劉鍇
中國是世界上最先懂得計時的國家。商朝后期,中國就出現了把一晝夜分為100等分的百刻計時制,而且歷朝歷代沿用不衰,一直到清末才廢止。因為出現了百刻計時制,因此中國古代便擁有了統(tǒng)一的計時標準。有了計時標準,那古人都發(fā)明了哪些計時器呢?
日晷,本義是指太陽的影子,后來則指古代利用日影測得時刻的一種計時儀器,又稱“日規(guī)”。其原理就是利用太陽的投影方向來測定并劃分時刻,日晷通常由晷針和晷面組成。利用日晷計時的方法是人類在天文計時領域的重大發(fā)明,這項發(fā)明被人類沿用幾千年之久。
圭表是我國最古老的一種計時器,古代典籍《周禮》中就有關于使用土圭的記載。作為度量日影長度的一種天文儀器,圭表由“圭”和“表”兩個部件組成。直立于平地上測日影的標桿和石柱,叫作表;正南正北方向平放的測定表影長度的刻板,叫作圭。圭表測定正午的日影長度以定節(jié)令,定回歸年或陽歷年。通過進一步研究計算,古代漢族學者還掌握了二十四節(jié)氣的圭表日影長度。這樣,圭表不僅可以用來制定節(jié)令,而且還可以用來在歷書中排出未來的陽歷年以及各個節(jié)令的日期,并將其作為指導漢族勞動人民農事活動的重要依據。
日晷和圭表都是用太陽的影子計算時間的,一旦遇到陰雨天或黑夜便失去作用了,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,通過觀測壺中刻箭上顯示的數據來計算時間。作為計時器,漏刻的使用比日晷更為普遍。在機械鐘表傳入中國之前,漏刻是我國使用得最普遍的一種計時器。從周代起,官方就已經開始懂得用漏刻來計時了,為此朝廷還專門設立了計時的專職機構。秦朝時就設有“太子率更令”,專門負責管理漏刻,然后為皇家報時服務。西漢時,漏刻甚至上升為一種天文計時儀器,由太史待詔掌管。東漢時,朝廷設有“郎官”一職,也是負責管理漏刻的。
這種古代計時器鮮為人知。據宋代學者薛季宣著書記載,香篆鐘是一種12世紀中葉在中國流行的古代計時器?!兜胰式軘喟競髌妗分幸灿浭隽颂拼鷮m廷內用香篆鐘計時的情形:香篆鐘為梅花形黃銅盤子,盤內有梅花五瓣,每瓣梅花各繚繞一圈盤香,焚熏后,根據盤香的燒沒程度來計時,時人謂之“五孕祥云”。
1276年,元代著名科學家郭守敬創(chuàng)制了大明殿燈漏。它是利用水力驅動,通過齒輪及相當復雜的凸輪結構,帶動木偶進行“一刻鳴鐘、二刻擊鼓、三刻擊鉦、四刻擊鐃”的自動報時器。因其造型似宮燈,又放置于皇宮的大明殿,所以稱為大明殿燈漏。
因冬天水易結冰,這樣漏刻便無法使用,所以明代時又發(fā)明了“五輪沙漏”,用流沙驅動漏刻。同時加大了流沙孔,以防堵塞。宋濂曾在《宋學士文集》中記載了沙漏的結構。