Opdeling af denne gennemgang
- Introduktion og side 1: Instrumenter fra tiden før skriften.
- Side 2: Instrumenter til observation af skygger.
- Side 3: Instrumenter til observation af himmellegemer.
- Side 4: Instrumenter med gennemstrømning eller forbrænding.
- Side 5: ure og moderne instrumenter. (denne side)
Undskyld til dem, der modigt har fulgt denne gennemgang fra begyndelsen, men jeg kommer til at gentage mig selv. Og endnu mere på denne side end på de foregående. Formålet med denne gennemgang er at følge udviklingen af måleinstrumenter ud fra det, der faktisk var nyskabende i forhold til præcision.
Du finder derfor hverken billeder eller referencer til alt det, der findes af ure, standure og armbåndsure i verden. Du finder endnu mindre detaljerede tekniske forklaringer om urværk. Højst nogle enkle forklaringer (forenklede, vil urfagfolk sikkert sige - og de må tilgive mig), nok til at forstå instrumenternes udvikling. Jeg ville i øvrigt være helt ude af stand til at forklare dig, hvad en chaussée avec tige eller et renvoi-hjul er, og heller ikke mange andre dele ... For resten henviser jeg til de mange fremragende specialsites.
Fra ur til armbåndsur
Generelt
Lad os, ligesom med klepsydraerne, stille nogle overordnede spørgsmål, før vi følger instrumenternes tekniske udvikling:
Hvad er etymologien for ordet horloge? Et hurtigt dyk i Dictionnaire de l'Académie Française: "substantiv femininum (tidligere maskulinum. I visse byer siger man stadig le gros horloge. Le gros horloge de Rouen). 1100-tallet, oriloge, orloge, i maskulinum. Via latin horilogium fra sen-græsk hôrologion, "det, der angiver timen"."
Lad os i øvrigt bemærke, at det engelske ord clock kommer fra fransk cloche (klokke).
Det første ur: hvornår, hvor og af hvem? Lad os sige det med det samme: man ved ikke, hvem der opfandt det første mekaniske ur. Det er ekstra svært at afgøre, fordi ordet horilogium blev brugt generisk, så man ikke kan vide, om der menes et mekanisk ur, en klepsydra eller endda et solur. Husk det kanoniske solur ved kirken i Mérindol-les-Oliviers i Drôme med indskriften OROLOGII.
Man tillægger undertiden Gerbert, som vi allerede har omtalt, opfindelsen af det mekaniske ur. Det er sandsynligvis forkert. Man kan i øvrigt spørge: hvis det var sandt, hvorfor skulle opfindelsen så være blevet glemt fra slutningen af 900-tallet til slutningen af 1200-tallet?
For det er netop i slutningen af 1200-tallet, at de første mekaniske ure dukker op i Europa. Mere præcist i England, i 1283, ved Dunstable Priory i London. Andre fulgte i årene efter: Exeter (England) i 1284, Saint Paul's (London) i 1286, Canterbury (England) i 1292, og mange flere i 1300-tallet.
Bemærk også, at det mekaniske ur er af rent vestlig oprindelse. Hverken den islamiske eller den kinesiske civilisation gik den vej. Teknologisk begrænsning eller blot andre valg (fx hydraulisk teknologi hos kineserne)?
Er uret et tidsmålingsinstrument? Jeg gentager ikke klepsydra-øvelsen. Uret er selvfølgelig, ligesom timeglasset og klepsydraen, et tidsbevarende instrument. Man kan endda sige, at det er en tidsmarkør: uanset timens længde er det, man beder uret om, at vise, hvad klokken er.
Er uret et instrument, der er værd at interessere sig for? Ja, i allerhøjeste grad. Tusind gange ja. Urets fremkomst er uden tvivl en af middelalderens mest afgørende begivenheder. Efter min mening af flere grunde.
Bestemt ikke på grund af præcisionen, for her var både klepsydraer og solure bedre. De første mekaniske ure var ustabile og skulle stilles efter ... solure flere gange dagligt, ellers kunne de tabe næsten en time om dagen.
Bestemt heller ikke på grund af deres majestæt med to visere højt oppe i kirketårne, katedraler og klokketårne. Simpelthen fordi de første ure slet ikke var kommet derop endnu. De stod i klostre. Senere i de nederste etager af kirkerne. Og først endnu senere oppe i tårnene. De havde ganske enkelt endnu ikke urskive. Og hvem ville i øvrigt kunne læse den i en befolkning, der bestod af 95 % bønder?
I øvrigt: hvorfor markeres klokken 4 på mange urskiver som IIII i stedet for IV? Måske netop fordi IV og VI ellers kan forveksles, især ved hurtig aflæsning.
Og da de endelig fik urskive, var deres unøjagtighed så stor, at én viser var rigeligt.
Men hvad skal man så bruge et ur uden skive og visere til? Helt enkelt at advare, som et vækkeur, en klokkeringer, der tog over og ringede klokkerne (husker du? Clock = cloche). Senere, da uret fik alle sine attributter (skive, visere) og blev flyttet op i tårnene, blev det passet nøje af urforvalteren, som skulle vogte det som sin øjesten. Overvågning, vedligeholdelse og justering efter Solen var disse personers dagligdag, og de boede ofte i selve tårnet.
Nok med „bestemt ikke“. Lad os se, hvorfor urets fremkomst er middelalderens store begivenhed.
- Først fordi det markerer de lige timers sejr over de ulige timer.
Vi har set på de foregående sider, at instrumenter som klepsydra og astrolabium giver ulige timer, dvs. timer med forskellig længde efter årstid - fx 80 minutter om sommeren og 50 om vinteren. Med uret bliver timen (bortset fra præcisionsproblemer) 60 minutter, og døgnet 24 timer. Ikke længere natstid versus dagtid, men ét døgn på 24 timer á 60 minutter. Punktum.
- Dernæst fordi det åbner vejen for en sekularisering af tiden.
Frem til 1200-1300-tallet tilhørte tiden Gud. Og dermed præsterne og lignende. Via klokkeringere støttet af klepsydraer eller solure markerede de tiden med bønnetider og kirkelige tidebønner. Tænk på de kanoniske solure fra de tidligere sider.
Da det mekaniske ur kom, fungerede det først som vækkeur for klokkeringerne. Med tiden flyttede det op i tårnet, og så kunne alle bruge timen, som de ville. Tiden blev endelig alles. Og som vi netop så, blev den også lige. Da uret ikke længere kun markerede bønnetider, men også almindelige timer, var sekulariseringen fuldt gennemført.
Her begynder „alles tid“ langsomt at blive „den enkeltes tid“. Forenklet sagt udgør hvert århundrede et trin i denne udvikling. I 1600-tallet flytter tiden ind i hjemmet. I 1700-tallet bæres den på kroppen. I 1900-tallet bæres den på håndleddet.
Fra middelalderen og frem bevæger vi os altså gradvist fra et „kirkeligt monopol“ til en demokratisering af tiden.
Lad os dog ikke misforstå det: det er ikke urets ankomst alene, der skaber denne proces. Uret er redskabet. I middelalderen var gejstligheden ikke længere de eneste, der havde brug for timemarkeringer. Med vækst i handel og industri opstod behov for specifikke tidsreferencer, både til arbejdstid og bestemte opgaver. Lægger man dertil behov ved hoffet og andre steder, forstår man, at uret kom ... på rette tidspunkt.
- Endelig fordi det fører til en aflokalisering af tiden.
Ikke nok med at den ulige time forsvinder; den lokale tid gør det også. Det tog sin tid - i Frankrig først i 1891 (se gennemgangen af tidsskalaer). Moderne transportmidler som toget skabte problemet. Mekaniseringen af urene gav svaret. Alle ure i Frankrig blev synkroniseret efter samme tid: Paris-tid.
I Magasin Pittoresque fra 1880 kan man læse en artikel med titlen Unification de l'heure au moyen de l'électricité et de l'air comprimé.
Om de pneumatiske ure står der blandt andet: "... Allerede er flere ure, som fungerer efter dette nye system, opfundet af hr. Popp fra Wien, installeret i Paris ... Et centralt ur er indrettet sådan, at hver gang dets pendul slår det tresindstyvende sekund i et minut, udløses en mekanisme, der lukker trykluft ind i beholdere; luften strømmer straks gennem netværkets rør og puster en bælg op i enden. Når bælgene pustes op, løfter de en lille arm, som flytter et hjul med tres hak ét trin frem - hvert hak svarer til ét minut. På dette hjul sidder urskivens store viser, som dermed går et minut frem ...
Installationen af de første femten skiver krævede atten kilometer rør, og anlægget er udformet sådan, at alle, der bor tæt ved rørsystemet, kan modtage tiden i hjemmet. De skal blot få koblet en lille sideledning på hovedrøret, så den trykluft, administrationen leverer, føres ind i boligen."
Kort funktionsforklaring
Mekaniske ure består af fire væsentlige dele:
- En energikilde (lod, fjeder).
- Transmissionsorganer, som overfører energien og kalibrerer overførselstiden i lige timer.
- En gangmekanisme eller fordelingsorgan, som periodisk slipper drivkraften. Senere får den også funktionen at give regulatoren (pendulet) den energi tilbage, som er tabt ved dæmpning.
- En regulator eller oscillator, som omdanner uregelmæssig bevægelse til regelmæssig bevægelse.
Man kan eventuelt også tilføje:
- Et visningssystem (urskive, visere).
- Et optrækssystem til at forny energikilden.
Urudviklingen går i to retninger: miniaturisering af delene og forbedring af reguleringssystemets præcision. Her fokuserer vi især på det sidste.
Udvikling
Den bedste måde at følge instrumenternes udvikling på er kronologisk. Bare rolig: vi skal ikke endnu en gang læse den standardkronologi, som går igen fra side til side. I så fald kunne man jo nøjes med et link til originalkilden.
De første regulatorer: foliot-gang
Vi ved hverken, hvem der opfandt den, eller den præcise dato for dens fremkomst, som normalt placeres i intervallet 1270-1330.
Her kan jeg ikke lade være med at citere Gerhard Dohrn-van Rossums fremragende bog L'histoire de l'heure: "... Gangmekanismens fremkomst, som vi i dag betragter som en afgørende innovation eller en opfindelse, der åbnede nye veje, ses overhovedet ikke sådan af samtiden. Den beskrives højst som et vigtigt, men gådefuldt fænomen. Derimod noteres fremkomsten af slagure straks, og den opfattes som en sensationel teknisk begivenhed med store sociale konsekvenser".
Lad os se, hvordan dette system virker - det kaldes også verge escapement eller kronhjulsgang.
Til venstre et overblik over mekanismen med foliot. Til højre detalje af kronhjulsgangen. Fotos venligst udlånt af Jean Claude Sulka, hvis site er et besøg værd.
På billedet til venstre ses energikilden til højre: et lod i en wire, der vikles omkring en tromle. Venstre side vedrører slagværket.
På billedet øverst til højre ses selve foliot-gangen. Foliot er et T-formet element, hvor den lodrette aksel (verge) bærer en tværstang. Et tandhjul (kronhjul) forbundet med drivtromlen drejer via en palet akslen og tværstangen, indtil en anden palet - som danner en vinkel på omkring 60° med den første - stopper bevægelsen og vender rotationsretningen. Ved hver bevægelse slipper folioten en tand i kronhjulet, deraf navnet escapement/gang. Foliotens svingningstid kan ændres ved at flytte reguleringsvægte på tværstangen. Denne svingningstid skal svare til en tidsnorm (minut, time ...).
Ordet foliot kommer af folie (vildskab), som billedligt beskriver den konstante frem-og-tilbage-bevægelse. Navnet optræder første gang hos Jean Froissart, fransk digter og kronikør (1337-1404), i digtet Li Orologe amoureus fra 1370.
Foliotmekanismen var ikke kun forbeholdt store ure, som dette tromleur med foliot og helt stålværk viser. Anonymt, Sydtyskland - omkring 1550.
I sin bog bemærker Gerhard Dohrn-van Rossum, at J. Drummond Robertson i 1931 som den første antog, at urgangens escapement kunne være udviklet ud fra ældre klokkeslagsmekanismer. Slagværket fungerer nemlig efter samme princip som den escapement, vi netop har set. Forskellen er, at folioten erstattes af en hammerarm, der slår på en klokke. Naturligvis er slagværkets bevægelse hurtigere.
Og Gerhard Dohrn-van Rossum forklarer, hvordan det mekaniske ur-escapement ifølge ham blev udviklet: I klostrene var brugen af „vækkeanordninger“ almindelig. I 1200-tallet opdagede man, at hvis man sænkede klokkehammerens svingningshastighed, øgede massen og gjorde den justerbar, kunne man opnå en stabil urbevægelse. Hvorfor ikke? Selv om der stadig var fremskridt at gøre i stabilitet og præcision.
En variant af foliot-gangen
Det er den, Giovanni Dondi bruger og beskriver i et værk fra 1365.
Til venstre en tro rekonstruktion af Giovanni Dondis planetur (Astrarium), som kan ses på Leonardo da Vinci-museet i Milano. Originalen findes ikke længere. Til højre skitsen af det nederste chassis efter et manuskript i Eton College-biblioteket i Windsor.
På skitsen til højre ses øverst, at folioten er erstattet af et vandret hjul med „tapper“. Det rejser spørgsmålet om, hvordan mekanismen kunne reguleres. Bemærk også, at der er en urskive.
Skift af drivkilde
Omkring 1450 dukker stålfjederen op som energikilde.
Forveksl ikke den såkaldte drivfjeder med den fjeder, vi senere møder i reguleringssystemet.
Fjederens fordel i forhold til loddet er, at den fylder mindre og dermed gør uret flytbart samt gør miniaturisering mulig, så uret kan blive stueur eller lommeur.
Til gengæld har den en stor ulempe: i takt med at fjederen slapper af, leverer den faldende kraft. De første fjederure var derfor endnu værre i præcision end lodure.
Derfor opstår hurtigt to systemer til at håndtere denne ujævne drivkraft. I Tyskland bliver det stackfreed, som får kort levetid. I Frankrig bliver det fusée (snekke), som bruges langt længere.
Til venstre stackfreed-system. Til højre fusée-system. Udskiftningen af snor med kæde i 1650 skyldes urmageren Gruet fra Genève.
- Stackfreed bruger en anden fjeder, som presser mod en kam, der holder drivkraften nogenlunde konstant.
- Fuséen har samme mål. Man kompenserer for kædespændingens svækkelse (kæden var først en snor) ved at øge momentarmen og dermed holde drivkraften konstant takket være fuséens hyperbolske form. Minder det ikke lidt om gearudveksling på cykler?
Bemærk i øvrigt, at alle skitser viser skruer til samling af delene. I virkeligheden havde de første ure (i bred forstand) kilestifter, og først omkring 1550 kommer skruerne.
Revolution hos oscillatorerne
Det er i 1600-tallet, at instrumenternes præcision forbedres markant: fra afvigelser på 15 minutter til blot få sekunder. Så stor en præcision, at englænderen Daniel Quare (1649-1724) i slutningen af århundredet endelig tilføjer minutviseren.
Uden at falde i den rene urmagertekniske detaljefælde kan vores gennemgang af præcisionsudviklingen i mekaniske ure afrundes, når vi har set denne „revolution hos oscillatorerne“.
Det hele begynder i 1583, da Galileo ifølge sin første biograf, Vincenzo Viviani, formulerer pendulets isokronilov efter at have observeret en lysekrone svinge i domkirken i Pisa: svingningstiden afhænger kun af pendulets længde, ikke af udsvingets amplitude.
Galileo Galilei (1564-1642)
Galileo behøver næppe introduktion, så her kun en ultrakort version: født i Pisa, fremragende fysiker og astronom, med mange opdagelser i mekanik og astronomi.
Han forbedrer astronomkikkerten væsentligt, forsvarer Jordens bevægelse, opfinder termometer, hydrostatisk vægt og proportionalpasser. Han formulerer legemers faldlove. For os her: han opdager pendulets love.
I 1638 offentliggør han pendulteorien og beder sin søn bygge et lod- og pendulur, som han har udtænkt. Desværre dør sønnen året efter.
Her ses tegningen, udført af Galileos søn efter faderens diktat, som uret skulle bygges efter.
Så træder Christiaan HUYGENS (1629-1695) ind på scenen.
Christiaan Huygens (1629-1695)
Han blev født i Haag og fik sin naturvidenskabelige uddannelse gennem Descartes' værker, en ven af hans far. Han var den første til at observere en af Saturns måner (Titan), senere Saturns rotation og ringe. Han offentliggør reglerne for elastiske stød.
Han var medlem af Académie des Sciences i Paris og Royal Society i London. For vores emne opfinder han penduluret og spiral-fjederen til ure.
Fortsatte han Galileos arbejde eller arbejdede han parallelt? Uanset hvad får han i 1657 urmagermesteren Salomon Coster til at bygge et lod- og pendulur, som hurtigt får navnet pendulur.
Huygens' lod- og pendulur, som det vises i hans bog Horologium oscillatorium. Man ser på denne gravering, at escapementet stadig er kronhjulsgang, hvilket kræver store penduludslag og dermed skader isokronien.
De to blade er beregnet til at korrigere variationer i pendulets svingningsperiode; perioden justeres med en skydevægt, der kan flyttes langs stangen. Man må vente til 1671 og urmagermester William Clement for at se „anker med tilbageslag“ opstå på en idé af Robert Hooke. Det gav pendulet en svingningsvinkel på 4-5° i stedet for 40° i Huygens' ur og gjorde virkelig isokroni mulig.
18 år senere, i 1675, opfinder Huygens det første ur med spiral-fjeder, udført af Isaac Thuret, en af Paris' bedste urmagere. Regulatororganet var en balance (ikke at forveksle med pendulet i standure), et lille metalhjul koblet til en fin spiralformet stålfjeder, der påvirker balancen som tyngdekraften påvirker et pendul.
I de følgende år og århundreder arbejdede urmagere og opfindere videre med at forbedre eksisterende og nye værker: escapements, slagværker, optrækssystemer, materialekvalitet, modstand mod temperaturvariationer osv. Men dér går vi ud over denne sides rammer - og også mine kompetencer. For en fuld kronologi over ure henviser jeg dig derfor til standardværkerne.
Kvarts, den moderne oscillator
I 1880 opdager Pierre og Jacques Curie den piezoelektriske effekt: når visse krystaller (bl.a. kvarts) udsættes for mekanisk påvirkning, opstår elektriske ladninger på overfladen.
Det er altså bare at lægge en kvartskrystal i en kapsel, banke på den (på kvartsen, ikke kapslen) og opsamle ladningerne, så er vi i mål ... hov, nej! Så har vi bygget en lighter eller gasantænder, ikke et ur. Det er den direkte piezoelektriske effekt.
Man må vente på G. Lippmann for den inverse piezoelektriske effekt: krystaller deformeres, når de udsættes for et elektrisk felt. Hvis denne „excitation“ af kvartsen holdes konstant, vibrerer den med en meget stabil egenfrekvens, som afhænger af dens størrelse (i begge betydninger). Det er så bare at tælle vibrationerne og omsætte dem til ønsket tidsenhed (fx sekund). Kvartsresonatoren er født.
For armbåndsure er frekvensen typisk 32.768 Hz. Et integreret kredsløb dividerer denne frekvens med 2 femten gange i træk, og så har vi vores sekund.
Hvad angår præcisionen, ligger en sådan oscillator omkring 1/1000 sekund pr. 24 timer. Det er trods alt noget bedre end folioten, vi begyndte med.
De første kvartsure kom i 1929-1930, og størrelsen kunne måle sig med de første tårnure. Det første kvartsarmbåndsur med visere kom i 1967, og det digitale ur blev født i 1971.
Hvis du leder efter kvartsen i dit ur, finder du næppe noget, der ligner billedet til venstre, men snarere noget som det andet billede. Så mangler du bare at åbne kassen for at finde kvartslamellen. Derefter garanterer jeg ikke, at uret kommer til at gå særlig godt ...
Atomure
Med atomure går vi over til en ekstrem præcision i størrelsesordenen ét sekund på cirka 3.000 år.
Disse ure er selvfølgelig ikke lavet til at stå hjemme på kaminhylden. De bruges til ultrapræcise målinger, blandt andet til at levere TAI (International Atomic Time), som vi har omtalt i gennemgangen af tidsskalaer.
Vi går ikke i detaljer med deres funktion. Det vigtigste er blot, at det nu er atomet, der fungerer som oscillator, fordi dets frekvens (eller mere præcist dets tilstandsskift) er endnu mere præcis end kvartsens. Der findes flere muligheder, men cesium-atomet (Cs for de indviede) egner sig særligt godt til rollen.
Som afslutning
Kan du huske billedet af mådehold, som Ambrogio Lorenzetti fremstillede det i 1338?
I 1400-tallet fremstilles hun sådan i et manuskript bevaret i Sächsische Landesbibliothek i Dresden.
Hvordan burde hun fremstilles i atomurenes tidsalder?