นาฬิกาแดด เป็นนาฬิกาที่ใช้บอกเวลารุ่นแรกสุด ชาวสุเมเรียนเป็นชนเผ่าหนึ่ง ที่ใช้นาฬิกาชนิดนี้ โดยจะแบ่งช่วงเวลาออกเป็น 12 ช่วงในหนึ่งวัน ซึ่งแต่ละช่วงจะกินเวลาประมาณ 2 ชั่วโมง โดยใช้วิธีวัดความยาวแสงเงาเป็นมาตรฐานในการวัดระยะเวลา
ด้านชาวอียิปต์ แบ่งเวลาออกเป็น 12 ช่วงเช่นกัน โดยดูเวลาจากเสาหินแกรนิตที่เรียกว่า ?Cleopatra Needles? การดูเวลาจะสังเกตจากความยาวและตำแหน่งเงา ที่แสงอาทิตย์ตกกระทบบนพื้นทำกับขีดทั้ง 12 ช่วงเวลาที่แบ่งไว้ เพื่อจะได้ไว้ดูว่าช่วงกลางวันเหลือเวลาที่เท่าไหร่
ส่วนชาวโรมัน แบ่งเวลาออกเป็นช่วงกลางวันและกลางคืน คอยมีเจ้าหน้าที่ประกาศเท่านั้น ขณะที่ชาวกรีกประดิษฐ์นาฬิกาน้ำ โดยใช้ถ้วยเจาะรูจมลงในโอ่ง เรียกว่า ?Clepsydra? ดูการจมของถ้วยเทียบระยะเวลา ชาวกรีกใช้นาฬิกาชนิดนี้ในศาล ต่อมาในปี 250 ก่อนคริตศักราช นักปราชญ์อาร์คิมิดิส พัฒนานาฬิกาน้ำนี้ขึ้นโดยเพิ่มตัวควบคุมความเร็ว เขาปรับปรุงนาฬิกาชนิดนี้เพื่อใช้งานทางดาราศาสตร์
ต่อมาจึงมีการทำนาฬิกาทรายขึ้น ซึ่งมีลักษณะเป็นแก้วเป่าสองชิ้นมีรูแคบๆ กั้นกลาง โดยใช้ทรายเป็นตัวบอกเวลา จัดเป็นนาฬิกาแบบแรกที่ไม่อาศัยปัจจัย ดิน ฟ้าอากาศ มักใช้จับเวลาระยะสั้นๆ เช่น การกล่าวสุนทรพจน์ การบูชา การเฝ้ายาม และการทำอาหาร เป็นต้น
สำหรับนาฬิกายุคใหม่ พัฒนาขึ้นช่วง ค.ศ.100 - 1300 ในยุโรปและในจีน คำว่า ?Clock? ในภาษาฝรั่งเศสแปลว่า ระฆัง อาศัยหลักการดึงดูดก่อให้เกิดน้ำหนักที่จะเคลื่อนคันบังคับ ซึ่งจะทำให้เข็มนาฬิกาเคลื่อนที่
หอนาฬิกาแห่งแรกในโลก ติดตั้งที่มหาวิหารสตร๊าสบวร์ก ในเยอรมันนี ปี ค.ศ.1352 ? 54 และปัจจุบันยังใช้งานได้อยู่ ต่อมาในปี ค.ศ.1577 จึงมีการประดิษฐ์เข็มนาที และในปี ค.ศ. 1656 จึงมีการประดิษฐ์ลูกตุ้มที่ใช้ในนาฬิกาทำให้บอกเวลาเที่ยงตรงยิ่งขึ้น ส่วนนาฬิกาพก ประดิษฐ์ขึ้นโดย นาย ปีเตอร์ เฮนไลน์ ชาวเมืองนูเรม-บวร์ก จากนั้นในปี ค.ศ.1962 มีการประดิษฐ์นาฬิกาเชิงอะตอมซีเซียม ใช้ในหอดูดาวกรีนิช ประเทศอังกฤษ ซึ่งถือว่าจับเวลาคลาดเคลื่อนน้อยที่สุด
ประเภทนาฬิกา
เราเริ่มต้นกับเรื่องราวการแบ่งประเภทนาฬิกาตามกลไก โดยทั่วไปแบ่งออกเป็น 2 ประเภทคือ
1. Mechanical Watch หรือนาฬิกากลไกจักรกล ที่อาศัยการเคลื่อนไหวของฟันเฟืองต่างๆภายในชุดกลไกที่ได้รับแรงขับมาจากลานสปริงมาทำให้นาฬิกาเดินได้ นาฬิกาจักรกลได้รับการคิดค้นมานานหลายร้อยปีซึ่งประมาณกันว่ามีการคิดประดิษฐ์ขึ้นราวศตวรรษที่ 16 ปัจจุบันแบ่งออกเป็น 2 กลุ่มคือ
- Manual Winding Watch คือนาฬิกาไขลาน (หรือไขลานด้วยมือ) ซึ่งเป็นนาฬิกาที่มีใช้กันมาแต่ดั้งเดิมโดยอาศัยการไขลานเพื่อดึงให้สปริงลานดึงขึ้น และเมื่อสปริงลานตัวนี้คลายตัว ก็เสมือนการถ่ายโอนพลังงานที่ใช้ในการขับเคลื่อนๆฟันเฟืองต่างๆของกลไกและทำให้นาฬิกาทำงาน
- Automatic Winding Watch (Self-winding watch) คือนาฬิกาออโตเมติก หรือนาฬิกาไขลานอัตโนมัติ หรือเรียกง่ายๆว่าไขลานและทำงานได้ด้วยตัวเอง นาฬิกาในกลุ่มนี้จะมีตัวโรเตอร์ (Rotor) คอยเหวี่ยงขึ้นลานให้ ขณะที่เราสวมใส่นาฬิกาไว้บนข้อมือตลอด หรือ อยู่ในเครื่องหมุนหรือตู้ไขลานนาฬิกา (Watch winder) ซึ่งแรงเหวี่ยงจากข้อมือและตู้ไขลานจะช่วยให้โรเตอร์ทำงานตลอดส่งผลให้เกิดการขึ้นลานตลอด นาฬิกาจึงสามารถเดินได้ตลอดเวลา และจุดสังเกตของนาฬิกากลุ่มนี้ตัวเรือนเบาๆก็จะได้ยินเสียงโรเตอร์สั่นและหมุนดังเป็นเสียงกิ๊กเบาๆ
2. Quartz Watch ที่เรียกกันว่านาฬิกาควอตซ์หรือนาฬิกาอิเล็กทรอนิกส์ คือนาฬิกาที่ต้องใช้แบตเตอรี่หรือถ่านช่วยในการทำงานนั่นเอง นาฬิกากลุ่มนี้ใช้พลังงานไฟฟ้าจากแบตเตอรี่เป็นตัวหมุนเข็มนาฬิกาให้เดินบอกเวลาหรือแสดงเวลาผ่านระบบตัวเลขดิจิตอลบนหน้าปัดแบบ LCD หรือ LED ซึ่งจะใช้พลังงานไฟฟ้าบางส่วนส่งผ่านผลึกควอตซ์แล้วรับสัญญาณความถี่กลับออกมาให้ไมโครเซสเซอร์ประเมินผลออกมาเป็นเวลา และควบคุมการเดินของเข็มอีกทอดหนึ่ง นาฬิกาควอตซ์มีความเที่ยงตรงสูงและราคาไม่แพง สะดวกต่อการใช้งาน แต่ไม่นิยมในหมู่นักเล่นนาฬิกาเท่าไร
ความรู้เรื่อง กำเนิดนาฬิกา
ชีวิตประจำวันของเราเต็มไปด้วยกิจธุระที่ต้องไปโน่นมานี่ ทั้งหมดนี้ล้วนแต่ต้องทำอย่างเที่ยงตรง ชีวิตและวันเวลาของเราจึงต้องถูกการวางแผนและกำหนดเวลาซึ่งจะเกิดขึ้นได้ก็ ด้วยนาฬิกา
ไม่ปรากฏวันเวลาที่แน่นอนว่า การประดิษฐ์อุปกรณ์บอกเวลาเรือนแรกเกิดขึ้นเมื่อใด แต่จุดกำเนิดของเครื่องบอกเวลานั้นนับย้อนไปได้ถึงห้าหรือหกพันปีก่อน เมื่อมีการตั้งถิ่นฐานของมนุษย์ในตะวันออกกลางและแอฟริกาเหนือ ชาวอียิปต์เมื่อ ๓,๕๐๐ ปีก่อนคริสตกาลมีอุปกรณ์บอกเวลาในรูปของแท่งหินสูงสี่เหลี่ยมยอดปิระมิด ซึ่งจะทอดเงาลงบนทรายบอกเวลาที่ผ่านไป ในช่วงเวลาเดียวกันนั้นก็มีการใช้นาฬิกาแดดด้วย นาฬิกาแดดประกอบด้วยแผ่นโลหะทรงกลมมีส่วนนูนลาดเอียงขึ้นมาจากตรงกลางเมื่อ ดวงอาทิตย์เคลื่อนไป เงาที่ตกลงบนแผงหน้าปัดจะเป็นตัวบอกเวลา ทุกวันนี้ก็ยังมีการใช้นาฬิกาแดดอยู่บ้าง ในปี ๑,๕๐๐ ก่อนคริสตกาล ชาวอียิปต์ได้ประดิษฐ์นาฬิกาแดดที่พกพาติดตัวขึ้นมา ซึ่งเป็นบรรพบุรุษของนาฬิกาในปัจจุบัน ยังไม่มีการใช้คำว่า นาฬิกา (clock) จนกระทั่งศตวรรษที่สิบสี่ความหมายของนาฬิกาในยุคนั้นยังไม่ใช่ความหมายที่เรารู้จักกันในปัจจุบัน แต่หมายถึง ระฆัง (bell) หรือ เครื่องส่งสัญญาณเตือนภัย (alarm) ขณะที่นาฬิกาเรือนแรกไม่มีกลไกอยู่ข้างใน ทว่าสามารถทำหน้าที่บางอย่างของนาฬิกาในปัจจุบันได้แม้จะไม่เที่ยงตรง เช่น นาฬิกาปลุกเรือนแรกซึ่งนับย้อนไปได้ถึงยุคโบราณมีการออกแบบง่าย ๆ เวลาปลุกนั้นก็นำตะปูมาเสียบไว้ในแท่งเทียนไขตรงชั่วโมงที่ต้องการเมื่อ เทียนไขลุกไหม้ลงมาถึงจุดที่ตะปูเสียบอยู่ ตะปูก็จะหล่นลงบนถาดสังกะสีข้างล่าง ปลุกผู้ใช้ให้ตื่นขึ้น
นาฬิกาน้ำเป็นอีกหนึ่งวิธีซึ่งคนโบราณใช้ดูเวลา โดยมีหลักการทำงานง่าย ๆ คือ ปล่อยน้ำให้หยดลงในภาชนะ ซึ่งจะค่อย ๆ ทำให้ทุ่นที่อยู่ข้างในลอยขึ้นไปตามขีดบอกเวลา นาฬิกาเรือนเก่าแก่ที่สุดค้นพบในสุสานของ ฟาโรห์อเมนโฮเทปที่ ๑ (Amenhotep I)
นาฬิกาเรือนแรกที่มี ตัวเกาะฟันเฟือง (escapements) ยัง ไม่เกิดขึ้นกระทั่ง ปี ๑๒๘๕ ตัวเกาะฟันเฟืองคือ กลไกซึ่งเคลื่อนที่ด้วยจังหวะสม่ำเสมอและผลักเฟืองให้ขยับไปข้างหน้าด้วย อัตราที่เท่ากัน หอนาฬิกาบอกเวลาแห่งแรกเกิดขึ้นในมิลานเมื่อราว ค.ศ. ๑๓๓๕ เป็นนาฬิกามีเข็มเพียงอันเดียวคือ เข็มชั่วโมง ความเที่ยงตรงของเวลาที่บอกก็ยังไม่สม่ำเสมอ
ในปี ๑๕๑๐ การประดิษฐ์นาฬิกาจึงได้รับการปรับปรุงโดยชาวเยอรมัน ปีเตอร์ เฮนเรียน แห่งนูเรมเบิร์ก (Peter Henlien of Nuremberg) ซึ่งคิดค้นนาฬิกาที่ใช้ระบบลวดสปริง แม้นาฬิกานี้จะมีความเที่ยงตรงมากขึ้น แต่ก็ยังมีปัญหาเดินช้าลงเมื่อ ลวดสปริงเส้นหลัก (mainspring) คลายตัวออกรูปแบบของนาฬิกาได้รับการปรับปรุงโดย จาคอป เชค (Jacob Zech) แห่งปราก ซึ่งใช้ลูกรอกขดลวดมาถ่วงให้แรงดึงของลวดสปริงมีสมดุลแม้จะมีพยายามเพิ่ม ความเที่ยงตรงให้กับอุปกรณ์บอกเวลา แต่นาฬิกาก็ยังทำงานด้วยเข็มเพียงเข็มเดียว
โจสท์ เบอร์จี
Jost Burgi, Swiss inventor of logarithms
ในปี ๑๕๗๗ ช่างนาฬิกาชาวสวิตเซอร์แลนด์ โจสท์ เบอร์จี (Jost Burgi ค.ศ. ๑๕๖๔-๑๖๔๒) ประดิษฐ์นาฬิกาที่มีเข็มเรือนแรกขึ้น แต่เข็มนาทีนี้ยังใช้งานจริงไม่ได้ กระทั่งมีการคิดค้นนาฬิกาที่ทำงานด้วยระบบลูกตุ้มขึ้นในปี 1656
ต้นทศวรรษที่ 1580 นักประดิษฐ์ชาวอิตาลี กาลิเลโอ กาลิเลอี ( Galileo Galilei ค.ศ. 1564-1642 ) ผู้ ช่างสังเกตและปราดเปรื่องเกิดแรงบันดาลใจจะประดิษฐ์นาฬิกาลูกตุ้มเรือนแรก ขึ้น หลังพบว่าจังหวะการแกว่งของลูกตุ้มจะเท่ากับจำนวนของเวลาเสมอ เขากับลูกชายวินเซนโซ (Vincenzo ค.ศ. ๑๕๒๐-๑๕๙๑) เริ่มออกแบบและหาแม่แบบซึ่งเหมาะสมที่สุดโดยยึดหลักการดังกล่าวเป็นหลัก ทว่าโชคร้ายนักยังไม่ทันจะได้สร้างนาฬิกาตามแม่แบบที่คิดกันไว้ กาลิเลโอกลับล้มป่วยและเสียชีวิตลง อย่างไรตาม ลูกชายของกาลิเลโอ ไม่ได้ปล่อยให้วิสัยทัศน์ของบิดาผ่านไปโดยสูญเปล่าและประดิษฐ์ผลงานต้นแบบ ขึ้นในปี ๑๖๔๙
กาลิเลโอ
แนวคิดของกาลิเลโอ ได้รับการพัฒนาให้สมบูรณ์ในปี ๑๖๕๖ โดยนักคณิตศาสตร์ชาวดัตซ์ คริสเตียน ฮูเจนส์ (Chirstiaan Huygens ค.ศ. ๑๖๒๙-๑๖๙๕) ผู้คิดประดิษฐ์นาฬิกาลูกตุ้มถ่วงน้ำหนักให้เข็มเดินขึ้นเป็นเรือนแรก การประดิษฐ์นี้ทำให้ความพยายามที่จะรักษาเวลาบนหน้าปัดนาฬิกาเที่ยงตรงอยู่ ตลอดเวลาเป็นไปได้ แม้นาฬิกาจะยังทำงานด้วยระบบเข็มเดียว ครั้นพอปี ๑๖๘๐ เข็มนาฬิกาก็ปรากฏกายขึ้นบนหน้าปัดนาฬิกา
นาฬิกา ควอตซ์
ในปี ๑๘๘๙ ชีกมุนด์ รีเฟอร์(Siegmund Riefler) ได้ สร้างนาฬิกาลูกตุ้มที่มีความเที่ยงตรงภายในหนึ่งส่วนร้อยของวินาที ก่อให้เกิดการประดิษฐ์นาฬิกาที่ใช้ลูกตุ้มสองอันตามมาติด ๆ ในปี ๑๙๒๑ โดยดับเบิลยู.เอช. ช็อตต์ (W. H. Short นาฬิกานี้ทำงานโดยลูกตุ้มหลักกับลูกตุ้มรอง มีความคลาดเคลื่อนเทียงเศษหนึ่งส่วนพันวินาทีต่อวัน
ขณะที่นาฬิกา ควอตซ์ (quartz) เริ่มเข้ามาแทนที่นาฬิกาลูกตุ้มในช่วงทศวรรษที่ ๑๙๓๐ และ ๑๙๔๐ แต่ก็ยังมีการใช้นาฬิกาลูกตุ้มอยู่ในปัจจุบัน เพราะนาฬิกาลูกตุ้มรุ่นคุณปู่เป็นของเก่าที่น่าสะสม
นาฬิกาควอตซ์มีการทำงานพื้นฐานมาจากคุณสมบัติทำให้เกิดไฟฟ้าของผลึกแก้ว เมื่อนำมาวางในสนามพลังไฟฟ้า ผลึกแก้วจะเปลี่ยนรูปทรง ในทางกลับกัน เมื่อบีบหรือหักผลึกแก้ว จะได้สนามพลังไฟฟ้ากลับมาเช่นกัน เมื่อเอาผลึกแก้วไปเชื่อมต่อกับวงจรไฟฟ้าปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นก็จะทำให้ผลึก แก้วสั่น เกิดเป็นคลื่นความถี่ต่อเนื่องส่งให้นาฬิกาทำงาน เนื่องจากมีความถูกต้องและราคาไม่สูง นาฬิกาควอตซ์จึงกลายเป็นอุปกรณ์บอกเวลาอันดับแรกที่ผู้คนนิยมใช้กัน
แม้จะยังได้รับความนิยมอยู่เป็นจำนวนมากในปัจจุบันนี้ แต่ความเที่ยงตรงอันโดดเด่นของนาฬิกาควอตซ์ก็ตกเป็นรองนาฬิกาปรมาณู (atomic clock) ซึ่งมีความเที่ยงตรงสูงมากไปเสียแล้ว
