计时器的变迁

张演生 原创 | 2012-01-06 11:29 | 收藏 | 投票
关键字:日晷 水漏 五轮沙漏 篆字香 

  计时器的变迁

  在钟表计时已经极为普及的今天,我们不妨回顾一下计时器的昨天和前天。

  日晷是人类最早使用的“标准时”计时仪器。据史书记载,早在原始社会后期(公元前27世纪前后),我国古代先人就发明了日晷。晷是日影,简单的日晷就是把木杆或竹杆插在地上,周围放置一圈石块以标明杆子的阴影在一天之间位置的变化。有些地方建起巨大的石柱来作日晷之用。古代埃及人也热衷于以日晷计时,在一张出土的古埃及莎草纸上,我们可以读到这样的一段文字:“贝伦尼斯,当你的影子长十六英尺时,阿玛西斯将在橄榄树林等你。”说明古埃及人也是凭日晷掌握时间的。

  美中不足的是,在太阳底下,日晷称得上是很方便的计时器,但遇到阴天,用这种古方法就不灵了。于是,人们开始用水漏来计时。高承《事物纪原》引梁刻“漏经”称,漏“肇于轩辕之日,宣乎夏商之代”。又说,黄帝刻漏水制器,以分昼夜。《周礼》亦有挈壶氏掌之,以百刻分昼夜之说。较古老的中国水漏,是由若干个水缸组成的。水从第一缸缓慢地流到最后一个。待流完一轮。再倒回第一缸,由此可以准确地计算时间。后来以铜把漏制成壶形,故又叫铜壶滴漏。漏壶自上而下分成若干层,上层底有小孔,可让滴水层层下注,底层有刻度浮标计可随水位的上升而上升,人们可以从其刻度的多少来计算时间。

  埃及人制作的水漏由两个互相叠置的圆筒组成,水从上面的圆筒穿过一个小孔滴入下面的圆筒,大一点的水漏灌一次水可报六个小时。埃及又是第一个水漏钟出口国,罗马人则是埃及水漏钟的主要买主。不过,罗马诗人普拉图斯对水漏的计时方法却很不满意。他写道:“但愿上帝杀死发明钟点的人,……因为钟点把我整天撕成了碎块。以前,我的肚子便是我的报时钟,在所有的钟表中它是最好和最准确的。”但反对归反对,每天清晨,罗马城报时人照样是大声地向全城人报出钟点,然后,各家各户便往水漏灌水。

  水漏计时的方法持续了几千年,在这漫长的岁月里,有些人制造出一些十分精巧的水漏。查理大帝在位时从诃伦哈里发那里得到过一只装有时针和鸣击器的漏壶钟,它用纯金制成。柏拉图借助埃及水漏发明了第一个“闹钟”。他把水漏下面的圆筒挂起来,使它可以旋转,过一定的时间,圆筒便翻倒,把水倒出,水流冲进一个哨管,造成的气流使哨管“吱吱”作响。每隔同样的时间,柏拉图的“闹钟”便会准时吹响,催促这位伟大哲学家的学生去上课。波斯国王送给法国国王的一座水漏,在钟面用12个小门表示12个小时,随着水位升高而逐一打开。每个门被打开后,便有一个小球掉到铜鼓里,发出悦耳的响声,使大厅里的人都可以听到。到12点,12个雕琢精美的骑士奔驰而出,关闭所有小门,水漏又开始另一轮的进程。

  另有一种西方很普遍的计时器叫沙漏,原先是给说教台上的神父掌握说教时间的。沙漏的原理与水漏基本相似,由上面盛满沙子的瓶子慢慢把沙漏进下面的瓶子里去。有的沙漏漏完1次为1小时,因而被称为“时漏”,有的漏完1次为4分钟,这正是煮熟一个蛋所需的时间,因而被称为“蛋漏”。沙漏的构造虽然简单,困难在于如何取得所需质地的细沙。先须将沙多次过筛,随后拌入酒和柠檬汁一起煮沸,再去掉泡沫,这样得到的细沙便不会粘在一起。也有人用锯割大理石时落下的细石末作细沙用。

  公元1360年,我国元朝人詹希元采用沙漏作动力,应用完整的齿轮系统、冠轮和调速机构,创造了著名的“五轮沙漏”,除自鸣、击鼓外,还采用了时盘和指针,成为较完全的机械计时器,在世界上处于领先地位。

  然而早在“五轮沙漏”问世前的汉代,著名科学家张衡(公元78—139年)已利用了壶漏原理发明了水运浑象仪,应用了齿轮机构,增加了计时装置,称为机械计时装置,这是世界上最早的一部天文仪器和计时仪器相结合的综合仪器。进入唐朝开元年间(公元725年),梁令瓒、僧一行又创造了水运浑天仪,在机械计时器上装置,能够报时报刻,和近代时钟相似,是我国最早的自鸣钟。清代学者梁章钜《浪迹续谈》卷八《自鸣钟》条引《枫牕小牍》亦云:“太平兴国中(宋太宗年间,公元976—984年),蜀人张思训制上浑仪,其制与旧仪不同,为阁楼数层,高丈余,以木偶为土直人,以直七政,自能撞钟击鼓,又有十二神,各直一时,至其时,即执辰牌循环而出。”这种“能撞钟击鼓”的上浑仪,其实就是自鸣钟。一些中外学者多认为自鸣钟来自西方,传自意大利人利玛窦。其实,利玛窦是于明末万历十年(公元1582年),才奉派来中国的,撇开唐代水运浑天仪不论,与张思训在宋太宗年间制作的上浑仪这一中国自鸣钟相比,利玛窦带来的自鸣钟,已晚了几百年。

  我国古人还习惯于以燃香、燃烛或燃灯等来计时,最常见的有更香、香篆、盘香、刻灼及长明灯等。更香计时,最初以昼、夜为单位,后来逐渐进到以“更”为单位,即把一昼夜分为10更(昼、夜各五更),“以焚香几枝为度”。如以一昼夜控制烧香棒10枝,即为10更。有的古人还把直棒式的更香改制成螺旋形的“闹钟”:在呈螺旋形棒的几个对应位置上用细线悬挂上几只金属小球,待到一定的时间,细线被烧断,金属小球便“叮当”一声落入下面的金属盘中报时。

  香篆即篆字香,上刻有时间间隔记号,点燃后,烟火便沿着篆字的笔划蜿蜒蜗行。它用于航海不怕颠簸,且一次可燃一昼夜,计时较为方便。盘香则形似鱼网,自下盘旋而上,直径逐渐缩小,上亦刻有计更记号。我国的古代能工巧匠,在制作蜡烛时还巧妙地掺入各种不同的香料,让蜡烛燃烧时每隔一段时间就变换一次芳香,从而使人们能凭不同的香味来计算时间。至于长明灯,在古代亦被普遍作为陆上和海上计时之用。长明灯多以八分法计时,即把一天分为8时或8路,如果总共耗油1斤,那么,每时(路)耗油则为1.25两。反之,每耗油1.25两,即相当于1时(路)。

  比较而言,14世纪前的外国造钟业比我国落后。14世纪初,西方人开始在机械钟内装上轮片、齿轮和可以上下滑动的钟锤。但当时钟面上只有一根时针。1369年,法国人维克托创制冠轮擒纵机械钟,使世界钟表进入了一个大发展时期。但真正转折是在17世纪中叶,此时,钟表发条已发明很长一段时间了,1656年,荷兰科学家惠更斯把伽利略利用摆来调节走时的构想变为现实,造出了世界上的第一座摆钟。之后,聪慧的钟表匠又研制出摆轮游丝装置,于是发明了怀表和手表。不过早期的手表的表壳是用生铁做的,由于太重,不能戴在手腕上,而是挂在腰带上的。

  随着技术的进步,英国人加里索思在18世纪中叶造出了精密的天文钟,人们将它装在一艘轮船上续航3个月,在剧烈的摇晃及严寒酷暑的温差变化的考验下,仅快了54秒。也正是从那时起,钟表上出现了第三根指针—秒针(分针则已在1550年问世)。1866年,法国尼奥特利用音的振荡作为频源,制造了音叉钟。到了本世纪30年代,第一批带石英振荡器的手表应运而生,钟表进入了一个新的天地。50年代后,英、美、苏等国利用分子和原子的振荡为频源,制造出分子钟和原子钟,成为当代世界先进的计时仪器。70年代初,瑞士推出全塑料手表,简化了制作工艺,减少了零件数量,提高了劳动生产率。进入80年代,升级换代的钟表产品更是层出不穷,诸如太阳能钟、气象闹钟、香味闹钟、避孕钟、字典手表、翻译手表、呼救手表、录音手表、摇控手表等等新型产品,纷纷涌现,不胜枚举。

  

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