丁缓的常满灯

孟晖

每次翻《西京杂记》都是一样的体验，一段又一段的只言片语，没头没尾，但是每一句讲述的事情都优美到直击心灵，却又难以理解，因而让人不敢相信。就像听到树林里传来一声歌唱，唱了一句就停住，好听得让你心里“咚”地一跳，你被深深吸引，但却不知道这句歌词是嵌在怎样的一支完整歌曲里，不知道那支歌的整首旋律，更不知道那支歌的经历，它卷入其中的人文氛围，唱这支歌的都是些什么样的男男女女，他们有过怎样的获得和失去——这就是读《西京杂记》的感觉。

让这本书变得更有魅力的是，现代考古成果不断证明其中一部分内容的真实性，满城中山王墓的发掘就让大家恍然大悟，原来“汉帝送死，皆珠襦玉匣”说的是金缕玉衣。另外，联系现实，或者文献考证，也能搞清楚该书的一些条文，如“入水不濡”的“吉光裘”应该是指石棉布。这些研究成果证明了《西京杂记》并不荒谬，而是一册珍贵的史料摘录。

该书有一条记载“常满灯、被中香炉”：

长安巧匠丁缓者，为常满灯，五龙七凤，杂以芙蓉连藕

之奇。又作卧褥香炉，又名被中香炉……

其中，“被中香炉”出土了唐代实物，并引发了广泛的讨论。李约瑟《中国科学技术史》之《机械工程》一册中有专门一节《“卡丹”平衡环》，把这个话题发展为科学史研究，影响深刻。厉害的是，这位大学者在该节的一条注释里顺便解释了“常满灯”（汉译本252页，科学出版社一九九九年）。据注文中讲，他在斯里兰卡考古调查所博物馆看到了几件常满灯实物。考古学家在德底伽摩塔的上层房间的废墟中发现了它们，而该塔建于十二世纪，因此这几件常满灯被认定是十二世纪的文物。

李约瑟简单地介绍了那几只灯的结构和运作原理，都是多灯头的悬灯，四周为放置灯芯的油碗，中间有一只大象作为储油罐，当灯碗内的油因燃烧而下降，“气泡上升的时候”，“大象的生殖器就作为油管向油碗注油”。他指出常满灯是利用了气压原理，但具体怎样形成“常满”的效果，却没有交代明白。这就意味着，仅仅凭这一条注文，我们还是无法理解丁缓的杰出作品。

由于对伊斯兰文明的忽视，让我们难以注意到，常满灯的秘密记录在一本九世纪的里程碑式的工学著作《奇器之书》里，一千年来都在等着中国人的目光。《奇器之书》的作者为穆萨·本·沙克尔三兄弟，依次名为穆罕默德（八七三年去世）、艾哈迈德和艾尔哈桑，他们生活在阿巴斯王朝的盛期、英主马蒙统治的时代，是著名的巴格达“智慧宫”的重要成员。该书介绍了约一百件能制造奇妙效果的器具，不仅讲述每件器物的构造、制作过程，还解释运作的原理，并且配有内部结构图，在中世纪的伊斯兰世界备受赞誉，并有后世抄本幸运地流传至今。伊斯兰科技史学者唐纳德·R.希尔（Donald R.Hill）根据三份传世的阿拉伯文手稿，将这一重要作品翻译成英文并加以校注，这个英译本于一九七九年出版，让世界上更多的人从此有机会了解千年前的科技成就。

说来你可能不信，《奇器之书》记录了三种常满灯，即95项、97项和76项。其中，95项（图一）最为简单，李约瑟在斯里兰卡看到的古灯就属于这一款式：

图一（希尔整理图）

灯制，一旦注入之后即保持满盏，减少之后会随时补充。于是灯盏内始终满盛着油，不见减少，让看到的人以为灯焰没有消耗油。见图示，制作一根圆柱，顶部标为d。其上半截是一个空心球，亦即储油罐，用fsx来指代……d点开有孔洞，插入一支空心管dq，q端是封闭的，而d端为敞口。在管dq的腔里，再固定一支细（弯）管jb，由管dq的壁上穿出，形式如插图所标，其终端横伸到球腔里。这样，当油由d口注入，会穿过管dq，于管jb内上升，然后流到球罐fsx里。在球罐的侧畔固定一只正常样式的油灯ah，在灯的盏腔与球腔彼此接合的位置，一上一下开两个孔，孔e和孔z。由上方的孔e衔接一支细管el（向上斜举在球腔内部）。在灯盏内放一根粗灯芯。由d口注油，令其经管jb汇入球腔fsx。在如我们所愿注入适量油之后，打开孔z，油便会流进灯盏，直到淹没孔e——也可以不堵塞孔z，而是由其口接出一根上举的弯管。点燃灯芯，灯盏内的油便会慢慢燃烧，随着灯油消耗，孔e会露出油面，这时，空气经由管el进入球腔fsx，空气涌入多少，便会有多少（球腔内的）储油通过孔z涌出到盏碗里，直至孔e再次被埋没。如此，每当灯油将油消耗，孔e暴露，空气便能涌入储油罐，于是造成同等量的油流出，最终将管e封住。就这样反复不止。（据英译本，下同）

如此完整的介绍，配着插图，让人顿悟灯油“常满”的奥秘，原来是利用气压原理，由附设在灯畔的储油罐间断地、有规律地向灯盏内补油。

不过穆萨三兄弟没有止步于此，在接下来的96项中，介绍了一种能够自动出灯芯的灯，于灯盏内设置一组包括齿轮与带齿滑轨、滑轮、链条的联动装置，利用气压原理驱使这组装置隔一段时间就发生一次运动，让灯芯从灯嘴里冒出一截。随之，97项（图二）则是95款与96款的合体，构造也就复杂了许多：

灯制，自动出灯芯，自动补油，让任何人看到都以为火焰既没有消耗油也没有消耗灯芯。这种灯被称为“神灯”。方法在于，造一座自动出灯芯的灯，我们对其复制（并加以调整），做出了图示，即内里有个转轮k，上挂链条k，链条一端固定着重坠s。我们再将自动补油灯的图示亦加以复制（即将两座灯结合在一起），但加装一根长管（由油灯盏腔接出，竖立在储油罐里），空气由这根管从油灯流通到灯柱上的储油罐jb里。链条要延伸到这根竖管内，并如图所示，在豎管的上方再设置一个小滑轮，让链条由其上绕过（然后垂在储油罐里），末端坠一个浮标t。浮标t的重量必须是垂坠s的两倍，它是浮于油面上。在储油罐与灯之间开两个孔，孔a以及孔j，由孔a接出一根细管ae，其终端出口为一只鸟头的喙。油灯的顶面板上开有孔f，该鸟头应该位于孔f之上方，这样，当油流过管ae后，会滴落入孔f，汇进盏腔。

图二（希尔整理图）

须知，一旦通过孔l注油，油会落入管ls，再经管wz，涌进此管插入其中的储油罐。浮标t上升，重坠s下沉，在下沉过程中拉动链条，后者牵扯滑轮转动，引发齿轮与之一同运动。带齿轮的杆ms跟着滑动，让灯芯向方向x移动。

注入足量油后，灯腔fb灌满了油，此时在众目睽睽之下点燃灯芯。油渐渐消耗，直到孔j暴露出来，空气通过孔j进入储油罐，油便从储油罐通过管ae进入灯盏，接着会有油滴从鸟喙滴落，直到管口j被堵住为止。随后，储油罐内的油平面逐渐下降，浮标t降低，拉动链条，重坠s上升，滑轮k和齿轮y转动，嵌装有灯芯线的曲杆向方向x转动，于是灯芯冒出。

要明白，我们制作的是一只自动吐露灯芯的灯，但利用这些装置也可以造出一座标记时间的灯，每过一个小时，就掉下一个小球。这一方法无法达到绝对精确，但能大致精确。如果愿意的话，那么还可以做到每过去一天，浮标下沉能引发一个球落下，于是，任何人如果想知道自灯点起之后过去了多少时间，只要看看落球的数目，把一个球算作一天。信徒愿意使用这种灯——他们看到它，以为是一盏永恒的灯，灯焰永远不灭，油管里永远有燃料。他们就成了魔术师。在教堂里，基督徒把灯柱和储油罐都嵌在墙内，用墙体隐藏起来，只显露灯的部分，由此在观看者的眼里更显美丽。

这个装置听起来就很神奇了，如果藏在墙内的储油罐很大，而灯焰又微弱的话，那么每添一次油之后，自动出灯芯、自动补油的机械化工作可以持续一段时间，按文中的说法，是可以几天都不添油而装置自行运作，在不明就里的人看来，真是一盏不需要外力就永远长明不熄的灯了，难怪古人称之为“神灯”。更让人惊奇的是，这种神灯还能改装成时钟，利用书中未加详解的办法，可以每隔一小时——大概是从吐灯捻的油灯嘴处——掉下一个小球，或者设定成每一天掉下一个小球。“阿拉丁神灯”的故事之能出现，大概是受了这类魔术灯的启发吧！

然而你以为魔术到这一步就完了吗？不，没有，书中还有76项（图三），要复杂好多，实际上这一装置的首要目的是作为常满酒盆，但也可以用作油灯或熏炉，或供人或家畜的饮水器：

图三（希尔整理图）

其制品为一只容器，这个容器应有美观的外形，我们以abf标示。内部用一片平板xl平均分割成上下两半，而其下半部lxf再用一片竖板SH隔开。在平板xl上开一个孔w，安装一个能朝上活动的阀门。在顶面ab开一个大洞j，在其中嵌入一个宽管jz，在将近管jz的底部升起管zd，延伸到近于顶部之处破壁而出。制作两个小箱khe和M，以一只管Mkh将二者相贯接，并把它们安排成如插图所示的样式。在管Mkh中间的下面，竖立一根立杆Ty，并在y点通过一个转轴令其与管相衔。管zd落入箱khe中。用一根杆ew把阀门w的塞子与箱khe的底部连在一起，这样，当箱M下沉的时候，箱khe就会升起，而阀门w也打开。在箱abx的顶面，由a点接出一根管as，此管穿过平板lx进入箱H——空气就是由这支管进出。制造一只箱tk，将其竖立在我们选中的地方，固定好之后，箱顶亦即盆缘需比管的s端略高——标为sh之处需与箱内的m处位于同一水平上。在水盆（即箱tk）之内安放一只鸟的雕像，由箱1HS伸出一根管tm，一路进入雕像的腿部，最终通到鸟喙，形成出口，如图所示。

根据文字与插图应该清楚，酒或者油或者其他液体如果被注入容器顶部的孔j，会流进管jz，再经管zd，泄漏到箱khe中，又从箱khe通过管khM汇入箱M，接着从箱M溢出，落在容器abxl里。一旦中止注酒，箱khe变空，而箱M仍然是满的，便会下沉。于是箱khe上升，活阀w打开，液体流入容器1HS，随即进入水盆k。当酒或其他液体达到盆内的sh点、箱1HS内的s点，液体便被阻住，既无法流入水盆k也无法流入1HS，因为空气流出的通道，即管as，遭到了堵塞。须知，无论酒还是其他任何液体，一旦从水盆k舀出，导管的s端就会暴露出来，于是空气通过管ls进入箱abx，也就会有等量的液体由此箱流出。要明白，如果用一只点着灯芯的油灯替换掉水盆，那么每当灯油耗掉，便会有等量的油补回灯盏中。

如此复杂的机关设计，不知实际操作的效果如何？可能机械专业的人才一眼就能看明白，也或者需要通过重建这套装置来加以检验。希尔并没有否定此款常满装置的可行性，只是指出原版插图中的一根管子的位置不对。

这三则设计足以让我们明白，在古代世界，常满灯并非人们幻想中的奇迹，而是经过一代代能人巧匠不断研究形成的技术成果。实际上，95款常满灯并非穆萨三兄弟的首创，拜占庭的菲隆（公元前三世纪）、亚历山大城的希罗（公元前一0年至公元七0年）在各自的著作中都已经提到了它。因此，《西京杂记》中的相关记载不是信口雌黄，而是在某种程度上记录了历史真实——你可以怀疑是否真有丁缓其人，怀疑是否在西汉时、在公元前一世纪、在赵飞燕的时代中国人已经掌握了常满灯制作方法，你也可以认为，既然菲隆发明在前，那么常满灯是由西方传入的，但是，在《西京杂记》成书的年代，当时的中国人了解和见识过常满灯，那是可以肯定的。

实际上，所谓丁缓制造常满灯，我们也无法证伪，没有什么方法去证明书中所言不可信。倒是一条条考古发现和文献考证反复教导我们，《西京杂记》的内容是可靠的史料。也就是说，我们其实没有任何理由否认书中的这一条资料。

所以，可以动脑筋发散思维的倒是，丁缓的常满灯，究竟接近95款，仅仅能够自动补油，还是接近97款，能同时补油和吐灯芯？甚或更接近76款？须知，书中接着还提到丁缓的另一项能耐：“又作七轮扇，连七轮，大皆径丈，相连续，一人运之，满堂寒颤。”就是说这位天才工程师非常擅长使用滑轮、链条传输装置乃至齿轮装置制造大型的联动设备。97款，恰恰是齿轮、带齿轨、滑轮与链条的组合。所以，何以见得丁缓不是创造了一个类似结构的常满灯呢？

据《西京杂记》，丁缓的常满灯“五龙七凤，杂以芙蓉连藕之奇”，具有那個时代流行的多枝灯形式，因此尺寸不会太小，至少应与目前出土的汉代多枝灯实物差不多，在一米上下。据此推测，这架灯像李约瑟见到的斯里兰卡古灯一样，环绕着储油罐分布多个灯头，也就是说，把中央的主灯杆扩大成储油罐，在罐式杆的外壁上附着多条立体的龙凤雕塑，于龙头、凤喙处做出灯盏，点亮灯芯。不过，龙凤数目如此之多，显示它可能是一架组合灯，即，灯头至少分为两层，甚至分更多层，上下错落分布，要做到这一点，可能需要至少两架常满灯上下叠置才行，在一架多灯头常满灯之上再固定另一架多灯头常满灯。另外也可能如97款一样，上层的一个乃至几个龙或凤头负责滴油。一条条呈飞翔腾降姿态的龙凤之间，还缠绕着莲花荷叶等装饰，就是这样的华灯，曾经照亮汉成帝的宫殿。如果你坚持《西京杂记》中描写的这种灯具是在夸张，那也该明白，如此的夸张是建立在坚实的技术基础之上的。

也许，我们该做的是留意考古发现与文献，看看历史上是否还有其他常满灯的踪迹。97款也可以做成灯钟，内里利用了滑轮与齿轮，而《宋史·天文志》“皇祐漏刻”一节提到，古代有“轮漏”，或者便有着相似的结构。另外，李约瑟《中国科学技术史》第三卷《数学、天学和地学》中注意到，北宋人王普设计的刻漏有一处与众不同，给最低一级安置刻箭的受水壶添加了特殊装置：“即当刻箭上升到最高位置时，便把流水经过的管口堵塞了”，“不过这种装置不是用以控制水流，而是堵塞水流”。显然，这是反向应用了95款的构造和原理，每当受水壶内的水位让刻箭升至终点时，会堵住通空气的孔洞，于是进水管内的水无法再滴入受水壶。这时候，一个昼夜的周期正好结束，而刻漏拒绝继续运作，这就提醒相关的负责人立刻去调整漏壶，拔开受水壶壁低处的退水口，排清壶内的水。接下来，空气流通恢复，进水随着也恢复，新一轮运作便自动开始了，启动又一个十二时辰的计时。

敏锐如李约瑟者，也没有醒悟到此般设计的原理与意义，表示：“并且这样做的目的也未全部弄清。”其实目的很清楚，就是利用气压原理，让漏壶在经过整整一个昼夜的滴流之后，在十二时辰终结的那一刻戛然而止，用这个方法，强迫管理者每天准时准点为受水壶排水，顺便对整套刻漏装置加以整理，由此保证新一轮计时顺畅地启动。用断流的方式为时间的流逝打点，说起来还真是别致。