ساعت‌ها چگونه زمان را نشان می‌دهند؟
احتمالاً، همین الان، یک ساعت دستتان است و ممکن است این ساعت یک دارایی ارزشمند یا هدیه‌ای از طرف یکی از عزیزانتان باشد. ساعت مچی در طول حرفه درخشان خود از نماد منزلت به وسیله‌ای ضروری و دوباره به نمادی از منزلت تبدیل شده است. حتی با آن‌که تلفن‌های همراه نیاز به ساعت را زیر سوال می‌برند، مردم همچنان آن‌ها را دوست دارند. مهم نیست که چقدر برای ساعت خود ارزش قائل هستید، در هر حال این ساعت، محصولی کامل نیست. در هر ساعت و هر ثانیه، ساعت مچی شما در حال از دست دادن زمان است. حتی ساعت‌های مکانیکی ممکن است در روز چند ثانیه عقب بمانند.
- اگر ساعت کوارتز شما عقب می‌ماند ممکن است نیاز به تمیز کردن یا روغن‌کاری داشته باشد. اگر دیدید که عقربه دقیقه قبل از حرکت به جلو کمی عقب می‌رود می‌تواند نشانه لیز خوردن یا فرسودگی چرخ‌دنده‌ها باشد. در مورد ساعت‌های مکانیکی نیز همین امر صدق می‌کند. اگر سال ها تمیز یا سرویس نشده باشد، می‌تواند مشکل از همان‌جا باشد.
- ساعت‌های قدیمی‌تر نیز ممکن است نیاز به تنظیم داشته باشند (محورها، فنرها، سنگ‌ها). یک باتری فرسوده نیز می‌تواند دلیل آن باشد.
- ساعت مچی‌های اتمی بسیار دقیق هستند و تقریباً هیچ تغییری ندارند. اگر ساعت مچی اتمی شما عقب می‌ماند به احتمال زیاد نیاز به تعمیر دارد.
نه، شما روز به روز و شاید حتی ماه به ماه هم متوجه آن نخواهید شد اما این اتفاق دارد می‌افتد. ثانیه‌های باارزش دارند از بین می‌روند. حتی دقیق‌ترین ساعت‌هایی که تا کنون ساخته شده‌اند، باز هم کسری از ثانیه را از دست خواهند داد.
چرا ساعت‌ها باید عقب بمانند و آیا هرگز زمان‌سنج کاملی را اختراع خواهیم کرد؟
تاریخچه کوتاهی از زمان‌سنجی
می‌توان گفت که ساعت متحول‌کننده‌ترین اختراعی است که بشر تا کنون کرده است. با رسیدن به ساعت آفتابی، بشر راهی پیدا کرد تا زمان را مهار کند و آن را به خدمت خواسته‌های خود در آورد. اکنون، هر سال که می‌گذرد، ساعت‌های ما پیچیده‌تر و دقیق‌تر می‌شوند و درک ما از زمان قوی‌تر می‌شود. یا این طور به نظر می‌رسد. در حقیقت، تسلط ما بر بعد چهارم همیشه ضعیف بوده است. به قول معروف زمان پیش می‌رود و تنها کاری که می‌توانیم بکنیم اندازه‌گیری آن است.
از اولین ساعت جیبی مکانیکی در سال 1505 ساخته شد، رویدادی مهم در تاریخ که با گام‌های بلند و پیشرفت‌های الهام‌بخش به این لحظه منتهی شده است: اکنون می‌توانید کندی کراش را روی ساعت هوشمند خود بازی کنید. واقعاً ما در آینده زندگی می‌کنیم. اما هرگز بدون ساخت ساعت مکانیکی به اینجا نمی‌رسیدیم.
ساعت مکانیکی چگونه کار می‌کند؟
ساعت‌های مکانیکی هزاران سال است که وجود داشته‌اند اما قرن‌ها طول کشید تا مخترعان بفهمند که چگونه می‌توانند این فرآیند را کوچک‌سازی کنند تا یک ساعت بتواند در جیب یا روی مچ شما قرار گیرد. اگرچه قسمت داخلی یک ساعت مچی و یک ساعت ایستاده بسیار متفاوت است اما اساساً یکسان هستند. کلید زمان‌سنجی نوسان است.
در داخل یک ساعت مکانیکی چند جزء اصلی را خواهید یافت: فنر اصلی (انرژی)، چرخ‌دنده‌ها (یا چرخ‌ها)، چرخ‌دنگ و نوسان‌ساز. بسته به اینکه ساعت، سیم‌پیچ دستی یا اتوماتیک باشد، دارای یک دسته کوک خارجی (دستی) یا یک وزنه نوسانی داخلی (اتوماتیک) خواهد بود.
فنر اصلی توسط دسته کوک یا وزنه نوسانی پیچانده می‌شود، به این ترتیب انرژی تولید شده و سپس از طریق چرخ‌دنده‌ها منتقل می‌گردد. این چرخ‌دنده‌ها کارهای گوناگونی انجام می‌دهند. آن‌ها انرژی را به قسمت‌های دیگر ساعت منتقل می‌کنند و عقربه‌های ساعت، دقیقه و ثانیه شمار را نیز می‌چرخانند.
نوسان‌ساز و چرخ‌دنگ با هم کار می‌کنند تا انرژی را تنظیم کرده و تعادل را برای عملکرد زمان‌سنجی فراهم کنند (به نوسان‌ساز رقاصک یا فنر تعادل نیز گفته می‌شود).
چرخ‌دنگ انرژی دورانی چرخ‌دنده‌ها را به انرژی رفت و برگشتی منتقل می‌کند که زمان‌سنجی کارآمد و دقیق را امکان‌پذیر می‌سازد. (تجسم این فرآیند ممکن است دشوار باشد بنابراین یک ویدیوی مفید برایتان آورده‌ایم:
ساعت کوارتز چگونه کار می‌کند؟
تا قرن بیستم که دانشمندی از آزمایشگاه بل به نام وارن ماریسون اولین ساعت کوارتز را در سال 1927 ساخت، موتور مکانیکی تنها گزینه موجود بود. یک ساعت کوارتز (یا ساعت الکترونیکی) به چیزی به نام نوسان کریستالی متکی است.
کوارتز یک ماده معدنی طبیعی است که با پیزوالکتریک، یک بار الکتریکی، پر شده است. این بار درون کوارتز یک سیگنال الکتریکی ایجاد می‌کند که برای همان نوع نوسانی که توسط نوسان‌ساز و چرخ‌دنگ در یک ساعت مکانیکی (یا آونگ در ساعت ایستاده) ایجاد می‌شود مهار شده است. با دستکاری این انرژی درونی کوارتز، یک ساعت الکترونیکی می‌تواند زمان را به صورت دقیق تا سال‌ها نگه دارد.
بحران کوارتز
اولین ساعت مچی کوارتزی که در دسترس عموم قرار گرفت در سال 1969 عرضه شد و توسط شرکت سیکو ساخته شد که تحولی بزرگ بود. دهه 70 میلادی، با سیل ناگهانی ساعت‌های کوارتز دقیق‌تر و ارزان‌تر که به نظر می‌رسید ساعت‌های مکانیکی را منسوخ کند، صنعت ساعت‌سازی را دچار هرج و مرج ساخت. آن را «بحران کوارتز» می‌نامیدند، به‌ویژه در سوئیس که ساخت ساعت‌های مکانیکی استثنایی، غرور ملی بود. همان‌طور که می‌بینید، بحران برای همیشه دوام نیاورد. ساعت‌های مکانیکی (و سوئیسی) در دهه 1980 دوباره موفق شدند که تا حدودی به دلیل ظهور سواچ و ساعت‌های آنالوگ مقرون‌به‌صرفه‌ترشان بود. سرانجام، با همزیستی ساعت‌سازان رده بالا در کنار برادران ارزان‌تر و کارخانه‌ای خود، صنعت به تعادل رسید.
چرا ساعت‌های کوارتز دقیق‌تر هستند؟
راز دقت کوارتز این است که همه ساعت‌ها حداقل مقداری زمان از دست می‌دهند. مهم نیست چقدر پول برای رولکس خود می‌پردازید چون نمی‌تواند از یک اصل اساسی جهان یعنی اصطکاک فرار کند. تمام آن چرخ‌ها و دنده‌های پیچ در پیچ داخل ساعت مکانیکی تابع قوانین فیزیک هستند. انرژی با هر چرخش و هر تماس دندانه‌ها از بین می‌رود. علاوه بر این، آن مکانیسم‌های داخلی تحت تأثیر عوامل خارجی دیگری مانند جاذبه و شرایط آب و هوایی قرار دارند. روش اصلی ساعت‌های کوارتز برای جلوگیری از این مشکلات، حذف اکثر قطعات متحرکی است که می‌توانند توسط واقعیت فیزیکی مختل شوند. علاوه بر این، نوسان کوارتز بدون نیاز به منبع انرژی خارجی اتفاق می‌افتد، بنابراین نیازی به تنظیم مداوم آن نیست. حتی برخی از بهترین ساعت‌های مکانیکی دو ثانیه در روز عقب یا جلو خواهند افتاد در حالی‌که یک ساعت کوارتز ارزان‌قیمت هر 30 سال فقط یک ثانیه از دست می‌دهد. ساعت‌های کوارتز همچنان از قطعات فیزیکی تشکیل شده‌اند بنابراین، حتی در دقیق‌ترین حالت هم عقب می‌مانند. ساعت‌های مدرن با ویژگی‌هایی ساخته می‌شوند که می‌توانند از اثرات دما و گرانش جلوگیری کنند اما قوانین ترمودینامیک به این راحتی قابل دور زدن نیستند. برخی از ساعت‌های کوارتز گران‌قیمت دارای موتورهای مجهز به جواهر هستند که اصطکاک را کاهش داده و به ساعت اجازه می‌دهد تا نرم‌تر کار کند، همچنین باعث می‌شود ساعت کمتر عقب بماند و دقت بیشتری داشته باشد.
آیا ساعت کاملاً دقیقی وجود دارد؟
پاسخ کوتاه آن، نه است. پاسخ کمی طولانی‌تر این است که هنوز نه. با این حال، ساعت‌ها دارند دقیق‌تر می‌شوند و در حال حاضر دقیق‌ترین آن‌ها توسط ساعت‌های اتمی ثبت شده است.
ساعت‌های اتمی هنوز از کوارتز استفاده می‌کنند اما زمان با سیگنال دریافتی از ساعت اتمی تنظیم می‌شود. برخی از نمونه‌های آن عبارتند از: فناوری زمان‌سنجی اتمی چند باند کاسیو (Multi-Band 6 Atomic)، خط جی‌پی‌اس استرون سیکو (Astron GPS)، یا خط ساعت‌های کنترل‌شده رادیویی Citizen’s Atomic Timekeeping (AT).
از سال 2021، بسیاری Citizen Caliber 0100 را دقیق‌ترین ساعت موجود با دقت سالانه 1± ثانیه می‌دانند! نکته حیرت‌آور این است که سیتیزن بدون استفاده از ساعت‌ها یا ماهواره‌های اتمی رادیویی کنترل‌شده داده‌های همگام به این امر دست یافت.
هر روز، یک ساعت اتمی با این سیگنال تنظیم می‌شود، نه اینکه اگر یک روز را از دست داد متوجه شوید: یک ساعت اتمی هر 100 میلیون سال یک ثانیه از دست می دهد.
با دانستن این موضوع که ساعت‌های کوارتز بسیار دقیق‌تر از ساعت‌های مکانیکی هستند ممکن است بپرسید چرا کسی باید دومی را بخرد. خب، از دست دادن چند ثانیه در روز روی زندگی بیشتر افراد تأثیر چندانی نخواهد داشت، مخصوصاً اگر هر چند روز یکبار وقت بگذارید و ساعت خود را دوباره کوک کنید. اگر چیزی که از ساعت‌های خود می‌خواهید دقت مطلق است، اتمی فکر کنید، در غیر این صورت، لحظه‌ای دیگر را هم با نگرانی در مورد ثانیه‌های از دست رفته هدر ندهید.