中世纪阿拉伯早期计时器引述

撰文/朱彦存

中世纪阿拉伯早期计时器引述

撰文/朱彦存

图1 蜡烛钟

图2 具有娱乐功能的水力计时器

自人类的集群化与社会化完成后，人们就开始对时间有了最开始的探索，从远古时期开始，一直到中古时代，除了零星的远远超过当时时代科技的天文仪器如昙花一现一般出现在历史长河中外，人们认识，探索时间的方法仍然停留在白天观察太阳，夜晚仰视星空的阶段，以此来掌握对时间最粗略的认识的阶段。

虽然古代希腊在其存在的文化极盛时期出现过远超当时时代科技水平的安提基希拉装置（公元前150—100年），但是学者与历史学家们大都将其归类到古代天文计算机或天文演示仪器的类型中，因为安提基齐拉装置虽然可以对天体运行进行演示与预测推算，但它缺少了钟表最基本的一层属性：自主运行能力；安提基齐拉装置的动力是通过转动手柄来联动其内部指示机构运行的，与其他的机械计时装置相比，它缺少了想对稳定持续的动力，而且其如果作为钟表的一种，其计时精度只可以精确到天，因此，暂时将其排除在计时器的行列之外。而之前或之后的世界各地都出现过水漏或沙漏等早期的计时器，但其并不能被称为机械计时器。直到公元1029年中国北宋丞相苏颂建成世界上第一台水力机械天文计时器——水运仪象台。

当时间到公元10—11世纪时，阿拉伯地区的阿巴斯王朝在经历了百年翻译运动后，已经在文化方面处于一个比较高的峰值，而且那时的阿拉伯世界国内外的环境相对稳定，经济繁荣，这使得阿巴斯王朝开始在文化方面有新的突破，在各方面的支持之下，阿巴斯王朝涌现出一大批学者，科学家，天文学家，发明家，在那时，阿拉伯的文化发展一度超越了还处在中世纪的欧洲和战火纷飞的亚洲。

由于阿巴斯王朝前期的百年翻译运动对阿拉伯的天文学，工程学等一系列知识的积累，并经过长时间的发展，当时阿拉伯在天文学，工程学等方面所掌握的知识与技术已经超过了同时期的欧洲。拥有了扎实雄厚的理论与文化基础，加上国内外环境稳定以及阿拉伯哈里发（国王）的大量资金支持，催生出一大批阿拉伯历史上的新锐发明家，他们在空气动力学，航海，天文等方面都有相当巨大的贡献，而在他们当中，最为耀眼的就是艾尔·加扎利，他在机械工程学方面的建树可以说是空前绝后。在其一生中，艾尔·加扎利设计了大量划时代意义的机械，有提水机，酒器等，其中就包括了大量的，多种多样的水力和蜡烛机械计时装置（图1），这在整个阿拉伯世界的发展历程中都是空前绝后的，而且其独特的设计风格也使得这类计时器在全世界独具一格，并且具有很高的观赏性和娱乐性，成为钟表发展历程中的光辉而独特的一个分支。

在艾尔·加扎利的科技工程学著作《精巧机械的制造知识》一书中，收入了他平生的大部分发明，而且，在全书中，所有的计时装置皆是利用重力与浮力等力学中最基本的元素来作为计时装置的原动力，其中也有运用一些齿轮来进行传动，但是在这些计时装置当中，最普遍的传动媒介使用的最频繁的其实是绳索，这是当时阿拉伯计时装置的特点。

在书中详细收录的计时装置有十多种，根据动力和材料而言，大体可分为两种：水力计时器和蜡烛计时器。而且这些计时器大都带有独立的报时机构，根据书中的记载，大部分报时装置是利用铜球、钢珠的重力自由下落带动，触发一系列的传动机关并最终带动人偶运动击打乐器发出声响来进行报时，阿拉伯计时装置独特的自成一脉的报时机构，而且其中的大部分都是带有一定的自动化性质，以向当时的哈里发（国王）服务（图2）。

在艾尔·加扎利设计的所有的计时装置中，最具有代表性的一项是一台名为“大象水钟”的水力计时装置（图3）。有区别于受水形与泄水形等利用水的流动来记录时间的计时器，大象水钟十分巧妙的利用了浮力来记录时间。在《精巧机械的制造知识》一书中大象水钟应该说是唯一一类可以长时间循环使用的水力钟，因为纵观全书，书中收录的所有计时装置在一段时间的运行之后，由于水流尽或者蜡烛燃尽，整个装置都会失去动力而无法运行，这需要人工装水或换装新的蜡烛并将所有的机构重新归位已进行下一次的使用。这表示在计时装置的运作中，其依靠人工的比例较大，这对于一台实用性较大的钟来说是无法接受的。但是在大象钟的设计过程中，艾尔·加扎利运用了一种相对比较稳定的浮筒机构，这是整个水力计时装置体系中的点睛之笔。

整个大象钟本体是一个阿拉伯传统的大象坐骑的形象（图4），即：整个大象水钟的造型是一头驮有一个四方亭的大象，亭中跪坐一人，为阿拉伯书写员的形象，手中持一只长笔，其下有一刻度盘，用于作为分钟的指示盘，在亭子的上部设有两条阿拉伯形象的龙，龙头从亭中伸出，龙颈弯曲，整个龙身在方亭中，用于承接上方下落的钢球用于报时，而在整个方亭的顶部（图6），设置的是所有的联动机构与报时机构，顶部正前方跪坐一人偶，其双手与内部联动，可左右摆动，人偶两侧透出两个鹰头作为钢球的出口， 并使钢球落入下方伸出的龙口中，在人偶上方立一圆盘圆盘后有一黑白双色的盘圆上分出十五个个小圆，用来表示当时阿拉伯历法中的小时，而且黑白两色占小圆的多少用于表示昼夜，而在其运行时，通过内部的各项联动，内部的双色盘每小时运动一格。而在方亭的顶部装有一只鸟，每到一个小时，内部释放的钢球就会触发机关使鸟旋转并发出声响，预示着报时的开始。在象首处坐一人偶，为驭象人的形象，手持驭象工具，两边分别有两个铜瓶，用以承接从龙头上落下的钢球，人偶双手可联动，并可以用其手中的器具敲击象首的铜铙进行报时。

在整个大象钟的运行中，其中心的核心动力来自于一个独立的连接方亭中人偶和方亭顶部报时机构的浮筒，整个浮筒置于象腹中的深水槽中，浮筒上钻有一个校准过的小孔，可以使整个浮筒在恒定的时间中下沉，并且每一次下沉的时间都是相对恒定的，当浮筒下沉时，其上连接的绳索带动方亭中的书写员转动（图5），其手中的长笔在刻度盘上指示时间，而当浮筒全部沉入水中时刚好是一个小时，这时浮筒会牵动连接方亭顶部的绳索，拉动机关释放一颗钢球，钢球在轨道中滚动时触发鸟的转动，发出声响，预示着报时的开始，然后，钢球进入一个分隔机关，在压下机关的同时，机关带动人偶摆身，并把双色盘推进一格，然后钢球进入一边的接有鹰头的管道中，从鹰嘴中落下，落在从方亭中伸出的龙首中，由于钢球落在龙首中时是处于整条龙的最长力臂处，而且其重力足够改变整条龙的重心，使龙头慢速下摆，把钢球送至象首，而在整个向下摆的过程中，龙身上的绳索收紧，将方亭中的人偶拉回原位，同时，联动的绳索将沉入水中的浮

图3 大象钟彩图

图4 大象钟外观简图

图5 书写员示意图

图6 方亭顶端正面图

图7 驭象人示意图

筒拉出水面，开始下一次的循环，这是整个大象钟最为精巧的地方。当钢球落入象首中后，触动驭象人（图7）的机关，拉动人偶的手臂敲击铜铙报时，等待报时完成后，一切回归平静，进入下一次的循环。

整个大钟的点睛之笔在于其将报时与计时机构相对分离，利用浮力与重力使整台钟运作，并利用改变重心使得整台钟得到重置，减少了人力的干涉。在大象钟里，只需要在方亭中加入钢球以用作报时，并且在蓄水池中加入少量的水以保持钟的准确运行。相比其他的大型水钟而言，人力对计时的干涉已经降至最低，而且全钟的恒定计时能力也有很大的提高。

相比之前的希腊和世界各地的水漏，沙漏计时器以及中国的水运仪象台（公元1088年）而言，阿拉伯的水力计时器并非是全世界最早的机械计时器，而相比13世纪欧洲才出现的机械钟楼而言，阿拉伯水钟的独特风格使得其对现代的钟表研究者十分着迷。由于其独特的文化背景，阿拉伯的机械计时器代表了当时甚至是整个阿拉伯科技史中的巅峰之作。其中各类计时装置都带有十分浓厚的穆斯林风格。而且，当时运用这些计时器的人群主要集中在当时的穆斯林世界中的穆斯林信徒和阿拉伯帝国的哈里发（国王）。其中带有的大量的活动人偶在计时的同时兼顾了娱乐性，这也是在这一时期的阿拉伯计时器的特色。

历经近千年，当年不可一世的阿拉伯大帝国已经不复存在，而代表当时帝国最高科技的计时机械也跟随帝国的破灭而一同消逝在历史的长河中，当年艾尔·加扎利的众多发明早已失传，唯有艾尔·加扎利的著作《精巧机械的制造知识》在历经千年后最终传到当今，实属万幸。有幸读过一些书中的内容，感触良多，受益匪浅，撰文分享。今后还会继续为大家奉上更多类型的阿拉伯中世纪计时装置的介绍。