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中國古代時鐘

太陽鐘  在歷史的長河中,天文學和計時學是相伴發展的,可以說有了天文學,也就有了計時學,計時儀器和天文儀器一樣,是經過漫長的發展歷程逐漸精確化的。最古老的計時儀器是土圭、圭表和日晷,其原理是通過太陽的投影和方位計時,一般通稱太陽鐘。

  1.1土圭

  土圭是最古老的計時儀器,是一種構造簡單,直立的地上的杆子用以觀察太陽光投射的杆影,通過杆影移動規律、影的長短,以定冬至、夏至日。“尚書·堯典”中記述土圭始於堯帝時期,即西元前2357-2258年,史學界認為“堯典”不是堯時寫的,是周代史官根據傳聞編寫,後經春秋戰國(西元前7~2世紀)時儒家陸續補訂而成。因此我們可以認為,至遲在西元前7世紀掌管天地四時的官吏已使用土圭分出二分二至,確定一年為366天。到殷商時代(西元前1520~1030年)測時已達到相當高的精度,其干支記日法一直延用到今天。

  

1.2圭表

  由於土圭的構造簡單,不易掌握,所以逐漸發展為圭表。“隋書天文志”將圭表的創造追溯到西元6世紀:南北朝梁武帝天監年間(西元503~519年)祖(祖沖之之子)造八尺高的銅圭表,觀測圭上表影的長短,測訂時間。但1965年江蘇儀征東漢墓(西元25~220年)出土了一件青銅鑄的圭表,這說明圭表的創制和使用要早於記載幾百年。待到“元史·天文志”對圭表的形制、構造、材質都有詳盡的記述。

  元初郭守敬按照圭表的原理在河南登封建立了高聳的觀星臺,在大都(今北京)設置了圭表。明正統二年至七年(西元1437~1442年)在北京古觀象臺建造圭表,清乾隆九年(西元1744年)重修並加以改進。古代圭表是用來判斷方向,測定季節,四季劃分和推算曆法,對農業生產發展起到重要作用。

1.3日晷

  日晷又稱晷儀,也是觀測日影記時的儀器,它與圭表的區別是:圭表的根據日影的長短判別方向測定季節、全年日數和冬至、夏至就在的日子,推算曆法等;日晷的應用,主要是根據日影的位置,以指定當時的時辰或刻數,是我國古代較為普遍使用的計時儀器,但在史籍中卻少有記載,現在史料中最早的記載是“漢書·律曆志·制漢曆”一節:太史令司馬遷建議共議“乃定東西,主晷儀,下刻漏”,而“漢書·藝文志”中列有晷書34卷,但僅存書名,而無內容。

  “隋書·天文志”中記載了耿詢的成就,“觀測日晷和刻漏,是測天地正儀象的根本”。“明史·天文志”對日晷的形制,定時之法都有詳細的記載。較之圭表,它已複雜多了,可以說是一種真正的儀器了,發展到清代,不僅可以計時用,日晷本身已成為一件裝飾藝術品。

  中國太陽鐘的歷史上,指極表或指極針的發現可上溯到西元前四世紀,而周漢之間的12時辰制是非常先進的,在西元前四世紀以前已成為一種不變的時制。

  唐代的赤道式日晷,是所有日晷中計時最準確的。後經阿拉件人或猶太人將其傳入西方,十七世紀時赤道式日晷風行於歐洲,人們稱它為“二分式日晷”。明末之後,中西各種日晷在社會上廣泛使用,種類之多,前所未有。山西姚喬林是十八世紀著名的日晷製作家,其流派遠播廣東。

  總之,太陽鐘橫跨人類歷史數千年,在使用中不斷發展和進步,為社會的發展,科學技術的進步起到了推動的作用,不僅可以計時,而且能求得標準時間,甚至可以校對現代的鐘錶。

2我國機械時鐘的發展歷程

2我國機械時鐘的發展歷程

 日晷所測的是真太陽時或視太陽時,因為地球軌道偏心率以及地球傾角的影響,真太陽時和平太陽時是不一致的。因此,不依靠太陽測時的方法成為事實,而且更為重要。歐洲在十四世紀早期,機械鐘出現以前,主要靠日晷計時,而中國對水鐘或刻漏則十分重視,併發展成為一種文化,達到登峰造極的地步。為機械鐘錶的誕生作了科學和技術上的準備。

  2.1水鐘

  水鐘在中國又叫做“刻漏”,“漏壺”。根據等時性原理,滴水記時有兩種方法,一種是利用特殊容器記錄把水漏完的時間(泄水型),另一種是底部不開口的容器,另一種是底部不開口的容器,記錄它用多少時間把水裝滿(受水型)。中國的水鐘,最先是泄水型,後來泄水型與受水型同時並用或兩者合一。自西元85年左右,浮子上裝有漏箭的受水型漏壺逐漸流行,甚至到處使用。


[ 西漢千章銅漏 ]


  從西元二世紀張衡的時代,到西元六世紀耿詢的時代,使表演用的渾天儀和天球儀轉動起來的水鐘技術孕育了早期機械鐘的出現。西元25年,一行和梁令瓚發明了擒縱機構,這種裝置實質上就是早期的機械時鐘,早於歐洲六個世紀。中國的渾儀在長期的發展過程中往往形式上是天文觀測儀器,而本質上是時鐘裝置,因為從張衡的時代起,天文技術人員一直想做一種緩慢放置的齒輪,以便達到與天上的周日視運動步調一致。

  [ 稱漏 ]

  西元725年一行和梁令瓚實質上解決了這一難題,因此,皇室對設在宮中放置不停的天球(天文鐘)感興趣是毫不奇怪的。

[ 水運儀象臺 ]


  西元1088~1090年,蘇頌和他的同事們在開封建立的水運儀像臺是機械時鐘和觀測用渾儀的完美結合,在原理上是成功的,因此,可以說他比羅伯特、胡克先行六個世紀,比方和斐先行七個半世紀

2.2香篆鐘

  水鐘儘管是有發展前途的,但是古人仍在廣泛的領域進行不竭探索,在某些情況下,也可能有其他較水鐘更為準確的計時方法,據宋代學者薛季宣說,除日晷刻漏之外,有一種香篆鐘於十二世紀中葉在中國流行。荷蘭高羅培著“狄仁傑斷案傳奇”中,記述了唐宮計時用的香篆鐘為梅花形黃銅盤,盤子內梅花五瓣,各繚繞著一圈盤香,用以計時焚薰,稱為“五孕祥雲”。


漏   當水溫和水質直接影響了水鐘的使用和準確性時,人們不得不另闢蹊徑,十三世紀詹希元制五輪沙漏,是一種更高級的以沙為動力的機械時鐘,足以證明,此類較簡單的漏,我國古代勞動人民早就能夠製造。

  大明殿燈漏是陳列在元朝皇宮大明殿前的計時儀器,是世界上最早脫離了天文儀器的獨立自鳴鐘。郭守敬在研究了北宋蘇頌水運儀象臺後,去除了天象部分,保存了計時部分。為了達到更好的計時效果及可觀性,郭守敬將重要梁架用金製作,並首創性地用“龍嘴張合”、“隨珠仰俯”來審平水緩急、測准水勻調。大明殿燈漏的精華在像走馬燈的圓樽上。圓樽分為四層:第一層即頂層,環布日、月、星,每日左旋一周,象徵太陽的東升西落;第二層為龍、虎、鳥、龜四象,通過機內杠杆撥動能使四象依刻跳躍,如同後世的報刻時鐘;第三層,周分百刻,將圓樽一圈分成100刻,即古之一晝夜時間,樽上圓盤分立十二木神人,每換一人代表子、醜、寅等時辰。另外,四門內立一木人用手指刻,有如分針。第四層內藏四個木人。每人門前藏一鐘、鼓、鉦、鐃四種樂器,讓人們可以通過不同樂器聲來判斷所指時間。上述所有功能全部依靠水為動力,原高達5.4米,下圖是在河北省邢臺市複製成功的大明殿燈漏,落戶郭守敬紀念館。這件複製品按照原作的1/2大小複製,通高4.1米,其中主體為八角宮燈造型,高2.7米。機械部分為1.3米見方的正方體。此鐘已經具備了顯示小時和分鐘、報時、調節走時快慢等功能。

  大明殿燈漏創制於元朝極盛時期,中西科技文化交流頻繁。郭守敬大明殿燈漏上獨特的時鐘功能與結構在西方產生重大影響,促使了50年後歐洲鐘錶的產生。郭守敬的大明殿燈漏可說是歐洲鐘錶的祖先
















3關於我國計時儀器史的討論

  十四世紀六十年代,我國的機械時鐘已經脫離了天文儀器而獨立了,不僅有複雜的傳動系統棗齒輪系,還有擒縱調速部件棗天關、天鎖和軸葉等,鐘面和指針代替了懷抱時辰牌或漏箭的木偶人。倘能繼續努力,就可以把利用水的恒定流量或沙的力量為動力的狀態改變為重錘、發條之類,很快就可以敲開現代鐘錶的大門,使我國鐘錶技術有更大的飛躍,使我國在計時儀器製造史上居於前列,十分令人惋惜的是,沒有做到這一點。主要原因有:

  3.1我國數千年來的封建統治束縛了生產力的發展,作為生產力中最重要的科學技術不僅不受重視,還被視為異端邪說。“禮記·五制”中就曾規定:“(以)奇技奇器以疑眾,殺。”如李時珍寫“本草綱目”,寶貴資料被毀,幾乎被置於死地。

  明太祖平元年間,司天監進水晶刻漏,中設二木偶人,按時自擊鉦鼓,太祖以其無益而碎之。十五世紀初,偉大航海家鄭和本可以早一百年就完成哥倫布征服非洲的功業。誠然遭到當局的阻止。那時的中國人缺少動機,中國的經濟不需要國外貿易。

  3.2我國十五世紀以前的時鐘,原意不是為公眾計時用,而是要向君王表演天文學原理,如譙樓大鐘。具有若干個齒輪和一種擒縱調節器速機構,而這種的當初設計是來調節皇帝詔書的頒發,以應天體運轉,製造“君權神授”的輿論。

  3.3官僚階級的出現以及他們只受文學教育,無意於技術進步,注重壓制商人,豈不知只有靠商人開拓新的市場,才能促進各項技術的進步。

  3.4利瑪竇在北京住宅開設私人鐘錶展覽會,轟動了在朝的翰林學士,高官顯宦,督撫司道,一時門庭若市,爭相觀瞻,花鉅資購買西方自鳴鐘,於是西洋鐘錶逐漸佔領中國市場,中國傳統的機械鐘的發展更加緩慢了。

  3.5十七世紀初至鴉片戰爭前後二百多年中,我國鐘錶的發展可稱是第二個極盛時期,其戰略是“學洋仿製,中西結合,自成體系”。可惜由於封建統治制度的衰落及帝國主義列強的侵略,這個大好時期很快結束了。又過了一個世紀,隨著新中國的誕生,我國的鐘錶業才進入了第三個興盛時期。鐘錶技術獲得迅速發展。





4關於中國計時儀器史的考證

  中國計時儀器史是一部斷代史,幾千年來留下科技史料很少,致使歷史上很多計時儀器的發現、發明者及其年代有待進一步考證,由於中國官僚士大夫階級只受文學教育,貿下了大量的詩、詞、曲、賦,近年來科技史工作者從詩詞曲賦中考證中國計時儀器史,取得了可喜的成果。而且僅僅是開始,今後會有更多的考證成果面世。
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