水鍾

精度不一的各類鐘表至少已在人世間存在了4000年。埃及人是最早進行此類嘗試的民族，他們製作過星鍾圖，用它來查看哪顆星星已經升起，然後計算夜間的時刻。後來，他們造出了為白天計時的影鍾，隨著日出合日落，一條橫桿的影子逐漸越過一串記號。法老塞提一世於公元前1300年前後統治埃及，在他的陵墓中就曾發現一套製造影鐘的器械。日晷就是以這種簡單的影鍾為原形製作的。羅馬人對今天我們所熟知的那種日晷加以改進，甚至製造過攜帶型旅行用鍾。

據埃及朝官阿門內姆哈特的墓誌銘記載，此人曾於公元前1500年前後發明了水鍾，一種“漏壺”。容器內的水面隨著水的流出而下降，據此測出過去了多少時間。這類時鐘對祭司特別有用，因為夜裡他們需要了解時間，不致錯過在神廟內舉行宗教儀式和獻技活動的既定時刻。

古代作者對這些水鐘的影響作過充分的論證，講述了它們在不同背景下使用的情況。柏拉圖曾在公元前約330年撰文，把律師們說成是“受漏壺驅動……從無閑暇”的人。水鍾甚至開始影響到文學。“悲劇的長度，”亞里士多德抱怨說，“不該由漏壺……而應由與情節相適宜的東西來決定。”查看時鐘顯然已經受到嚴格的控制。

水鍾在希臘和羅馬宮廷發揮了更為寶貴的作用，在那裡，水鐘被用來確保發言者講話不超時；如果議程臨時中斷，譬如中途研究一下文件，等等，就要用蠟將出水管堵住，直到發言重新開始。在羅馬舉行運動會時，水鐘被用來為賽跑計時。

後來，伊斯蘭世界製造了華麗的水鍾。哈里發哈倫·賴世德曾派使臣由巴格達啟程，將一台特別精緻的水鍾送往神聖羅馬帝國開國皇帝查理大帝（公元742－814年）的宮廷。11世紀，阿拉伯的工程師在西班牙的托萊多建造了一對大水鍾，鐘上有兩個容器，月滿時，水慢慢注滿，月缺時，水慢慢排干。這些水鍾結構精巧，歷時百年而無須校正。

大約在1000多年以前，希臘人製造了較為精巧的水鍾。它的結構是這樣的：貯水壺上部一側有個小孔，多餘的水可以從這個小孔溢出，這樣就能保持固定的水平面，保持恆定的壓力。水從貯水壺下部的小孔流出，注入受水壺。受水壺內有一浮舟。浮舟上裝有“護鍾神”——箭竿。受水壺中的水達到某一高度時，通過虹吸管使水注入旋轉的平衡輪（它由於自身的重量而轉動），驅使一列齒輪轉動，從而按照晝夜的長短把計時用的鼓狀圓筒帶到新位置。隨受水壺水面高度的變化，“護鍾神”就在圓筒刻線上指出時辰。這些刻線是不等長的，有些還是斜的，以便指示出冬季里一天的時辰。

水鍾是整個古代世界報時的標準方式，它於公元前6世紀傳入中國。水鍾曾在雅典等城市成為一道常見的景觀，如今在這些城市中已發現公元前35年左右建造的“城鍾”的遺跡。這種鐘的運行由一塊浮標控制，當水從底部的一個小出口慢慢流出時，浮標也一點點地下沉。浮標大概與一根圓桿相連接。圓桿在下沉時使指示柄隨之移動。通向水井的台階的磨損程度表明，每天都要給蓄水池倒滿水。

西歐人一直宣稱，時鐘製造業的第二次飛躍——機械鐘的發明是由他們完成的。有一資料提到，1321年，在法蘭西魯昂附近的一座修道院內，大鐘上的一台機械曾奏出聖詩的曲調，而這台機械很可能是一隻時鐘。大約在同一時期，偉大的義大利詩人但丁在他的長詩《神曲》中明白無誤地描述過一隻引人注目的時鐘，而在1335年的大事年表中，也有一段文字首次提到米蘭聖戈特哈德教堂的一隻時鐘。

然而，在這些早期歐洲時鐘問世數百年之前，聰明絕頂的中國古人就已經發明了機械鐘。發明機械鐘是為了滿足精確記錄諸多皇位繼承人出生時刻的需要，這樣，御用占星家們就能夠確定天象對他們的影響，從中挑選最佳者繼承皇位。中國人在幾個世紀內開發了更為精確的水鍾，其中包括一種不用水而使用水銀的停表，但這些水鍾仍然不能滿足占星家們的特殊需要。

現存最古老的水鍾是阿孟霍特普三世（公元前14世紀）統治時期的產物——1905年在凱爾奈克的阿蒙神廟發現了它的殘片。

希臘世界也擁有較為精緻的水鍾，雅典的“風之塔”是天文學家安德羅尼卡於公元前1世紀初所建，頂部有多座日身，內部有一隻複雜的水鍾，時間在刻度盤上顯示，圍繞刻度盤轉動的圓盤可顯示恆星運行和一年中太陽在各星座中間運行的軌跡。

在公元72年，佛教僧侶和數學家一行製作了一個有發條裝置、稱作“水運渾天俯視圖”的天文儀器。從這個名稱可以想見，水為之提供了動力——但機械原理對其運行起著調整的作用。遺憾的是，沒過幾年，這台用鋼鐵製造的機械便開始鏽蝕；另外，那台時鐘也由於天氣寒冷引起內部結冰而出現種種問題。976年，張思訓用水銀替代水，建造了一台時鐘，但有關的詳細資料卻絕少傳世。

我國古代對水鐘的發展做出了突出貢獻。最著名的例子是北宋初年（大約公元1086年）蘇頌設計製造的“水運儀象台”。天文學家蘇頌按照宋朝英宗皇帝的詔令進行設計並於公元1090年建成的“水運儀象台”堪稱中古時代中國時鐘的登峰造極之作。

他的裝置是一座天文鐘樓，高逾30英尺。頂部有一架體積龐大的球形天文儀器，即渾儀。渾儀為銅製，靠水力驅動，用於觀測星相。鐘樓內放置天球儀，即渾象，其運轉與上面的渾儀同步，故可隨時對兩者進行比較。鐘樓前面是一座木閣，分5層各開一門，無論白天黑夜，每隔一段時間，便有木人出現。木人擊鼓、搖鈴、打鐘、敲打樂器、出示時辰牌。所有木人都由巨大的報時裝置操縱。這架裝置則由巨大的樞輪提供動力，樞輪上有木輻挾持水斗，水從漏壺中滴入水斗，使整個儀器每個時辰前進一個水斗。

蘇頌的大時鐘從1090年起一直運轉到1126年；隨後被金朝拆開，運至北京，在那裡又運轉了幾年。蘇頌的“水運儀象台”是中古時代中國時鐘製造的登峰造極之作；遺憾的是，在後來的100年裡，由於戰爭的原因，這些技術沒有能夠最終保留下來。

水運儀象台高三丈五尺六寸五分（約12米），寬二丈一尺，是一座上狹下廣的三層木結構建築。全台由水斗、木輪、鉤狀鐵撥等組成傳動系統。它的計時部分原名“晝夜機輪”，是一具精巧的水鍾。在這裡，蘇頌使用了相當於現代鐘錶中的擒縱器的一系卡子和樞輪槓桿裝置，通過大小齒輪的嚙合控制水斗轉動和樞輪運輪運轉速度。整個計時部分共有五層木閣：第一層是晝夜鐘鼓輪。輪上有三個不等高的小木柱（起凸輪作用），可按時撥動三個木人的撥子，拉動木人手臂，一刻打鼓，時初搖鈴，時正敲鐘。第二層是晝夜時初正輪，輪邊有24個司辰木人，表示12個時辰的時初、時正，相當於24小時。該輪上的24個木人隨著輪子轉動按時在木閣門前出現。第三層是報刻司辰輪，輪邊有96個司辰本人，每刻出現一人。第四層是夜漏金鉦輪，可以拉動木人按更序法鉦，報告更數，並且可以按季節調整，以適應晝長夜短的變化。第五層是夜漏司辰輪，輪邊設38個司辰木人，木人位置可按季節變動，從日落到日出按更序排列。

蘇頌主持製造的這架水運儀象台，不僅繼承了我國漢、唐以來的天文學和機械學上的成就，同時還有創新。晝夜機輪就是世界上最早的天文鐘，它所用的擒縱裝置也被公認為世界上機械鐘的祖先。

找一支香，先用尺子量出它的長度。點燃五分鐘以後，再量一下它的長度；過五分鐘以後，又量一次。量了幾次以後，你會發現：在沒有風的情況下，香的燃燒速度基本上沒有什麼變化。根據實驗所得到的燃燒速度，比如，每五分鐘燃燒掉1厘米，就可以在同樣的香上每隔1厘米刻上一個刻度。這樣，就成了一把測量時間的“尺子”了。只要看看香燒掉的長度，就可以知道已經過去了多少時間。

利用水流，也可以計算時間。

找一個空酒瓶子，灌滿水以後，倒立過來，讓水流出去。反覆做幾次，水流完的時間總是一定的；第一次用幾秒鐘，第二次還是幾秒鐘。

流動的水和燃燒的香為什麼可以作為測量時間的“尺子”呢？因為水的流動和香的燃燒都是一種運動，時間和運動有密切的關係，只有通過運動才能表現出流逝的時間。因此，量度時間離不開運動。

在沒有鐘錶以前，古人就是用水和火來計時的，根據古書記載，我國在兩千多年前，就有了一種滴水計時的“刻漏”，又叫水鍾。

古代有一種刻漏，主要由幾個銅水壺組成，又叫“漏壺”。除了最底下的那個，每個壺的底部都有一個小眼。水從最高的壺裡，經過下面的各個壺滴到最低的壺裡，滴得又細又均勻。最低的壺裡有一個銅人，手裡捧著一支能夠浮動的木箭，壺裡水多了，木箭浮起來，根據它上面的刻度，就可以知道時間。

燃燒計時也有悠久的歷史。我國古代有一種“火鬧鐘”：把香放在一個船形的槽里，在香的某一點，用細線繫上兩個銅鈴，橫掛在放香的小“龍船”上。香從一頭點起，燒到拴細線的地方把線燒斷，兩個銅鈴就落在下面的金屬盤裡，人們聽到響聲，就知道預定的時刻到了。

太陽的東升西落告訴我們地球在不停地轉動。這也是一種比較穩定的運動。自古以來人們還利用這種運動來計量時間。人們製成了日晷〔guǐ〕，這是一種“太陽鍾”，它是利用日影的運動來指示時間的。不過，在陰天和夜晚，"太陽鍾"就不起作用了。