打开石英钟的机芯外壳后，首先看到的的是由八个齿轮构成的传动系统。这套齿轮组的最末端连接着时针，它的动力源头是带有永磁体的驱动齿轮。这个关键部件由电磁铁驱动，而电磁铁由绕制在铁芯上的线圈构成。
每当线圈通电，铁芯就会形成磁场，带动驱动齿轮上的永磁体旋转。通过每秒切换一次电流方向，磁场极性随之反转，使得驱动齿轮每秒钟完成180度精确转动。这种机械运动经过齿轮组传递，最终推动秒针完成每秒一次的跳动。
但这里存在一个核心问题，电磁铁如何确保每秒钟准确切换一次电流方向？它怎么精准把握节奏？原理就隐藏在电路板上那个银色圆柱体内，这里面有一个石英晶体振荡器。
这是一个直径不足5毫米的元件，它正是石英钟得以命名的核心部件。元件内部封装着经过精密加工的石英晶片，元件表面覆盖着金属电极，通过引脚与外部电路相连。
石英晶体具有独特的压电效应，在微观层面，硅原子和氧原子通过共价键形成六边形网格结构。每个网格单元包含三个带正电的硅原子和三个带负电的氧原子，在自然状态下电荷中心保持平衡，当施加外力压缩晶体时，原子间距改变导致电荷中心偏移，从而在晶体表面产生电压。反之，当施加电场时，晶体结构会发生形变。
这种机电转换特性，使石英晶体成为理想的振动元件，而且它的震荡十分精确，用它做的石英钟，270年的误差仅仅只有一秒。
在石英钟应用中，工程师巧妙利用了这种压电特性。当电路对晶片施加电压时，晶体会产生微米级的形变，切断电压后，晶体恢复原状并产生反向电流。要想维持振动，需要精准施加能量，每当晶体振动到极限位置时，电路就给予恰到好处的电能补充。而这种精密的能量补给，是通过集成电路中的反馈回路实现的。
石英晶体的振动频率由其形状和大小决定，经过特殊切割的晶片能够稳定保持32768赫兹的振动频率，这个数值正好是2的15次方。高频振动被转化为每秒一次的电子脉冲，每个脉冲信号触发电磁铁控制器，精确切换电流方向，驱动齿轮随之完成半圈旋转，最终让钟表指针走一格。
电子表里的齿轮传动系统也是经过精心设计的，利用不同齿数的齿轮组合实现转速转换。驱动齿轮通过三级减速装置，将每秒半转的初始运动，逐步转化为分针每小时转动一圈、时针每十二小时循环的规律运动。每个齿轮都经过精密加工，齿距误差控制在微米级别，确保动力传递的准确性。
从石英晶体的压电效应到齿轮组的机械传动，这个价值几元的装置完美展现了现代工业的精密制造水平。32768次/秒的高频振动、15级电子分频、8组齿轮咬合，这些精密协作的技术细节，让每个人都能以极低成本获得媲美天文钟的计时精度。当然，使用齿轮会将误差放大，如果用屏幕显示数字会更好。
进入21世纪以后，人类文明对于时间的精确要求更高，石英钟误差还是太大了，于是就有了更加精确的原子钟，原子钟是利用原子能级跃迁的固有频率，作为基准的高精度计时装置。
在量子力学中，当特定频率的电磁波照射原子时，会引发原子在基态与激发态之间的规律跃迁，这种共振频率具有宇宙级别的稳定性。
以最常见的铯原子钟为例，其利用铯133原子基态超精细能级跃迁，能造出每秒震动90亿次的“原子节拍器”，再通过微波腔持续激发原子并检测共振状态，就可以将这个振动转化为时间信号。
现代原子钟的精确度已达惊人水平，铯原子钟每300万年误差1秒，氢原子钟精度提升至3000万年误差1秒，而采用锶原子的光晶格钟更突破极限，理论误差仅需150亿年才会偏差1秒，超过现在的宇宙年138亿年。原子振动对外界环境干扰的敏感度很低，比石英晶体稳定百万倍以上。
不过这样精确的时钟，民用很少见，一般是用在北斗和GPS这样的导航卫星上，5G基站也会用到它。
