时计的历史（I） 机械时计的出现

在机械式时计出现之前，人类对时间的计算，是经过从原始的日晷、水钟到重锤时计等等的漫漫长路，也因为经过这些对时间的思考，才开启了机械定时器的历史。

天体运行与时间概念

一般我们都想象日晷是人类最早的时计，但在时计这种工具发明以前，基于生活的必要，人类就已经会用身体来记住一天或是一年的长度，也就是说人类的生理周期跟地球、乃至于天体的运行是同调的。 因此人类遂从太阳的规则运行产生了“日”的概念，还从开花、结果、以及农作物的收获而产生了“年”的概念，甚至从月亮的圆缺和潮汐的涨退产生了“月”的概念。 也许一开始只是抬头确认太阳的位置，后来人们想到可以用影子的长度来测量太阳的位置，于是目前已知最古老的日晷来自埃及，用绿片岩制造，而约在公元前3500年古埃及建造的方尖碑，也是最早的日影钟之一，日晷虽然可以利用影子的长度来计算一天当中太阳的移动，但其实一月跟七月一天的长度和太阳影子的长度都不相同，因此无法计算相对的时间长度，而且依据计测场所的不同，观察到的结果也会不同。

由此日晷遂发展出了刻度盘，它要测量的不是现在影子的长度，而是影子与地轴之间的角度，像这样的日晷出现在公元前五世纪的时候。（图1）

图1 日晷

由日晷遂发展出了刻度盘，它要测量的不是现在影子的长度，而是影子与地轴之间的角度，就能显示于下方的刻度

没有太阳时用的水钟。

但是只靠日晷的话，阴天或是晚上的时候就没有办法知道时间了，因此才会有水钟应运而生。有的水钟是在底下挖了小孔的容器里装水，随着水从小孔漏出，容器里的水面也会跟着下降，利用刻在容器上的刻度我们就可以分辨时刻了（图2）。

 图2 滴漏水钟

在底下挖了小孔的容器里装水，随着水从小孔漏出，容器里的水面也会跟着下降，利用刻在容器上的刻度我们就可以分辨时刻。

还有的水钟是将流出来的水用别的容器接住，再制作一个浮标并利用它在水面上升联动的机构，透过机构指示刻度来分辨时刻（图3）。

图3  改良式水钟

将流出来的水用别的容器接住，再制作一个浮标并利用它在水面上升联动的机构，透过机构指示刻度来分辨时刻。

漏刻作为古代的一种计时工具，它的使用比日晷更为普遍，不仅古代中国用，而且古埃及、古巴比伦等文明古国都使用过。在机械钟表传入中国之前，漏刻是中国使用最普遍的一种定时器，现存于北京故宫博物院的铜壶滴漏是公元1745年元代制造的，最上面漏壶的水从雕刻精致的龙口流出，依次流向下壶，箭壶盖上有个铜人仿佛抱着箭杆，箭杆上刻有96格（图4）。

图4  阶梯式漏壶

到了元代，铜壶滴漏演变成阶梯式漏壶。由元朝时的广州冶铸工人冼运行等人铸造的壶分四层，

由日天壶、夜天壶、平水壶、受水壶4壶配成。由上而下渐次缩小。

最底的受水壶中竖一支铜尺，上面刻画12时辰。

但是包括漏刻在内，所有的水钟都会受到气温、水温、水压等等的影响，因此会为了白天晚上有温差之类的理由而无法维持高精准度。除此之外，以细沙取代水的沙漏也在公元四世纪的时候被发明。

基本上日晷是以太阳当作指针，相形之下，水钟、沙漏则是利用重力来移动水和沙之类的物质，这点是他们两者之间最大的差异。

更贴近生活的燃烧时计

除了前面提到的时计之外，还有一种透过燃烧东西、利用燃烧的速度来计算时间的时计，也就是所谓的“燃烧时计”。燃烧时计有各式各样不同的种类，油灯时计、蜡烛时计、线香时计、香时计等等都是燃烧时计的一种，除此之外还有所谓的火绳时计。 其中油灯时计是用燃料液面的下降来指示刻度，蜡烛时计则是直接用刻在蜡烛上的刻度来计算燃烧时间，所有的燃烧时计都是利用物质状态的改变来测量时间。 跟测量太阳的长度和角度、或是让水和沙移动比起来，燃烧时计需要消耗精制的物质或是做出来的东西，可以说是富裕时代才会有的发明。

在现实生活中，这些时计除了计时之外还能扮演照明的角色，香时计更是中国焚香文化下的产物，从这个角度看来燃烧时计比起日晷和水钟是一种更贴近生活文化的计时方式。另一方面这些各式各样的时计时刻的基准则是根据教堂之类的公共设施报时的钟声来订定的，一般民众的生活基本上还是根植于“公共时间”的概念。

梦幻的天文台．水运仪象台

从最早见于《周礼》的铜壶滴漏，到焚香的定时器，其实是和古代中国的信仰思想、阴阳五行紧密结合，并由官方的行政部门所发展出来的。不过要说到与机械时计相关的发展，中国其实发明过最重要、兼具天文台功能的大型机械时计，同时也是世界历史上最早的机械时计，那就是“水运仪象台”。 水运仪象台是在北宋时代的1087-92年间所制造的，它的规模远远地超越了我们对水钟的想象。

它的高度含屋顶有12米，其中包括了（1）天文望远镜“浑仪”、（2）具备了1,464个星宿的天文馆“浑象”、以及（3）五层的水钟“木阁兼昼夜机轮” 等等三个机构。 它的运作首先要靠人力将水打上去，再由落下的水流带动称之为“枢轮”的水车。枢轮由擒纵器加以控制，一天转100圈。枢轮回转的力道会传递到一天转一圈的圆盘“昼夜机轮”，由此再驱动手持时刻告示牌的人偶和钟声。除此之外昼夜机轮上头装置的浑象还会动态显示天体的运行。 遗憾的是北宋时代的实物已经在1127年毁于战乱，虽然有设计图留存下来，但要读通这份设计图旷日费时，由此水运仪象台遂被称为“梦幻的天文台”。不过1997年水运仪象台终于成功复原，现在你只要前往日本长野县诹访湖畔的时间科学馆“仪象堂”及台中科学博物馆就可以看到它。

本文转载自《盛时》钟表杂志   第36期

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