中國計量學(xué)院　張秋實 夏哲雷 許華

　　我們通常所說的“時間”包括“時刻”和“時間間隔”雙重概念。而時刻的“刻”用來表示時間就涉及中國古代滴水計時的文化史實。古代有一種計時器稱為“漏刻”，“漏”是指計時用的漏壺，“刻”是指劃分一天的時間計量單位，漏壺計時一晝夜共一百刻，“刻”就是在這種文化事實中具備了表現(xiàn)時間的職能的。時間計量的實質(zhì)就是通過尋找一種運動過程來度量別的運動的進程和快慢的標準，這種標準運動過程必須是非常均勻和持續(xù)不斷的，例如均勻滴下的水滴、緩慢燃燒的香等，都可被用作計量時間的標準運動過程。

　　漏刻計時的基本原理，是利用均勻水流導(dǎo)致的水位變化來顯示時間。從現(xiàn)代計時科學(xué)的角度來看，漏刻計時的實質(zhì)是測量時間間隔。漏刻不是通過觀測太陽或其他天體在空中的位置來計時的，它需要依賴其他天文計時手段為之提供計時起點，以便使其所顯示的時間與天文計時結(jié)果相一致。當漏刻通過與天文計時結(jié)果的比對，確定自己的計時起點和單位后，就可以周而復(fù)始、連續(xù)計時了。這就好比現(xiàn)代生活中的鐘表。漏刻的出現(xiàn)，使人們不需要頻繁觀測天文就可以隨時知道當時的時刻。它使中國古代時間計量減少了對自然條件的依賴，是古人在探索時間計量方式上的一大進步。

　　漏刻在中國起源很早?！端鍟?天文志》說：“昔黃帝創(chuàng)觀漏水，制器取則，以分晝夜。”書中認為漏刻是黃帝觀察到容器漏水，從中受到啟發(fā)而發(fā)明的。早在新石器時代，人們就已經(jīng)能夠制作陶器，陶器在使用中難免會出現(xiàn)殘漏，導(dǎo)致水的流失，水的流失需要時間，這種現(xiàn)象給人以啟發(fā)，用水量變化來表示時間的流逝，由此就逐漸導(dǎo)致了漏刻的產(chǎn)生。中國南北朝時期有本書叫《漏刻經(jīng)》，上面說：“漏刻之作，蓋挈于軒轅之日，宣乎夏商之代。”意思是說漏刻起源于黃帝時代，夏商時期得到了很大的發(fā)展。歷代漏刻計時所使用的百刻制，據(jù)推測最早就是商代制定的，所以古人有時候又把“刻”稱為“商”，這是商代漏刻得到發(fā)展的有力證據(jù)。進入周朝以后，漏刻的地位進一步提高，朝廷中設(shè)有專門負責(zé)漏壺計時的官吏，稱為“挈壺氏”。以后歷代都有專門管理漏刻的機構(gòu)和人員，制度越來越完善。

　　最初的漏壺是單只的，壺的底部開一小口，壺中放一刻有刻度的木桿，觀察水位退到哪一刻度，就能知道是什么時間了。由于早期漏壺的使用大多與軍事有關(guān)，所以這種木桿被稱為箭桿，這種方法又稱為“淹箭法”。為了便于計時，隨時知道漏壺中水的多少，人們在壺中放一木塊（稱為箭舟），將箭插在箭舟上，箭桿上刻有時間線，當壺中水滿時，箭桿靠木塊的浮力升得很高，隨著水的流失，箭舟往下沉，箭桿也隨之下降，通過觀察刻度線，就可以讀出什么時間了，這種方法又稱為“沉箭法”。

　　沉箭漏壺的計時精度比淹箭漏壺稍高，但也不夠準確，原因在于水的流速與壺中水位高低有關(guān)，水位高時，水的流速就快，隨著水的流出，壺內(nèi)水位也就逐漸下降，水的流速也就慢了下來，因此木箭下降的速度是不均勻的，即沉箭漏壺在使用過程中其計時精度會越來越低，為了提高漏壺的計時精度，聰明的古人又發(fā)現(xiàn)了新的計時方法——浮箭法。

　　最早的浮箭漏壺是單級的，它是由兩只漏壺組成，一只是供水壺，另一只是受水壺，受水壺中放箭尺，通常稱為箭壺。由于泄水壺的水不斷地注入箭壺，木箭上的時刻標記就不斷地從壺中顯露出來，人們就可以知道當時的時刻了，這就是單級浮箭壺。

　　單級浮箭漏只有一只泄水壺（供水壺），由于人工往供水壺里加水有一定的時間間隔，加水前后水位有一定的變化，導(dǎo)致流往箭壺的水流量不穩(wěn)定，因而計時誤差相對較大。要解決這一問題，可以把木箭上的時刻標志做成不均勻的，但這又需要有其他高精度計時儀器的校驗，在漢代，要做到這一點，并不容易。另一種方法，是不斷給泄水壺添水，使其水位能大致保持在某一高度，以此減少其排水速度的變化。經(jīng)過多年實踐，人們在泄水壺和受水壺之間再加一只補償壺，使補償壺在向受水壺供水的同時，又不斷得到泄水壺流進來的水的補充，從而使補償壺的水位保持相對穩(wěn)定，這就是二級補償浮箭漏壺。

　　東漢著名科學(xué)家張衡（公元78~139年）曾經(jīng)這樣描寫當時二級漏壺的使用情況：“以銅為器，再疊差置，實以清水，下各開孔。以玉虬吐漏水入兩壺，左為夜，右為晝”（唐代徐堅《初學(xué)記》）這段話表明，這套漏壺用銅制成，有兩個泄水壺，它們分別在底部開口，第一個泄水壺流出來的水流入第二個泄水壺，第二個泄水壺再排給受水壺。所謂“再疊差置”，是指兩個漏壺，像臺階一樣重疊錯開放置。玉虬就是用玉做的排水管，管的出口處雕刻成龍首形狀，泄水壺的水通過玉虬排出。由于晝夜長短不一，可以讓受水壺也有兩套，分別在白晝和黑夜使用。由此可知，二級漏壺至遲在東漢就已經(jīng)發(fā)明了。

　　二級漏壺可以大幅度提高漏刻計時精度，于是就出現(xiàn)了有三只泄水壺連用的漏刻。晉代孫綽的《漏 銘》最早記載了三級漏壺的存在，孫綽寫道：“累筒三階，積水成淵，器滿則盈，承虛赴下。”所謂“累筒三階”，就是指的三只連用的圓形泄水壺。到了唐代，呂才又將連用的泄水壺數(shù)增加到四個，從而導(dǎo)致了四級漏壺的誕生。楊甲的《六經(jīng)圖》，也記載了呂才漏壺。

　　古人為了提高計量精度，除了增加漏壺的級數(shù)外，還有一項重要的改進，那就是分水壺的發(fā)明。第一個使用分水壺的是宋代的燕肅。他在公元1030年制造的“蓮花漏”中首次使用了減水盎，其下匱有一個分水孔，當下匱中的水面超過分水孔時，水就會通過竹注筒流到減水盎中去，這樣，只要上匱注入下匱的水量稍大于下匱流出的水量，就可以保持下匱水面的穩(wěn)定性。這個減水盎其實就是后來的分水壺。分水壺的出現(xiàn)，從根本上解決了漏壺的水面穩(wěn)定性問題。

　　現(xiàn)陳列在故宮博物院交泰殿中的銅壺滴漏，是乾隆十年（1745年）制造的，這是中國保存至今仍然完好的漏壺。漏壺全都用精銅制造，每個漏水的小管子都雕刻成龍頭形狀，水從龍口流出，最上層的漏壺置于樓閣形建筑的上層，旁邊有樓梯可以上下，樓閣建筑與宮殿結(jié)構(gòu)相同，做工雕刻極為精細，平水壺面鐫有乾隆皇帝的御制銘文。

　　漏刻作為是中國古代主要的計時儀器歷幾千年而不衰，并不斷得到發(fā)展，與中華民族的傳統(tǒng)意識有著密切關(guān)系。在我國古代統(tǒng)治者的意識中，計時是國家機構(gòu)正常運轉(zhuǎn)的主要標志。敬天是中國政治的根本，只有敬天才能夠深知天意，傳達天意，而掌握了時間就能順天意行事，使自己的政治權(quán)力不被喪失。正所謂“漏壺之制，原于上古，圣人掌之有司。所以敬天時、重人事，其所關(guān)也大矣”。（周琰《重鑄漏壺銘序》）。因此，歷代統(tǒng)治者都對計時儀器十分看重。