中國計量學院　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時間的職能的。時間計量的實質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，是利用均勻水流導致的水位變化來顯示時間。從現代計時科學的角度來看，漏刻計時的實質是測量時間間隔。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果相一致。當漏刻通過與天文計時結果的比對，確定自己的計時起點和單位后，就可以周而復始、連續(xù)計時了。這就好比現代生活中的鐘表。漏刻的出現，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。《隋書 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，人們就已經能夠制作陶器，陶器在使用中難免會出現殘漏，導致水的流失，水的流失需要時間，這種現象給人以啟發(fā)，用水量變化來表示時間的流逝，由此就逐漸導致了漏刻的產生。中國南北朝時期有本書叫《漏刻經》，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。進入周朝以后，漏刻的地位進一步提高，朝廷中設有專門負責漏壺計時的官吏，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，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，水位高時，水的流速就快，隨著水的流出，壺內水位也就逐漸下降，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。

　　東漢著名科學家張衡（公元78~139年）曾經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增加到四個，從而導致了四級漏壺的誕生。楊甲的《六經圖》，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，從根本上解決了漏壺的水面穩(wěn)定性問題。

　　現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，樓閣建筑與宮殿結構相同，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)意識有著密切關系。在我國古代統(tǒng)治者的意識中，計時是國家機構正常運轉的主要標志。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。