撰文/朱彥存

中世紀阿拉伯早期計時器引述

撰文/朱彥存

圖1 蠟燭鐘

圖2 具有娛樂功能的水力計時器

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

雖然古代希臘在其存在的文化極盛時期出現(xiàn)過遠超當時時代科技水平的安提基希拉裝置（公元前150—100年），但是學者與歷史學家們大都將其歸類到古代天文計算機或天文演示儀器的類型中，因為安提基齊拉裝置雖然可以對天體運行進行演示與預測推算，但它缺少了鐘表最基本的一層屬性：自主運行能力；安提基齊拉裝置的動力是通過轉動手柄來聯(lián)動其內部指示機構運行的，與其他的機械計時裝置相比，它缺少了想對穩(wěn)定持續(xù)的動力，而且其如果作為鐘表的一種，其計時精度只可以精確到天，因此，暫時將其排除在計時器的行列之外。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時器，但其并不能被稱為機械計時器。直到公元1029年中國北宋丞相蘇頌建成世界上第一臺水力機械天文計時器——水運儀象臺。

當時間到公元10—11世紀時，阿拉伯地區(qū)的阿巴斯王朝在經(jīng)歷了百年翻譯運動后，已經(jīng)在文化方面處于一個比較高的峰值，而且那時的阿拉伯世界國內外的環(huán)境相對穩(wěn)定，經(jīng)濟繁榮，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)出一大批學者，科學家，天文學家，發(fā)明家，在那時，阿拉伯的文化發(fā)展一度超越了還處在中世紀的歐洲和戰(zhàn)火紛飛的亞洲。

由于阿巴斯王朝前期的百年翻譯運動對阿拉伯的天文學，工程學等一系列知識的積累，并經(jīng)過長時間的發(fā)展，當時阿拉伯在天文學，工程學等方面所掌握的知識與技術已經(jīng)超過了同時期的歐洲。擁有了扎實雄厚的理論與文化基礎，加上國內外環(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，他們在空氣動力學，航海，天文等方面都有相當巨大的貢獻，而在他們當中，最為耀眼的就是艾爾·加扎利，他在機械工程學方面的建樹可以說是空前絕后。在其一生中，艾爾·加扎利設計了大量劃時代意義的機械，有提水機，酒器等，其中就包括了大量的，多種多樣的水力和蠟燭機械計時裝置（圖1），這在整個阿拉伯世界的發(fā)展歷程中都是空前絕后的，而且其獨特的設計風格也使得這類計時器在全世界獨具一格，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特的一個分支。

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

在書中詳細收錄的計時裝置有十多種，根據(jù)動力和材料而言，大體可分為兩種：水力計時器和蠟燭計時器。而且這些計時器大都帶有獨立的報時機構，根據(jù)書中的記載，大部分報時裝置是利用銅球、鋼珠的重力自由下落帶動，觸發(fā)一系列的傳動機關并最終帶動人偶運動擊打樂器發(fā)出聲響來進行報時，阿拉伯計時裝置獨特的自成一脈的報時機構，而且其中的大部分都是帶有一定的自動化性質，以向當時的哈里發(fā)（國王）服務（圖2）。

在艾爾·加扎利設計的所有的計時裝置中，最具有代表性的一項是一臺名為“大象水鐘”的水力計時裝置（圖3）。有區(qū)別于受水形與泄水形等利用水的流動來記錄時間的計時器，大象水鐘十分巧妙的利用了浮力來記錄時間。在《精巧機械的制造知識》一書中大象水鐘應該說是唯一一類可以長時間循環(huán)使用的水力鐘，因為縱觀全書，書中收錄的所有計時裝置在一段時間的運行之后，由于水流盡或者蠟燭燃盡，整個裝置都會失去動力而無法運行，這需要人工裝水或換裝新的蠟燭并將所有的機構重新歸位已進行下一次的使用。這表示在計時裝置的運作中，其依靠人工的比例較大，這對于一臺實用性較大的鐘來說是無法接受的。但是在大象鐘的設計過程中，艾爾·加扎利運用了一種相對比較穩(wěn)定的浮筒機構，這是整個水力計時裝置體系中的點睛之筆。

整個大象鐘本體是一個阿拉伯傳統(tǒng)的大象坐騎的形象（圖4），即：整個大象水鐘的造型是一頭馱有一個四方亭的大象，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，在亭子的上部設有兩條阿拉伯形象的龍，龍頭從亭中伸出，龍頸彎曲，整個龍身在方亭中，用于承接上方下落的鋼球用于報時，而在整個方亭的頂部（圖6），設置的是所有的聯(lián)動機構與報時機構，頂部正前方跪坐一人偶，其雙手與內部聯(lián)動，可左右擺動，人偶兩側透出兩個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個小圓，用來表示當時阿拉伯歷法中的小時，而且黑白兩色占小圓的多少用于表示晝夜，而在其運行時，通過內部的各項聯(lián)動，內部的雙色盤每小時運動一格。而在方亭的頂部裝有一只鳥，每到一個小時，內部釋放的鋼球就會觸發(fā)機關使鳥旋轉并發(fā)出聲響，預示著報時的開始。在象首處坐一人偶，為馭象人的形象，手持馭象工具，兩邊分別有兩個銅瓶，用以承接從龍頭上落下的鋼球，人偶雙手可聯(lián)動，并可以用其手中的器具敲擊象首的銅鐃進行報時。

在整個大象鐘的運行中，其中心的核心動力來自于一個獨立的連接方亭中人偶和方亭頂部報時機構的浮筒，整個浮筒置于象腹中的深水槽中，浮筒上鉆有一個校準過的小孔，可以使整個浮筒在恒定的時間中下沉，并且每一次下沉的時間都是相對恒定的，當浮筒下沉時，其上連接的繩索帶動方亭中的書寫員轉動（圖5），其手中的長筆在刻度盤上指示時間，而當浮筒全部沉入水中時剛好是一個小時，這時浮筒會牽動連接方亭頂部的繩索，拉動機關釋放一顆鋼球，鋼球在軌道中滾動時觸發(fā)鳥的轉動，發(fā)出聲響，預示著報時的開始，然后，鋼球進入一個分隔機關，在壓下機關的同時，機關帶動人偶擺身，并把雙色盤推進一格，然后鋼球進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是處于整條龍的最長力臂處，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，聯(lián)動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)，這是整個大象鐘最為精巧的地方。當鋼球落入象首中后，觸動馭象人（圖7）的機關，拉動人偶的手臂敲擊銅鐃報時，等待報時完成后，一切回歸平靜，進入下一次的循環(huán)。

整個大鐘的點睛之筆在于其將報時與計時機構相對分離，利用浮力與重力使整臺鐘運作，并利用改變重心使得整臺鐘得到重置，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時，并且在蓄水池中加入少量的水以保持鐘的準確運行。相比其他的大型水鐘而言，人力對計時的干涉已經(jīng)降至最低，而且全鐘的恒定計時能力也有很大的提高。

相比之前的希臘和世界各地的水漏，沙漏計時器以及中國的水運儀象臺（公元1088年）而言，阿拉伯的水力計時器并非是全世界最早的機械計時器，而相比13世紀歐洲才出現(xiàn)的機械鐘樓而言，阿拉伯水鐘的獨特風格使得其對現(xiàn)代的鐘表研究者十分著迷。由于其獨特的文化背景，阿拉伯的機械計時器代表了當時甚至是整個阿拉伯科技史中的巔峰之作。其中各類計時裝置都帶有十分濃厚的穆斯林風格。而且，當時運用這些計時器的人群主要集中在當時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人偶在計時的同時兼顧了娛樂性，這也是在這一時期的阿拉伯計時器的特色。

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