（转）时间计量的进步

时间计量的进步
　　相对于温度计量而言，时间计量对于科技发展和社会生活更为重要。中国的时间计量，也有一个由传统到近代的转变过程。这一过程开始的标志，主要表现在计时单位的更新和统一、计时仪器的改进和普及上。
　　就计时单位而言，除去年月（朔望月）日这样的大时段单位决定于自然界一些特定的周期现象以外，小于日的时间单位一般是人为划分的结果。中国人对于日以下的时间单位划分，传统上采用了两个体系，一个是十二时制，一个是百刻制。十二时制是把一个昼夜平均分为12个时段，分别用子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥这12个地支来表示，每个特定的名称表示一个特定的时段。百刻制则是把一个昼夜平均分为100刻，以此来表示生活中的精细时段划分。
　　十二时制和百刻制虽然分属两个体系，但它们表示的对象却是统一的，都是一个昼夜。十二时制时段较长，虽然唐代以后每个时段又被分为时初和时正两部分，但其单位仍嫌过大，不能满足精密计时的需要。百刻制虽然分划较细，体现了古代计时制度向精密化方向的发展，但在日与刻之间缺乏合适的中间单位，使用起来也不方便。正因为如此，这两种制度就难以彼此取代，只好同时并存，互相补充。在实用中，古人用百刻制来补充十二时制，而用十二时制来提携百刻制。
　　既然十二时制与百刻制并存，二者之间就存在一个配合问题。可是100不是12的整数倍，配合起来颇有难度，为此，古人在刻下面又分出了小刻，1刻等于6小刻，这样每个时辰包括8刻2小刻，时初时正分别包括4刻1小刻。这种方法虽然使得百刻制和十二时制得到了勉强的配合，但它也造成了时间单位划分繁难、刻与小刻之间单位大小不一致的问题，增加了相应仪器制作的难度，使用起来很不方便。它与时间计量的要求是背道而驰的。
　　传教士介绍进来的时间制度，改变了这种局面。明朝末年，传教士进入我国之后，在其传入的科学知识中，首当其冲就有新的时间单位。这种新的时间单位首先表现在对传统的“刻”的改造上，传教士取消了分一日为100刻的做法，而代之以96刻制，以使其与十二时制相合。对百刻制加以改革的做法在中国历史上并不新鲜，例如汉哀帝时和王莽时，就曾分别行用过120刻制，而南北朝时，南朝梁武帝也先后推行过96刻制和108刻制，但由于受到天人感应等非科学因素的影响，这些改革都持续时间很短。到了明末清初，历史上曾存在过的那些反对时刻制度改革的因素已经大为削弱，这使得中国天文学界很快就认识到了传教士的改革所具有的优越性，承认利玛窦等“命日为九十六刻，使每时得八刻无奇零，以之布算制器，甚便也。”[10]
　　传教士之所以首先在角度计量和时间单位上进行改革，是有原因的。他们要藉科学技术引起中国学者的重视，首先其天文历法要准确，这就需要他们运用西方天文学知识对中国的观测数据进行比较、推算，如果在角度和时间这些基本单位上采用中国传统制度，他们的运算将变得十分繁难。　　传教士对计时制度进行改革，首先提出96刻制，而不是西方的时、分、秒（HMS）计时单位体系，是因为他们考虑到了对中国传统文化的兼顾。在西方的HMS计时单位体系中，刻并不是一个独立单位，传教士之所以要引入它，自然是因为百刻制在中国计时体系中有着极为重要的地位，而且行用已久，为了适应中国人对时间单位的感觉，不得不如此。传教士引入的96刻制，每刻长短与原来百刻制的一刻仅差36秒，人们在生活习惯上很难感觉到二者的差别，接受起来也就容易些。由于西方的时与中国十二时制中的小时大小一样，所以，新的时刻制度的引入，既不至于与传统时刻制度有太大的差别而被中国人拒绝，又不会破坏HMS制的完整。所以，这种改革对于他们进一步推行HMS制，也是有利的。
　　96刻制虽然兼顾到了中国传统，但也仍然遭到了非议，最典型的例子就是清康熙初年杨光先引发的排教案中，这一条被作为给传教士定罪的依据之一。《清圣祖实录》卷十四《康熙四年三月壬寅》是这样记录该案件的：“历法深微，难以区别。但历代旧法每日十二时，分一百刻，新法改为九十六刻，……俱大不合。”不过，这种非议毕竟不是从科学角度出发的，它没有影响到天文学界对新法的采纳。对此，南怀仁在《历法不得已辨·辨昼夜一百刻之分》中的一段的话可资证明：“据《授时历》分派百刻之法，谓每时有八刻，又各有一奇零之数。由粗入细，以递推之，必将为此奇零而推之无穷尽矣。况迩来畴人子弟，亦自知百刻烦琐之不适用也。其推算交食，求时差分，仍用九十六刻为法。”南怀仁说的符合实际，自传教士引入新的时刻制度后，96刻制就取代了百刻制。十二时制和96刻制并行，是清朝官方计时制度的特点。　　但新的时刻制度并非完美无暇，例如它仍然坚持用汉字的特定名称而不是数字表示具体时间，这不利于对时间进行数学推演。不过，传教士并没有止步不前，除了96刻制之外，他们也引入了HMS制。我们知道，HMS制是建立在360°圆心角分度体系基础之上的，既然360°圆心角分度体系被中国人接受了，HMS这种新的计时单位制也同样会被中国人接受，这是顺理成章之事。所以，康熙九年（公元1670年）开始推行96刻制的时候，一开始推行的就是“周日十二时，时八刻，刻十五分，分六十秒”之制，[11]这实际上就是HMS制。这一点，在天文学上表现最为充分，天文仪器的制造首先就采用了新的时刻制度。在清代天文仪器的时圈上，除仍用十二辰外，都刻有HMS分度。[12]这里不妨给出一个具体例子，在南怀仁主持督造的新天文仪器中，有一部叫赤道仪，在这台仪器的“赤道内之规面并上侧面刻有二十四小时，以初、正两字别之，每小时均分四刻，二十四小时共九十六刻，规面每一刻平分三长方形，每一方平分五分，一刻共十五分，每一分以对角线之比例又十二细分，则一刻共一百八十细分，每一分则当五秒。[13]” 通过这些叙述，我们不难看出，在这台新式仪器上，采用的就是HMS制。前节介绍温度计量，南怀仁在介绍其温度计用法时，曾提到“使之各摩上球甲至刻之一二分（一分即六十秒，定分秒之法有本论，大约以脉一至，可当一秒）”[14] 。这里所说的分、秒，就是HMS制里的单位。这段话是HMS制应用于天文领域之外的例子。
　　在康熙“御制”的《数理精蕴》下编卷一《度量权衡》中，HMS制作为一种时刻制度，是被正式记载了的：　　历法则曰宫（三十度）、度（六十分）、分（六十秒）、秒（六十微）、微（六十纤）、纤（六十忽）、忽（六十芒）、芒（六十尘）、尘；　　又有日（十二时，又为二十四小时）、时（八刻，又以小时为四刻）、刻（十五分）、分，以下与前同。 [15]




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　　引文中括号内文字为原书所加之注。引文的前半部分讲的是60进位制的角度单位，是传教士引入的结果；后半部分就是新的时刻制度，本质上与传教士所介绍的西方时刻制度完全相同。《数理精蕴》因为有其“御制”身份，它的记述，标志着新的时刻制度完全获得了官方的认可。
　　有了新的时刻制度，没有与时代相应的计时仪器，时间计量也没法发展。
　　中国传统计时仪器有日晷、漏刻、以及与天文仪器结合在一起的机械计时器，后者如唐代一行的水运浑象、北宋苏颂的水运仪象台等。日晷是太阳钟，使用者通过观测太阳在其上的投影和方位来计时。在阴雨天和晚上无法使用，这使其使用范围受到了很大限制。在古代，日晷更重要的用途不在于计时，而在于为其它计时器提供标准，作校准之用。漏刻是水钟，其工作原理是利用均匀水流导致的水位变化来显示时间。漏刻是中国古代的主要计时仪器，由于古人的高度重视，漏刻在古代中国得到了高度的发展，其计时精度曾达到过令人惊异的地步。在东汉以后相当长的一段历史时期内，中国漏刻的日误差，常保持在1分钟之内，有些甚至只有20秒左右。[16] 但是，漏刻也存在规模庞大、技术要求高、管理复杂等缺陷，不同的漏刻，由不同的人管理，其计时结果会有很大的差别。显然，它无法适应时间计量在准确度和统一化方面的要求。
　　与天文仪器结合在一起的机械计时器也存在不利于时间计量发展的因素。中国古代此类机械计时器曾发展到非常辉煌的地步，苏颂的水运仪象台，就规模之庞大、设计之巧妙、报时系统之完善等方面，可谓举世无双。但古人设计此类计时器的原意，并非着眼于公众计时之用，而是要把它作为一种演示仪器，向君王等表演天文学原理，这就注定了由它无法发展成时间计量。从计量的社会化属性要求来看，在不同的此类仪器之间，也很难做到计时结果的准确统一。所以，要实现时间计量的基本要求，机械计时器必须与天文仪器分离，而且还要把传统的以水或流沙的力量为动力改变为以重锤、发条之类的力量为动力，这样才能敲开近代钟表的大门，为时间计量的进步准备好基本的条件。在我国，这一进程也是借助于传教士引入的机械钟表而得以逐步完成的。
　　最早把西洋钟表带到中国来的是传教士罗明坚（Michel Ruggieri，1543-1607）。[17]罗明坚是意大利耶稣会士，1581年来华，先在澳门学汉语，后移居广东肇庆。他进入广东后，送给当时的广东总督陈瑞一架做工精制的大自鸣钟，这使陈瑞很高兴，于是便允许他在广东居住、传教。
　　罗明坚送给陈瑞的自鸣钟，为适应中国人的习惯，在显示系统上做了些调整，例如他把欧洲机械钟时针一日转两圈的24小时制改为一日转一圈的12时制，并把显示盘上的罗马数字也改成了用汉字表示的十二地支名称。他的这一更改实质上并不影响后来传教士对时刻制度所做的改革，也正因为这样，他所开创的这种十二时辰显示盘从此一直延续到清末。
　　罗明坚的做法启发了相继来华的传教士，晚于罗明坚一年来华的利玛窦也带来了西洋钟表。当还在广东肇庆时，利玛窦就将随身携带的钟表、世界地图以及三棱镜等物品向中国人展示，引起中国人极大的好奇心。当他抵达北京，向朝廷进献这些物品时，更博得了朝廷的喜欢。万历皇帝将西洋钟置于身边，还向人展示，并允许利玛窦等人在京居住、传教。
　　明朝灭亡之后，来华传教士转而投靠清王朝，以继续他们在华的传教事业。在他们向清王朝进献的各种物品中，机械钟表仍然占据突出地位。汤若望就曾送给顺治皇帝一架“天球自鸣钟”。在北京时与汤若望交谊甚深的安文思（Gabriel de Magalhaens，1609－1677）精通机械学，他不但为顺治帝、康熙帝管理钟表等，而且自己也曾向康熙帝献钟表一架。南怀仁还把新式机械钟表的图形描绘在其《灵台仪象志》中，以使其流传更为广泛。在此后接踵而至的传教士中，携带机械钟表来华的大有人在。还有不少传教士，专门以机械钟表师的身份在华工作。
　　传教士引进的机械钟，使中国人产生了很大兴趣。崇祯二年，礼部侍郎徐光启主持历局时，在给皇帝的奏请制造天文仪器的清单中，就有“候时钟三” [18]，表明他已经关注到了机械钟表的作用。迨至清朝，皇宫贵族对西洋自鸣钟的兴趣有增无减，康熙时在宫中设有 “兼自鸣钟执守侍首领一人。专司近御随侍赏用银两，并验钟鸣时刻”。在敬事房下还设有钟表作坊，名曰“做钟处”，置“侍监首领一人”，负责钟表修造事宜。[19]在上层社会的影响之下，制作钟表的热情也普及到了民间，大致与宫中做钟的同时，在广州、苏州、南京、宁波、福州等地也先后出现了家庭作坊式的钟表制造或修理业，出现了一批精通钟表制造的中国工匠。清廷“做钟处”里的工匠，除了一部分由传教士充任的西洋工匠之外，还有不少中国工匠，就是一个有力的证明。钟表制作的普及，为中国时间计量的普及准备了良好的技术条件。
　　中国人不但掌握了钟表制作技术，而且还对之加以记载，从结构上和理论上对之进行探讨和改进。明末西洋钟表刚进入中国不久，王徵在其《新制诸器图说》（成书于1627年）中就描绘了用重锤驱动的自鸣钟的示意图，并结合中国机械钟报时传统将其报时装置改成敲钟、击鼓和司辰木偶。清初刘献廷在其著作《广阳杂记》中则详细记载了民间制钟者张硕忱、吉坦然制造自鸣钟的情形。《四库全书》收录的清代著作《皇朝礼器图式》中，专门绘制了清宫制作的自鸣钟、时辰表等机械钟表的图式。嘉庆十四年（1809），徐光启的后裔徐朝俊撰写了《钟表图说》一书，系统总结了有关制造技术和理论。该书是我国历史上第一部有关机械钟的工艺大全，亦是当时难得的一部测时仪器和应用力学著作。[20]
　　中国的钟表业在传教士影响之下向前发展的同时，西方钟表制作技术也在不断向前发展。欧洲中世纪的机械钟计时的准确性并不高，但到了17世纪，伽利略发现了摆的等时性，他和惠更斯各自独立地对摆的等时性和摆线做了深入研究，从而为近代钟表的产生和兴起也为近代时间计量奠定了理论基础。1658年，惠更斯发明了摆钟，[21]1680年，伦敦的钟表制造师克莱门特（Clement）把节摆锚即擒纵器引入了钟表制作。[22]这些进展，标志着近代钟表事业的诞生。
　　那么，近代钟表技术的进展，随着传教士源源不断地进入我国，是否也被及时介绍进来了呢 ？答案是肯定的，“可以说，明亡（1644）之前，耶稣会士带入中国的钟是欧洲古代水钟、沙漏，中世纪重锤驱动的钟或稍加改进的产品；从清顺治十五年（1658）起，传入中国的钟表有可能是惠更斯型钟；而康熙二十年（1681）以后，就有可能主要是带擒纵器和发条（或游丝）的钟（表）。”[23]即是说，中国钟表技术的发展与世界上近代钟表技术的进步几乎是同步的。这为中国迈入时间计量的近代化准备了基本条件。当然，只是有了统一的计时单位、有了达到一定精确度的钟表，没有全国统一的计时、没有时间频率的量值传递，还不能说时间计量已经实现了近代化的要求。这是不言而喻的。