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常伟|中国人曾是机械钟表的先行者

作者:常伟内容来源:万表世界时间:2015-06-03 17:04:07

作为具有五千年文明历史的东方古国——中国在悠久的发展进程史中孕育出许多计时器,从中国人使用的最古老的计时仪器土圭、到被李约瑟((Joseph Needham,1900-1995)称为装配了“擒纵机构”雏形的水运仪象台,在这段漫长的历史长河中诞生了机械钟表的先驱。
浑天仪
浑仪是中国古代重要的天文仪器,主要用途之一是测定天体的位置。早期文献中的浑天、浑天仪或浑仪,往往是泛指浑天仪和浑天象两种天文仪器,即后世所称的浑仪和浑象。前者用于天文测量,后者是演示用的。然而,就是这些仪器在不断地发展过程中逐步诞生了机械擒纵机构的雏形,成为机械钟表的先行者。
公元2世纪,东汉科学家张衡(78-139)制作了“浑天仪”,以水力作为运转机构的原动力,同时具有表示出每月日数的装置,可以说具备了机械计时器的作用。公元725年,一行(683-727年)和梁令瓒等制造的“水运浑仪”,就是依据张衡的“浑天仪”水力推动原理而制成的,不但可以显示出日、月运行的规律,而且能够自动报时。它不仅是世界上最早的一座自动机械计时器,而且运用了“水轮联动擒纵机构”(因为天象的运转是以时间为基础的,而通过机械结构实现时间的运行就必须有能够形成时间间隔的装置,这样便出现了早期的“擒纵机构”)。
水运仪象台
北宋年间,苏颂(1020-1101年)和韩公廉等人制造了“水运仪象台”,它是把浑仪、浑象和机械计时器组合起来的巨型机械装置,并且以水力作为原动力,为了使整套机构的运行符合天象的均匀、等速并正确计时,苏颂在滴漏技术的基础上创制了能符合高精度要求的“擒纵机构”。“水运仪象台”高约12米,7米见方,分为三层:上层放浑仪,进行天文观测;中层放浑象,可以模拟天体运转作同步演示;下层是该仪器的心脏部分,计时、报时、动力源都在这一层中。英国著名的科技史学家李约瑟在《中国科学技术史》中曾经讲述出一段被淹没了六个世纪的历史,他说当西方的钟表在17世纪初进入中国的时候,其实它们所装配的擒纵机构的雏形已经出现在600年前的中国——他所指的就是“水运仪象台”。作为国际著名的钟表艺术大师,古董钟表收藏、鉴赏专家的矫大羽,经过自己多年对钟表的收藏、研究和创新,在世界范围内首次提出了中国人开创了钟表史的观点,钟表是可以与中国古代四大发明——指南针、造纸术、印刷术、火药相提并论的伟大发明之一。
如何从传统的天文计时仪器中将计时部分独立出来?元朝科学家郭守敬(1231-1316)给出了答案。他于1276年制造的“大明殿灯漏”虽以水流作为动力,但是没有了观测天文的作用,只是一味地突出了计时性和观赏性。整体是以宫灯作为造型,分为四层:第三层中分立12个执牌木人,分别显示子、丑、寅等时辰,同时分为100刻;第四层有四个木人,每人各敲击钟、鼓、钲、铙一种乐器,分别代表一刻、二刻、三刻等。它也成为中国最早脱离了天文仪器的机械计时器。
中国人曾是机械钟表的先行者
到了元末明初,中国的机械计时器无论从外形和结构都有了变化,1360年,詹希元制造的“五轮沙漏”就是典型的代表。通过流沙从沙池流到沙斗里,以此来驱动五轮依次旋转,最后一级齿轮带动在水平面上旋转的中轮,这与西洋时钟传动轮系非常相似;中轮的轴心上有一根指针,指针则在一个有刻度的圆盘上转动以此来显示时间,而这又与现代时钟的盘面结构颇为相同。这种计时器已经非常接近现代机械钟表的结构。

1.浑天仪
2.水运仪象台,载于《新仪象法要》
3.水运仪象台下层的窗门中有执牌木人分别显示时、刻数字

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