Пока человек достиг выделки таких часов, которые идут с точностью до секунды, успели пройти тысячелетия. Посмотрим какими путями шло развитие часового искусства.
Уже в древнейшие времена люди умели измерять день, хотя не с точностью до секунды. Для установления времени пользовались тенью, которую отвесно поставленный прут отбрасывал на землю. Наблюдение показало, что тень, которую он отбрасывал поутру, постепенно укорачиваясь, к середине дня достигала минимума и с этого момента снова удлинялась до заката солнца. На основании этого опыта стали определять длину тени, которую отбрасывало в различные моменты дня тело наблюдателя и измерять ее длиною ступни. Отношение между длиною отбрасываемой тени и длиною ступни остается у различных людей приблизительно одним и тем же, вследствие того, что с увеличением роста, обыкновенно в той же пропорции увеличивается и длина ступни. Может быть, в прежние времена приглашали кого-нибудь к обеду «в четыре ступни», и гость получал таким способом приблизительное указание времени, (см. рис. № 2).
Рис. № 2. Древнейший способ указания времени по длине собственной тени, измеряемой ступнями.
Французский археолог, Соломон Рейнах установил, что этот обычай в Греции практиковался еще во времена Аристофана (450 по 385 до Р. X.). Вскоре, однако, перешли просто к отвесному столбу (гномону), который ставили обыкновенно на площадях города.
Длину тени гномона измеряли на земле посредством начерченных концентрических кругов.
После того, как узнали, что направление тени еще более показательно для определения времени, чем ее длина, стали устанавливать «солнечные часы», которые указывали время по передвигающейся с запада на восток тени. (См. рис. № 3).
Изобретателем солнечных часов раньше считали халдеянина Бероса, жившего около 600 г. до Р. X. Однако по позднейшим исследованиям китайцы знали часы уже в 2679 г. до Р. X.
Громадной важности изобретение, — солнечные часы, было встречено без той радости, какую оно бы заслуживало. На это есть указание в сохранившемся отрывке комедии римского поэта Плавта. Поэт заставляет одного кутилу произнести следующие слова: «Да погубят боги того, кто первый придумал час и воздвигнул солнечные часы, мне, бедному, по кускам сокращающие день. Прежде желудок был моими солнечными часами, из всех часов самыми лучшими и самыми верными. Везде эти часы приглашали к еде, кроме того случая, когда нечего было есть; теперь же и то, что имеется не едят, если это не нравится солнцу».
Рис. № 3.
Арабские астрономы Тебин бен Кора, Абун-Гассан-Али и др. составили обширные трактаты по гномонике или искусству строить солнечные часы. Основанием гномоники служили правила тригонометрии.
Рис. 4. Водяные часы Ктезибия.
В средние века еще занимались гномоникой, между прочим, знаменитый немецкий живописец и гравер из Нюрнберга, Альбрехт Дюрер, известный математик, иезуит Кирхер и, прозванный «отцом гномоники» французский монах, преподаватель математики Мюнстер.
После изобретения маятника и пружинных часов, гномоника и устройство солнечных часов стало не более, как забавой. К тому же все солнечные часы обладали и обладают и теперь одним большим недостатком: они могут служить только тогда, когда светит солнце, при облачном небе и ночью ими нельзя пользоваться. На многих из них встречается глубокомысленное изречение: «Я показываю только светлые часы».
Вот почему в древности были в употреблении еще другие: водяные и песочные часы.
Водяные часы (клепсидры) показывали время при помощи указателя, прикрепленного к какому-нибудь поплавку; с притоком воды указатель поднимался вверх, а когда вода вытекала, он спускался вниз. Витрувий (римский зодчий и инженер, живший во времена императора Августа) упоминает про водяные часы Ктезибия, учителя Герона. (см. рис. № 4).
Эти часы состоят из колонки, которая вращается на своем основании и делает один оборот в год. На этой колонке начерчены вертикальные линии, обозначающие месяцы и горизонтальные, обозначающие часы. С одной стороны колонки поставлена фигурка, изображающая ребенка, который, по-видимому, горюет по поводу быстрого полета времени, причем он из своих глаз роняет слезы, каплю за каплей, в водяные часы. Эта вода заполняет внутреннее пространство механизма и поднимается к верху по длинной, тонкой трубке. На куске плавающей по воде пробки находится вторая фигурка, которая прутиком указывает на колонке соответствующий час.
У греков и римлян были в большом ходу водяные часы самого простого устройства; ими определяли, между прочим, продолжительность речей ораторов в суде. Водяные часы Помпея славились украшениями из золота и каменьев. В высшей степени искусные водяные часы были посланы в подарок калифом Гарун-Аль-Рашидом в 807 году императору Карлу Великому. У этих часов был бронзовый, насеченый золотом чехол, и они указывали время на циферблате. Ежечасно на металлическую чашку падало столько серебряных шариков, сколько протекало часов. Одновременно с этим открывалось двенадцать дверок, из них выскакивало двенадцать всадников, исполнявших военную игру, после чего они опять возвращались обратно, и дверки опять закрывались. О Платоне известно, что он пользовался водяными часами, как будильником.
Знаменитый греческий врач Герофил, живший около 300 лет до Р. X. пользовался переносными водяными часами для измерения пульса. У Прокопия из Газы, жившего около 500 г. до Р. X. сохранилось описание монументальных водяных часов, украшавших базарную площадь названного города. Дильсон дал нам описание этих часов, по которому мы можем судить о том, как высоко стояла у древних греков техника. По истечении известного времени прикрепленная на часах голова Горгоны начинала вращать глазами, что производило на зрителя жуткое впечатление. Из находившихся ниже головы дважды двенадцати отверстий, верхние были посвящены ночным часам; каждый час отмечался появлением светильника. Мимо дверок дневных часов проходил бог солнца Гелиос. По истечении каждого часа открывалась одна из дверок, и можно было видеть одну из двенадцати работ Геркулеса, а прикрепленные над дверками орлы украшали голову Геркулеса лавровыми венками. Каждая отдельная фигура производила свое особое действие. Так, средний Геркулес отбивал часы на бронзовой чашке. Пан (древний греческий бог) и различные фавны играли на флейтах и свирелях.
Однако у водяных часов был крупный недостаток: при низкой температуре их содержимое замерзало.
У песочных часов этого недостатка не было, и обслуживание их было гораздо легче. В позднейшее время песочные часы снабжали четырьмя сосудами. (См. рис. № 5).
Рис. 5. Песочные часы с четырьмя сосудами и часовым циферблатом.
Первый сосуд опоражнивался в течение четверти часа, второй — в течение получаса, третий — в течение трех четвертей часа, а последний — в течение целого часа. У этих песочных часов был циферблат, на котором, когда переворачивался последний сосуд, следовательно, по истечении каждого часа, стрелка передвигалась на час вперед, так, что не только можно было знать, когда истекал час, но также и то, который это был час.
Эти примитивные измерители времени были еще в большом употреблении в семнадцатом столетии. В одном французском журнале: «Mercure galant», за октябрь 1678 г. напечатано: «Большинство рабочих кабинетов пользуется песочными часами». В Нюрнберге существовал цех часовых мастеров, а франты носили песочные часы, прикрепляя их к колену.
По-видимому, колесные часы (механические) того времени были еще слишком дороги и, может быть, также и не столь надежны, как простые песочные часы.
В судоходстве песочные часы применялись еще в 18-м столетии. Их надо было переворачивать каждые полчаса; отсюда морской термин: «склянки», обозначающий известный промежуток времени, определяемый переворачиванием в часах сосудов-склянок. Одна склянка означает полчаса, после четырех склянок производится смена вахты.
Приготовление песка для песочных часов требовало большой тщательности и работы; он, обыкновенно, добывался из гущи, образующейся при перепилке мрамора.
Существовали и другие измерители времени, например, масляные часы. Это были стеклянные лампы, у которых уровень стояния масла по шкале указывал ночные часы. Надо предполагать, что это был наименее надежный способ измерения времени.