物理学家查德·奥泽尔写道，在每一个我们有记录的文明中，人类都以某种方式追踪时间。在他的新书《时间计时的简史》（BenBella Books，2022年）中，奥泽尔记录了新石器时代预测至日和其他天文事件的努力，最新的原子钟以越来越精确的小数位数计时，以及两者之间的一切。他描述了时钟的演变，从通过水从容器中流出的时间间隔来计时的水钟，到装满沙子的沙漏，到第一批机械钟和摆钟，再到我们的现代时代。每一段都充满了有趣的物理学和工程学，以及对不同的计时方式如何在历史上不同时间和地点影响人们的生活方式的了解。
《大众科学》与奥泽尔谈论了历史上最酷的时钟、最复杂的日历系统以及为什么我们仍然需要改进当今最好的时钟。
[以下是经过编辑的采访记录。]
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时钟的出现如何改变了历史？
随着时间的推移，时间变得越来越普及，这很有趣。最古老的纪念碑是爱尔兰的纽格 Grange 古墓等。它是一个巨大的人造小山，中心有一条通道。每年一次，阳光会到达中央室，这告诉你那是冬至。我去过那里，也许可以容纳 10 到 12 个人。这是一个精英事物，只有少数人可以访问此信息。当您开始使用水钟之类的东西时，个人可以使用它来计时。它们不是很准确，但这使其更易于访问。机械钟使它变得更好，然后您有了公共时钟——教堂塔楼上的时钟，钟声会敲响小时。每个人都开始可以访问时间。到 1890 年代，机械手表开始变得相当准确且价格合理。它们的价格约为一天的工资。突然，每个人都可以随时随地获得准确的计时，这是一个非常有趣的变化。
追踪不同类型时钟的出现是否困难？
当人们在历史上写时钟时，他们对许多不同的事物使用同一个词。有一个著名的例子：在一个特定的修道院发生火灾，记录说一些兄弟跑到井边，一些兄弟跑到时钟旁。这告诉你那是一个水钟，因为他们去那里装满水桶灭火。还有另一个参考文献说，时钟安装在教堂的圣坛屏风上方。如果它在空中 50 英尺高，那可能不是水钟而是机械钟，因为没有人会制造一个你必须爬上去装水的装置。
在历史上，你最喜欢的时钟是什么？
我真的很喜欢这个中国塔钟。它是由一位名叫苏颂的朝廷官员于公元 1100 年左右建造的。它是一个水钟，基于恒定的水流，但它是一个机械装置。它是一个巨大的轮子，轮子的末端装有水桶，水桶位于这个恒定水流的水源下方。当水桶注满超过一定程度时，水桶会倾斜，从而释放一种机制，使轮子旋转。轮子转动并带来一个新的水桶，开始注水。计时调节实际上是由水提供的，水也提供了驱动力。水的重量是转动轮子的原因。它是旧式水钟和欧洲在一两个世纪后开发的机械钟之间的一种奇怪的混合体。这是一个非常复杂的系统，一个非常巨大的东西，运行得非常好。但它并没有持续很长时间——运行了大约 20 年。它位于一个特定王朝的首都，该王朝衰落了，继任者无法使其工作。
这是历史上一个有趣的事件。它的起源是苏颂被派去在冬至向邻国表示祝贺。但是日历差了一天。他到达那里并在错误的日期表示了祝贺，这会非常尴尬。当他回来后，日历制定者受到了惩罚，他说：“我要解决这个问题。”
一个社会的时间记录方式如何揭示它的价值观？
每一个我们有可靠记录的文明都有自己记录时间的方式。这非常有趣，因为有很多不同的方法。你看到的自然周期没有一个是彼此相称的。一年不是整数天，也不是整数个月球周期。因此，你必须决定你优先考虑什么。你有像伊斯兰历这样的系统，它是严格的阴历。他们最终得到一个日历，它是 12 个阴历月，这比太阳年（约 365 天）短，因此节假日的日期相对于季节会移动。
犹太历的做法很复杂，因为他们想兼顾两者：他们希望节日与季节相关联，因此它们必须在一年中的正确时间，但他们也希望它们在正确的月相。
格里高利历在某种程度上折衷了：我们的月份长度在某种程度上是基于月亮的，但我们固定了月份，因此至日总是会在 6 月 20 日、21 日或 22 日。我们将年份相对于季节的位置优先于一切。
然后是玛雅人，他们的做法完全不同。他们的日历涉及 260 天的间隔，没有人完全确定为什么 260 天如此重要。
今天的时钟有多精确？
现在的官方时间是基于铯的：一秒是铯在两个特定状态之间移动时发出的光的 9,192,631,770 次振荡。
我真不敢相信你竟然能脱口而出！
我已经教过很多次了 [笑声]。
时间是根据铯原子定义的，因此世界上最好的时钟是铯钟。铯钟的精度可以达到 1016 分之一。如果它说一秒，则在您到达第一个不确定的数字之前，小数点后有 15 个零。有一些实验性时钟比这好两个，甚至三个数量级。它们不是官方时钟。它们正在测量频率，并且测量精度高于最好的铯钟。
这些时钟足够好，以至于铝离子钟进行了相对论测试。[研究人员] 将一个离子固定住，另一个离子来回摇晃，他们可以看到移动的离子走得稍慢一些。然后，他们将一个离子固定在原位，并将另一个离子向上移动约一英尺，他们可以看到较高高度的离子走得更快。它们与相对论完全一致。
时钟的精度是否会永远受到限制？
从某种意义上说，存在限制，因为有很多因素会影响精度。爱因斯坦的广义相对论告诉你，你离大质量物体越近，你的时钟走得就越慢。在某个时候，你会对进出实验室的研究生的引力敏感。到那时，它变得不切实际。
这已经是一个问题，因为世界的原子时是世界各地原子钟的共识。在美国，有两个大型标准实验室：一个是在华盛顿特区的海军天文台，在海平面附近，另一个是在科罗拉多州博尔德市，大约在一英里高的地方。它们的铯钟走得速率不同，因为它们与地球中心的距离不同。他们必须考虑到这一点。所以我们在博尔德市选址有点不明智。
在你了解了所有关于时钟的知识之后，我不得不问你戴什么手表。
我有两块：一块是石英表——没什么特别的。我可能花在更换表带上的钱比我花在手表上的钱还多。另一块是我在 1960 年代买的机械表。它是一块欧米茄，纯机械表。它是一块非常精密的腕表，是工程学的奇迹，但我可以去一元店买一块也能走得一样准的手表，因为石英非常精确。