西亞小國的機械大才——加扎里

陳巍，理學博士，現為中國科學院自然科學史研究所副研究員。主要研究科技知識在古代世界的傳播并把世界連為一體的歷程。喜愛“上窮碧落下黃泉”，品鑒各個文明在應對相似問題時展現出的智慧。

9世紀詩人賈希茲有云： “拜占庭人的腦筋，中國人的巧手和阿拉伯人的舌頭?！碑敃r的阿拉伯世界還在向創造時代邁進，對更東方和更西方的文明充滿自信的向往。和其他偉大文明一樣，伊斯蘭文明黃金時代（相當于歐洲中世紀）不乏追求極致的科技“極客”，而這些智士往往被羅致和服務于追求新奇知識的地方統治者。加扎里（Ismailal-Jazari，1136-1206）就是這些科技怪才中的杰出代表。

小邦大匠

加扎里出身于工匠世家，他的阿拉伯語全名很長，其中包括類似于“技術大神”“史上最強”這樣的榮譽稱號，顯示出他在當時就備受推崇。他的生平信息流傳下來不多，根據他的名字，我們可以推測他來自加扎拉，這是美素不達米亞中北部地區（包括現在伊拉克北部、敘利亞東部和土耳其東南部等地方）在中世紀的稱謂。他的具體出生地點則可能是在賈茲拉（現在土耳其吉茲雷），據說這是諾亞方舟?？窟^的地方。

自幼接受工匠訓練，讓加扎里熏陶于源遠流長的伊斯蘭機械設計傳統之中，從他的著作可以看到，他充分掌握了巴努·穆薩等前賢的成果。成人后，他繼承父親衣缽，來到家鄉附近一個稱作阿爾圖克的小朝廷擔任宮廷機械師，在這里服務長達30年之久，設計制作了許多帶有自動裝置的水鐘、噴泉和其他機械。史料中對與加扎里同時期的幾位統治者描述也很少，我們不了解他們的性情愛好會給加扎里的工作提供哪些機會。在其去世前不久，加扎里完成了他的著作《論精妙的機械裝置》，我們對他的了解基本來自于這本書。

設計大師

中世紀伊斯蘭世界的科技巨星往往是百科全書式學者，涉足領域廣泛，加扎里只專注于發明和建造機械裝置。甚至他在著作中對于機械的原理也少有論述，有人認為他主要通過試錯法，而不是像阿基米德那樣以演繹推理方式制作精巧的機器。我們只能從他的作品中體會他對機械知識的理解。

在《論精妙的機械裝置》中，加扎里向我們展示了50種機械裝置的制造方法。其中包括水鐘、分配液體的自動裝置、噴泉和音樂裝置、提水機械等。書中為每一種機械都繪制了精美的成品圖。對于這些美輪美奐的樣品，我們一點都不用擔心1000年前的作者自吹自擂，聲稱自己的作品實現了多么巧妙的功能，卻通過故意省略關鍵步驟故弄玄虛。加扎里沒有給我們留下謎題，而是展現出十二分的誠意，從最初的零件如何制備，到零件之間的位置關系，它們如何組裝，都盡量用淺顯和清晰的語言解釋出來?？梢哉f，只要具備一定理解能力和動手能力，就能把這些裝置復原出來。

加扎里服務于宮廷，但他也注意傾聽來自實際事務的需求。他既可以設計供王公貴族賞玩的受程序控制的機器人，又能制作兼顧天文觀測和公眾使用的鐘表。他往往把精密的計算結果、精巧的機械結構、精美的造型藝術熔于一爐，從而留給人嘆為觀止的印象。

水鐘是近代擺鐘發明之前的主要計時工具之一，包括加扎里在內許多古代工匠都對它展開過研究。加扎里設計的水鐘既比前人準確，不少還很壯觀。他設計的水鐘按驅動方式可以分兩種，第一種以量筒內浮標的沉浮牽動表盤的運動，第二種則用一個小斗盛注入的水流，水滿后小斗傾覆，推動棘輪轉動。這些水鐘除指針外，還經常以小鳥嗚叫、樂隊演奏、小球撞擊等多種方式顯示時間。這種“多媒體”在古代無疑很容易吸引大家的眼球。

另一種加扎里關注的機械，是各類提水裝置。對于多處于干旱地帶的伊斯蘭地區來說，該領域技術的進步與社會發展息息相關，加扎里在已有技術基礎上作出許多改進。在他之前，人們大多需要用牲畜轉動環形水輪，讓水輪上固定的水桶提水。加扎里一方面改進了連桿系統，利用原本不足以推動水輪的水流，從而節省畜力;另一方面用掛著水桶的鏈條取代水輪，適應從深井中提水的需要。

此外，他還通過橢圓形齒輪形成往返運動，設計了一種活塞式水泵，把以往用桶向上提水的方式，改進成用活塞向上壓水。在加扎里之前，古希臘工程師亞歷山大的希羅，以及中國的冶金工匠，都用活塞抽水或鼓風，但都需要人直接施力。加扎里的橢圓形齒輪和氣門設計.使得活塞可以在水流的作用下自動運行，這是他在機械史上的一個創舉，其中一些設計元素可能對達·芬奇等文藝復興大師帶來啟發。

加扎里還設計過許多自動裝置，例如為了給皇家宴會助興，他在宮苑里的湖上放了一條小船，船上設置內部裝有機關的“音樂家”。在機關作用下，這些音樂家不但能吹奏樂器，還能以不同節奏打鼓。

絲路影響

盡管坦誠的加扎里把他的設計思路和盤托出，但遺憾的是，我們無法看到他親手設計或制作的機械實物?；蛟S未來對他長期工作的阿爾圖克宮殿遺址的發掘，讓我們能有機會一睹大師的手筆。

從1961年起，土耳其考古學者開始對阿爾圖克宮殿遺址進行發掘，可惜的是，發掘出的王家花園和土耳其浴室等建筑，都未得到很好的保護。加扎里自述曾依照小亞細亞東部地區的建筑傳統，為這座宮殿的大門設計了精美的門環，但是這部門環也丟失了。根據加扎里書里的說法，阿爾圖克宮殿的門環由雙龍、獅子和蛇的形象組成，隨著門的開合，這些動物形象會呈現各種有趣的互動關系。從宮殿附近古清真寺保存的外觀相近的門環，可以大致了解加扎里所說各種動物的模樣，但無法窺得其在機械上的巧妙構思的原貌。令人稍有安慰的是，這座宮殿的主體還埋藏于地下，我們能期待在未來更完善的發掘中，找到加扎里設計的其他精巧裝置。

加扎里設計的機械裝置，是中世紀伊斯蘭機械設計傳統脈絡的一部分，這條脈絡的形成和流傳，與伊斯蘭統治者對富有娛樂功能的機械裝置充滿興趣關系很大。但中國古代對這類“奇器”多持批評態度，認為它們無益于教化。這種反對聲音唯一消減的時代，就是把歐亞大陸廣大地區包羅在內的蒙元帝國。據史料記載，元朝的末代皇帝元順帝，在其宮殿中建造過一艘帶有龍圖案的游船，這條船上有24名扮作水手等角色的機械人物，在行進時，機械人物、龍的頭眼口爪都可以運動。在加扎里的書里，也描述過他設計的一條很類似的船，船上有用機械操縱的國王、寵臣、音樂家、舵手和劃槳水手，船的槳葉可以擺動。在元朝時，有許多科學家、工程師通過絲綢之路來到中國，服務于大汗宮廷。或許加扎里的設計，正構成了元順帝所建游船靈感的來源。

除少數發明外，大多數加扎里的機械裝置都沒有對后世產生直接影響。實際上，他很大程度上被埋沒了。隨著過去幾十年里科技史家對阿拉伯語文獻的發掘，現在加扎里的設計已經成為許多科技博物館里受人歡迎的展品。甚至還有不少樂高愛好者用積木拼出加扎里的作品。加扎里對如何實現他的設計講解非常細致，在讀他的書時，相信不少讀者也會躍躍欲試，這或許正是引發進一步創新的源泉。