Lịch sử phát triển của đồng hồ và đo thời gian

1. Lịch cổ đại

Các thiên thể như mặt trời , mặt trăng và các vì sao đã cho chúng ta một khái niệm về thời gian ngay từ buổi bình minh loài người. Người nguyên thuỷ chủ yếu dựa vào chuyển động biểu kiến của những thiên thể trên đển xác định các mùa, các tháng và năm.

Nội dung

Chúng ta hiện biết rất ít về việc đo lường thời gian thời nguyên thuỷ, tuy nhiên, dựa trên các ghi chép và cổ vật đã được khai quật, đã cho thấy trong mọi thời đại, ở mọi nền văn hoá con người đều đo lường và ghi chép lại sự thay đổi của thời gian. Những thợ săn trong thời kì băng hà hơn 20.000 năm về trước đã gạch những đường hoặc khoét lỗ trên cây gậy hay xương động vật, có thể để đo lường khoảng thời gian giữa các pha của mặt trăng. 5000 năm về trước, người Sumerian ở lưu vực sông Tigris – Euphrate ( Iraq hiện nay ) đã có lịch, họ chia một năm thành 12 tháng, mỗi tháng 30 ngày, mỗi ngày gồm 12 khoảng thời gian (tương đương với 2 giờ), và chia những khoảng thời gian đó thành 30 phần (mỗi phần tương ứng với 4 phút hiện nay). Không một tài liệu viết nào nói về việc tạo thành cột đá Stonehenge ở Anh, được tạo ra cách đây khoảng 4000 năm, nhưng sự sắp xếp của các hòn đá cho thấy mục đích của nó rõ ràng dùng để xác định các mùa hay các sự kiện thiên văn như nguyệt thực, các điểm chí …

Lịch cổ nhất của người Ai Cập dựa trên chu kì của mặt trăng, nhưng sau đó người Ai Cập nhận ra rằng ngôi sao Con Chó trong chòm Canis Major (chòm Con Chó lớn – Đại Khuyển), nay gọi là sao Sirius, mọc sát mặt trời theo chu kì 365 ngày, cùng khoảng với chu kì dâng của nước sông Nile. Dựa trên đó, họ tạo ra lịch 365 ngày và có thể lịch này đã được sử dụng từ năm 4.236 trước công nguyên, được cho là lịch đầu tiên được biết đến trong lịch sử.

Ở Babilon, cũng trên lãnh thổ Iraq, loại lịch có một năm gồm các tháng 29 và 30 ngày đã được ghi chép lại trước năm 2.000 trước công nguyên, tạo thành lịch 354 ngày trong 1 năm. Người Mayan ở trung Mỹ thì khác, họ không chỉ dựa trên mặt trăng và mặt trời mà còn dựa vào chuyển động của sao Kim, để tạo thành lịch 260 ngày và 365 ngày. Nền văn hoá này phát triển trong thời kì giữa năm 2000 trước công nguyên và năm 1500 sau công nguyên. Dựa trên chuyển động của các thiên thể, họ tin rằng thế giới được tạo ra vào năm 3113 trước công nguyên. Lịch của họ sau đó thở thành một phần của lịch đá của người Aztec. Các nền văn minh sau này, gồm cả vùng Châu Âu, sử dụng lịch có 365 ngày trong một năm và năm nhuận 366 ngày sau mỗi 4 năm.

2. Đồng hồ mặt trời, đồng hồ nước và cột đá Obelisks

Loài người đã quan tâm đến việc đo lường thời gian từ rất lâu rồi. Với hiểu biết của chúng ta hiện nay, khoảng 5000 đến 6000 năm về trước, ngoài lịch ra bộ phận người dân ở Trung Đông và Bắc Mỹ đã có đồng hồ đo thời gian. Cùng với sự xuất hiện của bộ máy chính trị và tôn giáo, nhu cầu đo lường thời gian cũng xuất hiện.

Đồng hồ Mặt Trời - Sun Clocks

Sau khi nền văn minh Sumerian biến mất mà không để lại gì, người Ai Cập là nền văn minh tiếp theo chia một ngày thành những phần nhỏ tương tự như một giờ của chúng ta. Các cột đá Obelisk đã được xây dựng vào những năm 3500 trước công nguyên. Bóng của chúng tạo thành một đồng hồ mặt trời, cho phép người dân chia một ngày thành hai phần phân cách bởi chính giữa trưa. Họ cũng có thể xác định ngày dài nhất và ngắn nhất trong năm khi bóng của cột đá lúc giữa trưa là ngắn nhất hay dài nhất. Sau này, người ta kẻ những vạch xung quanh phần dưới của cột đá để chia thời gian thành những phần nhỏ hơn. 

Một loại khác của đồng hồ Mặt trời ở Ai Cập, có lẽ là loại đồng hồ bỏ túi đầu tiên, được sử dụng vào khoảng năm 1500 trước công nguyên để ước lượng thời gian của một “giờ”. Loại đồng hồ này chia một ngày nắng thành 10 phần cộng với hai phần bình minh và hoàng hôn. Khi thanh dài với 5 vạch khắc được định hướng theo hướng Đông – Tây vào buổi sáng, một thanh chéo ở phần phía Đông sẽ tạo ra một cái bóng dịch chuyển trên các vạch. Đến trưa, dụng cụ này được quay theo hướng ngược lại ( Tây – Đông) để đo giờ buổi chiều.

Dụng cụ ngắm sao merkhet là dụng cụ thiên văn cổ nhất, được tạo ra bởi người Hi Lạp trong khoảng năm 600 trước công nguyên. Hai kính ngắm sao được sử dụng để xác định đường Bắc – Nam bằng cách hướng chúng đến sao Bắc Cực. Merkhet có thể được sử dụng để đo thời gian ban đêm bằng cách xác định thời điểm một số ngôi sao đi qua thiên đỉnh.

Với nhu cầu tăng độ chính xác của đồng hồ để dùng cho mọi mùa, đồng hồ mặt trời đã có nhiều cải tiến, từ bản phẳng theo phương ngang hay thẳng đứng trở thành những hình thù phức tạp hơn. Một phiên bản cải tiến là đồng hồ mặt trời hình bán cầu, người ta tạo một hình bán cầu lõm trên khối đá, ở giữa có một thanh chỉ thị và được khắc với các đường hiển thị giờ theo các mùa khác nhau. Đồng hồ mặt trời hình chỏm cầu được biết đến khoảng năm 300 trước công nguyên, bỏ đi một nửa không sử dụng của bán cầu tạo thành hình nửa cái chén trên khối hình vuông. Vào năm 30 trước công nguyên, Vitruvius đã có thể mô tả đến 13 loại đồng hồ mặt trời khác nhau được dùng ở Hi Lạp, Tiểu Á và đế chế Roma.

Elements of a Clock

Các bộ phận của đồng hồ

Được mô tả với rất nhiều biến thể khác nhau trong suốt vài ngàn năm qua để đo dòng chảy thời gian, chúng ta cần có một cái nhìn tổng quát về các bộ phận cấu thành đồng hồ. Tất cả đồng hồ đều có hai bộ phận cơ bản:

• Một quy luật, không đổi hay một quy trình lặp đi lặp lại để đo những phần bằng nhau của thời gian. Những ví dụ đơn giản và được phát hiện sớm là chuyển động của mặt trời trên bầu trời, cây nến với các vạch đánh dấu, đèn dầu với các vạch đánh dấu mức dầu trên bình chứa, đồng hồ cát, hay như ở các nước phương Đông, một hình mê cung bằng đá hay kim loại được nhồi nhang mà sẽ cháy dần trong một khoảng thời gian.

• Một chỉ thị để theo dõi sự trôi qua của thời gian và hiển thị kết quả. Vật chỉ thị được sử dụng hiện nay là vị trí của kim đồng hồ hay mặt hiển thị trên đồng hồ điện tử.
Biên niên sử của thời gian là biên niên sử của lịch sử của việc tìm kiếm các quá trình chính xác để hiệu chỉnh đồng hồ.

Đồng hồ nước - Water Clocks

Đồng hồ nước (water clock) là một trong những loại dụng cụ đo thời gian sớm nhất mà không cần dựa vào việc quan sát chuyển động của các thiên thể. Một trong những chiếc đồng hổ cổ nhất đã được phát hiện ở Amenhotep, bị chôn vùi từ những năm 1500 trước công nguyên. Đồng hồ nước sau đó được đặt tên là clepsydras ( kẻ trộm nước trong tiếng Hi Lạp ) và được sử dụng bởi người Hi Lạp từ năm 325 trước công nguyên. Nó là một bồn chứa bằng đá với một phần dốc cho phép nước nhỏ giọt với một tốc độ không đổi từ một lỗ nhỏ gần đáy. Một số đồng hồ nước khác là một bình chứa hình trụ hay hình chén được thiết kế sao cho nhận một lượng nước với tốc độ không đổi. Người ta đánh dấu mặt trong bình chứa bởi những vạch để đo lường những “giờ” khi mực nước dâng lên đến những vạch đó. Chúng được dùng để đo thời gian vào ban đêm, nhưng có lẽ cũng được sử dụng để đo giờ trong ngày. Một phiên bản khác là một chén kim loại đặt nổi trong bồn , nước được đổ thêm vào chén và làm chén chìm trong một khoảng thời gian nhất định. Loại đồng hồ này được dùng ở Bắc Phi thời đó.

Nhiều phiên bản cơ khí phức tạp và ấn tượng hơn của đồng hồ nước được phát triển giữa những năm 100 trước công nguyên và 500 sau công nguyên bởi những nhà phát minh và thiên văn học của đế chế Roma và Hi Lạp. Việc thêm vào các bộ phận phức tạp nhằm tạo ra dòng chảy với lưu lượng không đổi bằng cách ổn định áp suất và tạo ra những cách chỉ thị giờ tốt hơn. Một số đồng hồ nước có thêm chuông báo. Một số có thêm các hình khắc về con người, hoặc các kim chỉ thị di chuyển được và các mô hình hoá các thiên thể của vũ trụ.

Một nhà thiên văn học người Hi Lạp, Andronikos, chủ trì việc xây dựng toà tháp Tower of the Winds (Tháp phương hướng) ở Athen vào thế kỉ thứ nhất trước công nguyên. Công trình có cấu trúc 8 cạnh này vừa là đồng hồ mặt trời vừa là một đồng hồ cơ khí. Nó có đường nét của một đồng hồ nước cơ khí 24 giờ và chỉ thị cho 8 hướng ( do đó nó có cái tên là tháp phương hướng) và chỉ thị các mùa trong năm, các ngày thiên văn và các giai đoạn trong năm. Đê chế Roma cũng phát triển đồng hồ nước cơ khí, tuy nhiên sự phức tạp hoá trong phương pháp của họ không tăng nhiều độ chính xác so với các phương pháp cổ điễn.

Ở miền Viễn Đông, đồng hồ cơ khí đã được phát triển vào những năm 200 đến 1300. Đồng hồ nước của Trung Quốc vào thế kỉ thứ 3 dẫn động nhiều cơ cấu cơ khí để chỉ thị các hiện tượng thiên văn. Một trong những tháp đồng hồ phức tạp được xây vào năm 1088. Nó sử dụng những cơ cấu đồng hồ được phát minh trong năm 725.

Rất khó để ổn định dòng chảy của nước, do đó đồng hồ nước không thể đạt được độ chính xác cao. Con người bắt đầu có những bước tiến mới.

3. Đồng hồ cơ khí và đồng hồ thạch anh.

Ở Châu Âu, trong thời Trung Đại ( năm 500 – 1500), khoa học kĩ thuật đang ở giai đoạn bế tắt. Có một số cải tiến trong đồng hồ mặt trời nhưng vẫn chưa thoát khỏi nguyên tắt của thời Ai Cập.

Trong thời gian này, những đồng hồ mặt trời đơn giản được đặt trên ô cửa đển xác định khoảng thời gian giữa trưa và các ngày chí. Trong thế kỉ thứ 10, rất nhiều loại đồng hồ mặt trời dạng bỏ túi được dùng. Một phiên bản của người Anh thậm chí còn có thể xác định được các điểm chí và sự thay đổi các mùa dựa vào sự thay đổi của độ cao Mặt trời.

Sau đó, đến đầu thế kỉ 14, những chiếc đồng hồ cơ khí lớn bắt đầu xuất hiện trên các tháp của các thành phố lớn ở Italia. Hiện không có bằng chứng nào cho thấy những dạng đồng hồ cơ khí trước đó, được điều khiển bằng vật nặng và ổn định thời gian bằng con thoát dạng verge-and-foliot. Cơ cấu verge-and-foliot được sử dụng trên 300 năm với nhiều dị bản của foliot. Tất cả đều có một nhược điểm căn bản: Thời gian của chu kì thoát phụ thuộc nhiều vào lực điều khiển và lực ma sát. Cũng như lưu lượng nước, thời gian này rất khó điều khiển.

Một phát minh khác là đồng hồ lên dây cót trong khoảng năm 1500 và 1510 bởi Peter Henlein, một thợ khoá từ Nuremberg. Việc loại bỏ vật nặng cho phép tạo ra các dạng đồng hồ nhỏ hơn. Henlein gọi chúng là "Nuremberg Egg” ( tạm dịch: quả trứng của Nuremberg). Mặc dù đồng hồ sẽ bị chậm dần khi dây cót lò xo giãn dần, chúng vẫn rất nổi tiếng trong giới thượng lưu do kích thước nhỏ và thực tế người ta có thể đặt chúng trong ngăn tủ hay trên bàn thay vì treo trên tường. Chúng là những đồng hồ bỏ túi đầu tiên. Tuy nhiên, chúng chỉ có mỗi kim giờ - kim phút chỉ xuất hiện sau năm 1670 - và không có mặt kính bảo vệ - mặt kính chỉ xuất hiện sau thế kỉ 17. Tuy nhiên, những thiết kế của Henlein đã mở đầu cho khả năng nâng cao độ chính xác cho đồng hồ.

Nâng cao độ chính xác cho đồng hồ:

Vào năm 1656, Christian Huygens, một nhà khoa học người Hà Lan, đã chế tạo ra chiếc đồng hồ con lắc đầu tiên, được ổn định thời gian bằng cơ cấu cơ khí gắn với con lắc. Mặc dù Galieo Galilei, đôi khi được xem là nhà phát minh của con lắc, đã nghiên cứu chuyển đông của nó vào đầu năm 1582, nhưng đồng hồ sử dụng phát hiện của ông đã không được tạo ra khi ông còn sống. Đồng hồ con lắc của Huyghen có sai số nhỏ hơn 1 phút/ ngày đêm, là lần đầu tiên đồng hồ đạt đến độ chính xác như thế. Những phiên bản sau đó đã đạt được độ chính xác đến sai số 10 giây/ ngày đêm.

Khoảng năm 1675, Huyghens phát minh ra bánh răng và lò xo, vẫn được dùng trong một số đồng hồ đeo tay hiện nay. Sự phát triển này cho phép đồng hồ thế kỉ 17 có sai lệch 10 phút/ ngày. Và tại London vào năm 1671 William Clement bắt đầutạo ra đồng hồ với con thoát kiểu "anchor" hay "recoil", một tiến bộ đáng kể so với con thoát verge bởi nó ít tác động đến dao động của con lắc.

Vào năm 1721, George Graham gia tăng độ chính xác của đồng hồ đến sai số 1 giây/ ngày bằng bù trừ cho sự biến đổi của chiều dài con lắc do thay đổi nhiệt độ. John Harrison, một thợ mộc và tựu học chế tạo đồng hồ, hiệu chỉnh việc bù trừ thay đổi do nhiệt của Graham và thêm cơ cấu để giảm ma sát. Năm 1761, ông đã tạo ra một đồng hồ đi biển với lò xo và con thoát balance wheel dành giải thưởng của chính phủ Anh ( khoảng $2000 000 theo thời giá bây giờ) dành cho một dụng cụ xác định kinh độ có độ chính xác tới nửa độ kinh trong chuyến du hành từ Đông Ấn. Đồng hồ này đạt đến độ chính xác sai số 1 phần 5 giây/ngày, gần như ngang với đồng hồ trên cạn, và chính xác hơn 10 lần so với yêu cầu.

Các cơ cấu phức tạp hơn trong thế kỉ tiếp theo đã cho ra đồng hồ của Siegmund Riefler vào năm 1889, con lắc hầu như tự do, có thể đạt đến độ chính xác 1 phần trăm giây/ngày, trở thành chuẩn trong quan sát thiên văn. Nguyên lý cho con lắc tự do được phát minh bởi R J Rudd trong năm 1898, mô phỏng sự phát triển của các đồng hồ không con lắc khác. Một trong số các đồng hồ nổi tiếng là chiếc của W. H. Shortt, được tạo ra vào năm 1921. Đồng hồ Shortt hầu như thay thế ngay lập tức cho đồng hồ của Riefler. Đồng hồ này được tạo thành từ hai con lắc, một chính và một phụ. Con lắc phụ truyền cho con lắc chính một năng lượng nhỏ để duy trì chuyển động của con lắc chính, chuyển động này dùng để điều khiển các kim đồng hồ. Cơ cấu này cho phép con lắc chính dao động gần như điều hoà, không bị các cơ cấu cơ khí làm mất năng lượng.

Đồng hồ thạch anh - Quartz Clocks

Đồng hồ Shortt bị thay thế khỏi vị trí chuẩn bời đồng hồ thạch anh vào thập niên 30 và 40 của thế kỉ XX, với độ chính xác cao hơn nhiều so với các loại trước đó.

Đồng hồ thạch anh dựa trên nguyên lý của hiệu ứng áp điệncủa tinh thể thạch anh. Nếu bạn đặt tinh thể vào một điện trường, nó sẽ biến đổi hình dạng, và ngược lại nếu bạn xoán hay uốn cong tinh thể, nó tạo ra điện trường. Nếu đạt vào một mạch điện thích hợp, mối liên hệ giữa điện trường và biến dangjcuar tinh thể sẽ làm cho tinh thể dao động và tạo một điện trường biến thiên với chu kì không đổi mà có thể được dùng để tạo một đồng hồ điện tử.

Đồng hồ thạch anh tốt hơn bởi chúng không có các bánh răng hay con thoát, nhưng chúng vẫn dựa trên dao động cơ khí, có chu kì phụ thuộc vào kích thước và hình dạng của thạch anh. Do đó không có hai tinh thể nào thực sự giống hệt nhau, với tần số khác nhau. Đồng hồ thạch anh vẫn chiếm lĩnh thị trường bởi số lượng vì giá rẻ và độ chính xác cao. Nhưng độ chính xác của đồng hồ thạch anh đã bị vượt qua bởi đồng hồ nguyên tử.

4. Đồng hồ nguyên tử.

Các nhà khoa học từ lâu đã nhận ra rằng nguyên tử (và cả phân tử) có giao động cộng hưởng; mỗi nguyên tố và hợp chất hấp thụ hoặc phát xạ bức xạ điện từ tại các tần số riêng của chúng. Các tần số riêng không đổi theo thời gian và không gian. Một nguyên tử hidro hay cesium ở đây, bây giờ có tần số riêng đúng bằng tần số riêng của chúng cách đây hàng triệu năm và cũng bằng với tần số riêng của các nguyên tử hidro hay cesium ở các thiên hà cách chúng hàng triệu năm ánh sáng. Chúng là một “con lắc” tiềm năng có thể dùng để tạo ra các đồng hồ chính xác hơn.

Sự phát triển của radar và thông tin bằng sóng radio siêu cao tần trong thập niên 30 và 40 của thế kỉ XX đã cho phép tạo ra các sóng vi ba (microwave) để tương tác với nguyên tử. Các nhà nghiên cứu nhắm đến việc tạo ra một đồng hồ nguyên tuwrtaapj trung vào cộng hưởng bức xạ vi ba với phân tử ammoniac. Tuy nhiên, độ chính xác của nó không hơn nhiều so với độ chính xác của các đồng hồ trước đó, nên người ta chuyển sang nghiên cứu một khía cạnh hứa hẹn hơn, tia hạt nhân dựa trên cesium.

Vào năm 1957, NIST đã hoàn thành đồng hồ tia hạt nhân đầu tiên, và cái thứ hai cũng được hoàn thành sau đó không lâu để so sánh và kiểm tra độ chính xác. Vào năm 1960, đồng nguyên tử dùng cesium đã đủ chính xác để có thể sử dụng như đồng hồ chuẩn của NIST.
Vào năm 1967, tần số dao động tự nhiêu của hạt nhân nguyên tử cesium đã được dùng để định nghĩa cho đơn vị thời gian “giây”: Một giây được định nghĩa là khoảng thời gian giữa 9,192,631,770 chu kì dao động của hạt nhân nguyên tử cesium. Định nghĩa này đã được dùng để thay thế cho định nghĩa cũ dựa trên chuyển động của trái đất. Giây đã nhanh chóng trở thành đơn vị được định nghĩa chính xác nhất trong khoa học. Đồng hồ nguyên tử hiện nay có thể xác định thời gian chính xác đến một phần triệu giây/năm.

Rất nhiều mặt của cuộc sống hiện đại phụ thuộc vào độ chính xác xủa thời gian, đã qua thời mà chúng ta cố gắng tạo một đồng hồ có độ chính xác đến ¼ giờ/ngày. Giao thông, thông tin liên lạc, sản xuất, năng lượng và rất nhiều lãnh vực khác nữa nay phụ thuộc rất nhiều vào các đồng hồ siêu chính xác. Nghiên cứu khoa học và nhu cầu của cuộc sống hiện đại đã và đang thúc đẩy chúng ta tiếp tục chế tạo các loại đồng hồ còn chính xác hơn. Một thế hệ mới của chuẩn thời gian dùng đồng hồ nguyên tử cesium hiện đang được phát triển tại NIST và các phòng nghiên cứu khác trên thế giới.

Đồng hồ nguyên tử, hệ thời gian và múi giờ - Atomic Clocks, Time Scales, and Time Zones

Vào những năm 1840, một hệ thời gian chuẩn đã được thiết lập cho Anh, Scotlen và sứ Wales, thay thế cho hệ thống “giờ địa phương”. Đài thiên văn hoàng gia Greenwich là tâm điểm của sự phát triển này vì nó đã đóng vai trò quan trọng trong định vị hàng hải dựa trên thời gian chính xác. Giờ GMT đã tiếp tục mục đích đó và là giờ tham chiếu cho đến năm 1972.

Mỹ đã thành lập USNO (U.S. Naval Observatory – Đài thiên văn hàng hải Mỹ) vào năm 1830 để hợp tác với đài thiên văn Greenwich và các đài thiên văn khác để xác định thời gian chuẩn dựa trên quan sát thiên văn. Thời gian chuẩn trên lúc đó được sử dụng trong hàng hải. Thời gian chuẩn phải phản ánh tốc độ quay của trái đất; nếu khác thì sẽ có sai sót trong định vị hàng hải. Do đó, USNO làm nhiệm vụ kết nối thời gian và thời gian dựa trên trái đất và một số hiện tượng khác gồm cả lịch, cần thiết cho định vị trong hàng hải và hàng không.

Với sự phát minh ra một đồng hồ nguyên tử có độ chính xác cao, khoa học và kĩ thuật nhận ra thời gian chuẩn dựa trên chuyển động của quả đất giao động với khoảng vài phần ngàn của giây/ngày. Định nghĩa mới của “giây” vào năm 1967 đã cho chúng ta một cơ sở tham chiếu cho các phương pháp đo lường thời gian. Nhưng các nhà khoa học đã không thoả mãn khi cố gắng để hợp nhất giữa định nghĩa mới và hệ thống GMT. Một hệ thống thời gian hứa hẹn hơn được đưa ra, và đến ngày 01/01/1972, hệ thống thời gian UTC (Coordinated Universal Time) trở thành hệ thống cho toàn thế giới.

UTC chạy với tốc độ của đồng hồ nguyên tử, nhưng khi sự khác biệt giữa thời gian của đồng hồ nguyên tử và thời gian dựa trên chuyển động của trái đất đạt đến 1s, một giây hiệu chỉnh ( hay giây nhuận) sẽ được tạo ra trong UTC. Viện quốc gia về chuẩn và công nghệ đồng hồ được đặt trên 25 nước, và hiện nay đang đóng góp dữ liệu cho chuẩn UTC quốc tế tại Viện quốc tế về đo lường ở Paris. Sực huyển đổi nhiệm vụ của các trạm quan sát từ quan sát chuyển động của thiên thể sang phòng nghiên cứu đo lường đã bao gồm nhiệm vụ chuyển đổi giữa thời gian dựa trên chuyển động của trái đất và thời gian dùng đồng hồ nguyên tử. Tuy nhiên, chúng vẫn cần sự đồng bộ hoá, giây nhuận, giữa hai hệ thống.
(Do sự điều chỉnh này, phút cuối cùng của năm 2005 có 61s

Múi giờ - Time Zones

Múi giờ không cần thiết phải có ở Mỹ cho đến khi các đoàn tàu hoả cho phép con người di chuyển hàng trăm dặm một ngày. Cho đến những năm 1860, hầu hết các thành phố dùng chủ yếu giờ địa phương dựa trên mặt trời, nhưng giờ địa phương này thay đổi khoảng một phút cho mỗi 12.5 dặm khi di chuyển sang phía đông hay tây. Khó khăn trong việc kiểm soát hơn 300 vùng giờ địa phương được giải quyết bằng việc tạo lập múi giờ tàu hoả. Múi giờ chuẩn lần đầu tiên được phát minh bởi một người Canada gốc Scotlen, Ngài Sandford Fleming vào năm 1878, và được sử dụng rộng rãi vào 1884. Nhưng đến năm 1883, hầu hết các hãng tàu hoả vẫn dựa trên hơn 100 múi giờ khác nhau.

Năm đó, nước Mỹ được chia thành 4 múi giờ với trung tâm gần như là kinh tuyến thứ 75, 90, 105 và 120 độ kinh Tây. Vào trưa ngày 18/12/1883, đường điện tín đã truyền tin giờ GMT đến các thành phố lớn, nơi mà nhà cầm quyền sẽ điều chỉnh đồng hồ thành phố thành giờ thích hợp với các múi giờ.

Vào 01/11/1884, hội nghị kinh tuyến thế giới tổ chức tại Washington, đã sử dụng phương pháp tương tự cho các vùng của thế giới. 24 kinh tuyến chuẩn, mỗi 15 độ theo hướng tây và đông từ kinh tuyến 0 độ ( kinh tuyến gốc Greenwich), được chọn là các kinh tuyến trung tâm của vùng. Kinh tuyến 180 độ trên Thái Bình Dương được chọn là đường đổi ngày. Một số nước, vùng hải đảo hay các bang không muốn bị chia thành nhiều múi giờ, do đó đường phân chia múi giờ có khuynh hướng đi vòng và chuyển dịch một ít so với đường thẳng bắc – nam.