从计时器到自动钟 中国时间的记录进化史

张玥

在原始社会，人们日出而作，日落而息，时间概念比较淡薄。而在经济高速发展的现代社会，时间却是人们非常看重的，生活中的各项事务都脱离不开时间的约束，有上下班时间，开会时间，汽车飞机出发时间，竞技体育的比赛时间等等。时间对现代人很重要，对于已经习惯时刻掌握时间的你，有没有思考过为什么一秒的时间是这样一个长短呢？古人又是怎样来计时的呢？

最古老的计时器

古时计时工具常见的有两种，一是“日晷”，二是“漏”。

“日晷”起源于“土圭”。三干多年前，我们祖先最早发明了用土和石片刻制成的“土圭”，成为世界上最早发明计时器的国家之一。

土圭，也称圭表，包括圭和表两部分。表是直立的标竿，圭是在表下端南北方向放置的水平尺，多为铜或石制造。土圭作为一种古老的天文仪器，用来测量日影的长度。当太阳在最北面而且位置最高的时候，表的影子最短，这时就是夏至;当太阳在最南面而且位置最低的时候，表的影子最长，这时就是冬至。因此，测量相邻两次日影最长或最短之间所经历的时间，即可推算一年的日数，以确定回归年的长度，并用它来推定24节气。在春秋战国时期，古人就已经懂得使用铅垂来校正表的垂直，使它的观测结果更准确。

日晷是以太阳影子的移动所对应于晷面上的刻度来计时，由一根晷针和刻有刻线的晷面组成，随着太阳在天空的运行，晷针的投影像钟表的指针一样在晷面上移动，就可以指示时辰。

然而日晷遇到了阴雨天或黑夜便失去作用，于是一种白天黑夜都能计时的水钟便应运而生，这就是漏刻。漏，是指漏壶;刻，是指刻箭。箭，则是标有时间刻度的标尺。漏刻是以壶盛水，利用水均衡滴漏的原理，观测壶中刻箭上显示的数据来计算时间。

漏刻一般由四只从上而下互相迭放盛水的铜壶组合而成。上三只铜壶底下有小孔，最下面一只竖放着一个箭形浮标。随着不断的滴水，铜壶的水面逐渐升高，壶身上有刻度，以此为标记的时间。为了提高精准性，漏刻中间还可以多加几级水壶。

你知道为什么现在的一刻钟等于15分钟吗？就是源于漏刻。清朝初期《时宪书》施行后，正式将一昼夜漏刻的量程百刻改为九十六刻，一个时辰（两个小时）分八刻，一个小时为四刻，而一刻就是十五分钟，一直沿用至今。

作为计时器，漏刻的使用比日晷更为普遍。我国古代诸多文人骚客都留下过许多有关漏刻的富有诗情画意的章句。如唐代李贺的“似将海水添宫漏，共滴长门一夜长。”宋代苏轼的“缺月挂疏桐，漏断人初静。”

在机械钟表传入中国之前，日晷和漏刻可以说是我国使用最普遍的计时器了。

世界时钟之祖

水运浑天仪是一具依靠水力运转，能模仿天体运行的仪器，也可以测定时间。浑天仪改进了东汉科学家张衡的设计，注水激轮，令其自转，昼夜一周，恰恰与天体运动的周期一致。除了表现星宿的运动、日升月落以外，还能自动报时。在水运浑天仪上设有两个木人，用齿轮带动，一个木人每刻（古代把一昼夜分为一百刻）自动击鼓，一个木人每辰自动撞钟。这两个木人可以说是运用机械原理而制成的古代机器人了。水运浑天仪制成后，无人不为其制作之精妙，报告时辰之准确而叹服。

水运浑天仪是一个十分巧妙的计时机械，是世界上最早的机械时钟装置，也是现代机械类钟表的祖先，比公元1370年西方才出现的威克钟要早六个世纪，充分显示了中国古代劳动人民和科学家的聪明才智。

尽管这架水运浑天仪在使用了一段时间后，便因铜铁渐涩，不能自转而进入博物馆了。但是，它的制造者僧一行和梁令瓒两人却因获得天文钟的发明权而永垂史册。英国著名科技史学家李约瑟博士在《中国科学技术史》中说，僧一行和梁令瓒所发明的平行联动装置，实质上就是最早的机械时钟，是一切擒纵器的祖先，走在了欧洲14世纪第一具机械时钟的前面;西方关于钟表装置是14世纪早期在欧洲发明的这一说法，是完全错误的。

水运仪象台是北宋时期由苏颂创制的一座集计时报时、天文观测和星象显示三项功能于一体的大型天文钟，是北宋科技发展高峰的重要标志。水运仪象台驱动系统中的天衡装置与欧洲17世纪出现的锚状擒纵器在设计原理上非常相似，但比锚状擒纵器早了六七个世纪，水运仪象台也因此被誉为“世界时钟之祖”。

水运仪象台高约12米，宽约7米，是一座上狭下广、呈正方台形的木结构建筑。其中浑仪等为铜制。全台共分三隔。下隔包括报时装置和全台的动力机构等。中隔是间密室，放置浑象。上隔是个板屋，其中放置浑仪。

水运仪象台中首创的擒纵器机构是后世钟表的关键部件，因此它成为了钟表的祖先;浑象一昼夜自转一圈，不仅形象地演示了天象的变化，也是现代天文台的跟踪器械——转仪钟的祖先;水运仪象台为了观测上的方便，设计了活动的屋顶，也是今天天文台活动圆顶的祖先。

大明殿灯漏

计时器从用青铜制的“漏刻”取代了“土圭”与“日晷”。其后，东汉张衡发明了世界第一架“水运浑象”，此后科学家们又在此基础上借鉴改进发明了“水运浑天仪”、“水运仪象台”。至元明之时，计时器摆脱了天文仪器的结构形式，得到了突破性的新发展。元初郭守敬创制了“大明殿灯漏”，采用机机械结构，并增添盘、针来指示时间，其机械的先进性便明显地显示出来，时间性也益见准确。

大明殿灯漏堪称中国古代计时器中的集大成者。在河北邢台郭守敬纪念馆所展示的大明殿灯漏模型局部，有三种不同类型的自动报时木偶，有的怀抱时辰牌，有的手指刻表盘，有的击铙报时——这一模型基本实现了文献所描述的造型和功能。

《元史·天文志》对它有专条记叙，今译如下：灯漏高一丈七尺（约五米四），它的框架用黄金制作。上部有弯曲的梁，曲梁的中间是一颗云珠，云珠二侧有象征日月的球体，日在左，月在右，云珠之下再悬有一颗珠子。曲梁的两端各装有龙头，龙的嘴能张合，龙的眼珠能转动，用这样的动作显示灯漏内的水流是快了还是慢了。

曲梁的下面有一中梁，在中梁上，一左一右有两条戏珠的龙，它们随着珠子的下降或上升而俯仰，用这样的姿态显示灯漏内的水位是否适应运行的需要。

燈漏的主体用黄金和珠宝制作，内部分为四层，上层按圆环状分布着日、月和参、商二宿的图形，每日自右向左回转一周。下面一层陈列着龙、虎、鸟、龟，象征着四个方位，每到一刻，它们都有跳跃的动作，内部发出击铙的响声。再下层是圆环状，分划为一百等分，每等分就是古时的一刻钟。它的上部有十二个木人，手执时辰木牌，当某个时辰来到，它们在四个方向的门内执牌报时。门内另有木人指着刻数。在灯漏的下部四个角的位置，各有一个木人手执钟、鼓、钲、铙响器，一刻鸣钟，二刻击鼓，三刻击钲，四刻击铙，还有在时初、时正到来时这些响器也要鸣响。产生这些动作的机构都隐藏在柜子里，用水来驱动它们，可谓精巧至极。

作为世界上最早脱离了天文仪器的独立自鸣钟，大明殿灯漏反映出中国古代力学知识的应用已经达到了相当高的水平。