戴念祖  本（běn）期欄目主持人  關增（zēng）建

　　計時器在中國有悠久的曆史，除了圭表、日晷、刻（kè）漏和“火鍾”(點燃附有（yǒu）標尺（chǐ）或有標記的香（xiāng）燭)外（wài），中國是世界上最早（zǎo）成功地製造機械計時器的國家。中國古代機械計時器的特（tè）點是多與天文儀（yí）器相結合，既可以演示天象變化（huà），又能同時報告時刻，而且是以一個機械係統同時推動、控製和調節（jiē）天文儀（yí）器和計時器。這種機械裝置在（zài）近代稱為天文鍾。從東漢張衡(78～139)到唐(僧)一行(683～727)，這種計時器屢被製造。宋初，張思訓於公元979年製成世界上第一座有擒縱裝置的“渾儀”。其（qí）後，蘇頌於宋元佑七年(1092)製作全部完成了古代文明史上最大型、最齊全、最（zuì）先進的天文鍾，稱之為“水運儀象台”。(圖1)它們都是近代（dài）鍾表的祖先。不（bú）過，中國近代機械計時器及與之相關的（de）知識的（de）發展，卻與傳教士對歐洲近代機械鍾表的傳入是分不開的。
    

    圖1  蘇頌水運儀象台結構圖

明末清（qīng）初歐洲近代機（jī）械鍾表的傳入和改（gǎi）進

　　　近代機械鍾表發展的關（guān）鍵理論（lùn）是17世紀由物理學家做出的。伽利略(G.Galile,1564～1642)和惠更斯(C.Hoggens,1629～1695)各自獨立地研究了擺（bǎi）線和單擺的等（děng）時（shí）性，為近代鍾表的產生與（yǔ）興起奠定了理論基（jī）礎。鍾表也成為表征當時力學發展（zhǎn）的（de）重要技術成（chéng）就。

　　歐洲從14世紀起流行以重錘驅動、以心軸節擺控製的機械鍾(圖2(a)所示（shì）自鳴（míng）鍾)。後者在明清時（shí）期稱為“梳擺”圖(a)。圖(a)未（wèi）畫出係於繩索上(見該圖右（yòu）下部)的驅動錘（chuí）；圖(b)中，AB為可調重錘，其中央C處有棘爪FG，以控製冕輪E的轉動。E軸上（shàng）纏繞繩索，索一端懸掛驅動錘H。伽利略晚年曾設計鍾（zhōng），但似乎未曾完成。而（ér）後惠更（gèng）斯於1657年取得了擺鍾發明權，1673年又發明了盤簧（huáng）、表簧。1680年倫敦鍾表師克萊門（mén）特(Clement)在鍾表內裝上節擺錨，即擒縱器。這曆史情況對於了解不同時期傳入中（zhōng）國（guó）的鍾表狀況是重要的。可（kě）以說，明亡（wáng）(1644)之前，耶穌會士帶入中國的鍾是歐洲古代水鍾、沙漏，中世紀（jì）重錘驅動的鍾或稍加改進的產品；從清順治十五年(1658)起，傳入（rù）中國的鍾表有可能是惠更斯型（xíng）鍾；而康熙（xī）二十年(1681)以後，就（jiù）有可能主要（yào）是帶擒縱器和發條(或（huò）遊絲)的鍾(表)。    

    圖2  中世紀歐洲自鳴鍾及其梳擺

　　在耶穌會士進入中國大（dà）陸之（zhī）前，居住澳門的外國商人和傳教士已將中世紀歐洲鍾攜至澳門。耶穌會（huì）士羅明堅(Michal Rvggier,1543～1607)和利瑪竇(Matteo Ricci,1552～1610)分別於1581、1582年（nián）來華，他們不僅攜帶鍾，而且有鍾（zhōng）表修理匠（jiàng）隨行。《利瑪竇中（zhōng）國劄記》多處描寫（xiě）了（le）利瑪竇一（yī）行在肇慶、韶（sháo）州、南昌和南（nán）京如何（hé）以鍾表、三棱鏡等奇巧之物贈送地（dì）方官吏、朝廷使臣，而換（huàn）取居（jū）留當地或（huò）進京的許可；後者又如何貪婪地向他們索取這些（xiē）奇巧之物。當1601年（nián）初，利瑪竇抵京，將（jiāng）其禮物包（bāo）括（kuò）自鳴鍾二具（jù）奉呈朝廷（tíng）時，“皇帝陛（bì）下（xià）(指明神宗)對這些新（xīn）奇（qí）的（de）鍾如此著迷”，不僅為（wéi）它“花了一千三百金幣”造鍾樓，高興得連太監（jiān）都“進級加（jiā）俸（fèng）”，甚至著急地“想看看（kàn）這些送來禮物（wù）的異國（guó）人”。這些鍾是屬於重錘驅（qū）動的自鳴鍾或稍（shāo）加改進的產（chǎn）品。

　　歐洲人普遍使用的沙漏(圖3)、水鍾(即水日晷)和（hé）重錘（chuí）驅（qū）動的自鳴鍾同時傳入中國。沙漏傳入（rù）中國後，曾在航海上用作計（jì）時器。乾隆二十三年(1758)，周煌撰《琉球國（guó）誌略》，言（yán）及從福州開船到琉球，船行“一更為六十裏”，並用沙漏計時，“每（měi）二漏半有零為一更”。水鍾初期傳入（rù）中國者，如同《遠西奇（qí）器圖說》所繪“水日晷（guǐ）”，其原（yuán）理（lǐ）類似古（gǔ）代中國的單（dān）壺漏。實際（jì）上，這種（zhǒng）水鍾隻是一（yī）種玩具，它不（bú）能均勻、準確地指示時刻；長期使用，漏（lòu）孔也必（bì）為水（shuǐ）垢、泥沙（shā）堵塞。鑒於此，鄒伯奇對它作了改進，以虹吸管（guǎn）代替漏孔(圖（tú）4)。
    

    圖3  《琉球（qiú）國誌略》繪（huì）沙（shā）漏

    圖（tú）4  鄒伯奇改進的（de）歐洲水鍾

　　繪圖重錘驅動（dòng）的自鳴鍾，最早見於王徵(1571～1644)的《新製諸器圖說》(完稿於明末天啟七年 1627年)一書。該書所繪“輪壺圖”就（jiù）是這種機械鍾，“輪壺”又稱“輪鍾”，王徵所繪隻是示意圖（tú）罷了。輪壺圖(圖5)中央由下而上的四個圈，表示由重錘驅動的（de）彼此齧合（hé）的齒（chǐ）輪，其上似“天平”之圖就是梳擺。王徵結合中國機（jī）械鍾報時傳統（tǒng）將報時裝（zhuāng）置改為敲（qiāo）鍾、擊鼓和司辰木偶。當然，這一改就使王徵的設（shè）計比歐洲自鳴鍾複雜得多。王徵（zhēng）還根據這種自（zì）鳴鍾原理設計了（le）鍾機傳動的“自行車”、“自行（háng）磨”。雖然它們並無實用價值，但表明王徵學（xué）會製造歐洲自鳴鍾。崇禎（zhēn）二年(1629)，徐光啟主持（chí）曆局，他在奏請製造天（tiān）文儀（yí）器（qì）的（de）清單中，有“候時鍾三”。候時鍾雖（suī）未製成（chéng），但徐光（guāng）啟(1562～1633)最早提出（chū）向西方學製（zhì）鍾表的設想。
    

    圖（tú）5  《新製諸器（qì）圖說》繪輪壺圖

　　值得指出的是（shì），從歐洲（zhōu）機械鍾傳入之初，為適應（yīng）中國人的計時製度，歐洲鍾不得不在計時（shí）方法上作修改。表盤顯示（shì）數字由歐洲一日轉兩圈的24小時（shí）製改為中國的一日轉一圈的十二（èr）時辰製，顯時盤上的羅馬數字也改成漢（hàn）字。明萬曆十年冬(1583年初)，羅明堅送肇慶府“總督”一架（jià）帶（dài）車（chē）輪（lún）的大自鳴鍾，是迄今（jīn）所知最早作計時製修改的例子（zǐ）。改成中國計時製後，“大鍾鳴時，正午一擊，初未二擊，以至（zhì）初子十二擊；正子一擊，初醜二擊，以至初午十二擊。小鍾鳴刻，一刻一擊，以至四刻（kè）四擊。”入清後，又改為正午、正子各十二擊。或者，如王大（dà）海在《海島逸誌》中所（suǒ）述者:

　　定（dìng）時鍾，以一日分十二時，鍾分十二點:子時一點，巳（sì）末十二點，午時又一點，亥末（mò）又十（shí）二（èr）點。鍾小者盈尺，大者高數尺，鍾鳴之後，又有小鍾十餘事，鏗鏘可聽，名曰鬧鍾。這裏的“十二時”是十二個時辰，“十二（èr）點”是指鍾鳴響次數。當然，在北京、天（tiān）津、南京各地製造的鍾表，也有時辰鳴鍾數不完全（quán）相（xiàng）同者。然而，十二時辰計時製及其顯時盤從此一直延（yán）續到清末。

　　從順治十五年(1658)起，傳入中國者當有惠更斯型擺鍾。由於調查、研究（jiū）不（bú）夠，還不能向讀者說清，今存（cún）故宮博物院（yuàn）等地的哪（nǎ）些鍾屬於這一類。或許，存世者極少。或許，清初劉獻廷(1648～1695)《廣（guǎng）陽雜（zá）記（jì）》所記民間製鍾者張碩忱、吉坦然製（zhì）的鍾，屬（shǔ）於這一類。因為（wéi）劉獻廷記述中，隻涉（shè）及鍾內“大小輪多至二十餘，皆以黃銅為之”。既（jì）未涉及重錘梳擺，亦未涉及發（fā）條之類。康熙二十年(1681)起，有擒縱器（qì）和發條的機械鍾傳入中國。康熙二十三（sān）年(1684)，康熙帝（dì）賜葡（pú）萄牙耶穌會士徐日升(Thomas Pereira，1645～1708)金扇，上繪自鳴鍾，並作《戲題自鳴鍾》詩（shī）。詩曰:

　　晝夜循環勝刻漏，綢（chóu）繆宛轉報時全；
　　陰陽不改衷腸性，萬裏遙來二（èr）百年。

　　從詩中“衷腸”二字可見，有發條的機械鍾表（biǎo）已傳入中國。時人稱“發（fā）條”為（wéi）“鋼腸”。《古今圖書集成（chéng）·曆法典》卷九十四《儀象（xiàng）部》繪一鬧鍾(圖6)，故宮藏清（qīng）初時辰醒鍾(圖7)，大概都是（shì）早期輸入中國或（huò）中國自製（zhì）的具（jù）有發條和擒縱器的機械鍾。
    

    圖6  《古今圖書集成》繪鬧鍾（zhōng）

    圖7  清宮藏時辰醒鍾

[page_break]

    

近代機械鍾在中國的製作

　　歐洲機械鍾傳入中國後，民間（jiān）有人相繼學製（zhì）機械鍾。劉獻廷《廣陽雜記》所記張碩忱、吉坦（tǎn）然二人製造自鳴鍾的情形，就是其中一例。在南京博物院珍藏一具鐵製時（shí）辰鍾，內有（yǒu）重（chóng）錘和梳擺。它大概是明末清初中國（guó）人自（zì）製的自（zì）鳴鍾（zhōng）之一。

　　除了民間（jiān）以外，清廷也設置了鍾表作坊，大（dà）量製作機械（xiè）鍾表。清宮內設鍾表作坊大概起於康（kāng）熙（xī）十六年(1677)前後。該年，宮廷內（nèi）“敬事（shì）房”下設“做（zuò）鍾處”，置“侍監首領一人”；在“端凝殿”置“兼自鳴鍾執守侍首領一人，專司……並驗鍾鳴時刻（kè）”。此後，“做鍾處”逐（zhú）漸擴大，工匠增多。康熙三十年(1691)後，遷出廷，另設作坊，有廠（chǎng）房150餘間，頗（pō）具規模；雍正時又成為造辦處內一個作坊，從事保管、修理和製造（zào）鍾表，供宮（gōng）廷所需。在做鍾處工作（zuò）過的耶穌會士和歐洲鍾匠，有利類思(Ludovice Buglio，1606～1683)、安文思（sī）(Gabrielde Magalhaens，1609～1677)，瑞士鍾表匠林濟各(Pater Stedlin，1668～1740)等前後十餘人。他們領導製造了各（gè）種鍾表，還培養了不少鍾表匠。如《皇朝禮器圖式》(乾隆二十四年1795敕撰)卷三（sān）《儀器》中繪一（yī）自鳴鍾(圖8)和一時辰表(圖9)，清宮造紫檀插屏鍾(見題圖)，黑漆描金樓式鍾(見圖10)，都是（shì）清宮做鍾處（chù）作品。有的是中西結合（hé）的特殊的鍾，表盤以十（shí）二時（shí）初正記時，短針指（zhǐ）時，長針指刻。表盤又以羅（luó）馬數字示時辰初正（zhèng）。與（yǔ）宮內做（zuò）鍾幾乎同時，在廣州、蘇州、南京、寧波、福州等地也先（xiān）後有了家（jiā）庭作坊式的（de）鍾表製造或修理業。製造鍾表最重要的（de）發條、遊絲多自澳門（mén）、廣州、寧波等地外商（shāng）中購進（jìn）。此外，清廷還（hái）從歐洲各國購買了各式各樣（yàng）藝術鍾表。它們中，尚存北京故宮的一部分（fèn）近年（nián）經整理，刊載於《清宮鍾表珍藏》一書之中。
    

    圖8  《皇朝禮器圖式》繪清宮製自鳴鍾
    

    圖9  《皇朝禮器圖式》繪清宮製時辰表

    圖10  黑漆（qī）描金樓式（shì）鍾(局部)

　　自明末歐洲自鳴鍾和計時器傳入（rù）中國以來，鍾表一直（zhí）為（wéi）人們所喜（xǐ）愛。據說，乾隆時（shí）貪官和坤家中藏大小（xiǎo）自鳴鍾（zhōng）38座，洋表百餘個。小說《紅（hóng）樓夢》多處（chù）描寫鍾表，以表現榮國府的（de）富有與奢侈。其中，有（yǒu）擺鍾、時辰（chén）鍾、價值560兩銀子的自（zì）鳴（míng）鍾，以及歐洲式鍾表（biǎo）、核（hé）桃大小的金表等（děng）。乾隆十六年(1751)，印光任和（hé）張汝霖合撰《澳門（mén）紀（jì）略》，對該地西洋式鍾表作（zuò）了如下描寫:

　　三巴條有十二辰盤（pán），揭之定時台前，俟某時（shí）鍾動，則蟾蜍移至（zhì）某位。自鳴鍾有數種:曰桌鍾；曰掛鍾。小者（zhě）圓如銀鋌（dìng），皆按時發響。起子末一聲，至午（wǔ）初十二聲；複起午末（mò）一聲，至（zhì）子初十二聲。鳴時（shí）八（bā）音並奏者，謂之樂鍾。欲知其辰而非其應鳴之時，則掣繩轉機而報響，謂之問鍾。小者亦可（kě）問。自行表，大小同日規月影，以及璿璣諸器。又一物如鵝卵，實沙其中，而顛倒滲泄之，以候更數，名曰鵝卵（luǎn）沙漏。

　　這段文字可以看作鴉片戰爭之前傳入中國的西洋鍾表名目總匯。

　　隨著（zhe）國內鍾表製造（zào）的逐漸（jiàn）興起（qǐ），嘉慶十四年(1809)，徐光啟的後（hòu）裔徐朝俊撰寫了《鍾表圖說》一書，總結了有關（guān）製造技術和理論。全（quán）書包括（kuò）:鍾表名目，鍾表事件節（jiē）目，事件圖，配（pèi）齒輪法，作法，修鍾表停擺法，裝拆鍾表法，用鍾表法，鍾表鎖略等。全書50餘幀機械零件圖。從（cóng）用（yòng）途言之（zhī），它介紹了掛鍾、擺鍾、問鍾、鬧鍾、座鍾、樂鍾、時辰鍾、表和問表等（děng）多種，其中重點介紹了重錘驅動的掛鍾和鋼腸發動的擺（bǎi）鍾。就擺（bǎi）言之（zhī），它介紹了六種擺:掛擺、擔擺、梳擺、圓擺、管擺、蟹螯擺，總稱為“量天尺”(圖11)。《鍾表圖說》是我國曆史上第一部有關機械鍾的工藝大（dà）全，亦是當時難得的一部測時儀器和應用力學著作。
    

    圖11  故宮藏（cáng）六合驗時儀

    圖12  徐朝俊《鍾表圖說》繪六種鍾擺（bǎi）

單擺知（zhī）識的傳入及應用（yòng）

　　隨著鍾表的傳播，有關單擺的知識亦傳入中國並（bìng）為人（rén）們（men）所（suǒ）掌握。

　　在1674年成書的《新製靈台（tái）儀象誌（zhì）》卷四《垂線球儀》中（zhōng），作者比利時耶穌會士南懷仁(1623～1688)介紹了單擺知識，包括擺的製作及其在測時方麵的（de）應用、單擺弧線運動和（hé）等時性原理、擺長與（yǔ）其振動（dòng）周期平方成正（zhèng）比等內（nèi）容。

　　大約在《新製靈台儀象誌》成書後約150年，鄒伯奇(1819～1869)指出（chū）計算條形擺長所必需注意之處:“然擺之長短不在銅條（tiáo）之度，而在重心之高下:重心（xīn）高者(擺)短也；重心下者(擺)長也。”

　　重心概念在計算擺長（zhǎng）中確實重要。鄒伯奇還指出了改變條形擺長（zhǎng）的方法。

　　早期的秒擺是由圖2中（zhōng）的梳擺發展而來（lái）的，在清宮內稱其為“六（liù）合驗時儀”，或（huò）簡稱“驗（yàn）時儀”、“驗時儀墜子”。北京故宮博物院還藏有實物（wù）。在清代鍾表行業中稱（chēng）其（qí）為“豎表”，南京博物院藏有實物。故宮博物院收藏乾隆九年(1744)製“六合驗時儀（yí）”與《皇朝禮器圖式》卷（juàn）三《儀器》繪畫完全一致，如圖11。它類（lèi）似一個置於（yú）盒內的複擺，擺錘銅質，擺（bǎi）杆鋼（gāng）質。經近年實驗證實，其擺（bǎi）動周期為1秒。

　　康熙年間曾（céng）用這種秒擺測定河水流速。康熙帝於三十一年（nián）(1692)在乾清門給眾臣言（yán）及以驗（yàn）時墜子測定河（hé）流閘口每秒的流速，再乘以閘口麵積，就可以算出閘口流量。這是康熙帝從耶穌會士學來（lái）的知識。康熙六十一年(1722)完成編纂的《數理精蘊》下編卷三十七第十題中，曾述及以“驗時儀墜子”測定流速和流量:　　

　　請（qǐng）一木板一塊，置於水麵，用驗（yàn）時儀墜子候之，看六十秒內（nèi）木板流遠幾丈。

　　此法先用木板驗（yàn）水流之（zhī）緩急，……看水之緩急則知水（shuǐ）流之多少。故先求得河口（kǒu）麵積，再以遠乘之，即得水流之積數也。

　　據《皇朝禮器圖式》載，乾隆時曾用六合驗時儀測定聲速:該（gāi）儀之擺“一往一返為一秒，七秒為五裏，凡（fán）發聲時撥之使動，驗秒數以（yǐ）知聲之遠近。”由清代度量（liàng）衡製，並將其換算成今製，知當時測得聲速為411米/秒。這個數值不同（tóng）於（yú）近代（dài）初期歐洲各種測定值，可斷其為乾（qián）隆時中國聲速（sù）測定值。
    作者（zhě）:原中國（guó）科學院自然科學史研究所研究員　現為首都師（shī）範大學物（wù）理係教授