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古代也有计程车

2023-04-07刘芳

科学24小时 2023年4期
关键词:计程车宋史复原

刘芳

古人出行也会打车吗?当然,只不过古人的出租车是马车。在现代社会,我们乘坐的出租车一般是按公里数计费,因此也称为计程车。也许你以为计程车的发明者是外国人,其实,这种可以一边行驶一边计算路程的车,最早出现在中国,在当时被称为记里鼓车。

记里鼓车最早是古代帝王出行时使用的仪仗车,车上有二层,皆有木人,车每行驶500米,车上的木人便击鼓一次;每行驶5000米,则击镯一次(镯通“钲”,为古代打击乐器,形似倒置铜钟,有长柄,用于行军)。记里鼓车究竟是什么时候发明的,目前很难断定,不过我国古代重要的数学著作《孙子算经》中,就有一道计算题可能与记里鼓车有关:“今有长安、洛阳相去九百里,车轮一匝一丈八尺。欲自洛阳至长安,问轮匝几何?”意思是说,已知从洛阳到长安的距离是900里(450千米),车轮转一圈走一丈八尺(约6米),问从洛阳到长安,车轮需转多少圈。这不过是一道简单的数学运算题,但是至少可以说明,当时的人们已经注意到了马车运行里程和车轮转动圈数的关系。

关于记里鼓车最早的文字记述,出自西汉时期的《西京杂记》——“记道车,驾四,中道”,意思是记道车,用四匹马驾驶,走中间车道。这个“记道车”指的就是记里鼓车。由此可知,最迟在西汉时期,记里鼓车就已经出现了。位于山东济南孝堂山石祠内的汉代石画像上也有记里鼓车的图样。此后,在西晋史学家陈寿所著《三国志》、崔豹所著《古今注》,以及《隋书》《旧唐书》《新唐书》等书中均有关于记里鼓车的记载。至北宋,卢道隆、吴德仁二人以不同的方法制造出记里鼓车,《宋史·舆服志》对其基本构造和功能原理均有详细记述。

《宋史·舆服志》中所记载的记里鼓车,车外有两个大车轮,车内装有立轮、下平轮、中平轮、上平轮等一系列大大小小的木质齿轮,构成了一套减速齿轮系统,它们始终保持与车轮同时转动。车上还有两个木人和一面鼓。由于车轮的周长是经过计算后制作的,因此车轮转动100周相当于车子行驶了500米,也就是1里,这时车内齿轮系列中的中平轮便会转动1周,通过传动装置拨动车上木人手臂上的绳弦,带动下层木人击鼓一次;行驶10里(5000米),则上层木人击镯一次。这样,乘坐马车的人就可以通过木人击鼓和击镯的次数,测算出车子行驶了多远。

记里鼓车的结构表明,古人在制造它时,已经掌握了齿轮的组合、应用等技术。记里鼓车是通过齿轮的传动来实现减速的目的,这种机械装置的科学原理与近代汽车的里程表基本相同,堪称里程表和齿轮减速器的祖先。

在古代,与记里鼓车一样同为帝王出行服务的还有一种车——指南车。指南车,顾名思义就是可以辨别方向的车。与指南针利用地磁效应不同,指南车采用了能自动离合的齿轮传动系统,是一种机械定向自动控制装置。传说最早制造指南车的人是上古时期的轩辕黄帝,目的是在迷雾中作战不迷失方向,但是由于“齿轮”是在秦以后才出现的,因此考古学者倾向于认为,指南车的出现大约是三国或西汉时期。据史书记载,东汉张衡、三国时代魏国的马钧、南北朝的祖冲之都曾制造过指南车。

指南车主要用于大驾卤簿(即皇帝出行时专用的规格最高、规模最大的车驾仪仗队),与记里鼓车一样,它象征着皇权的威仪和尊贵。作为仪仗车,记里鼓车和指南车的规格大致相同,装饰豪华富丽,并驾齐行,备受历代帝王的青睐。元朝时,蒙古族习惯骑马而少乘车舆,卤簿中也多用马、骆驼、骡,而少用车,大多数车舆种类被取消。自此,指南车与记里鼓车便长久地消失在中国的历史长河中。

汉代记里鼓车

宋代记里鼓车齿轮系统示意图

虽然在《宋史·舆服志》中有对指南车和记里鼓车基本构造的详细记述,但是由于没有可参考的实物和图纸,给历史复原工作带来了极大困难。近代以来,有20多个复原指南车和记里鼓车的例子。比如,1924年,西方学者穆勒就运用机械原理复原了一辆中国古代指南车,但他的复原仅仅是一种在总结古代科技原理的基礎上所进行的再创造,想要达到历史复原的标准,要求会更高,难度也更大。所谓历史复原,就是要严格按照历史文献和考古所提供的资料,根据当时的科学技术水平和社会生产力,严格按照历史原貌去还原,并通过实践,证明其具有使用价值。1937年,中国博物馆学家、古代科技史学家王振铎先生根据《宋史·舆服志》的文献记载,经过十数年的研究和探索,成功地将指南车与记里鼓车进行了历史复原,与历史记载的实物同样大小。1959年,该复制品被保存于中国历史博物馆。

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