آن دوران که بشرهنوز متمدن تر و کشاورز نشده بود چرخه طبیعت نشان از فصل مناسب شکار يا کوچي مرگبار مي داد و در دوره اي بعد درک اين توالي ها از نان شب هم واجب تر شد، چراکه نان مردم در دست دانستن درست فصل ها بود و کشاورزي بي دانستن زمان کشت و داشت و برداشت هيچ سودي براي مردمان به همراه نداشت. در تمام تمدنهاي بزرگ اوليه ، تقويم به عنوان نيازي ضروري براي مردمان به وجود آمد و شايد بتوان تقويم را نخستين دانشي دانست که بشر سعي در توسعه آن داشت.
موضوع اصلي تقويم سنجش و نگهداري زمان بود و زماني که اين تقسيم بندي به بخشهاي کوچکتر مي رسيد نياز اصلي انسان به نگاه داشتن زمان هاي مربوط به يک روز نيز افزايش يافت. حضور خورشيد در آسمان و توالي روز و شب نخستين تقسيم بندي هاي شبانه روزي را به وجود آورد و اين گونه بود که کم کم مساله نگاه داشتن حساب زمانهاي يک روز بيشتر به چشم آمد و به اين ترتيب نخستين ابزارهاي سنجش زمان و حداقل مشخص کردن نقاط مهم ساعتهاي شبانه روز بيشتر مطرح شد و نخستين ابزارهاي سنجش زمان نيز شکل گرفت و گسترش پيدا کرد و به اين ترتيب نخستين ساعتها به عرصه وجود گام گذاشتند.
در اين ميان ساعتهاي آفتابي شکل گرفتند و يکي از باستاني ترين ابزارهاي سنجش زمان را شکل دادند که تاکنون به حيات خود ادامه داده و نقشي تاريخي و مهم در تاريخ پيشرفت علم بازي کرده اند؛ چراکه با بهبود درک انسان از کره آسمان کارايي آنها نيز بهتر و دقيق تر شده اند. براساس نوشته هاي هرودوت ، تاريخچه ساعتهاي آفتابي به بيش از 5000سال پيش بازمي گردد. هرودوت منشا اين ابزارهاي سنجش زمان را به سومري ها و کلداني ها نسبت مي دهد؛ اقوامي پيشرويي که در منطقه بين النهرين مي زيستند. اين مردمان نخستين کساني بودند که تقسيم بندي هاي دقيقي از زمان ارائه کردند. تقسيم بندي 24ساعته زمان که امروزه نيز آن را به کار مي بريم يادگاري از اين اقوام است. ابتدا نخستين ساعتهاي آفتابي که شايد قدمت آنها به پيش از اين اقوام هم برسد تنها شاخص هايي بودند که زمان عبور خورشيد از نصف النهار ناظر (يا همان ظهر شرعي) و بلندترين نقطه آفتاب در آسمان را نشان مي دادند، اما سومري ها اين ابزار را گسترش دادند و اولين نمونه هاي ساعتهاي آفتابي عمودي را ساختند. در اين ساعتها که ساده ترين نوع ساعتهاي آفتابي است ، يک شاخص عمودي سايه اي را بر صفحه اي مي اندازد که تقسيم بندي هاي آن ساعت روز را نشان مي دهد.
اين دانش در سالهاي بعد و با تغيير کانون هاي تمدني گسترش بيشتري پيدا کرد. دهها نوشته نقش و تحول اين ساعتها را در حوزه هاي تمدني ديگر از چين تا مصر و ايران و يونان نشان مي دهد. بر مبناي مدارک موجود نخستين کسي که به محاسبات نظري ساعتهاي آفتابي با دقت توجه کرد و باعث رواج آنها شد آنکسيماندر اهل ملطيه در قرن 6پيش از ميلاد بود. در اين دوران بود که ساعتهاي آفتابي در نقاط مختلف امپراتوري يونان گسترش يافت. در بيشتر ميدان هاي شهر، ساعتهاي آفتابي روي پايه هاي عمودي نصب مي شدند تا مردم از زمان آگاه شوند و از آن گذشته در بسياري از معابد و منازل اين دوران مي توان حضور ساعتهاي آفتابي را جستجو کرد.
خارج از تمدن يوناني
در سالهاي حدود 340پيش از ميلاد، ستاره شناسي کلداني به نام بروسوس ، ساعتهاي آفتابي کروي را طراحي کرد. در اين ساعت آفتابي جذاب شاخص درون نيمکره اي قرار مي گرفت که علاوه بر نشان دادن زمان بر حسب يک تقسيم بندي 12ساعته طول روز، بلنداي سايه نيز فصلها را مشخص مي کرد. به اين ترتيب گامهايي براي پيچيده تر کردن طراحي ساعتهاي آفتابي برداشته شد. اين روند تحول به طور گسترده اي ادامه يافت. در حدود 27پس از ميلاد مهندس و معماري رومي به نام ويرتوويوس ، حدود 13نوع ساعت آفتابي متفاوت را طراحي و معرفي کرد و شايد يکي از جذاب ترين نمونه آنها ساعتهاي آفتابي قابل حمل ونقل بود تا کاربران هر جايي که هستند بتوانند زمان را بسنجند.
اين پيشرفت پس از ارائه نظريه زمين مرکزي بطلميوس در کتاب تاثير گذار او مجسطي ، باز ادامه يافت و نظريه پردازان بر مبناي اين نظر، ساعتهاي آفتابي را در گوشه و کنار جهان گسترش دادند. در کنار فرهنگ يوناني اين ابزار در گوشه و کنار جهان متمدن آن زمان نيز به کار گرفته مي شد و طرحهاي گوناگوني از آن گسترش مي يافت و بويژه در پرستشگاه هاي جهان باستان به طور جدي مورد توجه قرار مي گرفت. اي.سي.کروپ ستاره باستان شناس برجسته ، از ساعت آفتابي کهني سخن به ميان مي آورد که در محوطه معبد چغازنبيل در شوش نصب بوده است. اگرچه اين نظريه با نقدهاي بسياري مواجه شده ، اما به هرحال مي توانند نشانه اي از گستردگي استفاده از ساعتهاي آفتابي در خارج از مرزهاي تمدن يوناني باشد. تصویر زیر ساعت آفتابی بسیار قدیمی " ماچو پیچو" در کشور پرو را نشان می دهد. از این ساعت جهت فهمیدن زمان مراسم مذهبی یا تغییر فصول سال استفاده می شده است.
با آغاز تمدن اسلامي - ايراني ، طراحي اين ساعتها با دقتهاي بيشتري همراه شد. اينک علاوه بر تمام کاربردهاي پيشين اين ابزارهاي مي بايست نقشي بزرگتر به عهده گيرند و زمان اوقات شرعي را براي مسلمين به نمايش بگذارند. رياضيات پيشرفته اين دوران به کمک طراحان و اخترشناسان آمد تا ساعتهاي آفتابي پيچيده نه تنها به عنوان ابزاري علمي و رصدي که به عنوان ابزار تعيين وقت مناسک مذهبي در گوشه و کنار مرزهاي تمدن کهن اسلامي گسترش يابند.
اين گسترش نه تنها پس از انقلاب خورشيد مرکزي کوپرنيک متوقف نشد، بلکه شناخت دقيق تر آسمان ها و حرکات زمين باعث شد اين ابزار به دقت بالاتري نيز دست يابد و نمونه هاي جديدتري از آن ساخته شود. در تمام اين دوران ساعتهاي آفتابي در کنار کارکرد اصلي خود از جهتي ديگر نيز مورد توجه قرار گرفتند و آن استفاده از مفاهيم زيبايي شناسي در طراحي آنها بود به طوري که کم کم ساعتهاي آفتابي نمادي شدند از ترکيب علم ، هنر و فرهنگ با گذشت زمان و بروز و ظهور فناوري هاي نوين کم کم ساعتهاي آفتابي کاربري علمي خود را از دست دادند و جايگاه خود را به ساعتهاي مکانيکي ، ديجيتال و اتمي دادند. در عصر دقت ديگر نمي شد کارها را با تکيه بر سايه پيش برد، اما مهم اينجاست که ساعتهاي آفتابي هيچ گاه قدر و منزلت خود را از دست ندادند.اينک با وجود گذشت سالها ساعتهاي آفتابي به عنوان نمادي از هويت تاريخي و علمي کشورهاي گوناگون و از آن مهمتر به عنوان نمادي از تلاقي علم ، فرهنگ و هنر به يادگار مانده اند و هرروزه تعداد آنها افزوده مي شود. گاهي تنها همان ايده هاي اوليه به کار مي رود و گاهي نوآوري هاي جذابي در آنها ديده مي شود که نشانگر رياضياتي پيشرفته در پشت آن است. تصویر زیر یک ساعت آفتابی در هند را نشان می دهد که ساعت را با خطایی معادل ۲ ثانیه نشان می دهد.
بد نیست بدانیم که در گذشته بشر برای دانستن وقت و ایام، با توجه به تجربه و دانش زمانه، ساعت هائی را اختراع کرده و مورد استفاده قرار داده است، که مهمترین آنها عبارت می شده از:
سـاعت آبی : در این نوع ساعت، از جریان یک نواخت آب استفاده میشده، باین ترتیب که داخل ظرف مدرج سوراخ دار را با آب پر میکردند ک آب قطره قطره از سوراخ کوچک می چکیده، و با توجه بمقدار آب خروجی، زمان تا حدودی معلوم میشده است .
ساعت آفتابی : در ساعت خورشیدی، میله ای عمودی بر سطح افقی نصب میشده است با اندازه گیری سایه آن میله، زمان معلوم میگردیده .
ساعت شنی یا ماسه ای : از دو حباب شیشه ای چسبیده به هم تشکیل میشده که میان آن، سوراخ باریکی برای رد شدن شن یا ماسه تعبیه میکردند، تا شنها بتدریج از حباب بالا به حباب پایین جمع شود . بعد ظرف را وارونه میکردند و همان عمل تکرار میشد . با معلوم شدن تعداد دفعات جابجا شده شن ها در حبابها، حدود تقریبی زمان مشخص میگردید .
ساعت شمعی : در این نوع ساعت، بدنه شمع مدرج می شد و با سوختن شمع و کوتاه شدن آن زمان را محاسبه می کردند.
اشکال جدیدتر ساعت
با پیشرفت علم و دانش بشری، بتدریج ساعتهای دقیق تر مکانیکی، وزنه ای، فنردار، برقی، باطری دار و کامپیوتری جای ساعتهای آبی، آفتابی و ماسه ای را گرفتند . مخصوصا" از زمان استفاده انسان از فنر جهت راه انداختن چرخ های دندانه دار، که به ساعت شمار و دقیقه و حتی ثانیه شمار متصل هستند، سنجش دقیق زمان برای همه بطور ساده امکان پذیر گردید . در اوایل قرن شانزدهم اولین ساعت مچی آهنی، که نسبتا" زمخت بوده، توسط یکنفر آلمانی ساخته شد . بعدها اواخر قرن هجدهم با استفاده از فنر و چرخ دندانه های بسیار کوچک،امکان ساختن ساعتهای مچی ظریف بوجود آمد، بطوریکه اولین ساعتهای مچی شبیه ساعتهای امروزی، در کشور سوئیس «از سالهای 1790 به بعد» ساخته شد .
بین سالهای 1865 تا 1868 بزرگترین، حجیم ترین و جسیم ترین ساعت دیواری جهان، در کلیسای سن پیر در فرانسه نصب گردید ارتفاع ساعت 1/12 متر عرض آن 09/6 متر و ضخامتش 7/2 متر بوده که از 90000 قطعه تشکیل یافته (تصویر زیر) . در مقابل بزرگترین ساعت، ظریف ترین ساعت دنیا فقط 98/0 میلی متر قطر دارد.