誰最早發(fā)明了卡尺

丘光明

國家博物館、北京市藝術(shù)博物館、江蘇省揚(yáng)州市博物館各收藏有一件卡尺。前兩件為傳世品，上面都刻有“始建國元年正月癸酉朔日制”，始建國元年即公元九年。1977年在一次學(xué)術(shù)討論會(huì)上，專家們對(duì)國家博物館所藏這支卡尺的真?zhèn)未嬖诓煌捶āＳ行业氖?992年5月，在距離揚(yáng)州市西北8公里外邗江縣東漢早期墓葬中，出土了一件銅卡尺。雖然出土?xí)r，表面銹蝕，是否有刻文，已無法辨識(shí)，但對(duì)漢代曾有過這類帶有卡爪的專用測(cè)長工具——卡尺，就無需爭(zhēng)辯了。

一、卡尺的浮現(xiàn)

卡尺最晚在王莽時(shí)期已經(jīng)在生產(chǎn)實(shí)踐中比較廣泛使用了，發(fā)明時(shí)間距今已達(dá)2000年以上，但是從目前所能查找的文獻(xiàn)來看，清代以前對(duì)這種專用的測(cè)量工具卻沒有任何記載，因此它的發(fā)展歷史、使用范圍、使用方法均已失傳。當(dāng)吳重熹（同治元年舉人，曾任江西巡撫）于光緒十八年（1892）看到這件銘刻新莽年號(hào)、上有魚鱗紋、奇形怪狀的器物時(shí)，不知為何物。他在拓片上寫下了兩行題跋：“始建國銅器，有關(guān)牡，可開闔，其魚鑰乎？……”。竟誤把它當(dāng)做一把大鑰匙了。

同類器物也被吳大澂收集到。吳大澂是同治十年（1871）進(jìn)士，曾任廣東、湖南等地巡撫。他還是一位金石文字學(xué)家，又擅長書法、繪畫。刊行于光緒二十年（1894）的《權(quán)衡度量實(shí)驗(yàn)考》，就是由他親筆書寫和繪圖的。這本書是吳大澂根據(jù)當(dāng)時(shí)出土的玉器、錢幣，對(duì)照先秦古籍，考校古代禮制與度量關(guān)系的專著，書中也收錄了一支卡尺，定名為“王莽銅尺”。他說：這支尺是近幾年在山左（舊時(shí)對(duì)山東省的別稱）出土。正面上下共六寸，其中四寸刻有分，旁附一支尺，作丁字形，可上下滑動(dòng)，共刻五寸，無分刻，有一環(huán)，可系繩。背面刻篆文年月一行，從所繪圖可看到，即“始建國元年正月癸酉朔日制”。吳大澂在度量衡方面的知識(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了吳重熹，他根據(jù)上面有刻度而把它定名為“王莽銅尺”。但是在當(dāng)時(shí)歷史條件下，吳大澂也無法認(rèn)識(shí)這種測(cè)長工具的特殊用途，更無法把它定名為卡尺。

此外，羅振玉、柯昌濟(jì)、容庚、劉體智等在他們的金石學(xué)專著中也都錄有王莽卡尺。據(jù)目前所知，不算轉(zhuǎn)錄、重復(fù)的，至少也有5支。說明在清末不同時(shí)期、不同地點(diǎn)屢有類似的卡尺發(fā)現(xiàn)，而金石學(xué)家們都不知道這件器物的用途和它所包含的科學(xué)價(jià)值，大多把它看成一支王莽時(shí)期的尺。今國家博物館、北京市藝術(shù)博物館所藏的兩支卡尺，是否就是清末各家著錄中的兩支，已經(jīng)很難考證了。

新莽時(shí)期的測(cè)長工具——卡尺

《漢書·律歷志》中有關(guān)長度部分，只提到分、寸、尺、丈、引5個(gè)單位和進(jìn)位關(guān)系。其中對(duì)“丈”作了專門的描述：“其法用銅，高一寸、廣二寸、長一丈，而分、寸、尺、丈存焉。”這支銅丈1927年與新莽銅環(huán)權(quán)、銅衡桿同時(shí)出土，上面還刻有新莽81字詔文。銅丈未刻尺、寸線紋分度，出土?xí)r由于折斷、彎曲而未得到應(yīng)有的重視。后來與《漢書·律歷志》相對(duì)照，才發(fā)現(xiàn)它與新莽銅嘉量分別為長度與容量的標(biāo)準(zhǔn)器，銅丈作用相當(dāng)于近現(xiàn)代的端度尺。因?yàn)榭ǔ卟粚儆跇?biāo)準(zhǔn)器而是實(shí)用器，故《漢書·律歷志》中沒有提到，但是從新嘉量和銅丈這類標(biāo)準(zhǔn)器的制作，以及對(duì)度量衡器超前的設(shè)計(jì)思想與高精度的制造技術(shù)方面，完全可以相信，當(dāng)時(shí)有能力設(shè)計(jì)出如卡尺一類的專用測(cè)長工具。

在我國的漢代，科學(xué)技術(shù)已相當(dāng)發(fā)達(dá)，發(fā)明了許多領(lǐng)先世界先進(jìn)水平的器具和儀器，如大型的天文儀、龍骨水車、繩輪傳動(dòng)紡車等，這些機(jī)械設(shè)備中都有很多圓形或圓軸類的零件。用卡尺來測(cè)量這類工件，既方便又準(zhǔn)確，大大提高了生產(chǎn)效率。王莽卡尺的發(fā)現(xiàn)、東漢卡尺的出土，說明距今2000多年前的西漢末年，我國的測(cè)長工具，已從一支直尺發(fā)展到能制造出既可以測(cè)量圓球體的直徑，又便于測(cè)量深度、厚度多種用途的專用測(cè)長工具——卡尺。

新莽卡尺與游標(biāo)卡尺

游標(biāo)卡尺是適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)需要而發(fā)明的高精度測(cè)長工具。早于游標(biāo)卡尺1000多年的新莽卡尺，制造和測(cè)量準(zhǔn)確度是無法與之相比的，我們只是從它的設(shè)計(jì)思想和應(yīng)用方面作一些探討，證明新莽卡尺確實(shí)在古代度量衡史上是一個(gè)值得關(guān)注的先進(jìn)測(cè)長工具。漢代卡尺與現(xiàn)代游標(biāo)卡尺有哪些相同與不同之處呢？僅從外形上看，二者極為相似，主要都是由有卡爪、有刻線的固定尺和另外一支活動(dòng)尺兩部分組成。不同之處在刻線上，漢代卡尺在固定尺上有分、寸刻度，活動(dòng)尺上只刻寸，這樣用它來對(duì)準(zhǔn)主尺上的分度線則更清晰。而現(xiàn)代游標(biāo)卡尺是運(yùn)用了游標(biāo)讀數(shù)原理，刻線更精細(xì)，測(cè)量數(shù)據(jù)更精準(zhǔn)。

中國古代卡尺與近現(xiàn)代游標(biāo)卡尺相比，除了刻線準(zhǔn)確度不高，不具游標(biāo)讀數(shù)外，幾乎沒有其他本質(zhì)上的區(qū)別。中國的刻線卡尺在什么情況下，由誰發(fā)明制造的？史書缺乏記載，我們目前也無法知道。那么我們借助其他國家卡尺的發(fā)展史，來看看卡尺特殊用途和它的演進(jìn)過程。

在新莽卡尺后又過了1000多年，歐洲出現(xiàn)了一種“卡鉗尺”“卡鉗尺”僅由主尺和帶有可活動(dòng)的尺套兩部分組成，主尺上有刻線，可在活動(dòng)套中滑動(dòng)，當(dāng)主尺的卡爪和活動(dòng)套的卡爪夾住被測(cè)工件時(shí)，便可以在套口讀取測(cè)量值。新莽卡尺無論在器形上還是讀數(shù)方法上，都遠(yuǎn)比西方的“卡鉗尺”更接近現(xiàn)代的游標(biāo)卡尺，而卡鉗尺則要原始和簡單得多。那么，游標(biāo)卡尺是什么時(shí)期出現(xiàn)，由誰發(fā)明的呢？據(jù)《簡明不列顛百科全書》介紹：由法國數(shù)學(xué)家韋尼埃（Vernier，Pierre約公元1580～1637）于1631年發(fā)明的。

關(guān)于游標(biāo)卡尺的發(fā)明還有另一種說法，即發(fā)明了游標(biāo)讀數(shù)原理，并不能證明已經(jīng)制造出游標(biāo)卡尺了。因?yàn)橛螛?biāo)卡尺對(duì)于刻線精密度有極高的要求，手工刻線絕對(duì)達(dá)不到設(shè)計(jì)的要求，這種極精密的刻度，即使在一般的機(jī)械儀器上也無法實(shí)現(xiàn)。19世紀(jì)中葉，機(jī)械工業(yè)在英美等國家有了迅猛發(fā)展，對(duì)機(jī)械零件的準(zhǔn)確度要求越來越高，必然會(huì)對(duì)測(cè)量工具提出更高的要求。美國優(yōu)秀的機(jī)械工程師布朗·夏普，為了要生產(chǎn)一批高精度的刻線尺而反復(fù)研究、反復(fù)試驗(yàn)，終于發(fā)明了一臺(tái)“自動(dòng)刻線儀”，這臺(tái)儀器上還有專門的刻線校準(zhǔn)及補(bǔ)償裝置，大大提高了刻線的精密度，從而為生產(chǎn)游標(biāo)卡尺提供了必要的技術(shù)條件。1851年，布朗·夏普又將游標(biāo)讀數(shù)原理運(yùn)用到實(shí)踐中，創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)制造了第一批游標(biāo)卡尺，共4把。經(jīng)過檢測(cè)，這4把游標(biāo)卡尺測(cè)量范圍在0～4英寸，準(zhǔn)確度為0.001英寸（0.025毫米），達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)效果。自從第一批游標(biāo)卡尺制造成功后，這種先進(jìn)的測(cè)長工具傳播到世界各地，不到兩年，全美以及德國、英國、法國、荷蘭等先后普遍用上了這種先進(jìn)的測(cè)長工具。同時(shí)，游標(biāo)卡尺的制造技術(shù)也逐步提高、迅速發(fā)展，很快成為通用的測(cè)量長度的工具了。

從上述西方游標(biāo)卡尺的發(fā)展史中，大致可以了解游標(biāo)卡尺的發(fā)明決非一蹴而就，是經(jīng)過數(shù)代人、幾百年的努力，最后才得以成功。再回過頭來與新莽卡尺作一比較，幸好卡尺上還留下了“始建國元年朔日”，讓我們得以知道它的制造年代。而它是在什么歷史條件下，由誰發(fā)明創(chuàng)造的？其使用和流傳的時(shí)代，傳承關(guān)系，又為何失傳了？這些都已無法考證了。今天，我們將中國公元九年制造的卡尺，與距它一千七八百年后的現(xiàn)代游標(biāo)卡尺，從器形和使用方法上作比較，便可以看到中國古代工匠的智慧和當(dāng)時(shí)手工業(yè)的發(fā)達(dá)。可惜中國古代的這項(xiàng)發(fā)明被深深地埋葬了一兩千年。

（作者單位：中國標(biāo)準(zhǔn)化研究院）