Glashütte Trash Clock – 一台用垃圾打造的 30 分钟摆钟

# Niklas Roy - Glashütte 垃圾钟 来源: https://niklasroy.com/gtc/ ### 机械钟机 Glashütte, 2026 "Glashütte 垃圾钟"（Glashütte Trash Clock）是一座完全能正常运转的钟机，全部由我在萨克森州 Glashütte 找到的垃圾和各种杂物制成。由于它的机芯只能运行约半个小时，所以只显示秒和分，每当分针走到 12 点位置时就会敲击一次钟鸣。作为一个小小的彩蛋，这台钟还会在能量耗尽之前触发一个外部随机装置。 在制作这台钟的过程中，我还发明了一种新的时间刻度：GTC（https://niklasroy.com/gtc/#gtc）。它融合了 GMT 和 UTC 的概念，而 Glashütte 垃圾钟则是它的全球基准钟。 GTC 基准钟 ### 背景 我的曾曾祖父 Henri Roy（1833–1910）和他的儿子、也就是我的曾祖父 Eduard Roy（1860–1942）都是瑞士制表师。他们住在以制表传统闻名的 La Chaux-de-Fonds。晚年时，他们移民到了德国萨克森州的一个小镇 Herrnhut，在那里继续制作钟表。 我曾曾祖父 Henri Roy 制作的一块怀表。照片: Martin Roy Glashütte 是萨克森州的另一个小镇，也是全世界钟表爱好者心目中的圣地。一些最高品质的机械计时器就产自那里。当地甚至有一项法律保护原产地名称：只有真正在那里制造的钟表，才允许在表盘上标注"Glashütte/SA"。 我的钟的表盘特写 2026 年，我收到了一封出乎意料的邮件：NOMOS（https://nomos-glashuette.com/），一家机械腕表制造商，邀请我前往 Glashütte 参加艺术家驻留项目。这似乎是追随祖辈脚步、自己动手制作一台钟的绝佳机会。于是我收拾好行李箱，踏上了前往 Glashütte 的旅途。随身带去的物品有：一些剪刀、圆规、钳子、直尺、切割垫、几公斤热熔胶、一把扎带、各种各样的胶带，以及几本关于钟表学的书籍。 收拾行李箱 东德关于机械钟表的教科书 ### 摆 在那些书中，有一本 Zdeněk Martínek 和 Jaroslav Řehoř 编写的《Mechanische Uhren》（机械钟），这是一本老式制表师教科书。我在书中读到了如何用摆来测量时间。 我觉得很有意思的一点是：摆的振荡频率仅由其长度（以及重力的大小）决定，而摆杆末端的摆锤（制表师称之为*摆锤*，bob）则不太重要。长度大约一米的摆被称为*秒摆*（seconds pendulum），因为它的钟摆摆向一侧需要一秒，摆回另一侧也需要一秒。 用一个简单的摆做实验 因此，我的第一个实际实验就是制作一个摆。在我那间不同寻常的工作室——一座老教堂里——我找到了一把可以悬挂摆的梯子，以及一个可以当作摆锤的塑料水瓶。一把木制折尺是完美的摆杆，因为它的长度可以调节。 我的工作室：一座古老的小教堂 荷兰天文学家 Christiaan Huygens（1629–1695）是第一个用数学方式描述摆的行为的人。他还在 1656 年制作出了一台可以运转的摆钟，并在著作《Horologium Oscillatorium》中发表了以下公式： T=2π·l/g *T*是摆完成一次完整的来回摆动所需的时间——即*周期*。*l*是摆的长度，*g*是重力加速度。可以看到，重力的大小在这个公式中扮演着重要角色，这意味着一台为地球制作的摆钟，在重力加速度不同的其他星球上将无法正常工作。 我还应该说明，Huygens 的公式描述的是*理想*摆的行为。摆摆得越高，这个公式的准确性就越差。事实上，如果你真的要较真的话，摆从开始振荡的那一刻起就不再是理想的了。所以这个公式只适用于一个不摆动的摆。不过话说回来，祝你好运，用一个不摆动的摆来制作摆钟吧；） ### 擒纵机构 接下来的步骤是让摆长时间保持摆动，同时机芯还要记录摆动了多少次。谢天谢地，我不需要发明任何东西，因为所有需要的部件在文献中都有详细的描述。我只需要想办法用手头的材料把它们制作出来即可。我需要的是一个*擒纵机构*（escapement），它由一个*擒纵轮*和一个*锚*（anchor）组成。 Graham 擒纵机构，瓦片以红色标出。来源：《Mechanische Uhren》 擒纵机构相当巧妙，因为它同时做两件事：与锚相连的有两个*瓦片*（pallets），它们交替地挡住擒纵轮，使擒纵轮每次摆动只前进半个齿——而每一次释放，轮子也会给摆一个小的推力。如果没有这个推力，摆会在几分钟内减速并停止。 使用秒摆时，采用一个有 30 个齿的擒纵轮是合理的：每秒摆动一次，每次摆动前进半个齿，轮子每分钟正好转一整圈。于是这个轴上的指示器就可以直接用作钟表指针，显示秒钟。 用回形针制作擒纵轮 用垃圾制作一个可靠的擒纵机构确实是个挑战，因为部件需要相当精确，还要足够结实。锚的部分，我用了一根精心弯折的金属杆，事实证明回形针非常适合用来制作结实的擒纵轮齿。 艺术评论家可能会指出，机制中大量使用回形针可以解读为对 Nick Bostrom 的*回形针最大化器*（paperclip maximizer）的明确隐喻，但这并不是一台 AI 末日时钟，这些回形针被大量使用纯粹出于实用原因。 运转中的回形针擒纵机构。对擒纵轮的外力使摆保持摆动。 ### 能量 在此之前，机芯只在手动推动摆或擒纵轮时才能工作。为了让轮子自行转动，我需要一种储存能量的方法。 摆钟通常依靠悬挂在绕于发条盒上的绳索上的重物来驱动。在我的设计中，这个发条盒通过擒纵轮轴驱动机芯。 缠有绳索的发条盒位于擒纵轮轴的后部。一些导向装置引导绳索绕过梯子。 制作发条盒很简单，用了一些剩下的纸板包装。重物方面，我在 NOMOS 的制造厂里找到了一些废金属，装进了一个空油漆罐。我还在路边捡到了一套旧玩具积木，里面恰好有几个滑轮——非常适合用来制作滑轮组（block and tackle），它把重物的行程缩短了一半，因此钟可以在重物落地之前运行两倍的时间。 这套我在 Glashütte 街头找到的旧积木，包含了一些制作滑轮组的有用部件。 延时拍摄中的两个重物：油漆罐为钟供电约半小时，而橡胶靴则驱动钟鸣机构 ### 减速轮系 下一步是制作一个减速轮系来显示分钟。减速比很容易计算：秒针（擒纵轮轴）转 60 圈应该让分针转一圈。分成两级来完成比较合理，中间加一个过渡轮，因为每一级都会反转旋转方向，而我们希望分针也是顺时针转动。否则的话会很别扭。 在我用精度可疑的方式切割了一些纸板齿轮之后，我心想，为什么不直接用简单的摩擦轮呢？圆盘比齿轮好切割得多了！反正这台钟也不会很精确，轮子之间打滑一点也无所谓。 制作摩擦轮 每根轴的一侧用一个简单的孔作轴承，另一侧则用叉形支承。轮子基本上就是相互叠放在一起。要调整分针时，我只需稍微抬起轴，使它与过渡级脱开，分针就可以自由转动了。 抬起轴来调整分针 ### 声音 到目前为止，这台钟运行得很好，但在我看来缺少一些有趣的附加功能。受布谷鸟钟的启发，我觉得加一个小的捏捏喇叭会不错，但结果发现按压起来太费劲了，于是改用了一个玻璃瓶钟鸣器。每当分针走到 12 点位置时，它就会被触发。除了由钟来触发之外，钟鸣机构完全独立，拥有自己的能量来源：另一个重物，这次是一只橡胶靴，悬挂在绳索上。 尝试制作一个带捏捏喇叭的布谷鸟钟 它是这样工作的：橡胶靴的绳索缠绕在一个发条盒（1）上。同一根轴上还装有一个带两个凹槽的鼓（2）和一根驱动钟鸣锤（3）的小杠杆。轴上还有一个触发杠杆（4），其对面有两个销钉，销钉落入鼓的凹槽并阻止其转动。轴的后端装有一个大的*风轮*（fly，5），它通过空气阻力减缓转动。它上面的黄色小旗是用超市塑料袋剪成的。 1：发条盒 2：鼓 3：钟鸣锤 4：杠杆 5：风轮 分轮上的凸轮板会慢慢抬起触发杠杆。这使第一个销钉脱开，鼓转动一小段，然后立刻被落下的第二个销钉挡住在另一个凹槽里。制表师把这种在声音触发之前发生的动作称为*预警*（the warning）。在这个阶段，钟鸣锤被拉离玻璃瓶。 凸轮板抬起并落下杠杆的特写 大约两分钟后，触发杠杆从凸轮上落下回到原位，把第二个销钉从凹槽中拉出。第一个销钉已经回到了第一个凹槽——但那个凹槽会让鼓继续转动，直到它回到起始位置。小钟鸣锤被释放，敲击瓶子。 这种两步设计是有原因的。抬起杠杆是沿着凸轮的上升边缘缓慢发生的，因此预警发生的时间点并不十分明确。而落下的过程则发生在锐利的边缘上，所以钟鸣触发的时刻可以被精确地调整。 完成后的钟鸣机构和瓶口钟 ### 随机复杂功能 到目前为止，我的钟只具备一些摆钟上非常标准的功能。但我手上还有一些材料——以及时间。所以我决定加入制表师所说的*复杂功能*（complication）：除显示时间之外的任何功能。在我的作品中，它变成了一个随机复杂功能。 随机复杂功能 我在教堂里发现了一个大型移动脚手架和一个转盘，上面我贴上了"NOW"和"NEVER"的字样。转盘被放在脚手架的中间。转盘背面缠绕着一根绳索，它通向脚手架顶部，我在那里挂了另一个重物。第二根绳索将这个重物与一个用钢丝弯折的释放机构相连，我把这个机构放在钟的重物——那个油漆罐——的下方。 触发随机复杂功能 随着钟的运行，油漆罐缓慢下降，就在钟耗尽能量之前，它会压下钢丝。这释放了绳索，脚手架顶部的重物坠落，转盘随之旋转——回答了关于时间的终极问题：*"现在还是永不？"*（Now or Never?） ### 精度 制作钟的时候，你希望它的振荡器始终以相同的速度摆动。制表师称之为*等时性*（isochronism），而我当然很想知道我这台垃圾制作的计时机制到底运行得有多精确。 于是我往摆上贴了一小块黑色胶带，用智能手机记录了钟完整运行期间的全程视频。然后我用一个小电脑程序在视频中追踪那块胶带。结果出乎意料地好——Glashütte 垃圾钟的"一秒"平均来说是 1.004 秒（±0.001 秒），精度在 0.4% 以内。 用视频追踪测量钟的精度 ### GMT / UTC – WTF！？ 还在读？非常好！因为接下来的内容会变得奇怪起来。在学习钟表和计时的过程中，我发现了一个令我困惑不已的事实：简单的问题"现在几点？"似乎根本无法回答。在同一时刻、同一地点，存在着多种时间刻度，因此也就有多种"时间"——而它们*确实*并且*正在*产生偏差。 打扰一下——现在到底几点！？ 让我们从头说起，只聚焦于一个地点，这样我们就不用考虑时区了。我猜你听说过 GMT，即*格林尼治平太阳时*（Greenwich Mean Time）。 它是这样运作的：想象你正身处伦敦的格林尼治，仰望天空。当太阳升到最高点时，就是正午 12 点。如果你连续两天观察晴朗的天空，就可以测量出一天的时长。但一年之中每天的长度是变化的。所以持续观察整整一年，取平均值，你就得到了一天的*平均*时长。除以 24，你就知道了一小时的时长。再除以 60，你就知道了 1 分钟有多长。把它等分为 60 份，你就得到了一秒的时长。 在格林尼治的正午时分仰望太阳时，务必佩戴合适的防护装备！ 接下来你制作一台原子钟。它以难以置信的精度测量时间。但单台原子钟并不完美，于是你制作了一大堆，分散到世界各地，然后对它们的输出取平均。这样构造出来的钟就叫作 TAI，*Temps Atomique International*（国际原子时）。 到目前为止一切顺利。接下来你让这些钟运行一段时间，同时继续在格林尼治仰望天空。起初两者是一致的：当 TAI 显示 12 点时，太阳正好在最高点。但过了一段时间之后，两者开始出现偏差，而且这种偏差根本无法精确预测。那么这是为什么呢？ Glashütte 钟表博物馆里的天文钟基本上就是在模拟天空中发生的事情。 原因很简单：地球并非以恒定的速率自转。有多种因素会影响地球的自转速度；其中一些是可以预测的，另一些则不行，比如地震和洪水。但从长远来看，我们仍然希望正午就是正午。因此，1987 年，一个拥有美妙名字的机构——*国际地球自转服务局*（International Earth Rotation Service，IERS）——成立了。IERS 同时观测时钟和天空——当两者的偏差过大时，它就会宣布一次闰秒。由 TAI 派生出来的就是 UTC，*Coordinated Universal Time*（协调世界时），它基本上就是把累积的闰秒考虑在内的 TAI。在撰写本文之时，UTC 比 TAI 慢 37 秒。 闰秒会插入到六月或十二月的末尾。如果你想了解接下来是否会有闰秒，可以订阅由 IERS 每年发布两次的 Bulletin C（https://datacenter.iers.org/data/latestVersion/bulletinC.txt）。 Bulletin C 72 2022 年 11 月，*国际计量大会*（General Conference on Weights and Measures）决定在 2035 年之前废除闰秒，同时一些名称和标准也发生了变化。自 2003 年起，IERS 的官方名称改为国际地球自转与参考系服务局（International Earth Rotation and Reference Systems Service，https://www.iers.org/），而 GMT 早在 1972 年就被国际标准所取代，但它作为英国的时区名称至今仍然存在。由地球自转得出的时间现在称为 UT（Universal Time，世界时），而现在的时间刻度和体系甚至还有更多（https://www.cnmoc.usff.navy.mil/Our-Commands/United-States-Naval-Observatory/Precise-Time-Department/The-USNO-Master-Clock/Definitions-of-Systems-of-Time/）。 于是我心想，既然已经存在这么多不同的时间，那我再增加一个也无妨。因此我发明了 GTC。它的定义很简单……