（轉）時間計量的進步

時間計量的進步
　　相對于溫度計量而言，時間計量對于科技發展和社會生活更為重要。中國的時間計量，也有一個由傳統到近代的轉變過程。這一過程開始的標志，主要表現在計時單位的更新和統一、計時儀器的改進和普及上。
　　就計時單位而言，除去年月（朔望月）日這樣的大時段單位決定于自然界一些特定的周期現象以外，小于日的時間單位一般是人為劃分的結果。中國人對于日以下的時間單位劃分，傳統上采用了兩個體系，一個是十二時制，一個是百刻制。十二時制是把一個晝夜平均分為12個時段，分別用子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥這12個地支來表示，每個特定的名稱表示一個特定的時段。百刻制則是把一個晝夜平均分為100刻，以此來表示生活中的精細時段劃分。
　　十二時制和百刻制雖然分屬兩個體系，但它們表示的對象卻是統一的，都是一個晝夜。十二時制時段較長，雖然唐代以后每個時段又被分為時初和時正兩部分，但其單位仍嫌過大，不能滿足精密計時的需要。百刻制雖然分劃較細，體現了古代計時制度向精密化方向的發展，但在日與刻之間缺乏合適的中間單位，使用起來也不方便。正因為如此，這兩種制度就難以彼此取代，只好同時并存，互相補充。在實用中，古人用百刻制來補充十二時制，而用十二時制來提攜百刻制。
　　既然十二時制與百刻制并存，二者之間就存在一個配合問題。可是100不是12的整數倍，配合起來頗有難度，為此，古人在刻下面又分出了小刻，1刻等于6小刻，這樣每個時辰包括8刻2小刻，時初時正分別包括4刻1小刻。這種方法雖然使得百刻制和十二時制得到了勉強的配合，但它也造成了時間單位劃分繁難、刻與小刻之間單位大小不一致的問題，增加了相應儀器制作的難度，使用起來很不方便。它與時間計量的要求是背道而馳的。
　　傳教士介紹進來的時間制度，改變了這種局面。明朝末年，傳教士進入我國之后，在其傳入的科學知識中，首當其沖就有新的時間單位。這種新的時間單位首先表現在對傳統的“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，以使其與十二時制相合。對百刻制加以改革的做法在中國歷史上并不新鮮，例如漢哀帝時和王莽時，就曾分別行用過120刻制，而南北朝時，南朝梁武帝也先后推行過96刻制和108刻制，但由于受到天人感應等非科學因素的影響，這些改革都持續時間很短。到了明末清初，歷史上曾存在過的那些反對時刻制度改革的因素已經大為削弱，這使得中國天文學界很快就認識到了傳教士的改革所具有的優越性，承認利瑪竇等“命日為九十六刻，使每時得八刻無奇零，以之布算制器，甚便也。”[10]
　　傳教士之所以首先在角度計量和時間單位上進行改革，是有原因的。他們要藉科學技術引起中國學者的重視，首先其天文歷法要準確，這就需要他們運用西方天文學知識對中國的觀測數據進行比較、推算，如果在角度和時間這些基本單位上采用中國傳統制度，他們的運算將變得十分繁難。　　傳教士對計時制度進行改革，首先提出96刻制，而不是西方的時、分、秒（HMS）計時單位體系，是因為他們考慮到了對中國傳統文化的兼顧。在西方的HMS計時單位體系中，刻并不是一個獨立單位，傳教士之所以要引入它，自然是因為百刻制在中國計時體系中有著極為重要的地位，而且行用已久，為了適應中國人對時間單位的感覺，不得不如此。傳教士引入的96刻制，每刻長短與原來百刻制的一刻僅差36秒，人們在生活習慣上很難感覺到二者的差別，接受起來也就容易些。由于西方的時與中國十二時制中的小時大小一樣，所以，新的時刻制度的引入，既不至于與傳統時刻制度有太大的差別而被中國人拒絕，又不會破壞HMS制的完整。所以，這種改革對于他們進一步推行HMS制，也是有利的。
　　96刻制雖然兼顧到了中國傳統，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的排教案中，這一條被作為給傳教士定罪的依據之一。《清圣祖實錄》卷十四《康熙四年三月壬寅》是這樣記錄該案件的：“歷法深微，難以區別。但歷代舊法每日十二時，分一百刻，新法改為九十六刻，……俱大不合?！辈贿^，這種非議畢竟不是從科學角度出發的，它沒有影響到天文學界對新法的采納。對此，南懷仁在《歷法不得已辨·辨晝夜一百刻之分》中的一段的話可資證明：“據《授時歷》分派百刻之法，謂每時有八刻，又各有一奇零之數。由粗入細，以遞推之，必將為此奇零而推之無窮盡矣。況邇來疇人子弟，亦自知百刻煩瑣之不適用也。其推算交食，求時差分，仍用九十六刻為法。”南懷仁說的符合實際，自傳教士引入新的時刻制度后，96刻制就取代了百刻制。十二時制和96刻制并行，是清朝官方計時制度的特點。　　但新的時刻制度并非完美無暇，例如它仍然堅持用漢字的特定名稱而不是數字表示具體時間，這不利于對時間進行數學推演。不過，傳教士并沒有止步不前，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之上的，既然360°圓心角分度體系被中國人接受了，HMS這種新的計時單位制也同樣會被中國人接受，這是順理成章之事。所以，康熙九年（公元1670年）開始推行96刻制的時候，一開始推行的就是“周日十二時，時八刻，刻十五分，分六十秒”之制，[11]這實際上就是HMS制。這一點，在天文學上表現最為充分，天文儀器的制造首先就采用了新的時刻制度。在清代天文儀器的時圈上，除仍用十二辰外，都刻有HMS分度。[12]這里不妨給出一個具體例子，在南懷仁主持督造的新天文儀器中，有一部叫赤道儀，在這臺儀器的“赤道內之規面并上側面刻有二十四小時，以初、正兩字別之，每小時均分四刻，二十四小時共九十六刻，規面每一刻平分三長方形，每一方平分五分，一刻共十五分，每一分以對角線之比例又十二細分，則一刻共一百八十細分，每一分則當五秒。[13]” 通過這些敘述，我們不難看出，在這臺新式儀器上，采用的就是HMS制。前節介紹溫度計量，南懷仁在介紹其溫度計用法時，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，可當一秒）”[14] 。這里所說的分、秒，就是HMS制里的單位。這段話是HMS制應用于天文領域之外的例子。
　　在康熙“御制”的《數理精蘊》下編卷一《度量權衡》中，HMS制作為一種時刻制度，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，又為二十四小時）、時（八刻，又以小時為四刻）、刻（十五分）、分，以下與前同。 [15]




[ 本帖最后由 duomeiti 于 2007-2-26 15:27 編輯 ]

　　引文中括號內文字為原書所加之注。引文的前半部分講的是60進位制的角度單位，是傳教士引入的結果；后半部分就是新的時刻制度，本質上與傳教士所介紹的西方時刻制度完全相同。《數理精蘊》因為有其“御制”身份，它的記述，標志著新的時刻制度完全獲得了官方的認可。
　　有了新的時刻制度，沒有與時代相應的計時儀器，時間計量也沒法發展。
　　中國傳統計時儀器有日晷、漏刻、以及與天文儀器結合在一起的機械計時器，后者如唐代一行的水運渾象、北宋蘇頌的水運儀象臺等。日晷是太陽鐘，使用者通過觀測太陽在其上的投影和方位來計時。在陰雨天和晚上無法使用，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時，而在于為其它計時器提供標準，作校準之用。漏刻是水鐘，其工作原理是利用均勻水流導致的水位變化來顯示時間。漏刻是中國古代的主要計時儀器，由于古人的高度重視，漏刻在古代中國得到了高度的發展，其計時精度曾達到過令人驚異的地步。在東漢以后相當長的一段歷史時期內，中國漏刻的日誤差，常保持在1分鐘之內，有些甚至只有20秒左右。[16] 但是，漏刻也存在規模龐大、技術要求高、管理復雜等缺陷，不同的漏刻，由不同的人管理，其計時結果會有很大的差別。顯然，它無法適應時間計量在準確度和統一化方面的要求。
　　與天文儀器結合在一起的機械計時器也存在不利于時間計量發展的因素。中國古代此類機械計時器曾發展到非常輝煌的地步，蘇頌的水運儀象臺，就規模之龐大、設計之巧妙、報時系統之完善等方面，可謂舉世無雙。但古人設計此類計時器的原意，并非著眼于公眾計時之用，而是要把它作為一種演示儀器，向君王等表演天文學原理，這就注定了由它無法發展成時間計量。從計量的社會化屬性要求來看，在不同的此類儀器之間，也很難做到計時結果的準確統一。所以，要實現時間計量的基本要求，機械計時器必須與天文儀器分離，而且還要把傳統的以水或流沙的力量為動力改變為以重錘、發條之類的力量為動力，這樣才能敲開近代鐘表的大門，為時間計量的進步準備好基本的條件。在我國，這一進程也是借助于傳教士引入的機械鐘表而得以逐步完成的。
　　最早把西洋鐘表帶到中國來的是傳教士羅明堅（Michel Ruggieri，1543-1607）。[17]羅明堅是意大利耶穌會士，1581年來華，先在澳門學漢語，后移居廣東肇慶。他進入廣東后，送給當時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。
　　羅明堅送給陳瑞的自鳴鐘，為適應中國人的習慣，在顯示系統上做了些調整，例如他把歐洲機械鐘時針一日轉兩圈的24小時制改為一日轉一圈的12時制，并把顯示盤上的羅馬數字也改成了用漢字表示的十二地支名稱。他的這一更改實質上并不影響后來傳教士對時刻制度所做的改革，也正因為這樣，他所開創的這種十二時辰顯示盤從此一直延續到清末。
　　羅明堅的做法啟發了相繼來華的傳教士，晚于羅明堅一年來華的利瑪竇也帶來了西洋鐘表。當還在廣東肇慶時，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人展示，引起中國人極大的好奇心。當他抵達北京，向朝廷進獻這些物品時，更博得了朝廷的喜歡。萬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，來華傳教士轉而投靠清王朝，以繼續他們在華的傳教事業。在他們向清王朝進獻的各種物品中，機械鐘表仍然占據突出地位。湯若望就曾送給順治皇帝一架“天球自鳴鐘”。在北京時與湯若望交誼甚深的安文思（Gabriel de Magalhaens，1609－1677）精通機械學，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鐘表一架。南懷仁還把新式機械鐘表的圖形描繪在其《靈臺儀象志》中，以使其流傳更為廣泛。在此后接踵而至的傳教士中，攜帶機械鐘表來華的大有人在。還有不少傳教士，專門以機械鐘表師的身份在華工作。
　　傳教士引進的機械鐘，使中國人產生了很大興趣。崇禎二年，禮部侍郎徐光啟主持歷局時，在給皇帝的奏請制造天文儀器的清單中，就有“候時鐘三” [18]，表明他已經關注到了機械鐘表的作用。迨至清朝，皇宮貴族對西洋自鳴鐘的興趣有增無減，康熙時在宮中設有 “兼自鳴鐘執守侍首領一人。專司近御隨侍賞用銀兩，并驗鐘鳴時刻”。在敬事房下還設有鐘表作坊，名曰“做鐘處”，置“侍監首領一人”，負責鐘表修造事宜。[19]在上層社會的影響之下，制作鐘表的熱情也普及到了民間，大致與宮中做鐘的同時，在廣州、蘇州、南京、寧波、福州等地也先后出現了家庭作坊式的鐘表制造或修理業，出現了一批精通鐘表制造的中國工匠。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，還有不少中國工匠，就是一個有力的證明。鐘表制作的普及，為中國時間計量的普及準備了良好的技術條件。
　　中國人不但掌握了鐘表制作技術，而且還對之加以記載，從結構上和理論上對之進行探討和改進。明末西洋鐘表剛進入中國不久，王徵在其《新制諸器圖說》（成書于1627年）中就描繪了用重錘驅動的自鳴鐘的示意圖，并結合中國機械鐘報時傳統將其報時裝置改成敲鐘、擊鼓和司辰木偶。清初劉獻廷在其著作《廣陽雜記》中則詳細記載了民間制鐘者張碩忱、吉坦然制造自鳴鐘的情形。《四庫全書》收錄的清代著作《皇朝禮器圖式》中，專門繪制了清宮制作的自鳴鐘、時辰表等機械鐘表的圖式。嘉慶十四年（1809），徐光啟的后裔徐朝俊撰寫了《鐘表圖說》一書，系統總結了有關制造技術和理論。該書是我國歷史上第一部有關機械鐘的工藝大全，亦是當時難得的一部測時儀器和應用力學著作。[20]
　　中國的鐘表業在傳教士影響之下向前發展的同時，西方鐘表制作技術也在不斷向前發展。歐洲中世紀的機械鐘計時的準確性并不高，但到了17世紀，伽利略發現了擺的等時性，他和惠更斯各自獨立地對擺的等時性和擺線做了深入研究，從而為近代鐘表的產生和興起也為近代時間計量奠定了理論基礎。1658年，惠更斯發明了擺鐘，[21]1680年，倫敦的鐘表制造師克萊門特（Clement）把節擺錨即擒縱器引入了鐘表制作。[22]這些進展，標志著近代鐘表事業的誕生。
　　那么，近代鐘表技術的進展，隨著傳教士源源不斷地進入我國，是否也被及時介紹進來了呢 ？答案是肯定的，“可以說，明亡（1644）之前，耶穌會士帶入中國的鐘是歐洲古代水鐘、沙漏，中世紀重錘驅動的鐘或稍加改進的產品；從清順治十五年（1658）起，傳入中國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條（或游絲）的鐘（表）。”[23]即是說，中國鐘表技術的發展與世界上近代鐘表技術的進步幾乎是同步的。這為中國邁入時間計量的近代化準備了基本條件。當然，只是有了統一的計時單位、有了達到一定精確度的鐘表，沒有全國統一的計時、沒有時間頻率的量值傳遞，還不能說時間計量已經實現了近代化的要求。這是不言而喻的。