UURWERK IN UITVOERING

Ontwikkelingsgeschiedenis van de tijdmeting

 

 

 

 

 

De oudste vorm van tijdmeting stamt uit onze prehistorie. Met behulp van een rechtopstaande stok (gnomon) en de positie van de zon kon men uit de richting en lengte van de schaduw het tijdstip en jaargetijde afleiden. Deze methode was vooral van belang voor het bepalen van de zaai- en oogsttijd na de landbouwrevolutie.

   De gnomon was de voorloper van de nog altijd bestaande zonnewijzers die langdurig als ijkinstrument fungeerden en tegenwoordig vrijwel uitsluitend een decoratieve rol spelen.

   Nadat met vanaf ongeveer vijfduizend jaar geleden glazen voorwerpen kon maken, werd in het oude Perzië de zandloper uitgevonden. Daarmee konden periode van relatief korte duur worden afgemeten, zoals de dagelijkse gebedsmomenten, spreektijd (kerkdienst), wachttijd (kazerne, scheepvaart), kooktijd, enz. Tegenwoordig speelt de zandloper voornamelijk een symbolische rol.

   Het hart van het mechanische uurwerk, het echappement, ontstond in Europa in het begin van het tweede millennium. Het was een uitvinding om de aandrijving van een (tand)wiel zodanig te doseren dat de draaibeweging stapsgewijs verliep. Voor een gelijkmatige rotatie moesten de stapjes niet te groot zijn.   

   In China bestond weliswaar al rond het jaar 1000 een echappement dat werd aangedreven door water, zand of kwikzilver, met als hoogtepunt de hydraulische klokken in de 12^e eeuw, maar oorlogsgeweld en machtswisselingen maakten een eind aan die ontwikkeling nog voordat met innovatieve maatregelen de tekortkomingen (corrosie; dichtslibben) van deze kolossen konden worden aangepakt. De ontwikkeling van de complexe waterklokken in Azië stagneerde. 

 

De oudste beschrijving van het echappement stamt uit de 3^e eeuw voor onze jaartelling en is van de hand van Philo van Byzantium. Ondanks de kennis van tandraderen voor bewegingsoverdracht, werd hiervoor gedurende het hele eerste millennium gebruik gemaakt van stromend water. Het voordeel was dat water tegelijk dienst deed als aandrijving. De waterklokken maakten gebruik van de eigenschap van water om onder invloed van de zwaartekracht van een hoger naar een lager punt te stromen. Vernuftige constructies, vaak uitgerust met een hoorbare tijdsaanduiding, werden exclusief gemaakt voor hooggeplaatsten die zich dat konden veroorloven. De eenvoudige clepsydra’s, waarmee, net als met zandlopers en kaarsklokken, korte periodes werden afgemeten, vonden een voor iedereen beschikbare (democratische) toepassing en zijn over de hele wereld teruggevonden.

   De Europese mechanische uurwerken maakten eveneens gebruik van de zwaartekracht. Voor de aandrijving van de tandwielen werden touwen rondom een as gewikkeld waaraan zware gewichten waren opgehangen. Eenzelfde systeem gebruikte men voor het luiden van de klokken om de aanvang van (katholieke) getijdengebeden te verspreiden in klooster- en dorpsgemeenschappen.

   Het grote voordeel van uurwerken boven de al duizenden jaren gebruikte zonnewijzers was hun onafhankelijkheid van het weer en ze werkten ’s nachts net zo goed als overdag. Een nadeel was dat ze geregeld met behulp van diezelfde zonnewijzers moesten worden geijkt. De aardse tijd werd immers bepaald door de rotatie van hemellichamen en uurwerken waren vaak onnauwkeurig en altijd vergankelijk.

 

Gelijkmatigheid en precisie van het echappement werden in de loop van enige eeuwen wat opgevoerd maar een significante verbetering kwam pas in de 17^e eeuw met de uitvinding van het slingeruurwerk door Christiaan Huygens. Tezelfdertijd was het sociaaleconomische  milieu waarin die innovatie tot stand kwam gunstiger geworden voor de afzet van uurwerken. De burgerbevolking beschikte over toenemende financiële middelen en de zelfbewuste mens wilde ook toen weten hoe laat het was. Op elk moment van de dag (en nacht).

   Parallel aan de aandrijving door de zwaartekracht verliep sinds het begin van de renaissance de veeraandrijving, uitgevonden door Peter Henlein. Deze krachtbron maakte het uurwerk hanteerbaarder. Aanvankelijk vooral gebruikt als sieraad door notabelen veroverde het ‘horloge’ in toenemende mate terrein. Behalve dat het draagbaar was, zorgden verschillende technische innovaties ook voor een stabielere en preciezere tijdsaanduiding. Ter compensatie van de afnemende aandrijvingskracht van de zich ontspannende veer werd een kegelvormig katrolletje geïntroduceerd (snek; Jacob Zech?) en de slinger werd aangepast aan het draagbare horloge door een wieltje met een eigen spiraalveer (onrust of balans; Huygens). Bovendien werd korte tijd daarna de wrijving en slijtage van de bewegende delen geminimaliseerd door de toepassing van robijnlagers (Nicholas Facio de Dullier). En om de rotatiesnelheid van de draaiende delen onafhankelijk te maken van temperatuurschommelingen werd gebruik gemaakt van metalen en legeringen met verschillende warmtecapaciteit (John Harrison). 

 

Tijdens de wisselwerking (co-evolutie?) tussen de accuratesse van de tijdmeting en de rationalisering van het mensbeeld veroverde het uurwerk een brede status in het maatschappelijk verkeer hetgeen leidde tot een explosie van vormen, variërend van kolossale staartklokken en barokke pendules tot de mannelijke vestzakhorloges en medaillons met minutieus gegraveerd raderwerk en pornografische wijzerplaat. De behuizing van de tafelklokken onderging in de handen van houtbewerkers, beeldhouwers en edelsmeden talloze verschijningsvormen, niet in de laatste plaats door de wens van de welgestelde klandizie om een dergelijk kunstwerk in huis te hebben. De meeste van die klokken waren voorzien van een speeldoos, een carillon of zelfs een mechaniek dat de roep van een koekoek nadoet.  

  Tijdsbesef werd een alles doordringend fluïdum en verdrong het tot dan toe overheersende Kruis naar de dorre contreien van droogstoppels en zwartjassen. De scheiding tussen kerk en staat was definitief een feit. In de 18e eeuw werd de organische natuur een machine en God de grote horlogemaker (Leibniz, Voltaire).

   Ondertussen ging de fabricage van andere tijdmeters, zoals uurglazen en gnomons, gewoon verder. Een opmerkelijke precisie werd in de 16^e eeuw al bereikt met de vernuftige zonnewijzers van Nikolaus Kratzer en de Chinese waterklokken hadden indrukwekkende afmetingen verworven.

   De verbeteringen van het mechanische uurwerk werden natuurlijk ook toegepast in de draagbare horloges. Deze werden niet alleen betrouwbaarder maar ook compacter zodat steeds meer lieden die het zich konden veroorloven er een bij zich droegen. Het zogenaamde vestzakhorloge zou bovendien de geschiedenis ingaan als het bewijs van Intelligent Design (William Paley)

 

De eerstvolgende baanbrekende verandering in de ontwikkeling van het uurwerk betrof de aandrijving en vond plaats in de 19e eeuw. In nauwe samenhang met het verschijnen van de telegraaf en de trein zag de elektrische klok het licht (Alexander Bain). Een nadeel van deze nieuwe energiebron was dat het uurwerk voor de stroomvoorziening aan een vaste plek was gebonden. Pas geruime tijd later, in de 20e eeuw, waren batterijen klein genoeg voor de toepassing in draagbare horloges. Zulke geleidelijke technische verbeteringen stonden trouwens niet langer op naam van de uitvinders, maar op naam van de bedrijven die de horloges op de markt brachten (Hamilton; Elgin). De elektrische horloges vormden de overgang van de gangbare mechanische horloges naar de elektronische kwartshorloges.

   Door de overheersende rol die tijdafspraken in het menselijk verkeer ging spelen, werd het bezit van een draagbaar horloge bijna vanzelfsprekend. Bovendien werd met het oog op gebruiksgemak, zoals het snel aflezen van de tijd, in het begin van de 20^e eeuw het polshorloge massaal geproduceerd (lage kosten dus grote verspreiding; Cartier). De prikklok (Alexander Dey) verhoogde de sociaal-economische rigiditeit waardoor het tijdsbesef verder toenam. De exacte tijd voor het ijken van een klok (gelijkzetten) werd verspreid via radio en telefoon (wereldstandaardtijd). Het aantal tijdmeters was allang een veelvoud van het aantal mensen op aarde.

 

In 1927 werd het eerste kwartsuurwerk ontwikkeld (Horton & Marrison). De modulatie van het echappement (het tikken) werd aangestuurd door een speciale eigenschap van het kwartskristal om onder invloed van elektrische spanning te gaan resoneren. De frequentie van de opgewekte trilling bleek omgekeerd evenredig met de grootte van het kristal en werd zodanig aangepast dat deze één puls per seconde opleverde. De puls werd door een spoel geleid om een elektromagnetische veld op te wekken waarmee een rotor werd aangedreven. De rotor liet het mechanisch binnenwerk en de wijzerplaat draaien.

   Het kolossale apparaat werd in de loop van enkele decennia verkleind tot het handzame formaat van het eerste kwartshorloge in 1969 (Seiko), spoedig gevolgd door verbeterde versies (Breitling).

   Met het trillen van een kristalrooster werd een grandioze verbetering geboekt op de schaal van nauwkeurigheid (te vergelijken met de slinger en balans voor het mechanische uurwerk). Maar het kon nog beter. In 1955 werd de cesiumklok ontwikkeld (Louis Essen), een uurwerk dat gebruik maakte van het trillen van atomen. De positie van de zon was niet langer bepalend voor de juiste tijd. Vanaf 1972 werd de internationale tijdschaal afgeleid uit enkele honderden atoomklokken verspreid over de wereld. De eerste cesiumklok had een afwijking van ongeveer één seconde in een miljoen jaar.

   De nauwkeurigheid van de atoomklokken werd in de volgende decennia verder verbeterd met achtereenvolgens de cesium-fontein-klokken en atoomklokken gebaseerd op strontium en aluminium. In het begin van de 21^e eeuw was hun nauwkeurigheid gestegen tot een afwijking van minder dan één seconde in vijf miljard jaar.

   Atoomklokken waren niet bedoeld voor alledaagse tijdnotering, maar via radiosignalen konden huishoudelijke klokken en horloges meeprofiteren van hun grenzeloze precisie. In het eerste decennium van de 21^e eeuw werden er polshorloges op de markt gebracht met een eigen cesiumunit en een nauwkeurigheid van één seconde op duizend jaar. Gezien de prijs en een aantal onpraktische eigenschappen ging het meer om een horologisch verzamelobject dan om een accuraat uurwerk. Dank zij atoomklokken konden systemen via satellieten, zoals GPS en mobiele telecommunicatie, een explosieve ontwikkeling doormaken. Ook voor het synchroniseren van de tijd om iedereen overal te laten weten hoe laat het precies is.     

 

De natuurlijke ontwikkeling van het uurwerk verliep niet alleen verticaal maar ook horizontaal waardoor binnen elke groep een waaier van variëteiten verscheen. Naast het arboretum van huishoudklokken en het schelpenkabinet van de zakhorloges bleven oude concepten, net als gedurende de organische evolutie in een eventueel aangepaste vorm, gewoon bestaan: de stereotypische zandlopers en zonne-wijzers en de kolossale torenuurwerken verbeeldden als een relikwie uit vervlogen tijden de evolutionair stabiele vorm van miljoenpoten en voorwereldlijke dinosauriërs.

   Op het gebied van waterklokken maakte Al-Jazari in de middeleeuwen indruk met zijn olifantsklok, tegenwoordig zijn ze als moderne kunstwerken overal ter wereld te bezichtigen (Bernard Gitton).

   De paardenfokkerij van de polshorloges, begonnen om boerenkinkels op tijd te laten opdraven voordat ze werden terug gemaaid in hun loopgraven, verwierf algauw een plaatsje binnen de initiatierituelen van de puberteit alvorens het polshorloge nieuwe functies werd toebedeeld, zoals modeartikel (Swatch), statussymbool (Rolex) en beleggingsobject (Patek Philippe; it’s a man’s world and boys will be boys). Bovendien treffen we tal van extremen aan, zoals het ingewikkeldste exemplaar (de Aeternitas Mega 4 van Franck Miller met 36 functies en 1483 onderdelen) en het duurste (de $ 25 miljoen kostende 201 karaats Chopard met meer dan 800 diamanten die de wijzerplaat bijkans aan het gezicht onttrekken). Eerder waren er al het kleinste mechanische uurwerk (de Calibre 101 van Jeager-LeCoultre uit 1929) en het duurste zakhorloge (de Breguet 1907BA/12 uit het begin van 20^e eeuw) en binnen afzienbare tijd wordt de duurzaamste klok ter wereld opgeleverd (de 10 000 Year Clock van Danny Hillis loopt op zonne-energie).

   In de openbare ruimte veroverden vooral de grotere elektrische klokken een vaste plek maar hun aantal stabiliseerde en liep zelfs terug onder druk van de enorme toename aan handzamere middelen om de tijd te registreren. Na de uiteenlopende ontwikkelingen van de polshorloges werd het met de digitalisering van de cijferweergave eenvoudig om alle elektronische apparaten uit te rusten met zo’n tijdmelding. Na het digitale horloge werd de wereld veroverd door het mobieltje en de smartphone en het ouderwetse polshorloge werd een smartwatch.  

   De evolutie van het instrument om de tijd te meten weerspiegelt de ontwikkeling van de techniek. Daarbij dient techniek te worden opgevat als het menselijke vermogen om de (levenloze) natuur doelmatig te manipuleren. Als zodanig ontstaat een zichzelf versterkend evolutieproces: de beleving van de tijd die ons gegeven is (van geboorte tot de dood) veroorzaakt een steeds doelmatiger invulling van die tijd. Het is een onvermijdelijke gang van zaken. 

   Met de combinatie van dit mechanisme met ander automaten creëert de mens zijn meester, zijn knecht en zijn erfgenaam in één. Overigens zonder zelf tussen de coulissen te verdwijnen – de mens blijft een rol van betekenis spelen; wij zijn ook nergens zonder de microben – gaan onze technische producten de dromen verwezenlijken die sciencefictionschrijvers onszelf ooit toebedeeld hadden. De werkelijkheid wordt vreemder dan onze stoutste fantasie en de tirannie van de techniek is minder angstaanjagend dan de inspraak van het sentiment.

 

 

Douwe Draaisma. Het verborgen raderwerk. Over tijd, machines en bewustzijn. Ambo, Baarn, 1990.

Samuel IJsseling. Tijd en ruimte in de technische wereld:  https://www.dbnl.org/tekst/_str010199101_01/_str010199101_01_0096.php