第三部分
电精密计时、石英和原子钟的历史

电精密计时可以分为两个时期：第一个时期（公元1840~1930 年) ，为了完善时间测量技术，开始是在古典振动精密计时领域里所取得的电磁学成就。第二个时期(从公元1930年至今) ,电精密计时的发展导致应用新型振荡器（原子、分子、石英晶体、音叉以及其他）的计时仪器的产生，这与那时在无线电光谱学、无线电电子学、半导体（和微电子）技术，以及其他科学和技术领域所取得的成就相联系着的。
第一个时期包括下列发展阶段：a) 直接作用和间接作用电驱动摆钟， 以及带有一个自由摆和另一个辅助(“盲从的”)摆的萧尔特(шорт) 电摆钟的出现；б) 电摆轮钟和精密计时器的出现；B) 电上条和上条系统； г) 统一准确时间的电钟系统，以及同步电钟。这个时期，电精密计时处于与古典振动精密计时和电技术所取得的成就紧密联系之中。在公元19世纪下半叶和公元20世纪第一个十年里，关于电技术的最重要的发现、发明，在电精密计时领域里都得到了应用。
第二个时期，在电精密计时发展中，为制造新的计时仪器取得了巨大进步，这些计时仪器的技术特性成数量级地提高。制造于公元1930年的石英钟，其走时精度高于萧尔特电摆钟一个数量级。走时精度进一步再提高一个数量级，是由原子钟取得的。
“在原子钟出现之前，时间的测量——正如爱森（Эссен）正确指出的——是在地球转动的基础上进行的，虽然普通的钟表也起过重要作用。随着原子钟的出现，所有时段，包括昼夜和年的延续时间，都以原子单位来测量，因此，可以完全有根据地说，时间测量技术发生了革命。”从公元1958年起，这个频率和时间的新基准开始成为各方面共同的需要。
公元1945年之后，在应用电和电子技术来制造新的计时仪器方面，取得了巨大的成绩，诸如，接触式磁电的电磁手表、电子机械手表、无接触式晶体管摆轮的、音叉的和石英的手表。从公元1967年起，由于微电子，首先是集成电路的迅速发展，石英手表得到了发展，而且逐渐成为日常生活用的表，石英手表的走时精度比普通摆轮手表的走时精度高100 倍（二个数量级）。
现今，集成电路的进化正处于取得根本成就的前夕。
原子钟、电钟和电子、机械手表有许多共同点，在这些钟表之间有着众所周知的继承性，已经发生的进化应当归功于无线电技术、电子技术的发展和科学各个领域所取得的成就。

第一章
电摆钟和电摆轮钟的历史
电钟的发明在公元18世纪末期，曾试图利用静电输送一定距离的可能性，但得到的结果是实用价值非常小，直到公元1800年亚历山大??伏特（Алесандро）发明称之为伏特电堆电池为止。
制造电钟最早的报导是在公元1830年，这是意大利韦罗纳大学物理学教授札姆包尼（Эамбони）制造的钟，遗憾的是这只钟未能保留到现在，所以，钟结构的细节也不清楚。根据保存下来的报导，这只钟摆的摆动，是依次由札姆包尼电池两极之间的静电引力和斥力推动摆的金属摆锤来维持的。根据杰??拉??利夫（де—ла—Рив）教授证明，公元1832 年，札姆包尼钟在瑞士日内瓦(Женева) 展出。
公元1820年爱斯特(Эрстед)的发现、安培(Ампер) 和其他学者工作的结果，建立了电磁学的理论。应用电磁学的第一个成果，是电磁电报和电钟的发明。
在利用电磁学基础上制造电钟的创始人，是电报的发明者施琴格尔（Штейнгель，公元1801~1870年）和威茨统(Уитстон，公元1802~1875年)。由于对电磁电报的研究，导致了施琴格尔于公元1839年制造出电钟。公元1840年，威茨统在皇家学会做了关于电钟的报告。报告中叙述的钟的装置，现在也只是有历史的趣味。
在威茨统第一只电钟（图1)里，给副钟（转换器）传递冲量的装置，是沿着两个对称放置的磁铁心摆动的线圈。起着磁铁作用的线圈，每秒钟都给副钟传递电流脉冲，但这破坏了钟的走时，因为在接触时压力是很大的。威茨统曾试图用电磁耦合电路装置来克服这个缺陷。
在他另外一个电钟方案里，摆是用钥匙上条来驱动的。这种钟与一般钟的区别在于，摆被利用作为电磁电机，用磁化圆柱形钢杆代替摆锤。当摆杆在磁场中运动时，在副钟的轻的钢圆盘上产生激磁电流，这些圆盘的旋转引起指针转动。钟盘的钢圆盘每秒钟都给出电脉冲。
这样，摆就起了相应频率发电机的作用，而副钟就像是电流驱动的电机。摆不是完成它所固有的作用，造成了对它最不利的工作条件。在磁场中摆动的摆，受到自己振动的阻力，不总是可以得到有足够力量的电脉冲，借以控制钟的指针。这个系统可以克服接触的困难，但对摆的自由摆动破坏较大。
波拉夫?? 胡波—琼斯(Прав Хоуп—Джонс) 对威茨统钟的评价是否定的：“我们之所以不能同意是因为——这位作者写到——威茨统研究了伽利略、惠更斯，他是知道摆的理论的，是知道托姆皮昂、加利松、缪支和阿尔诺利德的成就的，他们生活和工作的时间都在他之前，发生在他生活和工作的前世纪，但这样无情地干涉摆的自由，足以使他们在棺材里翻个过。”
公元1873年，威茨统钟安装在皇家学会，但在发明者逝世后不久就停止使用了。
威茨统之后，在电钟里不合理应用摆的情况持续了很久，把摆仅仅看作是闭合电路所必需的能源。当某一发明者试图实现更好的接触装置时，他在这个电路中就利用摆，虽然是与破坏摆的振动基本定律相联系的。在这些不成功中，许多电钟的发明者在电钟早期发展阶段未能掌握足够的钟表专业知识，而受到了不小的影响。在制造电钟方面取得重大成就，是在掌握电子技术的钟表专家参与这个工作之后，诸如：亚历山大??边（Александр Бен）、马契阿斯??吉波（Матиас Гипп）和其他。
在公元19世纪，电精密计时发展的进步是很慢的，希望也是很小的。甚至在公元20世纪初，不少从事钟表事业的专家，都不相信电钟会有进一步的发展。洛尔德??格利姆托尔波（Лорд Гримторп）写到，他没有“任何根据可以设想，在很长的时间里用电来直接维持钟的准确走时。”
在自己著作再版时，格利姆托尔波指出，电钟不能保证必需精度的原因“任何着手设计电钟的人，应该注意到电源电流的电压是随着时间的流逝而变化的，这对钟的走时是有影响的。”
所有的这些困难，在电精密计时的进一步发展中都得到了克服。

直接作用的电驱动摆钟和摆轮钟的发展
边的摇钟  最早出现的直接作用的电驱动钟，是与英国钟表专家亚历山大??边（公元181l~1877年)的名字联系着的。公元1837年，他从爱丁堡来到了伦敦，为的是从事钟美技艺工作。这也是正值虎克和威茨统得到电报机专利的一年。 
亚历山大??边不仅是位有经验的钟表专家，而且是位关心科学成就的天才发明家。当他顺利地安排好工作之后，他在理工大学系统地学习了该大学的课程，并全身心地投入到发明中。对电磁机械的熟悉使边的思想投入到寻求电在技术领域可能的利用。对于钟表专家来说，首先是与他较近的领域。
边开始时制造字母打印电报机（用符号代替指令打印信息）和电钟。"到公元1840年6月，在这项发明中我取得了如此的注展——边写到——希望遇到一些人，他们能够在物质上帮助我实现我的这些发明。"在电精密计时领域里，边的基本思想在于制造这样一个装置：由母钟或主钟统一控制若干只子钟(带有钟盘) ，以使它们在不同地方能够指示同一时间。在伦敦专利局图书馆保存着边的发明的图纸，比实物小10倍，附有详细的说明。这个发明是要制造由摆和摆轮运动产生的，依次闭合和断开的电流驱动的钟的电路系统。此外，边的制造打印电报装置和通过导电铁轨和座板的铁路电信号装置的发明也是很有名的。他还拟订了实现有线和无线远距离传递图像的新原理和打印材料，这已预示了现代电视的某些思想。根据边的发明的意义，他的名字可能列入优秀技术活动家的列。
公元1840 年8 月，亚历山大??边被介绍给学者和发明家威茨统。边向他阐述了自己的电钟和字母打印电报装置。年轻发明家的设计使威茨统很感兴趣，他给了边经费，使边完成了自己的模型，还向边买了字母打印装置。在英国出现的对电钟发明的兴趣说明，社会对此给予了很高的评价。
公元1840 年10月，边取得了电钟的发明专利。据此，在英国认为边是电钟的第一个发明者，因为在此之前任何人都未曾获得过类似的专利。
对边的专利的叙述和鉴定是很详细的，包括子脉冲钟和脉冲电流驱动指针的各种方法，脉冲电流是由摆动的摆和振动的摆轮运动产生的。这里还叙述了直接作用的电驱动摆钟，它可以控制子(脉冲)钟。
在这个专利里叙述的第一只母钟机构，是用重锤驱动的，而走时调速器是秒摆。
图2 给出了这些电钟之一的装直原理图。图中，2为秒摆，线路l上有三只子钟，钟表机构未给出，摆杆上有一带有金属销子的托架4，用以实现接触，销子以摩擦接触通过绝缘体中的固定在托架的金属嵌入物3 。摆每一次摆动时，线路的触点闭合，之后，在串联的子钟线路中产生电流脉冲，一个脉冲接着一个脉冲地转动指针。
公元1843年，直接作用电驱动的边的摆钟，其摆是在电磁作用下维持自己振动的，参见图3。应用称之为地电池1和2作为电能源，1和2由铜板和锌板构成，掩埋在湿的土地里。还有两个子钟的固定钟盘3和4。摆的荷重7 是由绝缘导线绕成的圈数很多的重线圈。线圈放置在固定在架上的两个马蹄形永久磁铁的两极之间。电触点的接触是靠安装在摆杆上的小球来实现的。当摆振动时.小球依次与左或右薄板5和6接触。当摆向左边振动时，小球落在薄板5上，闭合电路，这时摆被牵向右边，得到脉冲，同时，这个脉冲传递给线路上的每一只钟盘。当摆向右边运动时，小球落在另外一个金属薄板6上，它没有电触点，线路断开。当摆依次摆动时，都重复这个动作。边的钟受到了赞扬，并且成为篮本，但接触装置和断路器不是很成功的