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        從計(jì)時(shí)器到自動(dòng)鐘 中國(guó)時(shí)間的記錄進(jìn)化史

        2019-12-19 02:19:49張玥
        高中時(shí)代 2019年12期
        關(guān)鍵詞:日晷報(bào)時(shí)計(jì)時(shí)器

        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。

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