作者：（爱尔兰）莉兹·埃弗斯
出版社：中信出版社
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时间简史：从日历、时钟到月亮、周期试读：
前言
几年前，巴西印第安人事务部拍下了一组令人惊讶的图片。飞机从巴西和秘鲁交界处附近的亚马孙河上空飞过时，他们拍下了一个与世隔绝的部落。照片中，这里的人有的将皮肤涂成红色，有的涂成黑色，但所有人都充满好奇地抬着头，注视着这个金属的“大鸟”从空中划过。
看到这样的照片，我有种时空穿越的感觉：我明明身处当下，看到的却是“过去”，抑或两个平行发生的维度。那个部落的人们不知道现在已是“21世纪”。对他们而言，我们来自另一时空，甚至是另一世界的奇怪生物。很难讲亚马孙河这种不属于当代的“过去”还能存在多久，现代人已经开始入侵这些远古部落的生活，有时甚至是以“发展”之名而暴力入侵。
这些照片公之于众的几个月后，我又听说了另一个故事，关于一个最近才与外界接触的部落——巴西亚蒙达瓦（Amondawa）部落。人类学家于1986年首次“发现”亚蒙达瓦部落，这个部落的人们没有“时间”这个抽象概念。他们既没有形容时间的词汇，也不会以月或者年来分割时间。他们不会使用年龄，而是通过给每个人起不同的名字来表示不同的人生阶段和在部落中的地位。他们也不懂如何计时，没有日历、没有钟表，仅有有限的计数系统。
在我看来，这样的生活简直难以想象。但是同时，我也意识到我们现代人对时间太过痴迷，而且总觉得时间不够，可是对亚蒙达瓦人来说，“时间的概念”存在与否似乎并未给他们的生活造成困扰，实在令人惊奇。而我自身对时间本身、人类如何捕获和创造时间，以及地球和我们的身体如何与时间互动，也的确知之甚少。
每个人都生活在自己的“心理时区”里，追忆过去，期许未来，而这些“心理时区”又与身体所处的现在和当下并存。我们对时间的感觉也很主观，同样是一小时，在医生候诊室就觉得漫长无比，与好友相处却稍纵即逝。
本书将溯及时间起源，即我们所知的宇宙之初，从那里出发，和读者一起经历一场穿越时间之旅。旅行中，本书会将前人及现代伟大科学认知与理解的时间历史拼接起来，同时也尽量给大家带来些许欢乐。
我们将走过地质时代，探究恐龙和人类的远亲，利用太阳和月亮辨别时间，了解掌控我们日常生活节奏的体内生物钟；我们还会介绍有关时间科技的演化，从最早刻在鹰翼骨上的日历，到后来的量子钟；我们将研究时间如何加速，如何减速；我们将穿过虫洞和黑洞进入未来、跨过光年、窥探平行时空。为帮助时间旅行者，本书还会不断提供一些穿越过去与未来的技巧和秘诀。第1章史前大陆地球生日快乐
1645年，英国北爱尔兰阿马郡圣公会主教詹姆斯·厄舍（James Usher）宣告宇宙诞生时间为公元前4004年10月22日傍晚6点。据说这是他研习《圣经》和世界历史多年得出的权威结论。一直到19世纪，有关地球年龄的理论都相当受欢迎，然而地质学和达尔文进化论则清楚地表明，地球显然要比主教判定的年龄古老很多。
目前大家普遍认为地球已存在约45.4亿年之久，即4 540 000 000岁。地球真的已经非常非常老了。45.4亿这个数值是经由复杂数学计算和放射性定年法推算而来的，后者包括放射性碳定年法、钾氩定年法和铀铅定年法。
本质上讲，放射性定年法是基于放射性衰变，利用自然发生的放射性化学成分（同位素）与其衰变产物的比率来推算时间的。例如，我们知道放射性化学成分铀衰变会形成铅，看一块石头的铅含量就能计算出最初有多少铀，共花费多长时间才衰变出这么多铅。
科学家将此技术应用于非常古老的石头和矿物质的检测中，包括陨石和从月球采集的矿物样本，于是得出了45.4亿年这个神奇的数值。至少从目前看来，这个结论得到了多数人的认可。
目前所知的最古老的地球物质是在西澳大利亚找到的锆石晶体。经测定，它们已有44亿年历史。同时，目前所知的最古老的陨石物质有45.67亿年历史。普遍认为，太阳系的出现不会比这些物质早太久。经测定，宇宙大爆炸发生于135亿到137.5亿年之前
追根溯源，让我们返回地球或太阳系出现之前——宇宙诞生之时。最有影响力的一种学说是大爆炸宇宙论，认为宇宙是由一个致密炽热的奇点于一次大爆炸后膨胀形成的，并且不断向太空膨胀，这表示宇宙本身也在不断膨胀中。地质时间表
让我们再回到对地球的探讨。地球科学家、地质学家和古生物学家常用一种叫“地质时间表”的东西来描述有关地球历史的时间和事件。它将时间与地层学联系起来，后者是研究地壳表层成层岩石的学科。
有很多绝好的成层样本可以证明地球的历史很悠久。在塞浦路斯的白垩层、美国犹他州令人惊艳的科罗拉多高原、法国阿尔卑斯山正面的裸露地层，以及墨西哥拉巴斯附近神奇的成层岛等地，我们都能找到例证。
描述地质时间的地质年代单位都相当长，例如宙、代、纪、世和期。
普遍认为地球有45.4亿年历史，我们的老朋友锆石是已知的最古老的矿物质，研究人员于冥古宙隐生代地层发现了它。冥古宙隐生代是月亮和地球形成的时期。5亿至6亿年之后，地球进入始太古代，简单的单细胞生物开始出现，我们在微体化石中找到了其出现的证据。微体化石是小于4毫米的化石，通常小于1毫米，只能在光学或电子显微镜下进行研究。
继续向前跳转至元古宙，地质迹象表明地球大气开始含氧（尤其是在古元古代，约20.5亿年前），第一个复杂单细胞生物——原生生物于18亿年前诞生。表1–1 地质年代表
又过了12亿年，第一批多细胞动物（蠕虫、海绵、软体胶状生物）化石于新元古代（约6.35亿年前）出现，这些动物又在漫长的古生代（距今2.55亿到5.41亿年前）进化成更复杂的鱼类生物。古生代末期，包括北美洲、欧洲、亚洲、南美洲、非洲、南极洲和澳大利亚在内的盘古大陆形成。各种爬行动物和两栖动物开始四处漫游，基本植物群、苔藓和裸子植物已经进化，大批海洋生物也逐渐在浅礁涌现。
自此进入中生代。中生代的三叠纪、侏罗纪和白垩纪时期（距今2.52亿年到7 200万年前），恐龙、原始哺乳动物和鳄目出现，之后被子植物和多样化的昆虫也随之出现。至白垩纪末期，又出现许多新的恐龙物种（尽管存在时间并不久），现在的鳄鱼和鲨鱼类物种等也大量繁殖。原始鸟类取代了翼龙，原始有袋动物也出现了。这一时期，大气中的二氧化碳含量开始接近地球目前的水平。
接下来我们就来到了人类所处的地质时代——新生代，该地质时代始于6 600万年前，常被人们称为“哺乳动物的时代”。新生代早期，恐龙灭绝（下文会介绍更多相关内容）、哺乳动物走向多样化。然而还需要等待4 000多万年，我们进化论意义上的祖先——第一批类人猿才会出现。
在20万年前的更新世，第一批解剖学意义上的现代人类开始活动，在5万年前的全新世（目前我们仍处于该世），人类才尝试着摆弄石器工具。
简而言之，地球很古老，人类很年轻。不妨换个角度，试把地球想象成一个24小时制的钟表，午夜前40秒，即23:59:20，第一个人类终于出现。恐龙怎么了？目前普遍认为，约6 550万年前，耸人听闻的“白垩纪—第三纪灭绝事件”导致大量恐龙灭绝。然而，直到今天，该事件的根本原因仍没有定论。研究人员提出了各种理论，比如小行星或流星撞击地球、长时间火山爆发严重遮挡了抵达地球的阳光等，改变了地球生态系统。无论是何种原因，该事件留下了一个名为“白垩纪—古近纪界线”（K–T界线或K–pg界线）的地质特征。恐龙（不含鸟类）的化石就躺在K–T界线的下层，这表明它们就是在这一事件发生时灭绝的。人们在此界线之上也找到少量恐龙化石，他们的解释是化石在最初的位置遭到侵蚀，被带离了原本的地点，然后沉积在较年轻的沉积层。在美国特立尼达湖、科罗拉多州国家公园以及加拿大阿尔伯塔省德兰赫勒荒地等区域或国家公园，我们可以看到K–T界线的裸露区域。冰期
理论上讲，我们现在仍处于冰期。当然，最糟糕的冰河期大概在1.25万年以前出现，现在已经是冰期的末期。虽然冰期始于260万年前，但格陵兰岛和南极洲大范围冰盖的存在，说明当今地球依然处于冰期。
瑞士地理学家和工程师皮埃尔·马特尔（Pierre Martel，1706—1767）是提出冰期理论的第一人。他在去法国阿尔卑斯山夏慕尼山谷的一次旅行中，发现了散布山谷间的大型冰砾，这表明冰川一度非常巨大，但随时间流逝而收缩。这一现象也出现在瑞士及斯堪的纳维亚半岛的一些地方以及智利的安第斯山脉（后文将会提及）。但直至19世纪70年代，该理论才为大众广泛接受并认定其存在的真实性。夏慕尼山谷冰川的收缩
除了被冰川搬运而散落四处的大型冰砾外，还有其他证据可以证明冰期的存在，例如岩石冲刷和摩擦、山谷切割、鼓丘的形成以及化石的不规则分布。
地球历史上至少有5个大冰期，除去这些时期，地球上并没有冰，哪怕在高纬度地区。第一个大冰期是休伦冰期，从24亿年前延伸到21亿年前（复杂单细胞生物形式出现前）；第二个大冰期是成冰纪大冰期，从8.5亿年前至6.35亿年前（多细胞生物开始进化）；第三个大冰期安第斯—撒哈拉冰期时间跨度较小，为4.6亿年前至4.3亿年前（更复杂的海洋生物开始进化）；第四个大冰期卡鲁大冰期是从3.6亿年前持续至2.6亿年前（盘古大陆形成时）；最后是目前的第四纪大冰期，始于258万年前（第一个人属进化前的几十万年前）并持续至今。
我们现在正在经历一个相对稳定的“间冰期”，这为人类种族繁荣提供了维系生存的气候条件和平台。假如没有这样的稳定性，我们可能无法存活。
至于下一个冰期何时到来，这完全取决于大气中的二氧化碳含量。二氧化碳含量的骤降势必加速下一冰期的来临，但最快也要在1.5万年以后。基于二氧化碳不断升高的事实（我们对化石燃料颇有偏爱，二氧化碳升高的可能性很大），预计当前的间冰期会再持续5万年甚至更长时间。人类进化
直到19世纪末，人类才对自己和地球有了一些了解，较之地球漫长的历史，这实在令人惊讶。这正如前文曾提到过的理论，冰期的概念于18世纪中期首次提出，直到19世纪70年代才为大众广泛接受。
包括人类在内的物种“进化”以及“物竞天择”的概念到19世纪中期才出现。1859年，查尔斯·达尔文（Charles Darwin，1809—1882）出版了《物种起源》（On the Origin of Species），进化和物竞天择的概念开始进入大众视野。即便如此，达尔文的进化论还是等到几十年后才成为生命科学的主流。让我们再次把地球年龄想象成一个历时24小时的钟，要用时间测量中无穷小的单位，才能在地球自然历史中描述这一发现所处的时刻。
大约一个半世纪以前的1871年，达尔文出版了影响深远的《人类的由来及性选择》（The Descent of Man, and Selection in Relation to Sex）一书。这本书直白地阐释了人类进化的理论，出版后一片哗然。达尔文在书中提出人类是从同一个祖先进化而来，而我们共同的祖先又是来自于数千年历史中一系列动物的进化。这样的理论观点对当时的大多数人来说，简直骇人听闻。
然而，随着研究进一步推进和更确切证据的不断发现，达尔文的许多理论在明确的证据面前变得毋庸置疑。现在，达尔文的进化论虽受到各种宗教团体的否定，但科学界已经广泛接受并加以认证。直到今天，“神创论”者依然坚信英国北爱尔兰阿马郡圣公会主教詹姆斯·厄舍的观点——世界是上帝在公元前4004年花费了6天时间创造的。
现在，我们掌握了关于地质年代和化石记录所积累的丰富知识，依此为地球上的生物进化描绘了一幅神奇的肖像。考古学、古生物学和DNA（脱氧核糖核酸）研究领域的发现，更进一步为人类这个种族的进化勾勒出一幅栩栩如生的画面。现在，人们已经知道在20万年前，第一个解剖学意义上的现代人类刚刚诞生。人属
常识告诉我们人类是由灵长类动物进化而来。尽管目前发现的最早的灵长类化石可追溯到约5 500万年前，但灵长类大概在8 500万年前就与其他哺乳动物分离，开始单独进化。第一批两足动物大概在400万到600万年前开始演化，脱离了跟我们拥有共同祖先的近亲灵长类动物（比如黑猩猩），最终演化为生物学分类里的“人属”。人属并没有明确的时间线，而且这条进化链上有许多个进化环节候选人。能人（300万到200万年前）
首个有记载的人属成员——能人，大约在230万年前于非洲东部和南部进化形成。他们被认为是最早使用石器工具的种族。能人的大脑与黑猩猩大脑大小相近。2010年5月，南非发现了“豪登人”化石，他们也许比能人进化得还要早，但尚未得到最后证实。卢多尔夫人和格鲁及亚人（190万到160万年前）
卢多尔夫人和格鲁及亚人是根据学者发现的190万到160万年前人属化石命名的，其与能人的关系尚未确定。目前只发现了一个卢多尔夫人样本——一个在肯尼亚发现的不完整的头骨。它可能只是另一种能人，也可能不是。格鲁及亚人发现于高加索地区的格鲁吉亚，可能是介于能人和直立人之间的进化形态的人种。直立人（180万到7万年前）
直立人进化经历了很长时间。记录显示，这一人种生活在180万年到7万年前，可能是因为所谓的多峇巨灾（印度尼西亚的一次超级火山喷发，大量重要的直立人化石都发现于此时期）而大量死亡。人们认为，能人中的一些种群进化出了脑容量更大的大脑，并开始使用更精细的石器工具——从而进化成新的高级物种直立人。直立人其他主要生理变化还包括膝关节交锁和枕骨大孔所在的位置不同（头骨与脊椎相连处）。海德堡人（80万到30万年前）
海德堡人（因德国海德堡大学得名）可能是欧洲尼安德特人（荷兰，参见后文）和智人的直系祖先。不可否认，海德堡人是人类进化过程中承前启后的关键链条。有关这些海德堡人的考古证据可追溯到60万至40万年前，但人们认为他们可能生活在80万到30万年前。
海德堡人使用与直立人非常近似的石器。最近在西班牙阿塔普埃卡山发现的28具骨骼表明，海德堡人可能是人属中最早埋葬死者的一种。此外，有些专家认为海德堡人可能已经拥有原始形态的语言，但目前还未发现与之有关的任何艺术形式（象征性思维和语言）。智人（始于25万到20万年前，直至现在）
从40万年前到25万年前是人类最重要的进化期——从直立人到智人的过渡期。在此期间，人类的颅骨变大，意味着脑容量更大，并且开始使用越来越精细的石器。作为一个物种，基因显示智人具有高度的同质性。对于一个分布如此广泛的物种来说，这一现象都相对罕见，并且被视为我们都是在特定地点（非洲）进化并从该地迁移的证据。但是，人类也演变出了一些适应于不同区域的适应性特征，例如肤色、眼睑和鼻子形状。尼安德特人“尼安德特人”这一物种因出土于德国尼安德特河谷的人类化石而得名。尼安德特人归属不确定，可能是智人的亚种，也可能是与智人同等级别的一个人属独立物种。
尼安德特人最早于60万到35万年前出现在欧洲（无证据显示尼安德特人曾出现于非洲），一直存活到2.5万年前。尼安德特人通常被描绘为低眉毛小下巴的原始生物，事实上他们会使用较先进的工具（弓箭、骨制工具），有自己的语言，并且生活在复杂的社会群体中。据研究，尼安德特人的颅骨和现代人类大小差不多，甚至更大。在人属中，脑容量大小确实是智慧的关键。
化石记录显示，尼安德特人在2.5万年前消失。相关原因目前仍众说纷纭。除去超级火山喷发，或无法迅速适应气候骤变而导致死亡等假设，对尼安德特人来说，我们人类似乎才是导致其灭亡的致命因素。据说尼安德特人灭亡最有可能是不断扩张的人类种群为了生存互相竞争而导致的。然而，新的证据表明尼安德特人的灭绝是现代人同化的结果。这一理论非常有趣。2010年，通过DNA测序获得的证据表明，生活在欧洲和亚洲的现代非非洲人的基因有1%至4%源自尼安德特人。是霍比特人还是人类？弗洛雷斯人身材短小，因此被亲切地称为“霍比特人”。他们是新近在印度尼西亚弗洛雷斯岛发现的种群，生活在10万到1.2万年前。2003年，研究人员发现了一具女性弗洛雷斯人骨骼化石，大约有1.8万年的历史。她活着的时候身高不超过1米。当然，她也可能只是个有病理性矮小症的现代人，毕竟，直至1400年前，还有俾格米人生活在邻近岛屿上。但这名女性的颅骨特别小，因此有关其脑容量的讨论可能会持续一段时间。三个时代
史前时代一般划分为3个时代：石器时代、青铜时代和铁器时代。
人属里从能人到智人的所有成员，都存在于一个广泛定义为“石器时代”的时期。石器时代大概持续了300万年，直至公元前4500年至公元前2000年，随着金属加工的出现，这一时代才在不同时期终结于不同人类种群中。
跟青铜时代和铁器时代相比，石器时代实在漫长得多，所以它本身又被细分为3个时代：旧石器时代（根据对火的控制和对石器的使用，这一时期又分为旧石器时代早期、中期和晚期）、中石器时代（首次使用高级工具，例如弓和独木舟）和新石器时代（存在陶器、普通驯养、重要的葬礼或宗教场所建筑）。
与漫长的石器时代相比较，青铜时代不过是一眨眼的工夫。青铜时代以铜和青铜的冶炼及制造武器、器皿和饰品为特征。地球上人口最稠密的地区基本上在同一时间进入青铜时代，其他地方则相对较晚。公元前3750年到公元前3000年，欧洲、近东、印度和中国进入青铜时代，韩国在公元前800年才进入。青铜时代结束于公元前1200年到公元前600年。在这一时期，美索不达米亚和古埃及已出现文字，已知的最古老的文学文本就来自公元前2700年到公元前2600年。文明也在这段时期开始发展，最具代表性的是美索不达米亚，其中包括苏美尔、阿卡德、巴比伦和亚述帝国，这些文明遗迹都在今天的伊拉克境内。
接下来便进入铁器时代，但铁器时代不仅仅有铁，还有对钢的使用。这一时期最早（约公元前1300年）始于古代近东（安纳托利亚、塞浦路斯、埃及、波斯），大概100年后开始于欧洲和印度，然后是亚洲其他地方：中国（公元前600年）、韩国（公元前400年）和日本（公元前100年）。铁器时代一直持续到公历纪元，于公元400年在欧洲结束，公元500年在日本结束。这个时代的重要文本有印度《吠陀经》《希伯来圣经》（《旧约》）和古希腊早期文学。BC还是BCE？因为带有基督教含义，之前用来表示“公元前”的英文简写BC（Before Chris，耶稣诞生之前）现在经常改为BCE（Before Common Era，公元元年之前）。AD（拉丁文Anno Domini的简写，含义为主的世代，用来表示“公元后”）逐渐被非宗教的CE（Common Era，公历纪元）替代。但无论如何表达，公元元年的起源并没有变，正好和耶稣诞生之年一致。“时间旅行锦囊”去美国大峡谷旅行！美国亚利桑那州大峡谷是一片令人惊叹的荒野奇景，是世界七大自然奇观之一。行走在277英里长的大峡谷中，可以看到地球20亿年的地质历史，这些历史就暴露在一层又一层璀璨的岩石记录上。进入这完美保存的洞穴和悬崖住所，可让你回到公元前1200年左右古代普韦布洛人曾居住在这里的那个年代。第2章记录时间大自然的计时器
早在人类发明“计时”概念之前，地球、太阳、月亮和星辰就已经有自己的运行周期和节奏。地球的旋转、四季，太阳和月亮的引力效应，树木和植物的生长规律，都是这个世界自有的那套复杂且相互关联的自然计时系统的一部分。太阳和月亮
每一天，太阳东升西落，地球绕太阳旋转。地球绕太阳公转一圈为一年，公转规律为全球划分了季节，为大部分动植物生命提供营养，并掌控它们的生活习性。地球上不同的位置，其日升日落的时间大不相同。赤道附近的热带地区，太阳大约在早6点升起，晚6点落下，从不改变，创造了一个近乎完美的12小时的白昼。但在地球两极，白天的长短变化多端，有时太阳从不升起，有时又从不落下。
在我们眼里月亮似乎只有一张“脸”，但每个月的每一天，太阳照射在月球的不同部分。满月时我们能看到月球的整个光亮面，相邻的两次满月大概相距29天12小时，人们根据这个时间创造了“月份”，但又对其做了调整以适应我们常用的阳历，现在每个月平均时间为30.4天。
月球和地球之间的近距离（约38万千米）产生了巨大的引力，从而引发了海洋潮汐。当月球围绕地球运动时，在靠近月球的一侧，海洋里的水因引力而上涨并凸起，这些水跟着月亮环绕地球汹涌澎湃，从而形成“高潮”。地球本身被月球牵引会产生惯性，因此在远离月球的另一侧引发海水上涨形成第二次“高潮”。所以当月球绕着地球旋转时，沿海地区每天都有两次高潮。
太阳距离地球较远，所以跟月球比起来，太阳的引力影响较小。但是当太阳、月球和地球呈一条直线时，太阳引力和月球引力相互叠加将制造更强的“大潮”。每隔14天会发生一次大潮。由于月球公转与地球自转，两次高潮之间大概差12小时25分钟。大潮导致高潮时水面更高、潮流更强
但月球对海洋的影响并不仅仅体现在潮汐上，它还影响海洋生物。牡蛎随月球引力而开关贝壳。最佳钓鱼时间显然是新月之时——当月亮运行到地球和太阳之间的时候，我们从地球上完全看不到太阳或只能看到一弯窄窄的月牙。极其罕见的“蓝月”“蓝月”是指出现在一个月中的第二个满月，相当罕见，但偶尔也会出现，大概每5年2次。假如一个月有31天，这个月的第一天若出现满月，则最后一天会出现第2次满月。“蓝月”也可以指蓝色的月亮，当来自火山或火焰的污染和灰烬充满大气，我们眼中的月亮看起来就像是“蓝色”的。年轮
树木每年从夏天开始生长，于寒冷的冬季停止，然后长出一圈新年轮。如果年轮很窄，说明树木在这一年长得不够快，反之则说明长得很快。年轮可以帮助我们了解树的年龄，判断某些年份的气候状况。
目前已知的最古老的树有个恰如其分的名字——玛士撒拉（Methuselah，意为高寿的人）。这是一棵生长在美国加利福尼亚州因约肯的大盆地狐尾松，2013年它的预估年龄是在4 845岁到4 846岁之间。然而，据说在黎巴嫩巴特伦地区有一棵名为“姐妹树”（The Sisters）的橄榄树，它的年纪更大，约在6 000岁到6 800岁之间。目前已知的最古老的树——玛士撒拉
人们常说的“菩提树”是一棵生长在斯里兰卡阿努拉德普勒的神圣的无花果树，传说中佛陀是在这棵树的某一枝下开悟的。它种植于公元前288年，是至今仍存活的人类种植的最古老的树。太阳崇拜
大多数古代宗教都把太阳奉为神明。新石器时代的人类祖先建造了各种伟大工程以纪念重大天文事件。古埃及人将太阳神称为“拉”（Ra）或“荷鲁斯”（Horus），是掌管天、地和水下世界的神。阿兹特克人将托纳提乌（Tonatiuh）当作太阳神和众神之首，需要借由活人献祭，才能确保太阳绕世界运行。希腊人的太阳神是赫利俄斯（Helios），他头戴太阳金冠，散发璀璨光芒，每天驾着日辇绕世界驰骋。赫利俄斯，希腊神话中拟人化的太阳神
对崇拜太阳的人类祖先来说，每年有4个重要日子：春分（3月20日或21日）、夏至（6月20日或21日）、秋分（9月22日或23日）和冬至（12月21日或22日）。在欧洲，两座最重要的新石器时代遗迹是英格兰的巨石阵和爱尔兰的纽格莱奇墓，在建筑特色上，它们能够在夏至和冬至象征式地引导太阳之光。夏至是北半球一年中白天最长黑夜最短的一天，太阳在天空中的高度最高；冬至是北半球白天最短黑夜最长的一天，太阳位置最低；当太阳中心和赤道处于同一平面，太阳直射地球赤道时，称之为春分和秋分。
虽然人们并不明白为什么纪念冬至，但现在地球上大多数人依然在延续这一传统。圣诞节（每年12月25日）与冬至如此接近绝非巧合，这其实是基督徒特意借用了一个已有的异教节日，而复活节和春分之间的关系大概也是如此，故而这两个节日就像是基督徒和异教徒传统的奇特混合。季节
在西方，人们将一年划分为4个不同的季节（春、夏、秋、冬），四季与天气变化和动植物的行为变化相一致，通过二至点（冬至夏至）和二分点（春分秋分）进行简单划分。
但季节也因地理条件不同而有所差别。例如，印度将一年分为6个季节：热季、雨季、秋季、冬季、冷季和春季。非洲很多地方只有2个季节：旱季和雨季。古埃及人将一年分为3季：泛滥季、冬季和夏季，每季持续4个月。很长一段时间，古希腊人只有春季、夏季和冬季，不存在秋季。生活在条件更加极端的冰岛和斯堪的纳维亚半岛的日耳曼人只有2个季节：冬季和夏季。“春季”和“秋季”这两个词语和概念，是他们在与罗马人接触过程中才引入的。
在西方，大多数人都认为四季分别开始于3月（春）、6月（夏）、9月（秋）和12月（冬）。但在爱尔兰，四季会早一个月开始，这与古老节日的时间相一致——其中最出名的是5月1日的“五朔节”和11月1日的“萨温节”。直至今天，爱尔兰很多非基督徒还在积极地庆祝这些节日。复活节计算方法“Computus”在拉丁语中是“计算”的意思，在中世纪专指罗马教会计算复活节的方法。理论上，复活节是每年春分以后（3月21日）第一个月圆之后的星期日。复活节最早可能出现在3月22日，最晚可能出现在4月25日。月、周和天月份
如前所述，以“月”来划分时间源于月亮的运行周期，即每29.5天出现一次满月。但是当“年”这个概念出现后，数值29.5就不太方便了，因为它与地球绕太阳公转一周的时间（365.25天）不匹配，因此需要对每个月的时间做一点减法或加法，将1年分为12个月，从而实现最简单的划分。
英语里12个月每一个都有它自己的名字，这些名字来源于罗马人，其中10个命名于公元前8世纪。当时新年始于3月，最初的月份名都取自神灵，例如Mars（3月March，战神玛尔斯）、Aprilis（4月April，古希腊爱神阿佛洛狄忒）、Maia（5月May，掌管春天和生命的玛雅女神）、Juno（6月June，朱庇特之妻朱诺）。后来，创造历法的人似乎改主意了，开始采用数字编码。所以最初的古罗马历法中后4个月的名字为Septem（7）、Octo（8）、Novem（9）和Decem（10）。最后，人们将这些名字保留下来，但改变了数字的顺序，所以它们的原始意义就丢失了（例如September现在变成了第9个月）。
1月（January）和2月（February）是后来才添加到年末的。因为起初罗马人认为冬天不需要掌握耕种农时，所以冬天是没有月份的。January与门神雅努斯（Janus）有关，February和菲勃卢姆节有关，菲勃卢姆节代表净化，与古罗马历中的净化仪式有关。公元前5世纪，January成为每年的第1个月。
当今的7月（July）和8月（August）出现得还要再晚一些。7月是为了纪念恺撒大帝（Julius Caesar），他在公元前1世纪监督实施了儒略历；8月是以他的继承人奥古斯都（Augustus）的名字命名的。雅努斯，古罗马司掌开始和终结的门神天
时间单位“天”描述的是地球绕地轴转动一圈所需要的时间（大约86 400秒或24小时）。世界上通用的“民用日”从子夜零时开始计时，我们利用民用日来判定国际时区和协调世界时（我们在全球设置时间的标准）。
在能够精准地对时间做计量之前，天被定义为两次日出（古希腊和巴比伦）或两次日落（古埃及）之间的间隔时间。直至今日，犹太人和穆斯林传统中还是以日落为日界。1“天”会有多大差别？地球上的1天是24小时，但在我们的相邻星球金星上1天非常长，一个太阳日相当于116.75个地球日。火星自转一圈只比地球慢一点儿，要25小时。较大的行星转得更快，土星和木星转上一天只需10小时，天王星18小时、海王星19小时。每周7天
每7天为1周，是我们通过罗马从巴比伦人和古代犹太人那里继承来的。一周里每一天的命名来自7个“经典行星”——早期天文学家可肉眼观测到的星球。它们分别为太阳（周日）和月亮（周一），以及5个其他行星：水星（周三）、金星（周五）、火星（周二）、木星（周四）和土星（周六）。
除行星这一因素外，每周7天还和巴比伦及犹太传统有关。传统中，他们将第7天赋予宗教含义。《旧约》中，上帝花6天创造地球万物，第7天休息，所以犹太人总在第7天庆祝神圣休息日。巴比伦人每7天庆祝一次是为了与新月等月相重合，即月球轨道或“太阴月”的四分之一（虽然时间不匹配导致无法同步，但一周7天这个规律保留了下来）。古代中国、埃及以及秘鲁采用每周10天的历法，玛雅人和阿兹特克人的一周是13天。
多年来，很多国家都曾试着修订每周7天这一计时结构。1929年到1940年间，苏联实行一周5天。1793年，法国大革命时期引入了一个全新的基于数字10的历法系统，每周10天，每一天都起了一个新名字（后文有更多相关内容）。
英语中星期一到星期日的名字是7个挪威、盎格鲁—撒克逊和罗马神灵的混合，同时也蕴含着有关不同人种征服英国的历史故事。挪威神灵基本等同于罗马神灵（见下页表）。英国在欧洲大陆上的邻国（例如法国、西班牙、意大利）对星期一到星期天的命名保留了整套罗马神灵（行星）的名字。历法
不同文化在不同时期发明了不同的历法，并使用了多种标记和测量方法，但总体而言不外乎两种：阴历和阳历。
月亮绕地球一周需29.53天，阴历的1年需要月亮环绕地球12周或12个太阴月，总共需要354.36天。阳历1年等于地球环绕太阳一周的时间，需要365.25天。
两种历法中，用月亮来标记时间相对简单，因为夜空中会规律性出现满月。所以，在人们想要计算一下一整年到底有多长之前，阴历被使用了很长时间。古代骨骼
在法国西南部多尔多涅河谷的山洞中，人们曾发现了一件工艺品，被认为是最早的有形日历，距今已3万年之久。它是鹰翼上的一小块骨头，刻有规律性的痕迹，这些刻痕共14—15组，总共29行到30行。发现于法国多尔多涅河谷的阿布里·布朗夏尔岩洞的鹰骨
它表示的会不会是旧石器时代的阴历？一些考古学家认为这块骨头可能被女性用来记录她们的月经周期和孕期（虽然月经周期为28天，短于1个太阴月）。这个想法非常有趣。也许这块工艺品既是日历，又是避孕工具。当然，也可能什么都不是。
在乌克兰首都基辅西边，人们发现了已有2万年历史的猛犸象骨骼化石，骨头上刻有太阴月，每4个为1组。人们认为这是“季节”的象征。时间标记
我们可以将英国巨石阵和爱尔兰纽格莱奇墓这两个新石器时代的遗迹当作日历，因为它们能够划分并判定时间，特别是每年夏至和冬至的精确时间。不列颠群岛上与之相似的遗迹还有苏格兰奥克尼岛上的梅肖韦古墓和英格兰北部凯斯维克附近的卡塞里格石圈。当然，欧洲之外也有类似的古迹。中国山西省的陶寺遗址发现了可以判断冬至日期的古观象台。埃及哈特谢普苏特女王神庙就是为了迎接冬至当天的太阳而设计的。位于尼罗河西岸的哈特谢普苏特神庙
在古埃及，最具代表性的年度标记是尼罗河。尼罗河每年几乎都在同一时间泛滥（6月中旬，接近夏至），人们用它来标记新年。1年分3个季节，泛滥季、耕种季和收获季。不久之后，人们经过计算发现两个泛滥季之间的间隔是360天，就将其分为12个月，每月30天。古埃及天文学家发现，泛滥季的开始时间刚好和天空中最亮的天狼星偕日升的时间很接近。利用这一时间标记，古埃及人开始将一年定为365天。自此产生的日历成为古埃及祭司和统治者使用的官方日历。泛滥的“眼泪”古埃及人认为伊希斯女神（Isis）为丈夫奥西里斯（Osiris）的不幸遇难而哭泣，眼泪掉进尼罗河从而导致河水每年泛滥。现在，埃及每年都纪念尼罗河泛滥并设立公众假期，假期从8月15日开始，长达2周，即尼罗河泛滥节。科普特教会为纪念尼罗河泛滥节会把一个殉教者圣物扔进河里，这个活动被称为“殉道者的手指”。儒略历
盖乌斯·尤利乌斯·恺撒（Gaius Julius Caesar，罗马帝国恺撒大帝）发现埃及采用的官方统一日历非常实用，因此在公元前1世纪中期，他决定让罗马帝国统一实行官方历法。
自公元前735年，传说中的罗慕路斯（Romulus，罗马神话双生子罗慕路斯和雷穆斯）创建罗马城开始，罗马人就已经能计算年份和月份。之前曾提到过，第一个罗马日历只有10个月。公元前700年左右，人们在年末又加了两个月：January（1月）和February（2月）。
为了让旧日历与太阳年一致，恺撒聘请了一些数学家和哲学家，让他们制定出一套最合乎逻辑的系统。经过努力，儒略历诞生了。它把12月25日定为冬至（没有采用12月21日或22日，这个日期后来又被指定为圣诞节），但这个新日历比太阳年晚两个月，所以人们把第1年多加两个月，让新日历与太阳年同步。这一年史称“混乱年”。更为混乱的是，恺撒还宣布新的一年将从1月开始，不再是之前的3月。
这个历法在推行之初虽然遇到很多问题，但很快就被整个帝国采用，它为我们现在使用的“格列高利”历（现代公历）提供了范本（见下页）。儒略历共12个月，每4年一个闰年（跟现在一样，闰年2月设置29天）。太阳日和土星日
君士坦丁大帝（Constantine the Great）于公元4世纪初在罗马称帝，他想利用基督教来统一这个四分五裂的帝国。其中一项举措就是设置一周为7天。《圣经》中，上帝创造世界时工作了6天，第7天休息。于是君士坦丁颁布法令规定周日取代周六成为法定休息日。对当时的民众来说，这一决定对他们的生活方式影响巨大。有些文化一直拒绝接受该变更，比如犹太人依旧在周六庆祝安息日。感谢一周5天工作制，现在我们可以任选一天（周六或周日）来信仰自己的宗教。公历（格列高利历）
儒略历安然存在了约1600年后，教皇格列高利十三世（Pope Gregory XIII）决定要大张旗鼓地把它升级。儒略历的主要问题是误以为一年有365.25天，比实际多出10分45秒。随着时间流逝，这一误差导致儒略历与太阳年相差10天。格列高利的使命是要让二者永远同步。
首先，必须减掉这10天。为找到最好的方式，人们反反复复犹豫了很久，其中一个很受欢迎的方案是40年不设闰年。但最终，人们决定长痛不如短痛，一劳永逸地解决问题。所以1582年10月4日（星期四）过后，直接变成10月15日（星期五）。虽说让整个欧洲都实施这一改变的确是个了不起的成就，但也产生了一些问题。据说某些国家的人觉得他们被抢走了10天的时间，很想把它追回来。
由于这个变更法令来自教皇，因此一些非基督教国家，如信奉新教的英国等国较晚才采用这个更有逻辑的系统。事实上，他们直到1752年才开始采用公历，而那个时候他们需要跳过11天才能使公历年与太阳年相一致。闰年闰年是为了与太阳年同步而在日历中多加一天的年份，公历每四年闰一次。闰年里，多余的那天加在2月，即“闰日”。所以，某个“平年”的2月28日（星期五）过后，就是3月1日（星期六）。但如果是闰年，就会闰2月29日，3月1日则往后推迟一天。我们需要闰年是因为太阳年的实际长度是365.24天再多一点点，而非365天整。出生于2月29日的人在英语中被称为“跳跃者”，如果是平年，他们通常会在2月28日那天庆祝生日。但在某些地方，例如中国香港，法律上认为“跳跃者”的生日是3月1日。今夕是何年？
标准公历将人们推测的耶稣诞生之年作为公元元年，并据此推算年代。非基督教团体通常按照他们自己的宗教领导人的诞生、逝世或某些重大事件的时间为基础来计算年代。让我们以千禧年（公元2000年）为基准，介绍一些非西方国家是如何决定其历法中的年代的。1379：伊朗和阿富汗
这两个国家的官方历法是伊朗历，虽然它需要参考天文图，但人们认为它在很多方面比格列高利历更精确。
如果要推算伊朗历，只需将格列高利历减去621或622（公元622年，先知穆罕默德从圣城麦加移居到圣城麦地那）。所以公元2000年等于伊朗历1379年。1421：沙特阿拉伯和其他伊斯兰国家
伊斯兰历属于阴历，每年有354或355天（格列高利历每月平均30.4天，月亮周期稍短，平均每月29.5天）。这个日历主要服务于宗教目的，例如用来计算斋月的开始日期。虽然伊斯兰历也将公元622年作为元年，但因为阴历和阳历每月天数不同，它的年代计算就比伊朗历稍复杂一些。根据伊斯兰历，公元2000年为1421年。12：日本
日本所有官方和日常事务都使用公历，但它自己的历法“和历”的纪年方式非常特别，属于帝位纪年法。例如明仁天皇（Akihito）于1989年继位，公元2000年就是“平成十二年”。时光倒流据说穆阿迈尔·卡扎菲（Muammar Gaddafi）在取得利比亚政权后，于1978年宣布伊斯兰历应以先知穆罕默德逝世那年（公元632年）为元年，而非传统的公元622年，于是利比亚日历就比其他伊斯兰国家晚了10年。5760或5761：以色列
以色列使用希伯来历计算宗教日期和节日，并以公历的公元前3761年作为元年，比《圣经》中上帝创造世界（公元前3760年的10月7日，星期一）早1年。如果想计算公元2000年在希伯来历中是多少年，可以哈桑纳节（犹太新年，通常在9月或10月）作为分界线，在节日之前加3 760年，之后加3 761年。所以当西方世界在公元2000年1月1日迎接千禧年时，那是希伯来历的5 760年；即将迎来2001年时，相当于5761年。
许多基督教团体，如神创论者和耶和华见证人，仍相信上帝于公元前38世纪创造了世界，所以地球大概有6 000岁。4637或4697：中国
传统认为中国的农历是由黄帝在继位第61年（公元前2637年）创造的。但这个日期误差很大，有些人认为应该是公元前2697年，比传统看法早了60年。所以，取决于您的偏好，公元2000年可以是中国农历的4637年，也可以是4697年。5102：印度
印度历始于公元前3102年，据说这一年克里须那神回归到“永恒的住所”。因为印度历和公历一年都是365天，以同样的规律闰年，所以我们只需做个简单的加法，西方的千禧年加上3 102，就等于印度历的5102年。1992：埃塞俄比亚
埃塞俄比亚历基于古埃及历形成，但与公历非常相似，所以只需简单计算就可以推算出年代。在埃塞俄比亚历中，新年是8月29日或30日。埃塞俄比亚历元年和公历元年很近，只相差7或8年，因为人们对圣母领报（基督教中，天使加百利向圣母马利亚告知她将受圣神降孕而诞下圣子耶稣）的日期持有不同意见。埃塞俄比亚把罗马当权者（罗马教廷）认定的日期稍微推后了一点，于是公元2000年相当于埃塞俄比亚和邻国厄立特里亚的1992年，这就为他们在迎接自己的“千年虫恐慌”之前留下些喘息的机会。时间旅行锦囊看星星！找一个晴朗的夜晚，抬头看会儿星星。其实你所见到的星星并不是它们现在的样子，而是那些星球发射出来的光线离开它们时的样子，有可能会来自几百万年之前。要想看到最好的夜空，最好是选择乡下，远离大城市等重度光污染源，否则除了最亮的星星，其他所有星星的光芒都会被掩盖。太阳距离我们1.5亿千米，它的光线要经过约8分钟的旅行才能抵达我们的眼睛。所以当你看太阳时，你看到的其实是8分钟之前的它。第3章计时计算时间
与很多其他跟数学和天文有关的事物一样，我们对时间的划分也始于公元前3000年，由巴比伦人和苏美尔人“发明”并从美索不达米亚文明传开。同时，还有一些如每星期应该有几天这样的划分，甚至是“星期”本身的存在也都是由他们提出的。虽然这些划分貌似都是很随意的决定，却对我们的日常生活产生了巨大影响。为什么选择12和60？
尽管人们通常使用10进制进行计数或计算，但在测量时间、角度以及地理坐标却采用了60进制（以60为基数）。
60是一个具有众多因数的高合成数。60共有12个因数，即12种等分方法（1、2、3、4、5、6、10、12、15、20、30、60），因此对于分数来说，如果分母为60或60的倍数，计算起来就比较容易。同时，60还是能被1到6中每个数字整除的最小数字。
总而言之，60是个很棒的数字。
用12作为时间和数学上的一个基数，据说源自人们用手指计数的行为。具体说来就是，人们用大拇指数其他4根手指上的3个关节骨。当然，还有一些其他原因让12成为一个重要数字，例如一个太阳年有12个月亮周期，尽管数年月可比数手指要晚很多。以12为基数的计数系统被称为12进制，在古埃及、苏美尔、印度和中国的古代文明中被广泛使用。小时
人类祖先选用12这一神奇数字来划分一天主要是基于计数喜好，而非科学。古埃及人依据36个“旬星”的升起划分每一天，“旬星”指的是随地球每一次旋转而依次在地平线上升起的星座。每升起一颗旬星代表一小时（约等于现在的40分钟），至中王国时期（公元前16世纪至公元前11世纪），该系统经过进一步优化，将一天分为24小时，白天12小时，夜晚12小时。但若想定义每个小时的实际长度，就需要一个测量工具。于是诞生了第一个计时器……日光和阴影
如前所述，太阳是最实用的自然计时器。除去日出和日落，正午是最容易辨识的时间点，因为太阳在此时位置最高，投射在地面上的影子最短，因此成为一天中最受欢迎的计时时刻。目前，我们还不清楚人类是从何时开始利用太阳来计时的。人类有可能在数千年以前就开始使用某些基本标记来计时，但我们不清楚具体始于何时。并且我们也不清楚人类最早到底是利用阴影还是利用阳光来判断时间的，但已发现的早期日晷表明，利用阴影可能更普遍（清晨影子最长、接近正午会渐渐变短，接近黄昏时又再度变长）。已知的最早日晷大概出现在公元前1500年，见于古埃及和巴比伦天文学中。
从原理上讲，日晷是一个带有指针的水平或垂直的平面，这个指针可以是一根细杆，也可以是一个竖直且锋利的面，它能够将太阳投影到一个带有时间刻度的表面上。为了给出精准读数，日晷的晷面必须与赤道面平行，指针必须指向真正的北天极方向。在北半球，北极星所在的方向就是北天极方向。日晷，由一个水平晷面和一根晷针组成
日晷上12进制的标记用来测量每个小时。这种对时间的测量方式，也可以用到其他时间测量工具上，例如水钟、蜡烛时钟、沙漏，便于在阴天或晚上判断时间。水钟
大约在公元前4000年，水钟就开始在中国被使用。但直至公元前1500年左右，才有充分证据表明，古埃及和巴比伦也在使用水钟。水钟是根据等时性原理让水匀速流入或流出某个容器，而容器的大小和水的流速接近某一固定时间区间，从而测量时间。
在印度，名为ghati或kapala的半个椰子壳就是一个简单的水钟。人们在椰壳底部钻一个很小但很精准的洞，然后将它放入一个装有水的碗中。每分钟60秒，椰壳能在24分钟内装满水再漏完。因此一天有60个小时，每小时24分钟。公元前4世纪，波斯国一个名为fenjaan的钟也采用了同样的原理，只是测量尺度有所不同。
在希腊，漏壶（又名分水器）也是一种水钟，即一个底部钻有小孔的罐子。水全部流完就意味着一段规定时间过去了。在雅典法庭上，为确保公平，人们在审判时会使用漏壶给原告和被告相同的时间。
如果要测量一段更长的时间，就需要持续维护和计数，水钟因此变得越发复杂。到公元前3世纪，希腊人发明了一个可以连续供应水流并让水溢出的系统——从而得以计算更长的时间。尽管在公元8世纪到11世纪之间，中东和中国的水钟制造曾有过一段相当繁荣的时期，但进一步的创新和机械化仍发展缓慢。一个简单的水钟构造
中国的时钟发明家苏颂（1020—1101）创建了一个放置在约9米高塔楼上的“水运仪象台”。在这个“水运仪象台”上有一个星象仪装置，正面还有可以打开的面板，里面是一个显示报时的数字牌匾。
在13世纪的文字记载中，有过对另一个水钟的描述。它存在于叙利亚首都大马士革的倭马亚清真寺（Umayyad Mosque）中，将一天划分为12小时。该时钟带有指针，可在白天和夜间分别显示时间，还会释放铜球进行报时。沙漏
人们普遍认为沙漏是在8世纪的欧洲被发明和使用的。14世纪，意大利艺术家安布罗乔·洛伦泽蒂（Ambrogio Lorenzetti）创作的壁画《好政府的寓言》（Allegory of Good Government）是首个证明沙漏曾被应用为计时器的例证。同时期的行船日志上也常常提及沙漏。
沙漏由两个玻璃球和一个狭窄的连接管道组成，沙子可以匀速从顶部漏到下方。顶部玻璃球一旦漏空，可将其倒置然后重新计时。相比水钟，沙漏尤其适用于海上航行的船只，因为它的计时不会被海浪影响，且沙漏中颗粒状的填充物（沙子、粉末状蛋壳及大理石）也不易受温度变化影响。事实上，在18世纪以前，人们航行时一直使用沙漏来测量时间、速度和距离。计程仪绳被船员用来测量速度的另一种工具是“计程仪绳”。“计程仪绳”是一根长长的绳索，上面有等距打好的结，一端连在船上，另一端连着一块木板。船员把木板从船上扔到海里，开船后缠在卷轴上的绳索就会被拉长，船员就可以数绳索上出现的节数来测距。同时会设置一个固定时间（通常用一个小小的沙漏），然后通过计算绳索“节数”来测量航速。
下一章，我们会介绍计时史上第一个可靠的海上时钟（海洋计时器），以及那位伟大发明家的非凡人生。蜡烛钟……
存时较久且流行于亚洲（尤其是中东）和欧洲的一种计时器就是蜡烛钟。大概在公元6世纪初甚至更早时，蜡烛钟就出现了。其原理很简单——就是用蜡烛燃烧的速率来测量时间的流逝。
人们在蜡烛上均匀刻上标记以显示时间段，或者在蜡烛背后放置一个带有刻度的背景做参考，蜡烛燃烧时背景上被照亮的地方就可以显示时间。还有些蜡烛会在某个固定时间段内燃尽，其内部有一个钉子，蜡烛一旦燃尽，钉子就掉落发出声音，表示一段时间的结束。分和秒
如前所述，古人最初是利用日晷以12进制（12的倍数）来分割每一天，从而计算“小时”。我们从古代美索不达米亚文明那里不仅继承了很多数学和天文知识，还知道了他们对数字60的青睐，所以自然而然地将一天分为24小时，再将每小时分割为60分钟，又进一步将每分钟分割为60秒。
机械时钟发明之前，很难用科学的方式测量1秒钟到底是多长时间。我们只能猜测人们是如何测量以及是否真的测量过，其精准度可能跟小孩儿玩捉迷藏时数数差不多，是靠有规律地敲击指头或心跳。但很巧的是，一名健康的成年男性每分钟心跳大概就是60下，女性会稍微快一点。
中世纪（11世纪、12世纪及13世纪），人们设计了一些更为复杂的水钟，能够测量较短的时间单位。13世纪早期，大马士革城倭马亚清真寺的计时器已经可以显示出5分钟的时间段，也可以显示出小时。人们还设计了一些小型沙漏以测量较短的时间间隔，从而实现不同功能。秒的准确定义19世纪晚期，天文学家已经发现平均太阳日在非常缓慢地变长。直至1960年，人们仍将秒定义为一个平均太阳日的1/86 400。20世纪50年代，原子钟问世，人们才真正捕捉到秒并给予正确定义。为让大家了解这些时间装置的精确度，我们以瑞士的一个原子钟为例，从2004年开始运行，需要经过3 000万年的时间才会出现一秒的误差！（详见后文）但直至第一个非水力驱动的机械钟问世，分钟和秒才真正独立存在，并成为现代计时的基石。时钟的机械原理
之前我们曾提到，至少从11世纪开始，人们就已经使用带有复杂运转部件、制作精巧的水钟（但传闻古希腊人可能在更早的时候就已经开始用了）。实现这一切的突破性技术是“擒纵器”（escapement）的发明，而且今天的手表和时钟制造业仍在使用它。
擒纵器是一种向计时元件传递机械能量（“纵”），从而计算其振荡次数（“擒”）的装置。试想一下，你所见过的手表或时钟的内部结构，各种齿轮正是被擒纵器驱动着才会持续向前转动，并在机械装置循环往复的转动和停止过程中让手表发出嘀嗒嘀嗒的声音。擒纵器持续运动的能量来自螺旋弹簧或簧上重量。
水钟的运行中，擒纵器的设计是通过注满水的容器倾斜和重置来实现的。然而，要想制造一个真正的机械时钟，擒纵器则需要以摆锤来驱动。
13世纪和14世纪，欧洲出现了使用这种技术的时钟。它们体型巨大，且需要放置在很高的墙或塔上，因为只有这样才能配备一个同样巨大的摆锤驱使其持续运动。当时只有皇家和非常富有的阶级才能负担得起，所以大部分钟都是受教会委托而制作，放在修道院和大教堂中。它们的主要功能是召唤人们去教堂祷告。最早的时钟擒纵器为何物？早在公元前3世纪，古希腊人就发明了擒纵器并用于洗脸台以控制水流。这个时期的一些逸事证据表明，这种复杂的技术已经应用于水钟。古希腊拜占庭城的工程师斐洛（Philo）就是擒纵器的发明者和使用者，他还写了一篇有关气体力学的文章，文中提及，他的洗脸台运用的擒纵器技术和时钟相似。中世纪计时
14世纪，大型时钟的建造已遍布整个欧洲，教堂是主要的发起者和维护者。虽然存在误差，这些时钟需要不断地维护和重置，但这已经是计时史上一个了不起的进步。
在14世纪出现的众多时钟杰作中，英格兰圣奥尔本斯修道院院长理查德·沃林福德（Richard of Wallingford）及帕多瓦的乔凡尼·德·东迪（Giovanni de Dondi）制造的天文钟是最具代表性的两件。尽管这两座时钟目前都已不在，但根据详细记载，两座时钟都具有多种功能。沃林福德的时钟有一个很大且带有星盘的钟表盘，还有一个可显示伦敦桥潮汐水位的指示器。该时钟每小时都会鸣钟报时，时钟敲击几下就代表几点钟。帕多瓦时钟的表盘上可以显示精确至分的时间、行星运动、节日日历，甚至还能预测日食和月食。
早期另一个虽已消失但据说也极其壮观的时钟位于斯特拉斯堡大教堂。这个时钟最令人称奇的地方是有一只镀金的公鸡（代表耶稣），正午时分它会扇动自己的机械翅膀鸣钟报时，三位机械式东方贤士会向其鞠躬行礼。并且，这个时钟还有一个星盘和日历。14世纪，其他具代表性的时钟包括英国威尔斯大教堂时钟（目前存放于伦敦科学博物馆，仍在运行）、鲁昂大时钟和巴黎海因里希·冯·维克（Heinrich von Wick）建造的钟。
至今仍在运行且每日吸引众多游人前来欣赏的是布拉格旧城广场上的天文钟。它建于1410年，外观精美，集机械钟、天文表盘及黄道十二宫图为一体，还有许多活动雕像会在整点报时并表演。这些雕像分别代表“虚荣”“贪婪”“死亡”和“土耳其异教徒”（代表享乐和欲望）。天文钟表盘上方的两个小窗每到整点时刻，十二尊耶稣门徒雕像将依次现身，简直就是一场精彩绝伦的演出！600多年间，这座天文钟经历了很多次整修和扩建，第二次世界大战（下文简称“二战”）期间还曾遭到德国军队的严重毁坏。布拉格天文钟“时钟”的命名14世纪晚期，英语中开始使用“钟表”（clock）一词，取代了之前的拉丁语“计时”（horologium）（但钟表制造“horology”仍沿袭使用，有计时装置的意思）。名字变更最直接的原因跟时钟最初的使用关系密切，时钟主要是教堂用来召集大家集会做祷告的。“clock”一词来自早期一个表示“钟声”的词。这个词可能属于凯尔特语（clocca或clagan，表示“钟”），最后进入中世纪的拉丁语、古法语（cloque）和中古荷兰语（clocke），但所指的含义都一样，据说是爱尔兰传教士将这个词传播到欧洲各地的。现在爱尔兰语中的clog一词既指钟声，又指钟表。仍在运行中的最古老的时钟
比布拉格天文钟更古老，但稍逊风采的另外一座时钟坐落于英国索尔兹伯里大教堂。据说该时钟建造于1386年，比前文提及的威尔斯大教堂时钟（1392）大6岁。
一些钟表学阴谋论者（没错，他们的确存在！）认为索尔兹伯里时钟实际上出现得较晚，因为其构造非常先进，近似于16世纪及17世纪的时钟。
1993年，英国古董钟表协会在一个研讨会上经过投票，认定索
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