钟表盛会机械钟

发明机械钟的困难在于怎样才能使一个比房屋还小的轮子与地球同步转动并连续运行。如果能做到这一点，这个轮子就成了一个微型地球，并且可以告诉人们时间。如今，时间与地球旋转的快慢已无关系。

这种机械技术的实现，是人类社会的最大进步之一。今天，钟表已无所不在。机械钟发明于公元 8 世纪的中国，但是直到公元 1271 年，罗伯特斯·安格列卡斯才在他的书中告诉我们，在欧洲，“工匠们正在试图制造一个能与地球公转一致的轮子，但是他们失败了。如果此项创造得以成功，它将是一架相当精确的钟表，其计时精度比任何星盘或其他天文仪器都要高”。

欧洲于公元 1310 年在借鉴我国机械钟的基础上，才解决了这个问题。我国机械钟是由商人带到欧洲的，同一世纪传入欧洲的还有黑火药、拱桥建造技术、铸铁和印刷术等项发明。

我国古代的皇帝认为其是天神下凡，他的一举一动都要与占星术相符。皇位的继承人不一定就是皇帝的长子，在我国历史上，由第四子或其他后裔继承皇位的史实屡见不鲜。那么，皇储究竟是怎样选择的呢？皇储的选择过程包括对候选人受孕时辰的星位占卜（占星学认为，人的生辰应以受孕时间计算，而不是生日）。为在可能受孕的时候安排皇后和贵妃与皇帝同房，皇帝的内侍必须准确地推测出合适的时间以安排皇帝的房事。从公元前 2 世纪的《周礼》中，可一窥有关皇帝性生活的惊人内幕：

“名份低的女子宜先，名份高的女子宜后。贵人 81 人按九人为一组，九

个晚上，在同一寝宫。嫔妃 27 人，分为九人一组，三个晚上。妃子九人和贵

妃三人各为一组，各一个晚上。皇后单独一人一个晚上。在每个月的第 15 天，这个顺序就完成了。此后，重复这种做法，但顺序倒过来了。”

皇帝身为天子，充满着强盛的阳气，阳气乃男子之元气。但皇帝的阳气尚需阴力与之匹配，阴力乃是女子之元气，以求阴阳平衡。满月之夜，阴力最盛，此夜需皇后与皇帝同房，以其阴力服侍皇上，此夜是受孕的最佳时间。余下的嫔妃，分组陪皇帝度过月缺之夜，以便集中她们各自的阴力来补充月缺之阴力不足。由此看来，皇帝一生的大部分夜晚，都是由九个嫔妃陪伴度过的。

假如一个王子被选做皇储，占星者们就需追溯到他受孕的精确时间，绘制星图，据此推测每个彗星、新星及其他天文现象。如果天象形状表明，该王子是一个强健的统治者，一个勇士等等，那么他将赢得皇位。因而，如果长子是处在灾星或死亡之星的星象影响之下出生的，他很早就会被排斥在皇位继承人之外。

现在，让我们了解一下当时发明机械钟的背景。看一看皇位继承规则实施得如何？从公元 9 世纪的白行简的《天地阴阳交欢大乐赋》一诗中可感受到诗人对皇帝荒淫生活的感叹：

“每夜九个嫔妃，皇后则满月时两夜。这是自古以来的法典，是女史以朱笔记下的这一切情况⋯⋯但现今两宫 3000 女子争宠，一片混乱。”

显然，皇位继承人的选择并非都很合适，无能的王子也可能中选，那是因为对他的受孕时辰没有精确的记载。为此，必须发明计时钟。公元 725 年，

计时钟诞生了。

我国虽然发明了第一架机械钟，但其他形式的钟表却并非我国发明。自巴比伦时代起，漏壶就已产生。古代先人间接地从中东居民那里得到了这种最早的计时器及最早的天文仪。并且改进了很多种漏壶，其中包括一种用水银代替水的便携式“停表”，它具有相当的时间精度。我国漏壶采用天平或称而不是在壶里插浮竿——“箭”的方法来表示时间刻度。这些方法是对外国发明的钟表的改进。表盘是由希腊人和罗马人发明的，公元前 1 世纪建筑学家维特拉维斯曾介绍过这个发明。

世界上第一架机械钟是由唐朝高僧、数学家一行设计制造的。这架钟实际上是一架附有报警装置的天文仪器，而不是一架简单的机械钟表。据《旧唐书·天文志》记载：

“（浑天仪）按圆天的形象制作，上面按顺序示出 28 宿、赤道及周天度数。水流入穴中而使轮子自动旋转。一日一夜，使之转动完整一圈。此外，在浑天仪外边，装有两个轮圈，上栓日月，使其按环形轨道运行。每天，当浑天仪向西转一圈，太阳就向东行一度，月亮则向东行十三度十九分之七。转 29 圈之后则日月相会。当浑天仪转 365 圈时，太阳就转完整的一圈。他们做一个木柜，以其表面作为地平，因为该仪器有一半处于地平之下。它能准确地测定黎明、黄昏、满月和新月，迟延还是加快。再则，在地平面上立有两个木人，其前面分别置一钟一鼓，钟自动敲响以示小时，鼓自动击打以示已过一刻钟。

“所有这些运动都由柜中的机器进行，各项运动决定于轮、轴、钩、联锁杆、制动装置和锁合装置，互相抑制（即擒纵机构）。”

因为这架仪器还能显示黄道，所以当时人们对它的精巧设计给予了很高的评价。当公元 725 年这架仪器制造完成时，它被称为“水运浑天”，置于

武成殿前以供百官参观。公元 730 年的会试曾出过论述新天文钟的命题。该文继续写道：

“不久后，铜铁制作的这种机构开始生锈，不能自动旋转。于是放置在集贤院，不再使用了。”

从以上叙述可以认为，第一架机械钟是水钟向完全脱离水力的欧洲纯机械钟的过渡。但这也并不意味着一行的钟是一架漏壶（水钟）。它只能说明第一个用于钟表的擒纵轮不是靠重力落体或弹体，而是由水力驱动的。这与漏壶中的浮标随壶中的水（或水银）面一起升降是不一样的。在机械钟的发展过程中，我国古代人民以水为动力是不无道理的。因为在此之前所有的钟都是靠水力推动的水钟，因此很自然地把水作为动力了。永不停息的水流被看成是天体的永动，正如苏颂在公元 1092 年叙述自己的改良钟时所述：

“驱动机构采用水力的原理总是相同的。天体运行不息，水流也是如此。因此，如果使水以极高的均匀速度倾注，那么天体和机器旋转运动相比就不会有什么差异和矛盾；因为不息跟随不停。”

一行钟的工作是靠一个以轮代桨的直枢轮带动的，在枢轮边缘的轮辐上安装有水斗。因为这些水斗靠漏壶流水将其注满，因此说，一行钟是以漏壶为动力的机械钟。当其中的一个水斗被注满后，它本身的重量足以使枢轮克服擒纵轮的限制，转动一个刻度，各种按序排列的齿轮将把上述的运动传递给时间指针，以此循环往复。正如古书所述，时钟的零部件还有轴、钩、销子、连锁杆等。我们将从下面对苏颂钟的全面描述中看到这些东西的组合。

一行的钟是一个简单的计时装置，运行并不稳定，与其说是一部上乘的机械，不如说它标志着一种伟大思想的实现。正是因为一行钟为未来的钟表发展提供了极其广阔的前景，才使人们对一行同时代的机械产生了兴趣。一行钟的前景在以后的几个世纪中得到证实。一行在发明一行钟两年以后就去逝了，他未能在有生之年制造出第二代一行钟。

如同水钟一样，一行钟易受天气变化的影响，冬季时需在钟旁生火温水，以防冻结。而水银钟则不需要这样做，因为水银在地球上的任何气候下都不会冻结。因此，此后出现在中国的大钟用水银代替水，以此解决了冰冻问题。宋朝张思训于公元 976 年制造了一座大钟，此钟做工精巧，以水银为动，是

继一行钟之后对钟表的又一次重大改进。尽管一行钟已在公元 906 年佚失了。

张思训的大钟要比一行钟大得多，也远为复杂。据《宋史·天文志第一》记载：

“一个三层的塔式结构，每层三米多高，所有的机器皆藏于内。顶部圆形，象征着天；底部方形，象征着地。下面设置有低轮、低轴和框架基础。还有横轮、固定于旁路的竖轮，以及侧轮；将它们固定于适当位置的轴承；一个中央制动装置和一个小的制动装置（即擒纵机构）装有一个主传动轴。有七个假人，左边摇铃，右边打钟，中间的一个敲鼓，清楚地指出已过去的时刻。每昼夜（即 24 小时），机器整整转动一圈，那七个假人围绕黄道移动

其位置。还有 12 个木人每两小时一个接一个地出来一次，拿着执辰牌，指明时刻。昼夜的长短由明暗中逝去的多少刻钟的各种数字来确定。在机器的上部，有天顶件、上齿轮、上制动装置（擒纵机构），上抗反冲销，天梯形齿轮传动箱（也许是历史上第一个链式传动装置，要不然就是不久后苏颂为他的钟而发明的），框架的上梁，以及上连接杆。浑大仪上分布着 365 度，以示太阳的运动、月亮和五个行星的活动；以及紫微宫（北级区）、28 宿和大熊星座；赤道和黄道表示寒暑进退取决于太阳的运动，钟的动力是水，这种方法是由汉代张衡经一行流传下来的⋯⋯但是，由于冬天时水部分地冻结，其流动大大地减缓了，所以机器失去了准确度，寒暑无准。因此，用水银作为代用品，就不再有差错了。”

上述所有的努力为中世纪我国制造出最大的一座钟作了充分准备，此钟即是苏颂于公元 1092 年制造的“水运仪象台”。有关苏颂钟的基本细节目前已广为人知，因为苏颂所著《新仪象法要》被完整地保存下来，该书介绍了设计、建造大钟的全部细节。最近人们发现该书中的某些插图用公元 976 年张思训钟以及那里在苏颂钟之前的钟非常相似。今天，在英国伦敦科学博物馆还可看到一个仍在运转工作的苏颂钟的现代仿制品。当然，这些仿制品都是根据苏颂《新仪象法要》描述的插图建造的。

苏颂钟实际上是一座有 10 余米高的天文钟台，类似于张思训钟。但苏颂钟的台顶有一个靠动力驱动的巨大的铜制天文仪——浑仪，它是被用做观测星球位置的。台内的浑象同台顶的浑仪运动一致，二者能不断地互相比较对照，使浑象上球面星座位置和浑仪所观测的天象相吻合。据说，设在台内示范天体的浑象与台上的浑仪就“像两个半球吻合成一个球体一样”。

在台前部，是五层的木阁，每层木阁都有门，门中有木人按时轮流出来敲锣打鼓摇铃报时。报时装置与浑象、浑仪的转动同由一个巨大的时钟机器来驱动。

这个巨大的时钟机器通常由一个巨大的带有幅条的直立水轮组成，每根幅条的端部都装有水斗，漏壶水直入水斗，当水斗注满水后，水轮转动一个刻度。在水轮上装有一个卡子，它阻止轮子逆行。就轮子向前转动而言，每转动一个斗，就等于一刻钟。

事实上，苏颂钟在当时的京都开封从公元 1092 年开始使用直到公元1126 年北宋朝灭亡。此后，它被运到北京重新组装并重新运行了很多年。苏颂钟经历了不同时代的变迁，出于政治上的原因，苏颂的政敌曾经要毁掉这架大钟。此事我们可从公元 1140 年米弁所著的《曲海旧闻》中得知：

“到绍圣初年（公元 1094 年），大臣蔡汴认为，苏颂的浑仪钟应该毁掉，因为它属于元祐年间（仅两年以前）之物。当时晃美叔是秘书少监，因为他非常饮佩苏颂的仪器的精确度和美观的结构，所以极力反对蔡汴的观点，起初他的努力是成功的。他求助于林子中，子中与宰相章惇商谈，因而免于销毁。但在蔡京兄弟掌握政权以后，没有人敢于反对销毁苏颂的机器。多么可惜！”

个人间的恩怨和政治派别的不同能够将人类历史上最伟大的机器发明毁于一旦。经过几代学者的努力，苏颂的著作连同书中的插图、注解才得以被完整地保存下来。

苏颂钟可能是人类在中世纪的最卓越的机械创造，其原理传入欧洲后，导致了两个世纪后机械钟在西方的发展。