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?nèi)粘龆?，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?？粗氐?，生活中的各項事務(wù)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(xí)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(jié)果更準確。

日晷是以太陽影子的移動所對應(yīng)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(yīng)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(guān)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(zhuǎn)，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(xué)家張衡的設(shè)計，注水激輪，令其自轉(zhuǎn)，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(shè)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(xué)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(zhuǎn)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(quán)而永垂史冊。英國著名科技史學(xué)家李約瑟博士在《中國科學(xué)技術(shù)史》中說，僧一行和梁令瓚所發(fā)明的平行聯(lián)動裝置，實質(zhì)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(guān)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(qū)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(shè)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(jié)構(gòu)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(gòu)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(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)代天文臺的跟蹤器械——轉(zhuǎn)儀鐘的祖先;水運儀象臺為了觀測上的方便，設(shè)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(xué)家們又在此基礎(chǔ)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(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”，采用機機械結(jié)構(gòu)，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(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，用這樣的動作顯示燈漏內(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，象征著四個方位，每到一刻，它們都有跳躍的動作，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(nèi)執(zhí)牌報時。門內(nèi)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(chǎn)生這些動作的機構(gòu)都隱藏在柜子里，用水來驅(qū)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(xué)知識的應(yīng)用已經(jīng)達到了相當高的水平。