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計(jì)量論壇

標(biāo)題: （轉(zhuǎn)）時(shí)間計(jì)量的進(jìn)步 [打印本頁(yè)]

作者: duomeiti 時(shí)間: 2007-2-26 15:26
標(biāo)題: （轉(zhuǎn)）時(shí)間計(jì)量的進(jìn)步
時(shí)間計(jì)量的進(jìn)步
　　相對(duì)于溫度計(jì)量而言，時(shí)間計(jì)量對(duì)于科技發(fā)展和社會(huì)生活更為重要。中國(guó)的時(shí)間計(jì)量，也有一個(gè)由傳統(tǒng)到近代的轉(zhuǎn)變過(guò)程。這一過(guò)程開(kāi)始的標(biāo)志，主要表現(xiàn)在計(jì)時(shí)單位的更新和統(tǒng)一、計(jì)時(shí)儀器的改進(jìn)和普及上。
　　就計(jì)時(shí)單位而言，除去年月（朔望月）日這樣的大時(shí)段單位決定于自然界一些特定的周期現(xiàn)象以外，小于日的時(shí)間單位一般是人為劃分的結(jié)果。中國(guó)人對(duì)于日以下的時(shí)間單位劃分，傳統(tǒng)上采用了兩個(gè)體系，一個(gè)是十二時(shí)制，一個(gè)是百刻制。十二時(shí)制是把一個(gè)晝夜平均分為12個(gè)時(shí)段，分別用子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥這12個(gè)地支來(lái)表示，每個(gè)特定的名稱(chēng)表示一個(gè)特定的時(shí)段。百刻制則是把一個(gè)晝夜平均分為100刻，以此來(lái)表示生活中的精細(xì)時(shí)段劃分。
　　十二時(shí)制和百刻制雖然分屬兩個(gè)體系，但它們表示的對(duì)象卻是統(tǒng)一的，都是一個(gè)晝夜。十二時(shí)制時(shí)段較長(zhǎng)，雖然唐代以后每個(gè)時(shí)段又被分為時(shí)初和時(shí)正兩部分，但其單位仍嫌過(guò)大，不能滿(mǎn)足精密計(jì)時(shí)的需要。百刻制雖然分劃較細(xì)，體現(xiàn)了古代計(jì)時(shí)制度向精密化方向的發(fā)展，但在日與刻之間缺乏合適的中間單位，使用起來(lái)也不方便。正因?yàn)槿绱耍@兩種制度就難以彼此取代，只好同時(shí)并存，互相補(bǔ)充。在實(shí)用中，古人用百刻制來(lái)補(bǔ)充十二時(shí)制，而用十二時(shí)制來(lái)提攜百刻制。
　　既然十二時(shí)制與百刻制并存，二者之間就存在一個(gè)配合問(wèn)題。可是100不是12的整數(shù)倍，配合起來(lái)頗有難度，為此，古人在刻下面又分出了小刻，1刻等于6小刻，這樣每個(gè)時(shí)辰包括8刻2小刻，時(shí)初時(shí)正分別包括4刻1小刻。這種方法雖然使得百刻制和十二時(shí)制得到了勉強(qiáng)的配合，但它也造成了時(shí)間單位劃分繁難、刻與小刻之間單位大小不一致的問(wèn)題，增加了相應(yīng)儀器制作的難度，使用起來(lái)很不方便。它與時(shí)間計(jì)量的要求是背道而馳的。
　　傳教士介紹進(jìn)來(lái)的時(shí)間制度，改變了這種局面。明朝末年，傳教士進(jìn)入我國(guó)之后，在其傳入的科學(xué)知識(shí)中，首當(dāng)其沖就有新的時(shí)間單位。這種新的時(shí)間單位首先表現(xiàn)在對(duì)傳統(tǒng)的“刻”的改造上，傳教士取消了分一日為100刻的做法，而代之以96刻制，以使其與十二時(shí)制相合。對(duì)百刻制加以改革的做法在中國(guó)歷史上并不新鮮，例如漢哀帝時(shí)和王莽時(shí)，就曾分別行用過(guò)120刻制，而南北朝時(shí)，南朝梁武帝也先后推行過(guò)96刻制和108刻制，但由于受到天人感應(yīng)等非科學(xué)因素的影響，這些改革都持續(xù)時(shí)間很短。到了明末清初，歷史上曾存在過(guò)的那些反對(duì)時(shí)刻制度改革的因素已經(jīng)大為削弱，這使得中國(guó)天文學(xué)界很快就認(rèn)識(shí)到了傳教士的改革所具有的優(yōu)越性，承認(rèn)利瑪竇等“命日為九十六刻，使每時(shí)得八刻無(wú)奇零，以之布算制器，甚便也。”[10]
　　傳教士之所以首先在角度計(jì)量和時(shí)間單位上進(jìn)行改革，是有原因的。他們要藉科學(xué)技術(shù)引起中國(guó)學(xué)者的重視，首先其天文歷法要準(zhǔn)確，這就需要他們運(yùn)用西方天文學(xué)知識(shí)對(duì)中國(guó)的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較、推算，如果在角度和時(shí)間這些基本單位上采用中國(guó)傳統(tǒng)制度，他們的運(yùn)算將變得十分繁難。　　傳教士對(duì)計(jì)時(shí)制度進(jìn)行改革，首先提出96刻制，而不是西方的時(shí)、分、秒（HMS）計(jì)時(shí)單位體系，是因?yàn)樗麄兛紤]到了對(duì)中國(guó)傳統(tǒng)文化的兼顧。在西方的HMS計(jì)時(shí)單位體系中，刻并不是一個(gè)獨(dú)立單位，傳教士之所以要引入它，自然是因?yàn)榘倏讨圃谥袊?guó)計(jì)時(shí)體系中有著極為重要的地位，而且行用已久，為了適應(yīng)中國(guó)人對(duì)時(shí)間單位的感覺(jué)，不得不如此。傳教士引入的96刻制，每刻長(zhǎng)短與原來(lái)百刻制的一刻僅差36秒，人們?cè)谏盍?xí)慣上很難感覺(jué)到二者的差別，接受起來(lái)也就容易些。由于西方的時(shí)與中國(guó)十二時(shí)制中的小時(shí)大小一樣，所以，新的時(shí)刻制度的引入，既不至于與傳統(tǒng)時(shí)刻制度有太大的差別而被中國(guó)人拒絕，又不會(huì)破壞HMS制的完整。所以，這種改革對(duì)于他們進(jìn)一步推行HMS制，也是有利的。
　　96刻制雖然兼顧到了中國(guó)傳統(tǒng)，但也仍然遭到了非議，最典型的例子就是清康熙初年楊光先引發(fā)的排教案中，這一條被作為給傳教士定罪的依據(jù)之一。《清圣祖實(shí)錄》卷十四《康熙四年三月壬寅》是這樣記錄該案件的：“歷法深微，難以區(qū)別。但歷代舊法每日十二時(shí)，分一百刻，新法改為九十六刻，……俱大不合。”不過(guò)，這種非議畢竟不是從科學(xué)角度出發(fā)的，它沒(méi)有影響到天文學(xué)界對(duì)新法的采納。對(duì)此，南懷仁在《歷法不得已辨·辨晝夜一百刻之分》中的一段的話(huà)可資證明：“據(jù)《授時(shí)歷》分派百刻之法，謂每時(shí)有八刻，又各有一奇零之?dāng)?shù)。由粗入細(xì)，以遞推之，必將為此奇零而推之無(wú)窮盡矣。況邇來(lái)疇人子弟，亦自知百刻煩瑣之不適用也。其推算交食，求時(shí)差分，仍用九十六刻為法。”南懷仁說(shuō)的符合實(shí)際，自傳教士引入新的時(shí)刻制度后，96刻制就取代了百刻制。十二時(shí)制和96刻制并行，是清朝官方計(jì)時(shí)制度的特點(diǎn)。　　但新的時(shí)刻制度并非完美無(wú)暇，例如它仍然堅(jiān)持用漢字的特定名稱(chēng)而不是數(shù)字表示具體時(shí)間，這不利于對(duì)時(shí)間進(jìn)行數(shù)學(xué)推演。不過(guò)，傳教士并沒(méi)有止步不前，除了96刻制之外，他們也引入了HMS制。我們知道，HMS制是建立在360°圓心角分度體系基礎(chǔ)之上的，既然360°圓心角分度體系被中國(guó)人接受了，HMS這種新的計(jì)時(shí)單位制也同樣會(huì)被中國(guó)人接受，這是順理成章之事。所以，康熙九年（公元1670年）開(kāi)始推行96刻制的時(shí)候，一開(kāi)始推行的就是“周日十二時(shí)，時(shí)八刻，刻十五分，分六十秒”之制，[11]這實(shí)際上就是HMS制。這一點(diǎn)，在天文學(xué)上表現(xiàn)最為充分，天文儀器的制造首先就采用了新的時(shí)刻制度。在清代天文儀器的時(shí)圈上，除仍用十二辰外，都刻有HMS分度。[12]這里不妨給出一個(gè)具體例子，在南懷仁主持督造的新天文儀器中，有一部叫赤道儀，在這臺(tái)儀器的“赤道內(nèi)之規(guī)面并上側(cè)面刻有二十四小時(shí)，以初、正兩字別之，每小時(shí)均分四刻，二十四小時(shí)共九十六刻，規(guī)面每一刻平分三長(zhǎng)方形，每一方平分五分，一刻共十五分，每一分以對(duì)角線(xiàn)之比例又十二細(xì)分，則一刻共一百八十細(xì)分，每一分則當(dāng)五秒。[13]” 通過(guò)這些敘述，我們不難看出，在這臺(tái)新式儀器上，采用的就是HMS制。前節(jié)介紹溫度計(jì)量，南懷仁在介紹其溫度計(jì)用法時(shí)，曾提到“使之各摩上球甲至刻之一二分（一分即六十秒，定分秒之法有本論，大約以脈一至，可當(dāng)一秒）”[14] 。這里所說(shuō)的分、秒，就是HMS制里的單位。這段話(huà)是HMS制應(yīng)用于天文領(lǐng)域之外的例子。
　　在康熙“御制”的《數(shù)理精蘊(yùn)》下編卷一《度量權(quán)衡》中，HMS制作為一種時(shí)刻制度，是被正式記載了的：　　歷法則曰宮（三十度）、度（六十分）、分（六十秒）、秒（六十微）、微（六十纖）、纖（六十忽）、忽（六十芒）、芒（六十塵）、塵；　　又有日（十二時(shí)，又為二十四小時(shí)）、時(shí)（八刻，又以小時(shí)為四刻）、刻（十五分）、分，以下與前同。 [15]

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作者: duomeiti 時(shí)間: 2007-2-26 15:28
標(biāo)題: 接上面
　　引文中括號(hào)內(nèi)文字為原書(shū)所加之注。引文的前半部分講的是60進(jìn)位制的角度單位，是傳教士引入的結(jié)果；后半部分就是新的時(shí)刻制度，本質(zhì)上與傳教士所介紹的西方時(shí)刻制度完全相同。《數(shù)理精蘊(yùn)》因?yàn)橛衅洹坝啤鄙矸荩挠浭觯瑯?biāo)志著新的時(shí)刻制度完全獲得了官方的認(rèn)可。
　　有了新的時(shí)刻制度，沒(méi)有與時(shí)代相應(yīng)的計(jì)時(shí)儀器，時(shí)間計(jì)量也沒(méi)法發(fā)展。
　　中國(guó)傳統(tǒng)計(jì)時(shí)儀器有日晷、漏刻、以及與天文儀器結(jié)合在一起的機(jī)械計(jì)時(shí)器，后者如唐代一行的水運(yùn)渾象、北宋蘇頌的水運(yùn)儀象臺(tái)等。日晷是太陽(yáng)鐘，使用者通過(guò)觀測(cè)太陽(yáng)在其上的投影和方位來(lái)計(jì)時(shí)。在陰雨天和晚上無(wú)法使用，這使其使用范圍受到了很大限制。在古代，日晷更重要的用途不在于計(jì)時(shí)，而在于為其它計(jì)時(shí)器提供標(biāo)準(zhǔn)，作校準(zhǔn)之用。漏刻是水鐘，其工作原理是利用均勻水流導(dǎo)致的水位變化來(lái)顯示時(shí)間。漏刻是中國(guó)古代的主要計(jì)時(shí)儀器，由于古人的高度重視，漏刻在古代中國(guó)得到了高度的發(fā)展，其計(jì)時(shí)精度曾達(dá)到過(guò)令人驚異的地步。在東漢以后相當(dāng)長(zhǎng)的一段歷史時(shí)期內(nèi)，中國(guó)漏刻的日誤差，常保持在1分鐘之內(nèi)，有些甚至只有20秒左右。[16] 但是，漏刻也存在規(guī)模龐大、技術(shù)要求高、管理復(fù)雜等缺陷，不同的漏刻，由不同的人管理，其計(jì)時(shí)結(jié)果會(huì)有很大的差別。顯然，它無(wú)法適應(yīng)時(shí)間計(jì)量在準(zhǔn)確度和統(tǒng)一化方面的要求。
　　與天文儀器結(jié)合在一起的機(jī)械計(jì)時(shí)器也存在不利于時(shí)間計(jì)量發(fā)展的因素。中國(guó)古代此類(lèi)機(jī)械計(jì)時(shí)器曾發(fā)展到非常輝煌的地步，蘇頌的水運(yùn)儀象臺(tái)，就規(guī)模之龐大、設(shè)計(jì)之巧妙、報(bào)時(shí)系統(tǒng)之完善等方面，可謂舉世無(wú)雙。但古人設(shè)計(jì)此類(lèi)計(jì)時(shí)器的原意，并非著眼于公眾計(jì)時(shí)之用，而是要把它作為一種演示儀器，向君王等表演天文學(xué)原理，這就注定了由它無(wú)法發(fā)展成時(shí)間計(jì)量。從計(jì)量的社會(huì)化屬性要求來(lái)看，在不同的此類(lèi)儀器之間，也很難做到計(jì)時(shí)結(jié)果的準(zhǔn)確統(tǒng)一。所以，要實(shí)現(xiàn)時(shí)間計(jì)量的基本要求，機(jī)械計(jì)時(shí)器必須與天文儀器分離，而且還要把傳統(tǒng)的以水或流沙的力量為動(dòng)力改變?yōu)橐灾劐N、發(fā)條之類(lèi)的力量為動(dòng)力，這樣才能敲開(kāi)近代鐘表的大門(mén)，為時(shí)間計(jì)量的進(jìn)步準(zhǔn)備好基本的條件。在我國(guó)，這一進(jìn)程也是借助于傳教士引入的機(jī)械鐘表而得以逐步完成的。
　　最早把西洋鐘表帶到中國(guó)來(lái)的是傳教士羅明堅(jiān)（Michel Ruggieri，1543-1607）。[17]羅明堅(jiān)是意大利耶穌會(huì)士，1581年來(lái)華，先在澳門(mén)學(xué)漢語(yǔ)，后移居廣東肇慶。他進(jìn)入廣東后，送給當(dāng)時(shí)的廣東總督陳瑞一架做工精制的大自鳴鐘，這使陳瑞很高興，于是便允許他在廣東居住、傳教。
　　羅明堅(jiān)送給陳瑞的自鳴鐘，為適應(yīng)中國(guó)人的習(xí)慣，在顯示系統(tǒng)上做了些調(diào)整，例如他把歐洲機(jī)械鐘時(shí)針一日轉(zhuǎn)兩圈的24小時(shí)制改為一日轉(zhuǎn)一圈的12時(shí)制，并把顯示盤(pán)上的羅馬數(shù)字也改成了用漢字表示的十二地支名稱(chēng)。他的這一更改實(shí)質(zhì)上并不影響后來(lái)傳教士對(duì)時(shí)刻制度所做的改革，也正因?yàn)檫@樣，他所開(kāi)創(chuàng)的這種十二時(shí)辰顯示盤(pán)從此一直延續(xù)到清末。
　　羅明堅(jiān)的做法啟發(fā)了相繼來(lái)華的傳教士，晚于羅明堅(jiān)一年來(lái)華的利瑪竇也帶來(lái)了西洋鐘表。當(dāng)還在廣東肇慶時(shí)，利瑪竇就將隨身攜帶的鐘表、世界地圖以及三棱鏡等物品向中國(guó)人展示，引起中國(guó)人極大的好奇心。當(dāng)他抵達(dá)北京，向朝廷進(jìn)獻(xiàn)這些物品時(shí)，更博得了朝廷的喜歡。萬(wàn)歷皇帝將西洋鐘置于身邊，還向人展示，并允許利瑪竇等人在京居住、傳教。
　　明朝滅亡之后，來(lái)華傳教士轉(zhuǎn)而投靠清王朝，以繼續(xù)他們?cè)谌A的傳教事業(yè)。在他們向清王朝進(jìn)獻(xiàn)的各種物品中，機(jī)械鐘表仍然占據(jù)突出地位。湯若望就曾送給順治皇帝一架“天球自鳴鐘”。在北京時(shí)與湯若望交誼甚深的安文思（Gabriel de Magalhaens，1609－1677）精通機(jī)械學(xué)，他不但為順治帝、康熙帝管理鐘表等，而且自己也曾向康熙帝獻(xiàn)鐘表一架。南懷仁還把新式機(jī)械鐘表的圖形描繪在其《靈臺(tái)儀象志》中，以使其流傳更為廣泛。在此后接踵而至的傳教士中，攜帶機(jī)械鐘表來(lái)華的大有人在。還有不少傳教士，專(zhuān)門(mén)以機(jī)械鐘表師的身份在華工作。
　　傳教士引進(jìn)的機(jī)械鐘，使中國(guó)人產(chǎn)生了很大興趣。崇禎二年，禮部侍郎徐光啟主持歷局時(shí)，在給皇帝的奏請(qǐng)制造天文儀器的清單中，就有“候時(shí)鐘三” [18]，表明他已經(jīng)關(guān)注到了機(jī)械鐘表的作用。迨至清朝，皇宮貴族對(duì)西洋自鳴鐘的興趣有增無(wú)減，康熙時(shí)在宮中設(shè)有 “兼自鳴鐘執(zhí)守侍首領(lǐng)一人。專(zhuān)司近御隨侍賞用銀兩，并驗(yàn)鐘鳴時(shí)刻”。在敬事房下還設(shè)有鐘表作坊，名曰“做鐘處”，置“侍監(jiān)首領(lǐng)一人”，負(fù)責(zé)鐘表修造事宜。[19]在上層社會(huì)的影響之下，制作鐘表的熱情也普及到了民間，大致與宮中做鐘的同時(shí)，在廣州、蘇州、南京、寧波、福州等地也先后出現(xiàn)了家庭作坊式的鐘表制造或修理業(yè)，出現(xiàn)了一批精通鐘表制造的中國(guó)工匠。清廷“做鐘處”里的工匠，除了一部分由傳教士充任的西洋工匠之外，還有不少中國(guó)工匠，就是一個(gè)有力的證明。鐘表制作的普及，為中國(guó)時(shí)間計(jì)量的普及準(zhǔn)備了良好的技術(shù)條件。
　　中國(guó)人不但掌握了鐘表制作技術(shù)，而且還對(duì)之加以記載，從結(jié)構(gòu)上和理論上對(duì)之進(jìn)行探討和改進(jìn)。明末西洋鐘表剛進(jìn)入中國(guó)不久，王徵在其《新制諸器圖說(shuō)》（成書(shū)于1627年）中就描繪了用重錘驅(qū)動(dòng)的自鳴鐘的示意圖，并結(jié)合中國(guó)機(jī)械鐘報(bào)時(shí)傳統(tǒng)將其報(bào)時(shí)裝置改成敲鐘、擊鼓和司辰木偶。清初劉獻(xiàn)廷在其著作《廣陽(yáng)雜記》中則詳細(xì)記載了民間制鐘者張碩忱、吉坦然制造自鳴鐘的情形。《四庫(kù)全書(shū)》收錄的清代著作《皇朝禮器圖式》中，專(zhuān)門(mén)繪制了清宮制作的自鳴鐘、時(shí)辰表等機(jī)械鐘表的圖式。嘉慶十四年（1809），徐光啟的后裔徐朝俊撰寫(xiě)了《鐘表圖說(shuō)》一書(shū)，系統(tǒng)總結(jié)了有關(guān)制造技術(shù)和理論。該書(shū)是我國(guó)歷史上第一部有關(guān)機(jī)械鐘的工藝大全，亦是當(dāng)時(shí)難得的一部測(cè)時(shí)儀器和應(yīng)用力學(xué)著作。[20]
　　中國(guó)的鐘表業(yè)在傳教士影響之下向前發(fā)展的同時(shí)，西方鐘表制作技術(shù)也在不斷向前發(fā)展。歐洲中世紀(jì)的機(jī)械鐘計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確性并不高，但到了17世紀(jì)，伽利略發(fā)現(xiàn)了擺的等時(shí)性，他和惠更斯各自獨(dú)立地對(duì)擺的等時(shí)性和擺線(xiàn)做了深入研究，從而為近代鐘表的產(chǎn)生和興起也為近代時(shí)間計(jì)量奠定了理論基礎(chǔ)。1658年，惠更斯發(fā)明了擺鐘，[21]1680年，倫敦的鐘表制造師克萊門(mén)特（Clement）把節(jié)擺錨即擒縱器引入了鐘表制作。[22]這些進(jìn)展，標(biāo)志著近代鐘表事業(yè)的誕生。
　　那么，近代鐘表技術(shù)的進(jìn)展，隨著傳教士源源不斷地進(jìn)入我國(guó)，是否也被及時(shí)介紹進(jìn)來(lái)了呢？答案是肯定的，“可以說(shuō)，明亡（1644）之前，耶穌會(huì)士帶入中國(guó)的鐘是歐洲古代水鐘、沙漏，中世紀(jì)重錘驅(qū)動(dòng)的鐘或稍加改進(jìn)的產(chǎn)品；從清順治十五年（1658）起，傳入中國(guó)的鐘表有可能是惠更斯型鐘；而康熙二十年（1681）以后，就有可能主要是帶擒縱器和發(fā)條（或游絲）的鐘（表）。”[23]即是說(shuō)，中國(guó)鐘表技術(shù)的發(fā)展與世界上近代鐘表技術(shù)的進(jìn)步幾乎是同步的。這為中國(guó)邁入時(shí)間計(jì)量的近代化準(zhǔn)備了基本條件。當(dāng)然，只是有了統(tǒng)一的計(jì)時(shí)單位、有了達(dá)到一定精確度的鐘表，沒(méi)有全國(guó)統(tǒng)一的計(jì)時(shí)、沒(méi)有時(shí)間頻率的量值傳遞，還不能說(shuō)時(shí)間計(jì)量已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了近代化的要求。這是不言而喻的。

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