古人如何计时？超过机械表，误差仅20秒，18世纪才被西方人超越

文|天南星

编辑|江语迟

信息源：本文陈述所有内容皆有可靠信息来源赘述在文章结尾

要说世界上最宝贵的东西，那必然是时间

，无论贫穷还是富裕，大家每天都是24个小时。

为了珍惜时间、有空做更多的事情，大家往往会想方设法的利用好每分每秒。

如今的我们还会设定倒计时或者闹钟，能更具象化的“使用”时间。

那么古代的时候，古人是专门判断时间的呢？难道仅凭借太阳的起落吗？

事实上，

古代中国就已经出现了不少精密的计时设备

，误差也在半分钟以内，直到18世纪西方工业革命才得以超越。

日晷与十二时辰

最早最早的时候，全世界的生产力水平都非常低下，

人们只能通过白天黑夜来判断时间的流逝。

后来，有人发现了

太阳的运动也是有规律的，在不同的季节会从不同的方向升起。

并且在一定的时间之内位移也是有规律的，古人根据这些现象，

总结出了十二时辰这一计时方法。

《左传》鲁昭公五年（公元前537）中就有提到，

“日之数十，故有十时”。

当时还并不是十二时辰大概是因为采用了

十进制

，将一天分为了十个不同的时间段。

到了汉代的时候，古人就非常均匀的将太阳运动轨迹划分为十二份，

以十二地支一一对应。

当然，当时的叫法也和我们现在在影视作品或者小说里面看到的不太一样。

《汉书》中的《翼奉传》奏章里就有记载到，

“正月癸未日加申”

“日加申”也就是所谓的日在申的方位的时刻，后来随着简化就变成了“时加申”，再后来就成了人们熟知的

“申时”

为何要专门提及十二时辰这一计时方法呢？

因为

日晷就是运用了十二时辰的发现规律以及基础知识制作出来的。

前文提及过，古人在先秦时期就已经发现了太阳的运动是有规律的，

可以均匀划分为不同时间段的。

在这基础上，

古人又运用了影子模仿太阳的运动轨迹，并画出了一个圆面，均匀的分成等份，

做出了最早的时钟——日晷。

但是说起来简单，做起来却很难，

想要让影子的运动能够和太阳完全契合很难。

通过现在地理知识我们知道太阳和地平面之间大多数时间都是呈现夹角。

只有在南北回归线之间，各地才有机会受到太阳的直射，也就是说，

制作出来的日晷也要模仿出夹角。

这样不同维度之间的情况就不一样，于是就衍生出了各种不同的日晷形式。

低纬地区比较方便，可以使用地平式日晷，

晷面与晷针之间的夹角就是当地纬度。

这通过三角函数严格计算后还是能得出的，但表影却得按照太阳运动实时刻画，不然误差会很大。

于是为了适应不同维度，提高精度，古人又发明了有

赤道式日晷、水平式日晷、等高仪日晷

等等。

领先西方千年的刻漏计时

要说起来，日晷还只是古代中国科学家和天文家的小试牛刀，误差还是比较大的。

不满意于此的古人又通过精密的计算，

在水钟的基础上进行改造

发明了百刻制的“刻漏”

，让计时的精度迅速提升了几个台阶，直接领先西方千年。

刻漏的起源又很多的说法，

不少人称其为水钟

，现在能追溯的最早史料是埃及的墓志铭。

其中称大约在公元前1500年，埃及就已经发明了水钟。

当然，

在中国的史料中也称约公元前1400年，就有水钟这种工具。

不过水钟只是一种非常笼统的称呼，

用水来计时的工具都能叫水钟

，最早的那些水钟准度都很差。

而可以确定的是，

西汉时期的刻漏准度却高的离谱。

要用数据横向对比的话，

西汉中期中国已经有了误差在20秒左右的刻漏。

而在西方，一直到1715年英国人格拉汉姆把直进式擒纵机构应用到机械摆钟上，机械钟的计时才得到了比较大的突破，将误差控制在了十秒以内。

在这之前，

最好的机械钟误差也在5分钟到10分钟

，做工差的机械钟一天误差甚至在2小时。

也就是说西方工具中，最精准的机械钟从十三世纪发明后，

一直到十八世纪才在精准度方面超过了刻漏。

而目前有实物的刻漏是西汉时期发现的，但在古书中刻漏的历史却还能往上推，

只是目前还未发现比西汉时期更早的刻漏。

刻漏的原理其实很简单，就是在一个盛水的容器下方开一个小口。

然后再拿一个刻画好了刻度的容器接受从小口中流出的水，

通过计算流出的水来推算时间。

通常，一个湖中所有的水滴完就代表一天的时间过去。

最早的刻漏将滴下的水量分为100份

，每一份就是一个刻度，所以叫其为

百刻制

在唐代，有人对于百刻制进行了非常详细的解释，

徐坚的《初学记》就记载到：

“至冬至，昼漏四十五刻，冬至之后日长，九日加一刻，以至夏至，昼漏六十五刻。”

“夏至之后日短，九日减一刻，或秦之遗法，汉代施用。”

意思就是到冬至的时候，白天能漫到第四十五刻，

在此之后每九天，白天所滴下的水就会多一刻。

一直到夏至，白天所滴下的水能达到六十五刻，而这样的方法或许是秦朝遗留，汉代沿用的。

算下来，

那时候的一刻大概相当于现在的14.4分钟。

当然，如果装水容器的话，在给容器注水的时候往往会使平面产生比较大的波动，影响准度。

于是古人又对刻漏不断升级，

不仅发明了浮箭漏，还发明了二级补偿浮箭漏

，将水位变化量控制在了0.1毫米之内。

水运仪象台

如果说刻漏只是让西方人感到诧异的话，水运仪象台则是让他们感到不可思议。

甚至被西方科学家称为

“可能是欧洲中世纪天文钟的直接祖先”

水运仪象台是

集计时、天文观测、星象现实三位于一体的大型仪器

，高达12米，宽约7米。

水运仪象台是实打实的科学技术的体现，并非是像刻漏一样借水观时。

层层嵌入，

简单来说就是巧妙的借助了杠杆装置、机械原理以及能量守恒等造出来的。

仅报时系统就采用了四层装置，

通过不同颜色的木人表达不同的时间段

，有的木人还会举着时刻牌。

每一个时辰的最开始红色小木人就会在第一层的左门里面摇铃。

每一个时辰的正中，紫色衣服的小木人就会在第一层的右门里敲钟。

而每过一刻钟，一个穿着绿色衣服的小木人就会在第一层的中门敲鼓。

以为这就是报时功能的全部了吗？古人当然不满足这样的精密程度。

在第一层木人摇铃、敲钟、打鼓的同时，第二层还会出现红、紫木人举着时辰牌。

第二层红紫木人各十二个，手中的木牌既是时间，红色木人依旧是每一时辰的开始，紫色木人依旧是每一时辰的正中。

第三层负责报告时刻，里面一共有96个绿色小木人，第四层则在是日落、黄昏、各更、破晓、日出之时有木人敲缸。

第五层则是更加复杂，红衣绿衣木人会轮流出现，负责报告晚上的时间。

它们能够自行随着昼夜长短进行相应的变化，不出现误差。

五层报时装置都有各自对应的的机轮或轮辋，这些机轮都装在一根机轮轴上。

这还只不过是水运仪象台的冰山一角

，这些不会让西方科学家对其的评价如此之高。

水运仪象台的奥秘在于用水力以及重力来让仪器运动。

这种方式被后来的西方科学家借鉴，

发明了如今钟表里面的擒纵器

，这是钟表中最关键的部件。

它让原本变速运动的水成为等间歇运动，巧妙的让两套打水装置轮流使用。

水运仪象台可以说是那个时代的巅峰之作了，

从元祐元年(1086年)设计，到元祐七年正式完工。

历时七年，

反映的是当时的中国在天文业、机械学、力学上的卓越成就。

无数新颖的设计给了后人许多的灵感，成为了各种仪器学习的模范。

结语

不论是日晷、刻漏还是水运仪象台，都是古人智慧与工艺的象征。

它们是中国古代实力的象征

，这些设计即使放到今天来看依旧很惊艳。

领先西方百年、千年的成绩更是让无数中国人感到自豪。

这或许就是民族自信的来源

，千百年前的中国实力是如此的强大，如今的我们应该把古人留下的宝贝好好传承。

诚然，这些知识对于很多人来说是比较晦涩难懂，很多原理也是比较难理解。

但一些方法却不能够遗忘，比如十二时辰、时刻，这些计时制度只不过是为了与国际接轨才改变。

他们本身是并没有错误的，要是现在拿来计时依旧是可行的。

现如今不少的公共场所都能够看到日晷

，不少人在看到它的同时，还是会被它的美丽所深深吸引。

很多的科技馆、博物馆，更是展开了对刻漏、水运仪象台的详细讲解。

通过引人入胜的方法直观生动的将这些抽象的知识展现出来。

信息来源：

1.百度百科十二时辰

2.百度百科水钟

3.百度百科刻漏

4.百度百科水运仪象台