钟所代替。

早在1880年,法国人皮埃尔·居里和保罗·雅克·居里就发现了石英晶体有压电的特性,这是制造钟表“心脏”的良好材料。石英晶体在受压时,极小的电流和伏特通过它表面,它会扩大并保持这种振幅,且振荡的频率非常高。以石英制成的振荡器,每秒可振荡3万多次,且不受外界温度、湿度和振动的影响,大大提高了计时的精确度。

1929年,科学家以石英晶体制成的振荡计时器和电子钟组合制成了石英钟。

石英钟的问世,在当时引起了轰动。经过测试,一只高精度的石英钟表,每年的误差仅为3~5秒。

1942年,著名的英国格林尼治天文台也开始采用了石英钟作为计时工具。在许多场合,它还经常被列为频率的基本标准,用于日常测量与检测。

大约在1970年前后,石英钟表开始进入市场,顿时风靡全球。如今,它在市场上已经非常普遍,机械式手表因而渐渐被人们淘汰。据日本钟表协会1994年的调查,全世界手表产量为1075亿块,其中,988亿块是由纽扣电池驱动的石英表。

随着科学的进步,精密的电子元件不断涌现,石英表也开始变得小巧精致,它既是实用品,也是装饰品。有时,它们薄得像五分硬币,可以装在纽扣、钢笔、助听器、眼镜架、头饰等随身用品上;有时,视人们需要,它们又是多功能的手表,可以显示日历、测量体温、存贮电话号码。石英钟表几乎无处不在,它为人们的生活提供方便,更为人们的生活增添了新的色彩。