Het bijhouden van de juiste tijd bleek eeuwenlang een ongrijpbaar doel, en het was pas in de tweede helft van de 17e eeuw, tijdens de Wetenschappelijke Revolutie (1500-1700), dat er klokken werden gemaakt die elke dag seconden in plaats van minuten verloren. De doorbraak kwam met de slingerklok van Huygens in 1657 die verder werd verbeterd door zakhorloges met een balansveer vanaf 1675.
De effecten van het slingeruurwerk en het door een veer aangedreven horloge waren enorm. Nauwkeurige tijdregistratie was essentieel voor astronomen, landmeters, cartografen, zeevaarders en andere wetenschappers die natuurverschijnselen graag wilden observeren, meten en vastleggen. De complexiteit van klokken, de eerste van vele machines die volgden, sprak tot de verbeelding van mensen en zorgde ervoor dat ze een frequente metafoor werden voor een nieuwe mechanische kijk op de wereld.
Het probleem van tijd
Sinds de oudheid en de uitvinding van zonnewijzers en door water aangedreven klokken was het mogelijk om de tijd te meten. Het probleem was dat deze apparaten eigenlijk alleen betrouwbaar waren voor het bepalen van het uur van de dag en niet voor de precieze minuut. Mechanische klokken werden aan het einde van de 13e eeuw uitgevonden en verbeterden de tijdwaarneming, maar deze werden het meest gebruikt in kerkklokkentorens en gemeentehuizen. Mechanische klokken verloren nog steeds een aanzienlijke hoeveelheid tijd, en moesten daarom gewoonlijk elke dag opnieuw worden ingesteld, een taak die de meeste eigenaren om 12.00 uur uitvoerden met de zon als referentie. Bovendien moest het valgewicht dat de klok reguleerde doorgaans elke 24 uur weer omhoog worden gebracht. De meeste klokken uit deze periode waren sierlijke, logge voorwerpen die niet konden worden verplaatst. De nadruk lag meer op het ontwerp dan op de functie, en daarom waren de meeste mechanische klokken erg duur in aanschaf.
Klokken aan het einde van de middeleeuwen werden vaak gebruikt om grotere tijdsperioden te meten, bijvoorbeeld de fasen van de maan of de perioden van de dierenriem. Ze werden ook gebruikt om aan te geven wanneer gemeenschapsactiviteiten moesten beginnen en eindigen, zoals markten en kerkdiensten. Geen van deze activiteiten vereiste een nauwkeurige timing tot op de minuut. Dergelijke klokken waren van weinig nut voor de nieuwe wetenschappers van de Wetenschappelijke Revolutie – vooral de astronomen, landmeters en zeevaarders – omdat ze nauwkeurige klokken nodig hadden die elke dag slechts een paar seconden verloren. Het antwoord op het probleem kwam met de uitvinding van de slingerklok.
De pendule
Een van de eerste ontwerpen voor een klok die werkte met een slinger is gemaakt door de Italiaan Galileo Galilei (1564-1642). Galileo had het isochronisme van een slingerklok geïdentificeerd, dat wil zeggen dat hij met regelmatige tussenpozen zwaait, waarbij de slag sneller is naarmate de lengte van de slinger korter is. Andere denkers, waaronder Leonardo da Vinci (1452-1519), wisten dit al, maar de sleutel tot het maken van een klok van een slinger was het bedenken van een mechanisme waarbij de regelmaat van de slingerbeweging nauwkeurig het vallen van een gewicht regelt. Vóór de slinger hadden klokken draaiende wielen gebruikt, maar het mechanisme was onbetrouwbaar en gevoelig voor tijdverlies.
De Nederlander Christiaan Huygens (1629-1695) maakte in 1657 de eerste werkende slingerklok. Zijn slingerklok verloor maximaal 15 seconden per dag, en zo verhoogde de Nederlander de nauwkeurigheid van de tijdwaarneming dramatisch. Dit was belangrijk voor astronomen – zowel Galileo als Huygens waren specialisten op dit gebied – zodat ze de beweging van hemellichamen nauwkeuriger konden berekenen. Zoals bij de meeste uitvindingen waren er concurrerende beweringen over wie het slingeruurwerk als eerste had uitgevonden. De Nederlander Salomon Closter was zo'n eiser, maar aangezien hij eerder met Huygens had samengewerkt, lijkt het onwaarschijnlijk dat hij een originele uitvinder was. Huygens presenteerde zijn slingeruurwerk aan de bredere wetenschappelijke wereld in zijn boek Horologium (1657), waarbij in het voorwoord de eer werd gegeven aan Galileo voor zijn oorspronkelijke idee. Huygens publiceerde in 1673 nog een belangrijk boek over slingerklokken, zijn Horologium Oscillatorium.
Dankzij de nauwkeurigheid van het slingeruurwerk werd een hele reeks nieuwe wetenschappelijke experimenten mogelijk. Cruciaal was dat de grotere nauwkeurigheid bij het meten van de tijd ervoor zorgde dat wetenschappers op verschillende plaatsen elkaars resultaten veel nauwkeuriger konden vergelijken bij het uitvoeren van soortgelijke experimenten.
Klokken en observatoria
Astronomie was de drijvende wetenschap achter de Wetenschappelijke Revolutie omdat nieuwe instrumenten, zoals de telescoop, ervoor zorgden dat nieuwe dingen konden worden waargenomen en gemeten. Er werden observatoria gebouwd om permanent de hemel te observeren, en een essentieel instrument daarbij was een nauwkeurige klok, bij voorkeur meerdere. In 1641 richtte Johannes Hevelius (1611-1687) een observatorium op in Danzig (Gdansk) in Polen, waarbij hij het project zelf financierde. Hevelius combineerde een sextant, kwadrant en twee slingerklokken om de langetermijn beweging van de hemellichamen nauwkeurig te meten.
Het Koninklijk Observatorium in Greenwich werd opgericht in 1675 en beschikte over de modernste technologie, waaronder twee slingerklokken, elk met een gigantische slinger van bijna 4 meter lang. Deze klokken stonden in speciaal gebouwde uitsparingen in de Grote Zaal, waar de belangrijkste waarnemingen werden gedaan met behulp van telescopen. De twee klokken zijn gemaakt door de beroemde klokkenmaker Thomas Tompion (1639-1713) uit Londen. Elke klok had een ander soort mechanisme om ervoor te zorgen dat de astronomen precies wisten hoe laat hun waarnemingen aan de hemel waren gedaan. Daarnaast stond er nog een klok in het sextanthuis en al snel werd er een vierde aan de Grote Zaal toegevoegd, deze met een slinger van 2 meter. De kosten van de vier klokken bedroegen 100 guineas (vandaag ongeveer 23.600 euro). Klokken hadden voortdurend onderhoud nodig en helaas stopte een van de slingerklokken van het observatorium met werken een paar maanden nadat deze was geïnstalleerd. Waarschijnlijk omdat deze niet goed was gesmeerd of omdat er stof in het delicate mechanisme was terechtgekomen en had geblokkeerd.
Veel observatoria werden tijdelijk opgericht om een specifieke reeks metingen uit te voeren, en hiervoor werden instrumenten uitgezonden door instanties als de Royal Society. Ter illustratie van hoe nuttig en kostbaar een goed uurwerk was, werd in de jaren 1760 door de Royal Society een slingeruurwerk van John Shelton uitgezonden voor tijdelijk gebruik op het eiland St. Helena in het midden van de Atlantische Oceaan, op Barbados in het Caribisch gebied, en bij Kaap de Goede Hoop in het zuidelijkste puntje van Afrika.
Balans veerhorloges
Hoewel de slingerklok een grote sprong voorwaarts was op het gebied van tijdwaarneming, was hij nog steeds niet nauwkeurig genoeg voor navigatiedoeleinden. Uitvinders als Huygens hebben dappere pogingen ondernomen om slingeruurwerken te bouwen die bestand zijn tegen de beweging en de vochtigheid van het reizen over zee, maar deze waren over het algemeen niet succesvol, en in ieder geval was een verlies van 10 tot 15 seconden per dag simpelweg niet goed genoeg voor een navigator om nauwkeurig de lengtegraad (oost-westlocatie) te kunnen bepalen. Om de lengtegraad te bepalen, moest een navigator in wezen de lokale tijd weten waar hij zich bevond om deze te kunnen vergelijken met een referentietijd, meestal de tijd van een bekende locatie zoals de thuishaven van het schip. Omdat schepen inmiddels rond de wereld voeren, kon een onnauwkeurige klok die bedoeld was om de tijd van de thuishaven bij te houden, tijdens één enkele reis ontzettend veel tijd verliezen. Het vinden van de lengtegraad werd in verschillende landen een nationaal project, waarbij geldprijzen werden uitgeloofd voor de uitvinder die een nauwkeurige chronometer kon bedenken. Zelfs particuliere bedrijven zoals de Oost-Indische Compagnie boden financiering aan voor uitvinders om een nauwkeurig uurwerk te maken.
Huygens kon in 1675 een kleine, draagbare chronometer bouwen met behulp van het nieuwe idee van een balansveer. Deze veer bootst effectief de werking van een slinger na, maar kan dit in een zeer kleine ruimte doen en niet worden beïnvloed door de externe beweging van het horloge. Toen Huygens voor het eerst zijn door een veer aangedreven horloge schetste, schreef hij in zijn dagboek: "Eureka – ik heb het gevonden" (Jardine, 144). Huygens presenteerde een werkend model van zijn nieuwe horloge aan de Koninklijke Academie in Parijs. Helaas raakte hij vervolgens verwikkeld in een prioritair meningsverschil over het horlogeveermechanisme met de Engelse wetenschapper en beruchte procesadvocaat Robert Hooke (1635-1703).
Hooke beweerde dat hij het oorspronkelijke idee al in 1658 had, maar het niet in de praktijk had gebracht omdat hij geen financiële investeerders voor het project had kunnen vinden. Mogelijk was het de wederzijdse vriend van Huygens en Hooke, Robert Murray (1608-1673), die Hooke's plannen aan Huygens had meegedeeld. Om zijn bewering te bewijzen, bouwde Hooke in 1675 een door een veer aangedreven klok, bijgestaan door Tompion, die de eerste klokken maakte voor het Greenwich Observatory. Een derde uitvinder, Isaac Thuret, een Parijse horlogemaker, beweerde ook een nieuw type horloge te hebben ontwikkeld. Huygens had Thuret ingeschakeld om een model van zijn uitvinding te maken, en dus was de aanspraak van de Fransman op prioriteit hoogst twijfelachtig.
Uiteindelijk kreeg geen enkele uitvinder een patent, en klokkenmakers overal ter wereld bouwden nu balansveren. De balansveer verbeterde de nauwkeurigheid en verkleinde de klokken. Deze apparaten waren nu nauwkeurig genoeg om het de moeite waard te maken om zowel de minuten- als de secondewijzer op hun wijzerplaat te plaatsen. Ze waren echter nog steeds niet goed genoeg voor navigatie, waarbij slechts een paar seconden verschil voor grote geografische verschillen zorgde. Om deze reden werd het lengtegraadprobleem pas in 1770 opgelost en met de komst van Harrisons scheepschronometer, uitgevonden door John Harrison (1693-1776) maar pas na tientallen jaren van onderzoek, toen verschillende eerdere en minder betrouwbare modellen de proefvaarten van de Admiraliteit niet hadden doorstaan.
De grotere impact van nauwkeurige tijdwaarneming
Er waren verschillende spin-off-uitvindingen van het slingeruurwerk. Het slingermechanisme zelf had de uitvinding mogelijk gemaakt van een metronoomapparaat, dat voor het eerst werd genoemd in een tekst uit 1602 door een Venetiaanse arts. Dit pulsilogium werd door artsen gebruikt om de hartslag van een patiënt veel nauwkeuriger te bepalen. Isaac Newton (1642-1727) gebruikte slingerklokken om zijn experimenten met zwaartekracht nauwkeurig te timen. De steeds betere nauwkeurigheid van slinger- en veerklokken maakte het mogelijk om snelheid en snelheidsveranderingen te meten onder verschillende omstandigheden, zoals op hoogte, in een vacuüm en bij variaties in de luchtdruk. De principes van een werkende klok – tandwielen, balanswielen en gewichten – werden ook op veel andere machines toegepast tijdens de Britse Industriële Revolutie, die later in de 18e eeuw volgde.
Klokken werden steeds gebruikelijker en dat geldt ook voor de zorg voor tijd. Groot-Brittannië was in de tweede helft van de 17e eeuw toonaangevend op het gebied van uurwerken. Britse klokkenmakers legden echter de nadruk op functionaliteit in vergelijking met hun Europese tegenhangers, die de voorkeur gaven aan grote klokken gemaakt van kostbare materialen en vaak zelfstandig werkende machines. De vraag om de tijd nauwkeuriger te kennen in Groot-Brittannië wordt misschien weerspiegeld in deze nadruk op functie. Zeker, de ontwikkeling van het slingeruurwerk heeft ertoe geleid dat talloze oudere mechanische klokken zijn omgebouwd, omdat de herdefinitie van nauwkeurigheid in de tijdwaarneming vrijwel iedereen in zijn greep had. Het door een veer aangedreven zakhorloge werd ook erg populair, omdat horlogemakers overal de ideeën van Huygens en Hooke kopieerden.
Klokken en horloges werden steeds beter, met name door de toevoeging van juwelen om de kans te verkleinen dat het mechanisme blokkeert als gevolg van stofophopende smeermiddelen. Het waren twee Franse broers, Pierre en Jacob Debaufre, die in samenwerking met de Zwitserse uitvinder Nicolas Fatio de Duillier werkten, die rond 1704 (toen het patent werd aangevraagd) het eerste zakhorloge maakten met geboorde robijnen als lagers en eindstenen. Tegenwoordig worden voor dit doel nog steeds juwelen in horloges gebruikt.
De klok als metafoor
Klokken werden voor veel 17e-eeuwse denkers een metafoor of zelfs een model voor ons universum, vooral voor degenen die een mechanische verklaring aanhingen van het leven zoals wij dat kennen. De mechanische filosoof René Descartes (1596-1650) merkte ooit op in zijn Discourse on Method, gepubliceerd in 1637: "We zien dat klokken door mensen zijn gebouwd, maar om deze reden niet de kracht missen om zichzelf te bewegen" (Wright, 206 ). Descartes stelde voor dat onze wereld vergelijkbaar is met een klok, gemaakt door een goddelijke Schepper, maar in staat om op zichzelf te lopen zonder de noodzaak van enige bovennatuurlijke tussenkomst. De astronoom Johannes Kepler (1571-1630) was het daarmee eens: "Mijn doel is dit: laten zien dat de hemelmachine niet op een goddelijk wezen lijkt, maar op een klok... in zoverre dat bijna alle diversiteit aan bewegingen wordt veroorzaakt door een simpele magnetische en lichamelijke kracht, net zoals alle bewegingen van een klok worden veroorzaakt door een eenvoudig gewicht” (Wootton, 485).
Op dezelfde manier benaderden artsen en anatomen als William Harvey (1578-1657), Robert Boyle (1627-1691) en Marcello Malpighi (1628-1694) het menselijk lichaam en zagen het als een wonderbaarlijk complexe machine, zoals een ingewikkelde klok. Het menselijk hart werd vaak vergeleken met een klok, die het mechanisme van het lichaam bestuurde. Op zijn beurt werd de metafoor uitgebreid naar de politiek, waar een goed staatshoofd werd vergeleken met een meesterklokkenmaker die ervoor zorgde dat het mechanisme van de staat soepel liep. Deze politieke metafoor had twee kanten, omdat het voor sommige mensen een positieve invloed op de samenleving kon betekenen, en voor anderen een gevoelloze en autoritaire heerschappij vertegenwoordigde. Zoals de historicus J. Henry opmerkt, hing deze opvatting precies af van het politieke systeem in kwestie: "De contrasterende houding ten opzichte van de klokmetafoor weerspiegelde daarom verschillende opvattingen over orde: autoritair op het vasteland en liberaal in Groot-Brittannië" (106).
