时空石（技术）
光的力量能否单独移动一个重达 4 千克的摆？如果可以，有没有可能把它变成一个时钟？为了回答这个问题，我制作了这个与众不同的时钟。摆锤以 1 秒钟的频率摆动，摆锤两侧的两盏灯会交替亮起，每次都会 “推动 “摆锤。其工作原理由威廉-克鲁克斯爵士于 1873 年发现。它不仅可以作为摆轮的马达，还可以作为制动器，在非常精确的范围内调节摆幅。摆轮管内部的真空度约为 0.01 巴。天平由靠近玻璃的磁铁启动。利用同一块磁铁围绕摆轮球面转动 4 个行星砝码，从外部对时基进行微调。这就避免了每次调整时都要向钟内注入空气、拆卸钟体并再次清空的麻烦。因此，该钟由一个玻璃管、一个摆锤、两个电池（简单的云母片）、两个继电器和一个去掉石英的石英钟组成。仅此而已。整个时钟的组装不需要螺钉或螺栓，仅靠大气压力的作用就能固定在一起。要拆卸它，只需让空气进入管内即可。
| 2001 年 4 月，我萌生了制作这个时钟的想法，5 月订购了设备，11 月 7 日星期三开始了第一次测试。这是一个关键时刻：如果测试证明这个系统不能工作，我就只能用一根玻璃管和一个大真空泵来应付了。第一台原型机是一个悬浮的贝坦克球，还有一堆令人难以置信的 30 张云母片（简单的晶体管绝缘材料），其中一面被蜡烛烟熏黑了。我在玻璃管外侧安装了一个传感器，下午 4 点左右清空玻璃管并启动钟摆。由于钟摆需要一个小时才能稳定下来，我去喝了一杯，等待结果。当我回来时，钟摆还在动。由于我不确定它这样做是否出于自身的惯性，我又去喝了一杯。晚上 7 点，钟摆仍然在动，振幅也保持不变，于是我回去庆祝。晚上 10 点，钟还在走，但我的速度慢了很多…… |
这个钟由一个百利克斯玻璃管（直径 190 毫米，厚 8 毫米）组成，玻璃管插入一个浸渍了环氧树脂的石英岩块中，以确保其气密性。照片中可见的大球体是表盘，上面有时针和秒针。出于美观的考虑，它在一月份被换成了一个较小的球体。
初步测试表明它非常可靠。每月大约误差 2 秒。
“这是第七个也是最后一个版本的引擎。它的开发花费了很长时间，因为在初始脉冲之后，平衡装置每次至少需要三个小时才能达到巡航振幅。首先需要研究空气压低的程度，然后再研究发动机的形状，以便获得尽可能多的增益。(你必须意识到，如果有半丝空气进入，时钟就无法工作……）完成这些工作后，我开始能够将灯泡的功率从 35 瓦降低到仅 5 瓦。这样，它们的寿命就能达到 32000 小时，也就是不到 4 年。
这台时钟是 “有机 “的，因为它会适应不利的物理环境，以保持其精确度：它会自动补偿任何可能导致钟摆振幅波动的因素。让我来解释一下：假设灯的功率增加了。振幅会自动跟随增加。因此，摆锤将以更快的速度到达电池前，从而提前打开卤素灯泡，这…在几百万分之一秒内制动摆锤，然后像往常一样推动摆锤。
(2001 年 12 月 19 日）过去的几天主要用来微调摆锤与管内压力的等时性。但是，由于摆锤固定在我的工作台上，我的每个动作都会引起高达 1.5 亿分之一秒的干扰，导致测量电脑屏幕上出现尖峰。因此，我无法再这样工作下去了。因此，明天我将把它固定在商店橱窗附近的墙上，使时钟尽可能稳定。这样精度测试就可以在更好的基础上继续进行了……
(2001 年 12 月 30 日）精度测试已经开始。第一个观察结果：用磁铁调节摆锤的长度非常容易。第二点：时钟非常精确。没有寄生波纹或难以理解的波动。目前管内气压的变化导致每拍的波动不超过 500 万分之一秒。(在最终安装好真空管后，这些波动就会消失，因为目前存在一些损耗）。我必须每隔 9 个小时打开真空泵，否则时钟就会停止……）我目前的小烦恼来自于我通过管道进行测量的方式，管道仍然是 16 毫米的派莱克斯玻璃。由于测量激光束的反射会造成随机误差，因此我直接在其中一盏灯上进行测量。每次单独测量都可能不稳定，每天最多不超过 8 秒钟，但平均值会非常可靠。在下面这个历时 4.9 小时的样本中，我们可以看到所有测量值的稳定性：每月偏差 1.9 秒。此后，更长时间的样本也证实了这一测量结果。因此，在我制作的所有时钟中，这个时钟是最精确的！因此，一开始只是一个简单的挑战（用简单的光的力量使钟摆移动），现在却成为了一种收获。冒险仍在继续……
(4.9小时的样本。钟摆每跳动一次延迟0.0000007秒。即每月 1.9 秒）
(2002 年 1 月 20 日）我收到了一个新的真空泵和一个更有效的测量和调节空气真空度的装置。这意味着时钟将在本周末以最佳配置运行……敬请期待！
(2002 年 1 月 28 日）本周的所有测试都涉及不同气压下的时间波动。测试结果令人震惊。下面是一些事实。
– 卤素灯发出的光使摆锤在 6 X 10 功率-1 巴的真空中移动。
– 在 1.4 X 10 功率 – 2 巴（我的真空泵的最大功率）时，摆锤仍在继续移动。
– 在这两个值范围内，没有观察到摆锤运动的精度或波动有明显差异！
– 行星齿轮调整半度会导致每拍约 0.0000007 秒的偏移，即每月约 1 秒。
– 车间内的温差（本周升高了约 4°）似乎并没有影响摆轮的运动。这让我感到非常惊讶：应该有影响的。这可能是等时性的内部自我调节造成的，但还有待证实。
(2001 年 1 月 29 日） 今天上午，我惊奇地发现，虽然精确度曲线图一直是平的，但现在出现了
有规律的、难以理解的峰值，12 小时前开始出现，每 2 分钟出现一次。摆锤加速到 1.99500 秒，然后慢慢恢复到正常值。每次扰动的总时间为 22 秒。这个问题很快就迎刃而解了：原来是时钟的底座在夜间发生了移动，摆锤每隔 2 分钟就会碰到玻璃墙一次。但由此得出的图表揭示了更重要的东西：钟摆上 “压力 “的恒定性。如果摆锤的峰值以更无序的方式排列，就意味着这种 “压力 “不是恒定的，因此会造成误差。事实并非如此。
(2002 年 2 月 3 日）接下来两周的测试重点是温度、光照和凹陷程度对精确度的影响。这就是可怜的纪年石在刑讯室里的样子。这块石头已经被拆除，刻度盘也被移走，大量传感器和激光器正在记录所有参数…
(2002 年 3 月 8 日）工作正在进行中，天文石终于找到了它的最终形状。
(2002 年 3 月 24 日） 现在让我们来谈谈这只时钟的缺点，因为这些缺点比它的优点更有趣，更有启发性。例如，如果灯泡坏了会怎样？灯泡的磨损对钟摆的振幅有什么影响？由于辐射效应在很大程度上取决于光的强度，钟摆应立即减速。但是，时钟会自行大幅校正。下图展示了具体过程。在下图中间位置之前，有一个灯泡被遮住，这意味着功率减少了 25%。之后，我去掉了遮罩。然后，曲线每跳约上升 500 万分之一秒，即每天不到 0.5 秒。因此，要补偿任何时间漂移都非常容易，只需改变灯管终端的电压即可。这样做的效果与转动砝码相同，但无需停止摆锤。
该样品是在灯电压为 7.3 伏、真空度为 2.7 X 10 功率-1 毫巴的条件下拍摄的。它是用激光测量摆锤通过玻璃管的过程。我们可以看到每个样本之间的随机波动可达 2000 万分之一秒。了解它们的来源非常重要。它们并不像你最初想象的那样，是由于辐射效应的强度不同造成的。不，它们是由于年代石最初的设计方式造成的。记录摆轮运行轨迹的单元是红外线单元，摆轮上的反射镜会反射红外线。而且它们一点也不精确。如果我把测量设备直接放在电池输出端，当我把它调到相同的刻度时，得到的结果就是这样……
我们在这里看到的是一个在 1.999300 和 2.000700 之间的随机数发生器在移动一个非常精确的时钟。我们还可以非常清楚地看到下一个时钟将进行哪些修正。所需要做的就是用其他激光器取代红外线探测器。如果我安装了它们，Chronolith 的美观就会受到影响。这是建造过程中最困难的部分。如果采用更大的管子，去掉这块石头，避免所有这些水密性问题……就会容易得多：但是没有：现在，Chronolith 就像我想要的那样，连贯、完整，就像从一条线上蹦出来的。
钟摆
(2002 年 4 月 21 日） Chronolith 仍在接受测试。这些天，我让它慢慢窒息而死，让空气进入，同时控制计算机记录所有参数。它仍然能够将摆锤推到 8.5 x 10 至 1 毫巴的压力。其他正在进行的测试包括暴露在阳光直射下，以评估其自我补偿能力。这些测试还将持续一个月，以便尽可能多地掌握相关知识，然后该钟将在拉绍德封的国际钟表博物馆展出一段时间。
(2002 年 7 月 1 日） Chronolithe 在迈阿密动感艺术组织举办的国际竞赛中荣获 “工程创意 “类一等奖。
(2002 年 9 月 23 日）Chronolithe 被安装在拉夏德芬国际钟表博物馆的入口处。
如果您对 Chronolith 提出的一个迄今尚未解决的物理学问题感到好奇，现在正是时候。只有科学家才会对这些线条感兴趣。
关于纪年石还有一个未解之谜。请看下图…
激光束每秒都会被钟摆的轨迹切割一次我的计算机被设置为捕捉 10 次摆动的总时间，并将每次摆动的平均时间记录在数据文件中。在上图中，图片中间的时间设置为一秒，灰度间隔设置为 0.000050 秒。
钟表学家总是在寻找最平的那条线。较高的线表示时钟走得太快，较低的线表示钟摆跳动得太慢。上图看起来还不错，但软件并没有绘制出所有的点。使用 Microsoft Excel 对数据进行更详细的观察会更有趣。如果需要，可以下载一个重型（5 Mo）Excel 文件，其中记录了更多的数据细节。
Chronolith 数据的这一视图清楚地显示，钟摆有时快了 0.000020 秒，而在 大约 快了 0.000020 秒之后又 慢了 0.000020 秒 。为什么会这样？下面的直方图显示了测量时间间隔的分布。
鲍勃-霍姆斯特罗姆计算的直方图
这不可能是偶然的。我唯一确定的是，当管道内的气压升高时，这种情况会越来越多。如果我让一些空气慢慢渗入管道内部，直到辐射效应消失，我们可以看到
扰动在更大范围内出现的频率越来越高，直到钟摆停止。
鲍勃-霍姆斯特姆计算的直方图
为什么我们会看到这种现象，这个问题到目前为止还没有答案。
