從計時器到自動鐘 中國時間的記錄進化史

張玥

在原始社會，人們日出而作，日落而息，時間概念比較淡薄。而在經(jīng)濟高速發(fā)展的現(xiàn)代社會，時間卻是人們非常看重的，生活中的各項事務都脫離不開時間的約束，有上下班時間，開會時間，汽車飛機出發(fā)時間，競技體育的比賽時間等等。時間對現(xiàn)代人很重要，對于已經(jīng)習慣時刻掌握時間的你，有沒有思考過為什么一秒的時間是這樣一個長短呢？古人又是怎樣來計時的呢？

最古老的計時器

古時計時工具常見的有兩種，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)明計時器的國家之一。

土圭，也稱圭表，包括圭和表兩部分。表是直立的標竿，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，用來測量日影的長度。當太陽在最北面而且位置最高的時候，表的影子最短，這時就是夏至;當太陽在最南面而且位置最低的時候，表的影子最長，這時就是冬至。因此，測量相鄰兩次日影最長或最短之間所經(jīng)歷的時間，即可推算一年的日數(shù)，以確定回歸年的長度，并用它來推定24節(jié)氣。在春秋戰(zhàn)國時期，古人就已經(jīng)懂得使用鉛垂來校正表的垂直，使它的觀測結果更準確。

日晷是以太陽影子的移動所對應于晷面上的刻度來計時，由一根晷針和刻有刻線的晷面組成，隨著太陽在天空的運行，晷針的投影像鐘表的指針一樣在晷面上移動，就可以指示時辰。

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時的水鐘便應運而生，這就是漏刻。漏，是指漏壺;刻，是指刻箭。箭，則是標有時間刻度的標尺。漏刻是以壺盛水，利用水均衡滴漏的原理，觀測壺中刻箭上顯示的數(shù)據(jù)來計算時間。

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箭形浮標。隨著不斷的滴水，銅壺的水面逐漸升高，壺身上有刻度，以此為標記的時間。為了提高精準性，漏刻中間還可以多加幾級水壺。

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，一個時辰（兩個小時）分八刻，一個小時為四刻，而一刻就是十五分鐘，一直沿用至今。

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

在機械鐘表傳入中國之前，日晷和漏刻可以說是我國使用最普遍的計時器了。

世界時鐘之祖

水運渾天儀是一具依靠水力運轉，能模仿天體運行的儀器，也可以測定時間。渾天儀改進了東漢科學家張衡的設計，注水激輪，令其自轉，晝夜一周，恰恰與天體運動的周期一致。除了表現(xiàn)星宿的運動、日升月落以外，還能自動報時。在水運渾天儀上設有兩個木人，用齒輪帶動，一個木人每刻（古代把一晝夜分為一百刻）自動擊鼓，一個木人每辰自動撞鐘。這兩個木人可以說是運用機械原理而制成的古代機器人了。水運渾天儀制成后，無人不為其制作之精妙，報告時辰之準確而嘆服。

水運渾天儀是一個十分巧妙的計時機械，是世界上最早的機械時鐘裝置，也是現(xiàn)代機械類鐘表的祖先，比公元1370年西方才出現(xiàn)的威克鐘要早六個世紀，充分顯示了中國古代勞動人民和科學家的聰明才智。

盡管這架水運渾天儀在使用了一段時間后，便因銅鐵漸澀，不能自轉而進入博物館了。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)明權而永垂史冊。英國著名科技史學家李約瑟博士在《中國科學技術史》中說，僧一行和梁令瓚所發(fā)明的平行聯(lián)動裝置，實質上就是最早的機械時鐘，是一切擒縱器的祖先，走在了歐洲14世紀第一具機械時鐘的前面;西方關于鐘表裝置是14世紀早期在歐洲發(fā)明的這一說法，是完全錯誤的。

水運儀象臺是北宋時期由蘇頌創(chuàng)制的一座集計時報時、天文觀測和星象顯示三項功能于一體的大型天文鐘，是北宋科技發(fā)展高峰的重要標志。水運儀象臺驅動系統(tǒng)中的天衡裝置與歐洲17世紀出現(xiàn)的錨狀擒縱器在設計原理上非常相似，但比錨狀擒縱器早了六七個世紀，水運儀象臺也因此被譽為“世界時鐘之祖”。

水運儀象臺高約12米，寬約7米，是一座上狹下廣、呈正方臺形的木結構建筑。其中渾儀等為銅制。全臺共分三隔。下隔包括報時裝置和全臺的動力機構等。中隔是間密室，放置渾象。上隔是個板屋，其中放置渾儀。

水運儀象臺中首創(chuàng)的擒縱器機構是后世鐘表的關鍵部件，因此它成為了鐘表的祖先;渾象一晝夜自轉一圈，不僅形象地演示了天象的變化，也是現(xiàn)代天文臺的跟蹤器械——轉儀鐘的祖先;水運儀象臺為了觀測上的方便，設計了活動的屋頂，也是今天天文臺活動圓頂?shù)淖嫦取?/p>

大明殿燈漏

計時器從用青銅制的“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“水運渾象”，此后科學家們又在此基礎上借鑒改進發(fā)明了“水運渾天儀”、“水運儀象臺”。至元明之時，計時器擺脫了天文儀器的結構形式，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”，采用機機械結構，并增添盤、針來指示時間，其機械的先進性便明顯地顯示出來，時間性也益見準確。

大明殿燈漏堪稱中國古代計時器中的集大成者。在河北邢臺郭守敬紀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報時木偶，有的懷抱時辰牌，有的手指刻表盤，有的擊鐃報時——這一模型基本實現(xiàn)了文獻所描述的造型和功能。

《元史·天文志》對它有專條記敘，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，龍的眼珠能轉動，用這樣的動作顯示燈漏內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)顯示燈漏內的水位是否適應運行的需要。

燈漏的主體用黃金和珠寶制作，內部分為四層，上層按圓環(huán)狀分布著日、月和參、商二宿的圖形，每日自右向左回轉一周。下面一層陳列著龍、虎、鳥、龜，象征著四個方位，每到一刻，它們都有跳躍的動作，內部發(fā)出擊鐃的響聲。再下層是圓環(huán)狀，分劃為一百等分，每等分就是古時的一刻鐘。它的上部有十二個木人，手執(zhí)時辰木牌，當某個時辰來到，它們在四個方向的門內執(zhí)牌報時。門內另有木人指著刻數(shù)。在燈漏的下部四個角的位置，各有一個木人手執(zhí)鐘、鼓、鉦、鐃響器，一刻鳴鐘，二刻擊鼓，三刻擊鉦，四刻擊鐃，還有在時初、時正到來時這些響器也要鳴響。產生這些動作的機構都隱藏在柜子里，用水來驅動它們，可謂精巧至極。

作為世界上最早脫離了天文儀器的獨立自鳴鐘，大明殿燈漏反映出中國古代力學知識的應用已經(jīng)達到了相當高的水平。