从水钟到机械钟：神圣的计时征程

从水钟到机械钟

大约在1000多年以前，希腊人制造了比较精巧的水钟。它的结构是这样的：贮水壶上部一侧有个小孔，多余的水可以从这个小孔溢出，这样就能保持固定的水平面，保持恒定的压力。水从贮水壶下部的小孔流出，注入受水壶。受水壶内有一浮舟。浮舟上装有“护钟神”——箭竿。受水壶中的水达到某一高度时，通过虹吸管使水注入旋转的平衡轮（它由于自身的重量而转动），驱使一列齿轮转动，从而按照昼夜的长短把计时用的鼓状圆筒带到新位置。随受水壶水面高度的变化，“护钟神”就在圆筒刻线上指出时辰。这些刻线是不等长的，有些还是斜的，以便指示出冬季里一天的时辰。

我国古代对水钟的发展做出了突出贡献。最著名的例子是北宋初年（大约公元1086年）苏颂设计制造的“水运仪象台”。

水运仪象台高三丈五尺六寸五分（约12米），宽二丈一尺，是一座上狭下广的三层木结构建筑。全台由水斗、木轮、钩状铁拨等组成传动系统。它用水作动力，是一架复杂的天文仪器。它的计时部分原名“昼夜机轮”，是一具精巧的水钟。在这里，苏颂使用了相当于现代钟表中的擒纵器的一系卡子和枢轮杠杆装置，通过大小齿轮的啮合控制水斗转动和枢轮运轮运转速度。整个计时部分共有五层木阁：第一层是昼夜钟鼓轮。轮上有三个不等高的小木柱（起凸轮作用），可按时拨动三个木人的拨子，拉动木人手臂，一刻打鼓，时初摇铃，时正敲钟。第二层是昼夜时初正轮，轮边有24个司辰木人，表示12个时辰的时初、时正，相当于24小时。该轮上的24个木人随着轮子转动按时在木阁门前出现。第三层是报刻司辰轮，轮边有96个司辰木人，每刻出现一人。第四层是夜漏金钲轮，可以拉动木人按更序法钲，报告更数，并且可以按季节调整，以适应昼长夜短的变化。第五层是夜漏司辰轮，轮边设38个司辰本人，木人位置可按季节变动，从日落到日出按更序排列。苏颂主持制造的这架水运仪象台，不仅继承了我国汉、唐以来的天文学和机械学上的成就，同时还有创新。昼夜机轮就是世界上最早的天文钟，它所用的擒纵装置也被公认为世界上机械钟的祖先。

但是，苏颂等人的这项发明并未得到封建王朝的支持和鼓励。当时有一位翰林曾以阴阳五行说来非难和阻挠仪象的制造和安装。他胡说什么宋朝是以火德称王于天下的，这个仪象台名为水运，不是国家的吉兆，因为水可以克火。他的奏折送到皇帝那里，皇帝就听信谄言，命令把“水运”二字，取消，改名为“元祐浑天仪象”，并把它安放在京城（今河南开封）西南角，因为据他们说，西方属金，南方属火，金火夹攻，可以镇住水。这实在是愚昧、荒唐！

后来，金兵攻陷开封，北宋灭亡。这架杰出的天文钟为金兵缴获，移置于北京。但由于战祸连绵，秩序紊乱，致使这一重大发明未得推广、应用，停滞达百年之久。

苏颂的水钟可以说是一种最早机械摆轮，是已知以机械运动的周作为计时标准的最早尝试。由于是通流水计时，而不是过机械装置本身运动计时，因此，可以把它看作从定流水守时到机振动守时的过渡。(www.xing528.com)

随着十字军征，中国时钟制造术传到了欧洲，刺激欧洲人去制造类似装置。当然，一个聪明人，一旦知道某种东西是怎样做出来的时候，他常可找到自己做这种东西的办法来。从严格的专业意义上说，水钟和机械钟的根本差别仅在于，前者涉及一个持续不断的过程（水从孔眼中流出），而后者则由一个不断重复的机械运动来控制。我们不是说欧洲人大约在13世纪发明的机械钟，特别是擒纵装置完全是照抄中国的。但它们之间有区别，例如欧洲人不用枢轴和定时杆，而用心轴和冕状齿轮控制时钟机构的运动。但他们所依据的原理来源于中国，这是中外科学史家大多承认的事实。

英文里的“钟”叫clock，它源于法文cloche，意为“铃”。铃在中世纪欧洲人的生活中占有重要地位。他们很可能正是根据齿轮和摆动连杆制成的摇铃机械，吸取中国的擒纵装置，创造了欧洲早期的机械钟。

机械钟的发明是使将昼夜划分为等长的24小时制在欧洲得到普遍承认的决定性一步。意大利的米兰于1335年设立了公共钟，按一天24小时报时。

早期机械钟的钟速取决于驱动轮，而驱动轮又受到动力机构中摩擦力变化的影响，因此精度很低，每天要差一刻钟以上。

把1小时划分为60分，1分划分为60秒是在1345年左右提出的，当时是为了表示一个月蚀的周期。但这只限于理论计算，没有进行实际测量，迟至17世纪中叶，机械钟还只有一个指针，钟面上也只有小时和四分之一小时的刻度。

由于缺少计量短时间的精确方法，所以尽管机构钟已经问世，科学时间概念的发展仍然受到严重阻碍。