چگونه تکنولوژی آنتی مگنتیک (ضد مغناطیس) بر یکی از بزرگترین مشکلات دنیای ساعت غلبه کرد؟

میدان‌های مغناطیسی می‌تونن یک ساعت مکانیکی رو درجا از کار بندازن. تو این مقاله می‌خوایم ببینیم صنعت ساعت‌سازی چطور با این دشمن قدیمی جنگید و در نهایت پیروز شد.

تأثیر میدان‌های مغناطیسی روی ساعت‌های مکانیکی، می‌تونه از یه اختلال جزئی و نامحسوس شروع بشه و تا یه فاجعه‌ی تمام‌عیار و فوری ادامه پیدا کنه. یک میدان مغناطیسی به اندازه‌ی کافی قوی، می‌تونه موتور ساعت (movement) رو کاملاً متوقف کنه یا باعث بشه ساعت به شکل وحشتناکی زمان رو نامنظم نشون بده. علاوه بر این، میدان‌های مغناطیسی می‌تونن خاصیت «تنظیم حرارتی» فنر تعادل‌های آلیاژی مدرن رو هم مختل کنن و دقت ساعت رو به هم بریزن.

تو بیشتر تاریخ ساعت‌سازی، فنرهای تعادل (balance springs) از فولاد کربنی ساخته می‌شدن که معمولاً با حرارت به رنگ آبی خوش‌رنگی درمیومدن. این ماده ذاتاً مستعد مغناطیسی شدنه. البته اون قدیما که هنوز خبری از منابع صنعتی با میدان‌های مغناطیسی قوی نبود، این خاصیت در حدی نبود که ساعت رو متوقف کنه، اما برای به هم ریختن دقتش کاملاً کافی بود. با پیشرفت قرن بیستم، میدان‌های مغناطیسی که توسط انسان تولید می‌شدن، روز به روز قوی‌تر و فراگیرتر شدن. میدان‌های مغناطیسی ناشی از موتورهای الکتریکی یا سیستم‌های استارت موتورهای احتراقی، باعث شدن تا اولین نسل از ساعت‌هایی که به صورت انبوه تولید شدن و مشخصاً برای مقاومت در برابر این آلودگی مغناطیسی طراحی شده بودن، به وجود بیان.

سیر تکامل مواد آنتی‌مگنتیک در ساعت‌سازی

اواسط قرن بیستم، نماد و پرچم‌دار ساعت‌های آنتی‌مگنتیک، ساعت‌های خلبانی بودن. این ساعت‌ها برای مقابله با مشکل مغناطیس، از روش «محافظت از موتور» استفاده می‌کردن. روش اصلی که هنوز هم توسط بعضی برندها استفاده میشه و کاملاً هم مؤثره، این بود که موتور ساعت رو داخل یک محفظه از آلیاژ آهن-نیکل به اسم «مو-متال» (mu-metal) قرار می‌دادن. اگه جایی خوندین که یه ساعت آنتی‌مگنتیک، یک قاب داخلی از «آهن نرم» (soft iron) داره، منظورشون همین ماده است.

معمولاً این محفظه‌ی مو-متال شامل یک قاب داخلی برای موتور و یک صفحه (dial) از همون جنسه. این قاب داخلی از جنس آهن نرم، جلوی میدان مغناطیسی رو به خودی خود نمی‌گیره؛ در واقع، این قاب داخلی مثل یه مسیر جایگزین و راحت‌تر برای خطوط میدان مغناطیسی عمل می‌کنه. به جای اینکه این خطوط از داخل موتور عبور کنن و بهش آسیب بزنن، دور اون جریان پیدا می‌کنن و از کنارش رد میشن.

اما یه راه حل بهتر این بود که اصلاً قطعات داخلی ساعت، ذاتاً تحت تأثیر مغناطیس قرار نگیرن. از دهه‌ی ۱۹۳۰، اولین نسل از فنرهای تعادل ساخته شده از آلیاژ آهن-نیکل، با نام تجاری «نیواروکس» (Nivarox) وارد ساعت‌ها شدن. نیواروکس توسط راینهارد اشترومان در سوئیس توسعه داده شد و اسمش مخفف یک عبارت آلمانی به معنی «غیرمتغیر و ضد اکسیداسیون» هست. نیواروکس کاملاً غیرمغناطیسی نیست، اما در مقایسه با فولاد حرارت‌دیده‌ی ساده، یک پیشرفت بزرگ محسوب می‌شد.

قبل از معرفی نیواروکس، ساعت‌سازها مواد غیرمغناطیسی دیگه‌ای رو هم برای فنر تعادل امتحان کرده بودن؛ مثل طلا، شیشه، چوب و حتی پالادیوم که واشرون کنستانتین در سال ۱۹۱۵ در یک ساعت جیبی ازش استفاده کرد. هیچ‌کدوم از این مواد به دلایل مختلف، هیچوقت به تولید انبوه نرسیدن. مثلاً پالادیوم گرون بود و ماشین‌کاریش سخت بود؛ چوب با تغییر رطوبت، خاصیت ارتجاعی و ابعادش تغییر می‌کرد؛ طلا به سختی به حالت فنری درمیومد و شیشه هم که خب… شیشه است دیگه! از بین این مواد، به نظر می‌رسه طلا از همه موفق‌تر بوده – ساعت‌ساز هلندی، اوربان یورگنسن، از طرفداران پروپاقرص استفاده از اون در کرونومترهای دریایی بود – اما هیچوقت رایج نشدن و با ظهور آلیاژهایی مثل نیواروکس، همه این جایگزین‌ها عملاً منسوخ شدن.

IWC و مدل افسانه‌ای Ingenieur 500,000 A/m

یکی از تأثیرگذارترین تلاش‌های اولیه برای ساخت ساعتی با فنر تعادل کاملاً ضد مغناطیس، مدل Ingenieur از برند IWC بود که می‌تونست در برابر میدان‌های مغناطیسی تا حداقل ۵۰۰,۰۰۰ آمپر بر متر مقاومت کنه. ۵۰۰,۰۰۰ آمپر بر متر (A/m) معادل حدود ۶۳۰۰ گاوس (gauss) هست – یعنی در محدوده‌ی آهنرباهای دائمی که در دستگاه‌های MRI استفاده میشن! این مدل در اواخر دهه ۱۹۸۰ عرضه شد. با اینکه یه ساعت کوچیک با قطر حدود ۳۴ میلی‌متر بود، اما وقتی پای مقاومت در برابر مغناطیس به میون میومد، تو دنیای ساعت حرف اول رو می‌زد.

راز موفقیت این ساعت، همون دلیلی بود که به شکست تجاریش منجر شد. فنر تعادل موتور این ساعت از آلیاژ نیوبیوم و زیرکونیوم ساخته شده بود و IWC کلی باهاش کلنجار رفت تا بتونه این آلیاژ رو از نظر «تنظیم حرارتی» به عملکردی پایدار برسونه. نتیجه این شد که نرخ رد شدن قطعات در کنترل کیفیت به شدت بالا بود و شنیده‌ها حاکی از اینه که IWC سر فروش هر کدوم از این ساعت‌ها ضرر می‌کرد. این آلیاژ بالاخره زمانی به تولید انبوه رسید که رولکس تونست چالش‌های تولیدش رو حل کنه و در سال ۲۰۰۰ از فنر تعادل پاراکروم (Parachrom) خودش رونمایی کرد.

سیلیکون؛ ماده‌ی نهایی برای مقابله با مغناطیس

امروزه در ساعت‌سازی، پرکاربردترین راه حل برای این مشکل، استفاده از سیلیکون برای قطعات چرخ‌دنگ (escapement)، از جمله فنر تعاد، هست. فنرهای تعادل سیلیکونی گاهی با بقیه‌ی قطعات سیلیکونی چرخ‌دنگ مثل اهرم و چرخ دنگ سیلیکونی همراه میشن؛ یا با آلیاژهای غیرمغناطیسی دیگه ترکیب میشن. یکی از مواد غیرمغناطیسی و غیرسیلیکونی رایج، آلیاژ نیکل-فسفر هست که با فرآیندی به نام LIGA ساخته میشه. LIGA یک کلمه مخفف آلمانیه که به معنی «لیتوگرافی، آبکاری الکتریکی و قالب‌گیری» هست و ترکیبی از سه تکنیک میکروساخت به حساب میاد. این قطعات در سوئیس توسط شرکت Mimotec تولید میشن که طبق گزارش فدراسیون صنعت ساعت سوئیس در سال ۲۰۲۰، حدود ۱۵٪ از کل قطعات اهرم و چرخ دنگ این صنعت رو تولید می‌کرده.

همین قطعات سیلیکونی و قطعات نیکل-فسفری که با تکنیک LIGA ساخته میشن، به شرکت‌ها اجازه میدن ساعت‌هایی بسازن که استاندارد «مستر کرونومتر» (Master Chronometer) رو دریافت کنن. یکی از الزامات این استاندارد، مقاومت در برابر میدان‌های مغناطیسی حداقل به قدرت ۱۵,۰۰۰ گاوس هست. میشه گفت که در ساعت‌سازی مدرن، مشکل مغناطیس عملاً و به طور کامل حل شده.

چند سال پیش، گروه سواچ و اودمار پیگه به طور مشترک از تولید یک آلیاژ جدید بر پایه‌ی تیتانیوم به نام «نیواکرون» (Nivachron) خبر دادن، هرچند هنوز مشخص نیست که آیا و چه زمانی فنرهای تعادل نیواکرون به طور گسترده‌تری استفاده خواهند شد. شرکتی به نام Carbontime هم در سال ۲۰۰۶ یک فنر تعادل از جنس فیبر کربن معرفی کرد که هرگز به تولید تجاری نرسید و تگ هویر هم در سال ۲۰۱۹ اعلام کرد که یک فنر تعادل از جنس کامپوزیت کربن توسعه داده.

واقعاً چه کسی به ساعت آنتی‌مگنتیک نیاز داره؟

وقتی به این همه ماده و تکنولوژی فکر می‌کنیم، چند تا سوال پیش میاد. اول اینکه اصلاً مقاومت در برابر چنین میدان‌های مغناطیسی شدیدی چقدر ضروریه؟ اکثر ما کل زندگیمون رو بدون اینکه با چیزی نزدیک به میدان ۱۵,۰۰۰ گاوسی روبرو بشیم، سپری می‌کنیم. البته یادتون باشه که «آلودگی مغناطیسی» که بتونه دقت ساعت رو به هم بریزه، اصلاً لازم نیست اونقدر قوی باشه تا حتی روی آلیاژهای نیواروکس هم تأثیر بذاره. نکته‌ی مرتبط با این موضوع اینه که آهنرباهای دائمی و قوی در کالاهای مصرفی ما همه جا پیدا میشن؛ از نگهدارنده‌های گوشی روی شارژرها گرفته تا تقریباً همه‌ی لپ‌تاپ‌ها که برای بسته نگه داشتن درِ اونها استفاده میشن. در واقع، مغناطیس دیگه یه مشکل تئوری و انتزاعی نیست؛ امروز شاید بیشتر از هر زمان دیگه‌ای در تاریخ ساعت‌سازی، به یک دردسر واقعی تبدیل شده.

سوال دوم به بحث «هنر و صنعتگری» برمی‌گرده. برای یک سری از علاقه‌مندان به ساعت، انجام دادن کارها به روش سنتی و سخت، یه جور حس رمانتیک و خاصی داره. این افراد (باید اعتراف کنم که خود ما هم تا حدی جزو همین دسته هستیم) حس می‌کنن از وقتی که استفاده از چرخ‌دنگ‌های دو فلزی برش خورده و فنرهای تعادل فولادی ساده رو کنار گذاشتیم، همه چیز رو به سراشیبی رفته. البته این طرز فکر کاملاً غیرمنطقیه، هرچند که حفظ صنایع دستی سنتی واقعاً ارزشمنده – بالاخره همه‌ی ما دلمون می‌خواد موتور ساعت‌های گرون‌قیمت و ساده‌ای که از ساعت‌سازان مستقل می‌خریم، پرداخت دستی شده باشه. اما دیگه دوره این حرف‌ها گذشته؛ در واقع، از دهه ۱۹۲۰ به بعد، تمام پیشرفت‌های بزرگ در زمینه‌ی دقت ساعت، مدیون پیشرفت در ساخت دقیق و علم مواد بوده. یه ساعت‌ساز پشت میزش نمی‌تونه فنر تعادل سیلیکونی بسازه؟ قبول. ولی همون ساعت‌ساز پشت میزش فنر تعادل از آلیاژ نیواروکس هم نمی‌تونه بسازه!

از اونجایی که قطعات سیلیکونی و قطعات ساخته شده با تکنیک LIGA حالا حالاها موندنی هستن، پس بهتره به جای گله، از مزایایی که این تکنولوژی‌ها برامون به ارمغان آوردن، استقبال کنیم. شاید این مواد از جنبه‌های دیگه ایده‌آل نباشن، اما اگه مطالعه‌ی تاریخ ساعت‌سازی یه چیزی به ما یاد بده، اینه که هیچ چیزی به اسم «ماده ایده‌آل» وجود نداره. حداقلش اینه که ما در دوران جادویی زندگی می‌کنیم که میشه حتی موقع کار کردن با «برخورددهنده بزرگ هادرون» هم نگران مغناطیسی شدن ساعتتون نباشید