撰文/朱彥存

中世紀(jì)阿拉伯早期計(jì)時(shí)器引述

撰文/朱彥存

圖1 蠟燭鐘

圖2 具有娛樂功能的水力計(jì)時(shí)器

自人類的集群化與社會(huì)化完成后，人們就開始對(duì)時(shí)間有了最開始的探索，從遠(yuǎn)古時(shí)期開始，一直到中古時(shí)代，除了零星的遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過當(dāng)時(shí)時(shí)代科技的天文儀器如曇花一現(xiàn)一般出現(xiàn)在歷史長(zhǎng)河中外，人們認(rèn)識(shí)，探索時(shí)間的方法仍然停留在白天觀察太陽，夜晚仰視星空的階段，以此來掌握對(duì)時(shí)間最粗略的認(rèn)識(shí)的階段。

雖然古代希臘在其存在的文化極盛時(shí)期出現(xiàn)過遠(yuǎn)超當(dāng)時(shí)時(shí)代科技水平的安提基希拉裝置（公元前150—100年），但是學(xué)者與歷史學(xué)家們大都將其歸類到古代天文計(jì)算機(jī)或天文演示儀器的類型中，因?yàn)榘蔡峄R拉裝置雖然可以對(duì)天體運(yùn)行進(jìn)行演示與預(yù)測(cè)推算，但它缺少了鐘表最基本的一層屬性：自主運(yùn)行能力；安提基齊拉裝置的動(dòng)力是通過轉(zhuǎn)動(dòng)手柄來聯(lián)動(dòng)其內(nèi)部指示機(jī)構(gòu)運(yùn)行的，與其他的機(jī)械計(jì)時(shí)裝置相比，它缺少了想對(duì)穩(wěn)定持續(xù)的動(dòng)力，而且其如果作為鐘表的一種，其計(jì)時(shí)精度只可以精確到天，因此，暫時(shí)將其排除在計(jì)時(shí)器的行列之外。而之前或之后的世界各地都出現(xiàn)過水漏或沙漏等早期的計(jì)時(shí)器，但其并不能被稱為機(jī)械計(jì)時(shí)器。直到公元1029年中國北宋丞相蘇頌建成世界上第一臺(tái)水力機(jī)械天文計(jì)時(shí)器——水運(yùn)儀象臺(tái)。

當(dāng)時(shí)間到公元10—11世紀(jì)時(shí)，阿拉伯地區(qū)的阿巴斯王朝在經(jīng)歷了百年翻譯運(yùn)動(dòng)后，已經(jīng)在文化方面處于一個(gè)比較高的峰值，而且那時(shí)的阿拉伯世界國內(nèi)外的環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)繁榮，這使得阿巴斯王朝開始在文化方面有新的突破，在各方面的支持之下，阿巴斯王朝涌現(xiàn)出一大批學(xué)者，科學(xué)家，天文學(xué)家，發(fā)明家，在那時(shí)，阿拉伯的文化發(fā)展一度超越了還處在中世紀(jì)的歐洲和戰(zhàn)火紛飛的亞洲。

由于阿巴斯王朝前期的百年翻譯運(yùn)動(dòng)對(duì)阿拉伯的天文學(xué)，工程學(xué)等一系列知識(shí)的積累，并經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展，當(dāng)時(shí)阿拉伯在天文學(xué)，工程學(xué)等方面所掌握的知識(shí)與技術(shù)已經(jīng)超過了同時(shí)期的歐洲。擁有了扎實(shí)雄厚的理論與文化基礎(chǔ)，加上國內(nèi)外環(huán)境穩(wěn)定以及阿拉伯哈里發(fā)（國王）的大量資金支持，催生出一大批阿拉伯歷史上的新銳發(fā)明家，他們?cè)诳諝鈩?dòng)力學(xué)，航海，天文等方面都有相當(dāng)巨大的貢獻(xiàn)，而在他們當(dāng)中，最為耀眼的就是艾爾·加扎利，他在機(jī)械工程學(xué)方面的建樹可以說是空前絕后。在其一生中，艾爾·加扎利設(shè)計(jì)了大量劃時(shí)代意義的機(jī)械，有提水機(jī)，酒器等，其中就包括了大量的，多種多樣的水力和蠟燭機(jī)械計(jì)時(shí)裝置（圖1），這在整個(gè)阿拉伯世界的發(fā)展歷程中都是空前絕后的，而且其獨(dú)特的設(shè)計(jì)風(fēng)格也使得這類計(jì)時(shí)器在全世界獨(dú)具一格，并且具有很高的觀賞性和娛樂性，成為鐘表發(fā)展歷程中的光輝而獨(dú)特的一個(gè)分支。

在艾爾·加扎利的科技工程學(xué)著作《精巧機(jī)械的制造知識(shí)》一書中，收入了他平生的大部分發(fā)明，而且，在全書中，所有的計(jì)時(shí)裝置皆是利用重力與浮力等力學(xué)中最基本的元素來作為計(jì)時(shí)裝置的原動(dòng)力，其中也有運(yùn)用一些齒輪來進(jìn)行傳動(dòng)，但是在這些計(jì)時(shí)裝置當(dāng)中，最普遍的傳動(dòng)媒介使用的最頻繁的其實(shí)是繩索，這是當(dāng)時(shí)阿拉伯計(jì)時(shí)裝置的特點(diǎn)。

在書中詳細(xì)收錄的計(jì)時(shí)裝置有十多種，根據(jù)動(dòng)力和材料而言，大體可分為兩種：水力計(jì)時(shí)器和蠟燭計(jì)時(shí)器。而且這些計(jì)時(shí)器大都帶有獨(dú)立的報(bào)時(shí)機(jī)構(gòu)，根據(jù)書中的記載，大部分報(bào)時(shí)裝置是利用銅球、鋼珠的重力自由下落帶動(dòng)，觸發(fā)一系列的傳動(dòng)機(jī)關(guān)并最終帶動(dòng)人偶運(yùn)動(dòng)擊打樂器發(fā)出聲響來進(jìn)行報(bào)時(shí)，阿拉伯計(jì)時(shí)裝置獨(dú)特的自成一脈的報(bào)時(shí)機(jī)構(gòu)，而且其中的大部分都是帶有一定的自動(dòng)化性質(zhì)，以向當(dāng)時(shí)的哈里發(fā)（國王）服務(wù)（圖2）。

在艾爾·加扎利設(shè)計(jì)的所有的計(jì)時(shí)裝置中，最具有代表性的一項(xiàng)是一臺(tái)名為“大象水鐘”的水力計(jì)時(shí)裝置（圖3）。有區(qū)別于受水形與泄水形等利用水的流動(dòng)來記錄時(shí)間的計(jì)時(shí)器，大象水鐘十分巧妙的利用了浮力來記錄時(shí)間。在《精巧機(jī)械的制造知識(shí)》一書中大象水鐘應(yīng)該說是唯一一類可以長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)使用的水力鐘，因?yàn)榭v觀全書，書中收錄的所有計(jì)時(shí)裝置在一段時(shí)間的運(yùn)行之后，由于水流盡或者蠟燭燃盡，整個(gè)裝置都會(huì)失去動(dòng)力而無法運(yùn)行，這需要人工裝水或換裝新的蠟燭并將所有的機(jī)構(gòu)重新歸位已進(jìn)行下一次的使用。這表示在計(jì)時(shí)裝置的運(yùn)作中，其依靠人工的比例較大，這對(duì)于一臺(tái)實(shí)用性較大的鐘來說是無法接受的。但是在大象鐘的設(shè)計(jì)過程中，艾爾·加扎利運(yùn)用了一種相對(duì)比較穩(wěn)定的浮筒機(jī)構(gòu)，這是整個(gè)水力計(jì)時(shí)裝置體系中的點(diǎn)睛之筆。

整個(gè)大象鐘本體是一個(gè)阿拉伯傳統(tǒng)的大象坐騎的形象（圖4），即：整個(gè)大象水鐘的造型是一頭馱有一個(gè)四方亭的大象，亭中跪坐一人，為阿拉伯書寫員的形象，手中持一只長(zhǎng)筆，其下有一刻度盤，用于作為分鐘的指示盤，在亭子的上部設(shè)有兩條阿拉伯形象的龍，龍頭從亭中伸出，龍頸彎曲，整個(gè)龍身在方亭中，用于承接上方下落的鋼球用于報(bào)時(shí)，而在整個(gè)方亭的頂部（圖6），設(shè)置的是所有的聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)與報(bào)時(shí)機(jī)構(gòu)，頂部正前方跪坐一人偶，其雙手與內(nèi)部聯(lián)動(dòng)，可左右擺動(dòng)，人偶兩側(cè)透出兩個(gè)鷹頭作為鋼球的出口， 并使鋼球落入下方伸出的龍口中，在人偶上方立一圓盤圓盤后有一黑白雙色的盤圓上分出十五個(gè)個(gè)小圓，用來表示當(dāng)時(shí)阿拉伯歷法中的小時(shí)，而且黑白兩色占小圓的多少用于表示晝夜，而在其運(yùn)行時(shí)，通過內(nèi)部的各項(xiàng)聯(lián)動(dòng)，內(nèi)部的雙色盤每小時(shí)運(yùn)動(dòng)一格。而在方亭的頂部裝有一只鳥，每到一個(gè)小時(shí)，內(nèi)部釋放的鋼球就會(huì)觸發(fā)機(jī)關(guān)使鳥旋轉(zhuǎn)并發(fā)出聲響，預(yù)示著報(bào)時(shí)的開始。在象首處坐一人偶，為馭象人的形象，手持馭象工具，兩邊分別有兩個(gè)銅瓶，用以承接從龍頭上落下的鋼球，人偶雙手可聯(lián)動(dòng)，并可以用其手中的器具敲擊象首的銅鐃進(jìn)行報(bào)時(shí)。

在整個(gè)大象鐘的運(yùn)行中，其中心的核心動(dòng)力來自于一個(gè)獨(dú)立的連接方亭中人偶和方亭頂部報(bào)時(shí)機(jī)構(gòu)的浮筒，整個(gè)浮筒置于象腹中的深水槽中，浮筒上鉆有一個(gè)校準(zhǔn)過的小孔，可以使整個(gè)浮筒在恒定的時(shí)間中下沉，并且每一次下沉的時(shí)間都是相對(duì)恒定的，當(dāng)浮筒下沉?xí)r，其上連接的繩索帶動(dòng)方亭中的書寫員轉(zhuǎn)動(dòng)（圖5），其手中的長(zhǎng)筆在刻度盤上指示時(shí)間，而當(dāng)浮筒全部沉入水中時(shí)剛好是一個(gè)小時(shí)，這時(shí)浮筒會(huì)牽動(dòng)連接方亭頂部的繩索，拉動(dòng)機(jī)關(guān)釋放一顆鋼球，鋼球在軌道中滾動(dòng)時(shí)觸發(fā)鳥的轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)出聲響，預(yù)示著報(bào)時(shí)的開始，然后，鋼球進(jìn)入一個(gè)分隔機(jī)關(guān)，在壓下機(jī)關(guān)的同時(shí)，機(jī)關(guān)帶動(dòng)人偶擺身，并把雙色盤推進(jìn)一格，然后鋼球進(jìn)入一邊的接有鷹頭的管道中，從鷹嘴中落下，落在從方亭中伸出的龍首中，由于鋼球落在龍首中時(shí)是處于整條龍的最長(zhǎng)力臂處，而且其重力足夠改變整條龍的重心，使龍頭慢速下擺，把鋼球送至象首，而在整個(gè)向下擺的過程中，龍身上的繩索收緊，將方亭中的人偶拉回原位，同時(shí)，聯(lián)動(dòng)的繩索將沉入水中的浮

圖3 大象鐘彩圖

圖4 大象鐘外觀簡(jiǎn)圖

圖5 書寫員示意圖

圖6 方亭頂端正面圖

圖7 馭象人示意圖

筒拉出水面，開始下一次的循環(huán)，這是整個(gè)大象鐘最為精巧的地方。當(dāng)鋼球落入象首中后，觸動(dòng)馭象人（圖7）的機(jī)關(guān)，拉動(dòng)人偶的手臂敲擊銅鐃報(bào)時(shí)，等待報(bào)時(shí)完成后，一切回歸平靜，進(jìn)入下一次的循環(huán)。

整個(gè)大鐘的點(diǎn)睛之筆在于其將報(bào)時(shí)與計(jì)時(shí)機(jī)構(gòu)相對(duì)分離，利用浮力與重力使整臺(tái)鐘運(yùn)作，并利用改變重心使得整臺(tái)鐘得到重置，減少了人力的干涉。在大象鐘里，只需要在方亭中加入鋼球以用作報(bào)時(shí)，并且在蓄水池中加入少量的水以保持鐘的準(zhǔn)確運(yùn)行。相比其他的大型水鐘而言，人力對(duì)計(jì)時(shí)的干涉已經(jīng)降至最低，而且全鐘的恒定計(jì)時(shí)能力也有很大的提高。

相比之前的希臘和世界各地的水漏，沙漏計(jì)時(shí)器以及中國的水運(yùn)儀象臺(tái)（公元1088年）而言，阿拉伯的水力計(jì)時(shí)器并非是全世界最早的機(jī)械計(jì)時(shí)器，而相比13世紀(jì)歐洲才出現(xiàn)的機(jī)械鐘樓而言，阿拉伯水鐘的獨(dú)特風(fēng)格使得其對(duì)現(xiàn)代的鐘表研究者十分著迷。由于其獨(dú)特的文化背景，阿拉伯的機(jī)械計(jì)時(shí)器代表了當(dāng)時(shí)甚至是整個(gè)阿拉伯科技史中的巔峰之作。其中各類計(jì)時(shí)裝置都帶有十分濃厚的穆斯林風(fēng)格。而且，當(dāng)時(shí)運(yùn)用這些計(jì)時(shí)器的人群主要集中在當(dāng)時(shí)的穆斯林世界中的穆斯林信徒和阿拉伯帝國的哈里發(fā)（國王）。其中帶有的大量的活動(dòng)人偶在計(jì)時(shí)的同時(shí)兼顧了娛樂性，這也是在這一時(shí)期的阿拉伯計(jì)時(shí)器的特色。

歷經(jīng)近千年，當(dāng)年不可一世的阿拉伯大帝國已經(jīng)不復(fù)存在，而代表當(dāng)時(shí)帝國最高科技的計(jì)時(shí)機(jī)械也跟隨帝國的破滅而一同消逝在歷史的長(zhǎng)河中，當(dāng)年艾爾·加扎利的眾多發(fā)明早已失傳，唯有艾爾·加扎利的著作《精巧機(jī)械的制造知識(shí)》在歷經(jīng)千年后最終傳到當(dāng)今，實(shí)屬萬幸。有幸讀過一些書中的內(nèi)容，感觸良多，受益匪淺，撰文分享。今后還會(huì)繼續(xù)為大家奉上更多類型的阿拉伯中世紀(jì)計(jì)時(shí)裝置的介紹。