手表发展的历史
从计时工具到精密艺术品
在人类文明的长河中，时间始终是一个重要的主题。手表，作为现代社会中最为普及的计时工具之一，其发展历程犹如一部波澜壮阔的史诗，见证了人类智慧的闪耀与科技的飞速进步。从最初简单的计时装置，到如今集精密机械、复杂功能与精湛工艺于一身的腕间艺术品，手表的演变反映了不同时代的技术水平、审美观念和社会需求。下面这张手表历史轴线图可以帮助我们更直观地了解手表发展的历程。
图1 手表发展历史轴线图
1古代计时工具的探索
人类对时间的感知与测量可追溯至远古时代。大约6000年前人们凭借对自然现象的敏锐观察，创造出了最早的计时工具——日晷，它利用太阳投射的影子来测定时刻，通过在圆盘上刻划出不同的刻度，根据影子的位置来读取时间，是一种简单而有效的计时装置。然而，日晷的使用受到天气和地理位置的限制，一旦遇到阴天或夜晚，便无法正常工作。
图2 古代日晷
为了突破日晷的局限性，古人又发明了水钟、火钟以及铜壶滴漏等等，虽然这些计时装置都无法称之为是真正的钟表，但却为后来的钟表的发展奠定了基础。
宋哲宗元祐三年（1088），我国宋代科学家苏颂和韩公廉等人制造了天文观测仪器——“水运仪象台”，集观测、演示、计时、报时于一体，是当时世界最先进的天文钟，并且是世界上最早的“擒纵机构”。
图3 水运仪象台核心部件——枢轮机构和天恒机构
（图片拍摄于大来时间博物馆）
中国将水钟发展到了登峰造极的地步，但欧洲却选择了另外一条道路，随着机械技术的逐渐兴起，第一批机械钟于 13 世纪制造完成，它们体积庞大，约2立方米，被安装在教堂钟楼里，为当地居民报时。从14世纪起，钟表开始出现在私人住宅中，这些挂钟是教堂钟的缩小版，由绳索悬挂的重物驱动，它们不仅是机械技术与手工工艺的结合体，更是计时工具开始向机械化迈进的标志。
图4 英国大本钟（图片来源于网络）
2手表的早期发展与技术萌芽
到了15世纪，一项不起眼但足以改变钟表历史的发明出现了，那就是发条，发条作为一种储能装置，它替代了笨重的重锤，使得将计时装置小型化成为可能。16 世纪初，纽伦堡的工匠彼得·亨莱因制作出便携式的怀表，形状为蛋形，也被称为“纽伦堡蛋”，这是现代手表的雏形之一。此时的蛋形表内部结构简陋，缺乏有效的传动和擒纵系统，但已具备了机械手表的基本功能。
图5 早期蛋形表（图片来源于网络）
早期的怀表只能以小时计时，并且每天的误差可多达数十分钟，各个国家的制表师开始追求技术上的革新，但进展缓慢，直到16 世纪末期，意大利物理学家伽利略发现了摆的等时性，而荷兰物理学家惠更斯受此启发设计出钟摆，并将钟摆融入机械钟表中，大大提高了机械钟表的计时精度，钟摆与擒纵机构形成了一套稳定的计时系统，大幅降低了机械钟表的误差，同时也验证了“以周期性运动作为时间基准“的可行性，钟表的发展进入了一个新的阶段。
近代西方的机械钟表是在明末时期传入中国的，1601年，意大利传教士利玛窦献给明代万历皇帝两座自鸣钟。正是这两座钟对我国的机械钟制造产生了深远的影响。据说，当时利玛窦还对其进行了改造，为了使其适应中国的计时习惯，将24小时改成了12时辰，将阿拉伯数字改成了中国数字，并且将一天分为一百刻，将每段又分为一百分，当时中国只有时辰和刻的时间概念，而利玛窦重新划分“刻”并引入“分”这个概念是为了与国外的时、分、秒相对应。
1660年，英国人胡克发明了游丝，用来控制摆轮在等时的往复运动，这个钟表里弹性元件的出现让钟表向着更加精密的方向发展。1704 年，jacob debaufre 和 nicolas fatio di duillier 首创宝石轴承，将坚硬耐磨的宝石（如红宝石、蓝宝石）应用于机芯中，减小了齿轮与夹板之间的摩擦力，提高了机芯的使用寿命和计时精度，这一技术至今仍在机械手表中广泛使用。到了 18 世纪中叶，英国制表师thomas mudge发明了杠杆式擒纵机构，这一机构成为现代机械腕表应用最广泛的擒纵形式。杠杆式擒纵机构通过一个 l 形杠杆，利用两个对称叉瓦与擒纵轮配合，实现了擒纵轮每次只释放一个齿牙，同时游丝的弹性形变提供复位力。这种机构的传动效率高，零件尺寸可大幅缩小，完美适配了腕表机芯的微型化需求，自发明以来历经不断改进和优化，至今仍是机械制表领域的主流选择。
图6 杠杆式擒纵机构（图片来源于网络）
18世纪初，地理大发现促进了英法海上争霸的进程，虽然海员们很早就懂得利用北斗星的高度角来推算纬度，但是经度测量却没有什么行之有效的方法，1530年，荷兰天文学家杰马·弗里西斯提出“以时间确定经度”的原理。每24小时，地球自转360度，那么1 小时相当于15度，4分钟相当于1度。弗里西斯说，只要带上一只走得非常准确的钟，用来记录出发点的当地时间，同时用其他方法准确测量目前所在地的当地时间，两个时间之差就是两地之间的经度差，但是受当时手表精度的局限，这一方法一直停留在理论上。直到1707年，英国舰队因定位错误在锡利群岛触礁，近 2000 人丧生，这场灾难促使英国议会通过《经度法案》，悬赏两万英镑寻找海上定位的方法，最终，英国表匠john harrison历经四十年研发，在1759年完成h4航海钟，在 1761 年横渡大西洋的测试中，81 天仅慢 5 秒，经度误差仅 1.25 经分，为英国 “日不落帝国” 的海权扩张提供了技术支撑。
图7 h4航海钟（图片来源于网络）
时间来到1770 年左右，亚伯拉罕・路易・伯莱特发明了自动上条的机械计时装置，通过佩戴者的手臂运动来为发条上弦，无需手动操作，极大地提升了机械表的便利性，成为制造自动表的先驱人物。1801 年，宝玑发明了陀飞轮，陀飞轮的本质是一个旋转式擒纵机构，其核心是将摆轮、游丝、擒纵轮等关键部件集中在一个可以旋转的框架中，通过框架的匀速旋转，抵消不同角度下引力的影响，这是钟表机械制造的最高技艺之一。
图8搭载陀飞轮的宝玑航海系列腕表
（图片来源于腕表之家）
18世纪后期欧洲工业革命爆发，资本主义的机器工业开始代替手工工业，大幅度提高了当时的制表效率，同时推动钟表机芯生产的机械化与标准化进程。工业革命推动钟表机芯的标准化生产，同时各种新功能和新设计也在这一时期开始萌芽、发展。但第一款带有计时功能的表却出现于1821年尼古拉・马修・里厄塞克之手，原理是利用墨水来记录时间,它有一个旋转的表盘，当启动计时装置后，随着表盘转动，带有墨水的指针会在表盘上留下痕迹，从而标记出时间间隔。
3手表的技术革新与石英危机
在世纪之交的布尔战争和随后的第一次世界大战中，士兵们发现，在炮火纷飞的战场上，从口袋里掏出怀表查看时间既不方便也极其危险，将表戴在手腕上，只需一瞥即可获知时间，这在协调军事行动时至关重要。于是，军官们开始将小型怀表用皮带固定在手腕上。从此手表逐渐普及，同世纪科技也呈现出飞速发展的趋势，手表制造业迎来了前所未有的技术革新，手表的功能不断创新和拓展。除了基本的计时功能外，手表逐渐增加了日历、星期、月相、计时码表等复杂功能。1945 年，劳力士推出了第一款带有日历功能的手表，只需轻轻转动表冠，就可以快速调整日期，为人们的日常生活带来了极大的便利。1980年，万国表推出了带有计时码表功能的手表，能够精确测量时间间隔，被广泛应用于体育赛事和科学研究等领域。此后，月相显示、万年历、陀飞轮等复杂功能也相继出现在手表上。这些复杂功能不仅增加了手表的实用性，也体现了制表工艺的精湛和高超。月相显示功能可以让人们直观地了解月亮的阴晴圆缺，万年历功能能够自动识别大小月和闰年，无需手动调整日期，陀飞轮则通过不断旋转的框架抵消地心引力的影响，提高走时精度。这些功能的出现，使得手表不再仅仅是一种计时工具，更是一种融合了科技与艺术的精密仪器。
图9 百达翡丽超复杂功能腕表
（图片来源于腕表之家）
20世纪中后期，随着技术的成熟和工业化生产的推进，石英手表在走时精度、价格、产量上全面碾压传统机械表，对瑞士制表业造成了前所未有的冲击。其实seiko精工的石英表并不是第一个挑战机械表地位的产品，早在20世纪50年代瑞士就已经研制出第一代电子表，更是在1962年建立“电子制表中心（centre electronique horloger）”，专门负责研制石英表，其实相较于日本，瑞士在石英表制作上起点更高，研发速度也更快，但是瑞士钟表业总体并未接纳石英表，当时瑞士的机械表在全球市场上占据绝对的统治地位，并且视机械表为基础的制表行业为瑞士的国家象征，因此瑞士的众多表行认为无需过多的生产石英表，直至1978年，石英表市场份额超过机械表，而瑞士的制表业停滞不前，众多瑞士表业倒闭。1983年，石英危机到达顶峰，瑞士制表师人数由1600人锐减至600人，因此，瑞士两大表业集团asuag与ssih合并为斯沃琪集团，推出价格低廉、塑料材质且颜色图案更加时尚的的石英腕表，成功扳回一城，与此同时，幸存下来的瑞士制表业开始向高端奢侈品市场转移，机械表也开始追求更精湛的工艺、美学价值。作为抵抗石英表的代表人物，英国制表大师乔治・丹尼尔斯认为机械表的进步必须从基本性能入手，经过 15 年的潜心研究，他推出了同轴擒纵机构。该机构将擒纵轮与擒纵叉之间的摩擦由垂直方向转变为平行方向，显著减少了摩擦损耗，从而在精度上面有了与石英表一较高下的资本,随着瑞士制表业逐渐转向高端奢侈品市场，至此，持续了数十年的石英危机落下帷幕。
图10 swatch1983复刻经典系列腕表
（图片来源于tigerhoodk8凯发天生赢家一触即发人生官网）
如今，手表市场竞争激烈，但是机械手表仍然拥有着庞大的市场和忠实的爱好者，机械手表的魅力在于其内部精密的机械结构，当你透过表背的透明底盖看到机芯中齿轮的转动、摆轮的摆动、游丝的收缩时，能感受到一种独特的机械之美。每一枚机械手表都是一件艺术品，它承载着制表师的智慧和心血，也见证了时间的流逝。在未来，随着科技的不断发展，机械手表将继续坚守其传统工艺，同时也可能会与现代科技相结合，绽放出更加迷人的光彩。
*文稿：研发一部 康智涛
（文章来源：靖和机芯）
