欧洲钟表的崛起之路

2022-04-25小白村

科学大众 2022年8期

关键词：报时修道院钟表

□文/小白村

《红楼梦》里，刘姥姥初进大观园，走进王熙凤的院子，“只听见‘咯当’‘咯当’的响声，大有似乎打箩柜筛面的一般，不免东瞧西望的。忽见堂屋中柱子上挂着一个匣子，底下又坠着一个秤砣般一物，却不住的乱幌。刘姥姥心中想着：这是什么爱物儿？有甚用呢？”

小说写的是17世纪初，乡下人头一次看见摆钟的情景。《红楼梦》全书提到钟表11次。在贾府里，不仅贾宝玉怀揣一个核桃大的金表，连亲信奴仆也随身带表。等到贾府衰落，值钱的金自鸣钟都变卖了，抄家清单上仍有钟表18件，可见收藏之多。

近代机械钟表全部产自欧洲，别的地区无法仿制。大航海时代，欧洲人全球做生意，卖得最好的就是钟表。18世纪末，英国量产一种圆形怀表，专供东印度公司送给中国的行商和地方官。英国人发现，中国人对他们的大多数货物反应冷淡，却格外钟爱上了发条的机械。

20世纪复制的重力滚钟

第一次革命：重力代替水力

就像很多欧洲人擅长的技艺一样，报时机器也开始于古希腊。公元前3世纪，地中海就有不少水力驱动的机械，模拟天上星辰相对地平线的运动，这就是水钟。水钟可以用于夜间报时，后来被拜占庭和阿拉伯继承和沿用。中国典籍里也有制作水钟的记载。

但在罗马文明崩溃后，西欧人只晓得用沙漏、水漏、蜡烛计时。直到公元1000年左右，西欧修道院可能从东方又引入了水钟。说“可能”，是因为他们的“horologium（计时器）”一词也可以指日晷和沙漏，缺少实物，我们无法考证。1198年的记载中提到，一个修道院起大火时，大家跑到计时器那里去舀水——暗示那是一个水钟。

1300年前后，欧洲出现了重力驱动的钟。最早由重力驱动的钟可能是1283年安装在英格兰邓斯特布尔修道院的一座钟。据记载，它安装在教堂窗棂上面，因此不大可能是水钟。接下来几十年，重力钟出现在英国、意大利和法国，实物虽然无存，但有对其结构和原理的详细描述。

重力钟的原理，是让重物高高吊起，慢慢落下，持续拉动齿轮。所以，最初的重力钟需要设置在高塔里。

水钟到重力钟的进化，就好像两栖动物演变成不依赖水的爬行动物，从此前途广阔。来自西北欧方言的“clock”一词，也取代了“horologium”这个希腊词。

机械钟表的灵魂——擒纵结构

机械钟的关键，是擒纵机构。通过齿轮与棒子的配合，一擒，一纵，一收，一放，将水钟式的无节奏的动力转化为现代钟表式的有节奏的动力。钟表传出的嘀嗒声，就是擒纵结构的响声。

欧洲人是怎么想出这个结构的呢？有研究认为，更早前有修道院借助类似的原理实现了自动撞钟。无论如何，修道院是这种前沿技术的第一个使用者。

无论是水钟还是重力钟，周期并不稳定。动力大了，钟就快一点；动力小了，钟就慢一点。最早的机械钟，一个昼夜下来能误差两小时。但是，钟的质量在突飞猛进地提高。

1336年，米兰安装了一座时钟，可以在整点时敲钟报时。这个功能大受公众欢迎。随后的200年间，教堂钟楼逐渐普及时钟，欧洲人也习惯了“定点广播报时”。

同时，重力钟也逐渐小型化，有一些已经可以摆进客厅做家具了。

第二次革命：弹簧代替重力

重力机械钟发明100年后，有人在里面安上了弹簧，让弹力代替重力驱动钟。弹簧钟不像重力钟，不一定要吊得高高的，它可以小型化，可以放在桌子上、架子上，也可以轻松搬走。

但弹力驱动的一个问题是弹簧会松，钟走的速度误差太大。早期的弹簧钟，还不如重力钟准确。

克服这个问题的装置叫“均力锥轮”，它是一位不知名的机械天才发明的，出现于1400—1450年。它是一个有凸起螺线的锥形盘，链条绕在这个盘上，并且连接发条。上发条时，越缠绕，螺旋直径越小——发条虽然绷得越紧，链条终端的力却没有增加，稳定输出给钟表。

之所以说发明它的人是个天才，是因为这个锥形轮的纵剖面，其实是双曲线形的。那个年代还没有正确的数学公式去指导手艺人，手艺人是在实践中摸索出了正确的形状。而且他们一定是发明了特殊的机床，才能车出双曲线。这种高超的工艺，现在看来还是令人佩服。

在麦哲伦环游世界的年代，德国工匠生产的、配有均力锥轮的弹簧钟，在欧洲名头响亮。

接下来，钟缩小成了表。人类第一只表诞生于1564年的德国纽伦堡，后来被英国人叫作“纽伦堡蛋”。

1577年，一位匠人为天文学家第谷制造了精确的天文时钟，首次引入了分针。

17世纪中期，惠更斯为钟表添上了两件利器——摆锤和游丝。两者配合，让每日误差20分钟以上的钟表，降低到一两分钟，大大提高了实用性。之后，钟表业加速发展，英国和法国走在前列。

美国学者刘易斯·芒福德曾说：“工业时代的标志是钟表，而不是蒸汽机……钟表是现代技术最前沿的机械，并且在每个阶段都保持着领先，它是其他机器渴望达到的完美标志。可以说，钟表为其他机械提供了模型……钟表业的间接影响也同样重要。作为第一个真正的精密仪器，它在精度和光洁度方面是其他仪器的榜样。无论是机械学影响还是社会影响，钟表都是第一。”

发展动力：炫富推动的产业

在人类历史上地位这么重要的钟表，初衷并不是为了“引领工业革命”或者“带动科技创新”。机械钟的出现，源于修道士对日程表的认真遵守。他们为了不折不扣地定时祈祷，需要更可靠的时间仪器。

很快，昂贵的钟表在修道院外也找到了市场。先是城市里各种富丽堂皇的建筑（比如法院、议会）需要摆放机械钟，然后是富人的宅邸。无论是公费还是自掏腰包，都是为了宣示其非同一般的财力和排场。

可以说，推动钟表发展的，就是人们的欲望——那不仅仅是报时工具，更是高级玩具和珠宝工艺品。

14世纪中期，欧洲钟楼上常会有一个机械人手握木棒敲钟报时。接下来的200年间，敲钟的机械人和动物越来越多，可上演全套戏剧，精美繁复。1499年安装在威尼斯圣马可广场的钟，由两位巨大的牧羊人敲响，一位天使同时吹响号角，东方三博士进场，跪在圣母、圣子面前，一手脱帽，一手献礼，然后起身戴帽出门。这座钟还会显示所有天体的运行位置。瑞士伯尔尼天文塔的钟表建于1530年，每小时会有4分钟的机械人表演：公鸡鸣叫、跳舞的小丑敲钟、克洛诺斯翻转沙漏、城市的吉祥物游行……

最早的表很像现在的豪表，比如保存至今的一只16世纪晚期制造的“纽伦堡蛋”，表盘是金子的，整体是一块六边形的哥伦比亚翡翠，机芯置于其中。那个年代的表往往还做成新奇形状，比如水果或者动物。

保存至今的 16世纪初的“盐器钟”，是法国国王送给英国国王的礼物，银质镀金，缀满珐琅花纹、贝壳与宝石，表盘放在水晶壳里。盐器是当时餐桌上最重要的器具，放在宴会长桌中间。这类“盐器钟”，当时的英国王室收藏了11个。