20世纪初到20世纪70年代的计时革命 -石英革命
张武昌
2026年2月14日星期六
我消灭你，与你无关。
计时的基本原理就是计数节拍器运转的节拍的数目。节拍器可以是太阳正午的高度（循环一次为一年），日影循环（循环一次为一天），钟摆，摆轮，石英谐振，原子谐振。
19世纪是机械钟表的世纪。钟表的关键系统有3个，节拍器系统，动力系统，显示系统。节拍器系统是钟表测量时间的系统，恒定的节拍是计时的决定因素，动力系统维持节拍器持续工作，显示系统是输出时间的界面。
钟表在进化过程中，三个系统都在进化，本文聚焦于节拍器的进化
钟摆-钟
节拍器最初是钟摆pendulum，钟摆摆动周期的计算公式为T=2π（l/g)^0.5，从这个公式中可以看出，摆长L与周期T之间存在正比关系。 因此，如果摆长增加，钟摆完成一次完整摆动所需的周期也会相应延长。 在实际应用中，为了满足日常生活的需求，钟摆的摆动周期通常设定在一个较为合理的范围内。 例如，对于常见的摆钟来说，钟摆摆动一次大约需要1秒左右（一秒一拍），由擒纵装置进行计数。 这正是我们日常生活所常见的，也是许多现代钟表所采用的标准周期。
摆轮-表
为了减少钟表的体积，需要舍弃钟摆，在小型无钟摆的表中，使用摆轮来作为节拍器，摆轮rotor（直译为转子，因为在手表里面起到钟摆的作用，所以意译为摆轮）是机械钟表的核心调速部件，由带轴臂的轮体和螺旋状游丝组成，摆轮上连结的游丝带动它进行往返旋转，由擒纵装置进行计数，将时间切割为完全相同的等分，其摆频精度直接影响走时准确性。
常见机械手表中振动频率为每小时21600次，振动周期为1/3秒（每秒3拍）的摆轮游丝系统
这就是19世纪和20世纪之交的手表的状况。
晶体谐振-石英表
但是在19世纪末，情况发生了改变。1880年，居里兄弟发现压电效应（晶体受压发电）和逆压电效应（电流导致晶体形变）。居里和居里夫人使用压电称测量了放射性，并获诺贝尔奖。
1921年，美国卫斯理大学的物理学家沃尔特·G·卡迪首次利用石英晶体的压电效应，制造出了世界上第一个晶体振荡器。在石英晶体上施加交变电场，则晶体晶格将产生机械振动，当外加电场的频率和晶体的固有振荡频率一致时，则出现晶体的谐振。由于石英晶体在压力下产出的电场强度很小，这样仅需很弱的外加电场即可产生形变，这一特性使压电石英晶体很容易在外加交变电场激励下产生谐振。其振荡能量损耗小，振荡频率极稳定。
1925年Warren Marrison (1896-1980)来到贝尔实验室工作，研发无线电传播的频率标准。他发现石英的振动可以作为节拍器，计数这个节拍就可以计时。但是当时使用的石英振动频率非常快，很难计数和显示。1927年，他把石英的振动频率降下来，然后用一个同步马达来测量频率，同时，相反的思路是，他创造了世界上第一台石英钟。
1928年，他制作了改进版本，每日误差仅有千分之一秒，比当时最精密的`摆钟`准确数百倍。石英钟石英晶体谐振器（32.768KHz）每秒需要振荡32768次。也就是说可以将1秒分为32768拍。为什么是这个数字呢，因为
每振动32768次，就记为1秒。如果晶体谐振器的精度为±10ppm，每天的误差就是0.864秒，而每个月时间误差为25.92秒，不到半分钟。
1930发表了论文
The Crystal Clock, W.A. Marrison, National Academy of Sciences Proc., v. 16, pp. 496-507, July, 1930.
下图是吉尼斯世界记录第一个石英钟给Marrison。
但是这台设备需要占据一整个房间，不能被公众使用。在最初的几十年里，石英钟因其巨大的体积和高昂的成本，仍是大型科研机构和电信部门的专属，用于校准广播频率和进行科学研究。1940年代，世界计时实验室纷纷使用石英钟取代机械表作为标准计时装置。
leapsecond.com/pages/marrison/#_note79
`集成电路`的发展将石英钟庞大的电路系统微缩到硬币大小，20世纪60年代，瑞士、日本和美国的各大公司竞相研发第一款可供销售的石英`腕表`。瑞士的制表联盟虽然率先研制出原型，但在商业化上却显得犹豫不决，他们不愿让这项“廉价”的技术冲击自己引以为傲的百年机械工艺。
直到20世纪中叶，机械表一直占据主导地位。日本的精工公司（Seiko）在1969年12月25日（圣诞节）在东京发布了世界上第一款量产（商用）石英腕表——“Astron 35SQ”。它的售价高达45万日元，相当于当时一辆丰田卡罗拉汽车的价格，但它所代表的意义是划时代的：一种比任何机械表都精准百倍、且无需每日上链的计时方式，已经可以佩戴在手腕之上。
在70年代至80年代，随着生产技术的成熟，石英机芯的成本呈指数级下降，精准的石英表从奢侈品变成了人人都能拥有的日常用品。
这一变革彻底颠覆了全球手表产业的格局，尤其是对瑞士传统机械表行业造成了毁灭性的打击，几乎摧毁了以手工艺为荣的瑞士传统制表业，数万名制表工匠失业，许多百年品牌宣告破产。这场由日本的石英表技术引发了全球经济与文化风暴，被称为“石英危机”（Quartz Crisis）或“石英革命”。
石英表（或称电子表）在在80年代进入我国，成为70年代出生的孩子的少年记忆。我记得5元钱就可以买一个电子表。
石英钟的节拍器系统，动力系统，显示系统与机械手表的截然不同，分别为石英晶体（无擒纵装置）、电池和数显屏，与机械表没有一点传承，是独立发展的事物。
石英钟（产业）消灭了机械表（产业），与机械表无关。
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