欧洲钟表的兴起之路
  • 来源:科技日报
  • 作者:​小白村
  • 2021-11-26 09:50



视觉中国供图

  大航海时代

  钟表是现代技术最前沿的机械;并且在每个阶段都保持着领先;它是其他机器渴望达到的完美标志。钟表业的间接影响也同样重要,作为第一个真正的精密仪器,它在精度和光洁度方面是其他仪器的榜样,无论是机械学影响还是社会影响,钟表都是第一。

  《红楼梦》里,刘姥姥初进大观园,走进王熙凤的院子,“只听见‘咯当’‘咯当’的响声,大有似乎打箩柜筛面的一般,不免东瞧西望的。忽见堂屋中柱子上挂着一个匣子,底下又坠着一个秤砣般一物,却不住的乱幌。刘姥姥心中想着:这是什么爱物儿?有甚用呢?”

  小说写的是17世纪初,乡下人头一次看见摆钟的情景。《红楼梦》全书提到钟表11次。不仅贾宝玉怀揣一个核桃大的金表,连亲信奴仆也随身带表。等到贾府衰落,值钱的金自鸣钟都变卖了,抄家清单上仍有钟表18件,可见收藏之多。

  近代机械钟表全部产自欧洲,别的地区无法仿制。大航海时代,欧洲人全球做生意,卖得最好的就是钟表。18世纪末,英国量产一种圆形怀表,专供东印度公司送给中国的行商和地方官。英国人发现,中国人对他们的大多数货物反应冷淡,却格外钟爱上了发条的机械。

  第一次革命:重力代替水力

  就像很多欧洲人擅长的技艺一样,报时机器也开始于古希腊。公元前3世纪,地中海就有不少水力驱动的机械,模拟天上星辰相对地平线的运动,这就是水钟,它可以用于夜间报时,后来它被拜占庭和阿拉伯继承和沿用。中国典籍里也有制作水钟的记载。

  但西欧人在罗马文明崩溃后,只晓得用沙漏、水漏、蜡烛计时。直到公元1000年左右,西欧修道院可能从东方又引入了水钟。说“可能”,是因为他们的“horologium(计时器)”一词也可以指日晷和沙漏,缺少实物,我们无法考证。1198年的记载中提到,一个修道院起大火时,大家跑到计时器那里去舀水——暗示那是个水钟。

  1300年前后,欧洲出现了重力驱动的钟。最早由重力驱动的钟可能是1283年安装在英格兰邓斯特布尔修道院的一座钟,据记载,它安装在教堂窗棂上面,因此不大可能是水钟。接下来几十年,重力钟出现在英国、意大利和法国;实物虽然无存,但有对其结构和原理的详细描述。

  重力钟的原理,是让重物高高吊起,慢慢落下,持续拉动齿轮。开始的重力钟需要设置在高塔里。

  水钟到重力钟的进化,就好像两栖动物演变成不依赖水的爬行动物,从此前途广阔。来自西北欧方言的clock一词,也取代了horologium这个希腊词。

  机械钟的关键,是“擒纵”机构。通过齿轮与棒子的配合,一擒,一纵,一收,一放,将水钟式的无节奏的动力转化为现代钟表式的有节奏的动力。钟表传出的滴答声,就是擒纵结构的响声。

  欧洲人是怎么想出这个结构的呢?有人研究认为,更早前有修道院借助类似的原理实现了自动撞钟。无论如何,修道院是这种前沿技术的第一个使用者。

  无论是水钟还是重力钟,周期并不稳定。动力大了,钟就快一点;动力小了,钟就慢一点。最早的机械钟一个昼夜下来能误差两个小时。但钟的质量在突飞猛进地提高。

  1336年,米兰安装了一座时钟,可以在1点时打一下,两点时打两下……这个功能大受公众欢迎。随后200年间,教堂钟楼逐渐普及时钟,欧洲人也习惯了“定点广播报时”。

  同时,重力钟也逐渐小型化,有一些已经可以摆进客厅做家具了。

  第二次革命:弹簧代替重力

  重力机械钟发明100年后,有人在里面安上了弹簧,让弹力代替重力驱动钟。弹簧钟不像重力钟,不一定要吊得高高的,它可以小型化,可以放在桌子上架子上,也可以轻松搬走。

  但弹力驱动的一个问题是,弹簧会松,钟走的速度误差太大。早期的弹簧钟远不如重力钟那么准确。

  克服这个问题的装置叫“均力锥轮”,它是一位不知名的机械天才发明的,大概出现于1400年到1450年之间。它是一个有凸起螺线的锥形盘,链条绕在这个盘上,并且连接发条。上发条时,越缠绕,螺旋直径越小——发条虽然绷得越紧,链条终端的力却没有增加,稳定输出给钟表。

  之所以说发明它的人是个天才,是因为这个锥形轮的纵剖面,其实是双曲线形的。那个年代还没有正确的数学公式去指导手艺人。手艺人是在实践中摸索出了正确的形状。而且他们一定是发明了特殊的机床,才能车出双曲线。这种高超的工艺,现在看来还是令人佩服。

  在麦哲伦环游世界的年代,德国工匠生产的、配有均力锥轮的弹簧钟,在欧洲名头响亮。

  接下来,钟缩小成了表。人类第一只表诞生于1564年的德国纽伦堡,后来被英国人叫做“纽伦堡蛋”。

  1577年,一位匠人为天文学家第谷制造了精确的天文时钟,首次引入了分针。

  17世纪中期,惠更斯为钟表添上了两件利器:一是摆锤,它利用了伽利略发现的“重物摆动周期恒定”原理;二是游丝,也就是把弹簧螺旋盘起来。两者配合,让每日误差20分钟以上的钟表降低到一两分钟,大大提高了实用性。惠更斯后,钟表业加速发展。英国和法国走在前列。

  学者刘易斯·芒福德曾说:“工业时代的标志是钟表而不是蒸汽机……钟表是现代技术最前沿的机械;并且在每个阶段都保持着领先;它是其他机器渴望达到的完美标志。可以说,钟表为其他机械提供了模型……钟表业的间接影响也同样重要,作为第一个真正的精密仪器,它在精度和光洁度方面是其他仪器的榜样,无论是机械学影响还是社会影响,钟表都是第一。”

  发展动力:炫富推动的产业

  在人类历史上地位这么重要的钟表,初衷并不是为了“引领工业革命”或者“带动科技创新”。机械钟的出现,源于修道士对日程表的认真遵守。他们为了不折不扣地定时祈祷,需要更可靠的时间仪器。

  很快,昂贵的钟表在修道院外也找到了市场。先是城市里各种富丽堂皇的建筑(比如法院、议会)购买机械钟,然后是富人宅邸。无论公费还是私费,都是为了宣示其非同一般的财力和排场。

  可以说,推动钟表发展的,就是人们拥有“百达翡丽”“江诗丹顿”的欲望——那不仅仅是报时工具,更是高级玩具和珠宝工艺品。

  14世纪中期,欧洲钟楼上常会有一个机械人手握木棒敲钟报时。接下来的200年间,敲钟的机械人和动物越来越多,可上演全套戏剧,精美繁复。比如1499年威尼斯圣马可广场安装的钟,由两位巨大的牧羊人敲响,一位天使同时吹响号角,东方三博士进场,跪在圣母圣子面前,一手脱帽,一手献礼。然后起身戴帽出门。这座钟还会显示所有天体的运行位置。再比如瑞士伯尔尼天文塔的钟表建于1530年,每小时会有4分钟的机械人表演:公鸡鸣叫、跳舞的小丑敲钟、克洛诺斯翻转沙漏、城市的吉祥物游行……

  最早的表,比如保存至今的一只16世纪晚期制造的“纽伦堡蛋”,很像现在的豪表。表盘是金子的,整体是一块六边形的哥伦比亚翡翠,机芯置于其中。那个年代的表往往还做成新奇形状,比如水果或者动物。

  另一件保存至今的,是16世纪初的“盐器钟”,是法国国王送给英国国王的礼物,银质镀金,缀满珐琅花纹、贝壳与宝石,表盘放在水晶壳里。盐器是当时餐桌上最重要的器具,放在宴会长桌中间。这类“盐器钟”,当时的英国王室收藏了11个。

  钟表史上,美轮美奂的作品数不胜数,如果不是为了炫富,欧洲钟表不会遥遥领先。


责任编辑:胡利娟
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