張玥

在原始社會(huì)，人們?nèi)粘龆?，日落而息，時(shí)間概念比較淡薄。而在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的現(xiàn)代社會(huì)，時(shí)間卻是人們非常看重的，生活中的各項(xiàng)事務(wù)都脫離不開時(shí)間的約束，有上下班時(shí)間，開會(huì)時(shí)間，汽車飛機(jī)出發(fā)時(shí)間，競(jìng)技體育的比賽時(shí)間等等。時(shí)間對(duì)現(xiàn)代人很重要，對(duì)于已經(jīng)習(xí)慣時(shí)刻掌握時(shí)間的你，有沒(méi)有思考過(guò)為什么一秒的時(shí)間是這樣一個(gè)長(zhǎng)短呢？古人又是怎樣來(lái)計(jì)時(shí)的呢？

最古老的計(jì)時(shí)器

古時(shí)計(jì)時(shí)工具常見(jiàn)的有兩種，一是“日晷”，二是“漏”。

“日晷”起源于“土圭”。三干多年前，我們祖先最早發(fā)明了用土和石片刻制成的“土圭”，成為世界上最早發(fā)明計(jì)時(shí)器的國(guó)家之一。

土圭，也稱圭表，包括圭和表兩部分。表是直立的標(biāo)竿，圭是在表下端南北方向放置的水平尺，多為銅或石制造。土圭作為一種古老的天文儀器，用來(lái)測(cè)量日影的長(zhǎng)度。當(dāng)太陽(yáng)在最北面而且位置最高的時(shí)候，表的影子最短，這時(shí)就是夏至;當(dāng)太陽(yáng)在最南面而且位置最低的時(shí)候，表的影子最長(zhǎng)，這時(shí)就是冬至。因此，測(cè)量相鄰兩次日影最長(zhǎng)或最短之間所經(jīng)歷的時(shí)間，即可推算一年的日數(shù)，以確定回歸年的長(zhǎng)度，并用它來(lái)推定24節(jié)氣。在春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，古人就已經(jīng)懂得使用鉛垂來(lái)校正表的垂直，使它的觀測(cè)結(jié)果更準(zhǔn)確。

日晷是以太陽(yáng)影子的移動(dòng)所對(duì)應(yīng)于晷面上的刻度來(lái)計(jì)時(shí)，由一根晷針和刻有刻線的晷面組成，隨著太陽(yáng)在天空的運(yùn)行，晷針的投影像鐘表的指針一樣在晷面上移動(dòng)，就可以指示時(shí)辰。

然而日晷遇到了陰雨天或黑夜便失去作用，于是一種白天黑夜都能計(jì)時(shí)的水鐘便應(yīng)運(yùn)而生，這就是漏刻。漏，是指漏壺;刻，是指刻箭。箭，則是標(biāo)有時(shí)間刻度的標(biāo)尺。漏刻是以壺盛水，利用水均衡滴漏的原理，觀測(cè)壺中刻箭上顯示的數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算時(shí)間。

漏刻一般由四只從上而下互相迭放盛水的銅壺組合而成。上三只銅壺底下有小孔，最下面一只豎放著一個(gè)箭形浮標(biāo)。隨著不斷的滴水，銅壺的水面逐漸升高，壺身上有刻度，以此為標(biāo)記的時(shí)間。為了提高精準(zhǔn)性，漏刻中間還可以多加幾級(jí)水壺。

你知道為什么現(xiàn)在的一刻鐘等于15分鐘嗎？就是源于漏刻。清朝初期《時(shí)憲書》施行后，正式將一晝夜漏刻的量程百刻改為九十六刻，一個(gè)時(shí)辰（兩個(gè)小時(shí)）分八刻，一個(gè)小時(shí)為四刻，而一刻就是十五分鐘，一直沿用至今。

作為計(jì)時(shí)器，漏刻的使用比日晷更為普遍。我國(guó)古代諸多文人騷客都留下過(guò)許多有關(guān)漏刻的富有詩(shī)情畫意的章句。如唐代李賀的“似將海水添宮漏，共滴長(zhǎng)門一夜長(zhǎng)?！彼未K軾的“缺月掛疏桐，漏斷人初靜?！?/p>

在機(jī)械鐘表傳入中國(guó)之前，日晷和漏刻可以說(shuō)是我國(guó)使用最普遍的計(jì)時(shí)器了。

世界時(shí)鐘之祖

水運(yùn)渾天儀是一具依靠水力運(yùn)轉(zhuǎn)，能模仿天體運(yùn)行的儀器，也可以測(cè)定時(shí)間。渾天儀改進(jìn)了東漢科學(xué)家張衡的設(shè)計(jì)，注水激輪，令其自轉(zhuǎn)，晝夜一周，恰恰與天體運(yùn)動(dòng)的周期一致。除了表現(xiàn)星宿的運(yùn)動(dòng)、日升月落以外，還能自動(dòng)報(bào)時(shí)。在水運(yùn)渾天儀上設(shè)有兩個(gè)木人，用齒輪帶動(dòng)，一個(gè)木人每刻（古代把一晝夜分為一百刻）自動(dòng)擊鼓，一個(gè)木人每辰自動(dòng)撞鐘。這兩個(gè)木人可以說(shuō)是運(yùn)用機(jī)械原理而制成的古代機(jī)器人了。水運(yùn)渾天儀制成后，無(wú)人不為其制作之精妙，報(bào)告時(shí)辰之準(zhǔn)確而嘆服。

水運(yùn)渾天儀是一個(gè)十分巧妙的計(jì)時(shí)機(jī)械，是世界上最早的機(jī)械時(shí)鐘裝置，也是現(xiàn)代機(jī)械類鐘表的祖先，比公元1370年西方才出現(xiàn)的威克鐘要早六個(gè)世紀(jì)，充分顯示了中國(guó)古代勞動(dòng)人民和科學(xué)家的聰明才智。

盡管這架水運(yùn)渾天儀在使用了一段時(shí)間后，便因銅鐵漸澀，不能自轉(zhuǎn)而進(jìn)入博物館了。但是，它的制造者僧一行和梁令瓚兩人卻因獲得天文鐘的發(fā)明權(quán)而永垂史冊(cè)。英國(guó)著名科技史學(xué)家李約瑟博士在《中國(guó)科學(xué)技術(shù)史》中說(shuō)，僧一行和梁令瓚所發(fā)明的平行聯(lián)動(dòng)裝置，實(shí)質(zhì)上就是最早的機(jī)械時(shí)鐘，是一切擒縱器的祖先，走在了歐洲14世紀(jì)第一具機(jī)械時(shí)鐘的前面;西方關(guān)于鐘表裝置是14世紀(jì)早期在歐洲發(fā)明的這一說(shuō)法，是完全錯(cuò)誤的。

水運(yùn)儀象臺(tái)是北宋時(shí)期由蘇頌創(chuàng)制的一座集計(jì)時(shí)報(bào)時(shí)、天文觀測(cè)和星象顯示三項(xiàng)功能于一體的大型天文鐘，是北宋科技發(fā)展高峰的重要標(biāo)志。水運(yùn)儀象臺(tái)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的天衡裝置與歐洲17世紀(jì)出現(xiàn)的錨狀擒縱器在設(shè)計(jì)原理上非常相似，但比錨狀擒縱器早了六七個(gè)世紀(jì)，水運(yùn)儀象臺(tái)也因此被譽(yù)為“世界時(shí)鐘之祖”。

水運(yùn)儀象臺(tái)高約12米，寬約7米，是一座上狹下廣、呈正方臺(tái)形的木結(jié)構(gòu)建筑。其中渾儀等為銅制。全臺(tái)共分三隔。下隔包括報(bào)時(shí)裝置和全臺(tái)的動(dòng)力機(jī)構(gòu)等。中隔是間密室，放置渾象。上隔是個(gè)板屋，其中放置渾儀。

水運(yùn)儀象臺(tái)中首創(chuàng)的擒縱器機(jī)構(gòu)是后世鐘表的關(guān)鍵部件，因此它成為了鐘表的祖先;渾象一晝夜自轉(zhuǎn)一圈，不僅形象地演示了天象的變化，也是現(xiàn)代天文臺(tái)的跟蹤器械——轉(zhuǎn)儀鐘的祖先;水運(yùn)儀象臺(tái)為了觀測(cè)上的方便，設(shè)計(jì)了活動(dòng)的屋頂，也是今天天文臺(tái)活動(dòng)圓頂?shù)淖嫦取?/p>

大明殿燈漏

計(jì)時(shí)器從用青銅制的“漏刻”取代了“土圭”與“日晷”。其后，東漢張衡發(fā)明了世界第一架“水運(yùn)渾象”，此后科學(xué)家們又在此基礎(chǔ)上借鑒改進(jìn)發(fā)明了“水運(yùn)渾天儀”、“水運(yùn)儀象臺(tái)”。至元明之時(shí)，計(jì)時(shí)器擺脫了天文儀器的結(jié)構(gòu)形式，得到了突破性的新發(fā)展。元初郭守敬創(chuàng)制了“大明殿燈漏”，采用機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)，并增添盤、針來(lái)指示時(shí)間，其機(jī)械的先進(jìn)性便明顯地顯示出來(lái)，時(shí)間性也益見(jiàn)準(zhǔn)確。

大明殿燈漏堪稱中國(guó)古代計(jì)時(shí)器中的集大成者。在河北邢臺(tái)郭守敬紀(jì)念館所展示的大明殿燈漏模型局部，有三種不同類型的自動(dòng)報(bào)時(shí)木偶，有的懷抱時(shí)辰牌，有的手指刻表盤，有的擊鐃報(bào)時(shí)——這一模型基本實(shí)現(xiàn)了文獻(xiàn)所描述的造型和功能。

《元史·天文志》對(duì)它有專條記敘，今譯如下：燈漏高一丈七尺（約五米四），它的框架用黃金制作。上部有彎曲的梁，曲梁的中間是一顆云珠，云珠二側(cè)有象征日月的球體，日在左，月在右，云珠之下再懸有一顆珠子。曲梁的兩端各裝有龍頭，龍的嘴能張合，龍的眼珠能轉(zhuǎn)動(dòng)，用這樣的動(dòng)作顯示燈漏內(nèi)的水流是快了還是慢了。

曲梁的下面有一中梁，在中梁上，一左一右有兩條戲珠的龍，它們隨著珠子的下降或上升而俯仰，用這樣的姿態(tài)顯示燈漏內(nèi)的水位是否適應(yīng)運(yùn)行的需要。

燈漏的主體用黃金和珠寶制作，內(nèi)部分為四層，上層按圓環(huán)狀分布著日、月和參、商二宿的圖形，每日自右向左回轉(zhuǎn)一周。下面一層陳列著龍、虎、鳥、龜，象征著四個(gè)方位，每到一刻，它們都有跳躍的動(dòng)作，內(nèi)部發(fā)出擊鐃的響聲。再下層是圓環(huán)狀，分劃為一百等分，每等分就是古時(shí)的一刻鐘。它的上部有十二個(gè)木人，手執(zhí)時(shí)辰木牌，當(dāng)某個(gè)時(shí)辰來(lái)到，它們?cè)谒膫€(gè)方向的門內(nèi)執(zhí)牌報(bào)時(shí)。門內(nèi)另有木人指著刻數(shù)。在燈漏的下部四個(gè)角的位置，各有一個(gè)木人手執(zhí)鐘、鼓、鉦、鐃響器，一刻鳴鐘，二刻擊鼓，三刻擊鉦，四刻擊鐃，還有在時(shí)初、時(shí)正到來(lái)時(shí)這些響器也要鳴響。產(chǎn)生這些動(dòng)作的機(jī)構(gòu)都隱藏在柜子里，用水來(lái)驅(qū)動(dòng)它們，可謂精巧至極。

作為世界上最早脫離了天文儀器的獨(dú)立自鳴鐘，大明殿燈漏反映出中國(guó)古代力學(xué)知識(shí)的應(yīng)用已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)高的水平。