Часы выполняют две задачи: тикают и отсчитывают удары. Водяные часы, которые называют клепсидрой, совершают ход с падением каждой капли. У более совершенных устройств падающая капля воды приводит в действие систему передаточных механизмов, которая подталкивает стрелку к набору чисел или номерных меток, которыми обозначены равные промежутки времени. Водяные часы были в ходу на протяжении как минимум трех тысячелетий. Еще римские сенаторы пользовались клепсидрами, чтобы предостеречь коллег от суесловия. (Цицерон употребляет выражение «испросить часы» в значении «требовать слова», а фраза «вручить часы» означает «предоставить слово».)
На протяжении всей истории человечества ход времени в часовом механизме отсчитывали преимущественно по вращению Земли. По мере вращения планеты вокруг своей оси солнечный диск перемещается по небосводу, отбрасывая подвижную тень. Тень, упавшая на солнечные часы, обозначает ваше местоположение в системе суточных координат. Маятниковые часы, изобретенные Христианом Гюйгенсом в 1656 году, приводит в действие сила притяжения, на которую оказывает влияние вращение Земли. Ритмичное раскачивание привешенного к маятнику грузика взад-вперед заставляет стрелки перемещаться по циферблату. Таким образом, ход часов представляется результатом гармонических колебаний, ритм которых задает вращение Земли.
В часовом механизме фактически тикают сутки: в промежутке между двумя рассветами наша планета успевает совершить полный оборот вокруг своей оси. Часы и минуты, заполняющие данный промежуток времени, изобретены человеческим разумом, которому потребовалось разделить день на легко поддающиеся учету отрезки, посвященные удовольствиям, труду и торговле. С ускорением ритма жизни течением дней стали управлять секунды – разменные монеты времени и главная обменная валюта современности, вездесущие и вожделенно-недосягаемые на излете (особенно когда пытаешься успеть на поезд), они слишком важны, чтобы разбрасываться ими попусту или бездумно смахнуть в горсть. Довольно долго секунды существовали только в виде абстракций и воспринимались как вид математического подразбиения, определяемые в виде соотношений: 1/60 минуты, 1/360 часа, 1/86 400 суток. Первые секундные маятники появились в XV веке у некоторых моделей немецких часов, но секунды стали физически осязаемыми или, по крайней мере, слышимыми только после того, как в 1670 году британский часовой мастер Уильям Клемент снабдил часы Гюйгенса секундным маятником, благодаря которому мы слышим знакомое тик-так.
Секунда вступила в свои права лишь в XX веке, когда получили распространение кварцевые часы. Ученые обнаружили, что кристалл кварца, внесенный в поле переменного тока, совершает колебания с частотой десять тысяч раз в минуту, резонируя подобно камертону. Точная частота вибраций зависит от формы и размера кристалла. В 1930 году была опубликована научная работа под названием «Кристаллические часы», предложившая использовать данное свойство кварца для завода часов. Отсчет времени посредством электрического поля, а не за счет гравитации, как раньше, обеспечивает точную работу часового механизма в сейсмоактивных регионах, в движущихся поездах и на борту подводных лодок. В современных кварцевых часах, включая наручные модели, используются кристаллы, вырезанные лазером, которые совершают колебания с неизменной частотой 32 768 Гц (или 215 раз в секунду). Так родилось рабочее определение секунды: 32 768 периодов колебаний кристалла кварца.
