În urmă cu aproape 5000-6000 de ani, marile civilizatii ale Orientului Mijlociu si Africii de Nord au început să studieze posibilitatea de măsura timpul cu ajutorul unui „instrument” mult mai precis. Pentru ca modalitătile cunoscute pana atunci – calendarul anual si lunar – nu mai corespundeau nevoilor populatiei, savantii epocii s-au gândit la un „dispozitiv”, mai exact – ceasul. Din păcate, o dată cu disparitia civilizatiilor antice, cum ar fi cultura sumeriană, foarte multe cunoștinte prețioase s-au pierdut, printre care si incercările concrete de a construi un ceas, fie el si intr-o varianta „primitivă”.

Ceasurile solare

Primele informaţii de această natură provin de la vechii egipteni; obeliscurile ar putea fi considerate, într-o oarecare măsură, primele „tentative” de construcţie a unor instrumente echivalente ceasurilor de astăzi. Se pare că, în jurul anului 3500 î. Ch., folosirea obeliscurilor ca „indicatoare” mai precise ale scurgerii timpului era privită cu foarte mare seriozitate de egipteni. Cele 4 feţe ale obeliscurilor arătau, în funcţie de umbra aruncată pe pământ, diferitele momente ale zilei.

De asemenea, ele erau împărţite în mai multe diviziuni, indicând astfel cele mai scurte (sau lungi) zile şi alte momente importante ale anului. De asemenea, este esenţial să amintim că tot egiptenii foloseau un instrument denumit „Merkhet”, cea mai veche „unealtă” astronomică din lume. Două instrumente de acest gen erau amplasate în aşa fel încât să se obţină o linie nord-sud, urmând poziţia Stelei Polare. Astfel, puteau fi măsurate orele din timpul nopţii, în funcţie de tranzitul diverselor astre faţă de meridianul marcat.

Ceasurile de apă

De această dată ne oprim în Grecia antică, unde se presupune că au apărut, pentru prima dată, ceasurile de apă, în jurul anului 325 î. Ch.

Majoritatea acestor ceasuri marcau orele nopţii, dar unele erau folosite şi pe timpul zilei. Exista însă un inconvenient destul de mare, şi anume inexactitatea lor, ţinând cont de faptul că se bazau numai pe scurgerea apei în (si dintr-un) container marcat pe exterior cu subdiviziuni ce indicau timpul.

În Orientul indepărtat, construirea ceasurilor mecanice „astronomice” sau „astrologice” a cunoscut o amplă dezvoltare între 200-1300 d. Ch. In anul 1088, Su Sung şi colegii săi au proiectat şi construit un mecanism foarte complex de măsurare a timpului, ce încorpora şi un sistem de evacuare a apei. Astfel, originalul „ceas” avea peste 7 m înălţime şi toate mecanismele sale funcţionau simultan. Pe parcursul fiecărei ore, un privitor putea vedea mişcarea unei sfere construite din inele de bronz, rotaţia automată a unui „corp ceresc” şi cinci uşi care se deschideau, pentru a putea permite observarea unor mici statuete. Fiecare dintre acestea avea un rol bine definit, unele sunau din clopoţei, altele băteau un gong sau purtau tăbliţe cu o anumită oră inscripţionată. Cam complicat, dar destul de ingenios.

Ceasurile mecanice

În anul 1656, savantul olandez Christian Huygens a construit primul „ceas-pendulă”, pe baza unui mecanism folosind o perioadă „naturală” de oscilaţie. Iniţial, „creditat” cu invenţia pendulei a fost Galileo Galilei, în 1582, dar aceasta nu a fost niciodată construită înainte de moartea sa. Ceasul lui Huygens avea o eroare de „mai puţin de un minut pe zi”. Un an mai târziu, în 1657, acelaşi savant olandez a inventat un alt tip de mecanism, bazat pe arcuri, care poate fi şi astăzi găsit în structura unor ceasuri de mână.

În 1721, George Graham a reuşit să corecteze eroarea pendulei lui Huygens, reducând-o la o secundă/zi, prin compensarea modificărilor înregistrate de lungimea pendulului, cauzate de variaţia temperaturii.

Ceasurile cu cuarţ

Funcţionarea unui astfel de ceas se bazează pe proprietatea piezoelectrică a unui cristal de cuarţ. Atunci când un câmp electric este aplicat acestuia din urmă, se modifică însăşi forma cristalului. Îndoit sau presat, el generează, la rândul său, un câmp electric. Dacă această interacţiune se petrece în cadrul unui circuit electric, va determina o vibraţie a cristalului, generând un semnal electric constant, putând fi astfel folosit pe cadranul unui ceas electric. Primele ceasuri de mână produse în serie utilizau cadrane cu „LED”-uri („Light Emitting Diode” = diodă emiţătoare de lumină).

În anii ’70, acestea au fost înlocuite cu „LCD” („Liquid Crystal Display” = cadran cu cristal lichid). Să nu uităm că ceasurile cu cuarţ domină şi astăzi piaţa, datorită exactităţii si rezistenţei lor.

Ceasurile atomice

Sunt cele mai precise de până acum, depăşind cu mult performanţa ceasurilor cu cuarţ. Cum s-a ajuns însă la această idee?

Cu ceva timp în urmă, savanţii au descoperit că atomii şi moleculele au o anumită „rezonanţă” si că fiecare element chimic absoarbe şi emite „radiaţii electromagnetice” prin frecvenţa sa proprie. Dezvoltarea ceasurilor atomice a pornit iniţial de la rezonanţa microundelor, sau a undelor electromagnetice. În 1957, Institutul Naţional pentru Standarde şi Tehnologie din SUA a efectuat o serie de teste, utilizând un sistem bazat pe „fasciculul atomului de cesiu”. În 1960, ca un rezultat al experimentelor respective, „CTS” (Cesium Time Standards) a fost adoptat ca sistem oficial de măsurare a timpului la institutul sus-menţionat.

„Frecvenţa naturală”, recunoscută azi în mod curent ca sistem utilizat de toţi oamenii de ştiinţă, defineşte perioada unei secunde ca „9.192.631.770 oscilaţii” sau „9.192.631.770 cicluri ale frecvenţei de rezonanţă a atomului de cesiu”. De la macrocosm la microcosm, de la „aliniamentul planetelor” la „frecvenţa atomului”, cesiul rămâne elementul care menţine o precizie de măsurare a timpului cu o eroare infimă de aprox. o milionime de secundă pe an.