《長安十二時辰》中必懂的一個科普知識,沒有鐘表的古人如何計時

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改編自馬伯庸小說的《長安十二時辰》新鮮上映,劇中情節緊湊,敘事紮實,貼緊史實,引發了追劇熱潮。觀眾在欣賞情節的同時,往往忽略了一個細節,那就是當時的計間工具。在古代,將線性的時間,劃分成若干等量刻度,做到精準計時,減小誤差,並非易事。

在《長安十二時辰》片頭,導演巧妙地利用日晷指示時間,既突出了劇中主題,又能渲染緊張氣氛。周朝時期,民間普遍用日晷計時,距今已有三千多年的歷史。按擺放角度不同,日晷分為地平式、垂直式和赤道式等三類,以赤道式最為經典。赤道式日晷在擺放時,要與赤道平行,晷針上端指向北極,下端指向南極,通過陽光投影測定時間。

《長安十二時辰》中必懂的一個科普知識,沒有鐘表的古人如何計時 戲劇 第1張

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​圖1 《長安十二時辰》片頭,每集片頭的名字都對應著古代計時

日晷看似簡單,內藏玄機。由晷針和晷面組成,兩者相當於鐘表的指針和表面。晷針垂直穿過晷面中心,晷面外延一般有三個圓圈,內圈標示天幹地支,中圈刻有十二時辰,外圈對應每個時辰,再分「初」、「正」兩格,由此將一天的時間劃分為十二時辰,二十四小時。如今的「小時」概念,就是由晷面刻度演變而來,而鐘表表面的設計靈感同樣借鑒了晷面的結構。

赤道式日晷不僅可以授時,還可以指示節氣。在一年中的春分和秋分,太陽的運行軌道與赤道平行,晷面無法標示時間。《周髀算經》記載:「故冬至日晷丈三尺五寸,夏至日晷尺六寸。冬至日晷長,夏至日晷短。」可見早在西漢時期,古人對日晷進行了深入的研究。

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​圖2 《周髀算經》原名《周髀》,算經的十書之一,是中國最古老的天文學和數學著作

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​圖3 日晷 結構圖

北京故宮中保存著很多清朝石質日晷,其功能不僅是為了授時,更是作為皇家禮器之一,陳列於宮殿之前。慈寧宮的房產證上寫著太后的名字,宮前擺放著故宮中唯一的月晷,以此顯示宮殿主人既特殊又尊重的身份。

日晷過於笨重,無法搬運,而且只能處置在室外,另外,清朝文人錢泳在《履園叢話》中,也指出日晷的不足,他認為「日晷用於日中,月晷用於夜中,然是日有風雨,則不可用矣。」諸多客觀條件的約束,限制了日晷的普及和使用。

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​圖4 《長安十二時辰》里的火鬧鐘

《長安十二時辰》的第四集,陳參軍率眾靖安司搞事情。李必搬出火鬧鐘,立下軍令狀,提出一個時辰內找到狼衛線索,否則將交出靖安令。實際上,火鬧鐘不過是焚香計時的一種方式。在古代,民間根據不同的需要,製作了時長不一的香,供消費者選購。

焚燒時間最長的香,是一種盤香,上面標有刻度,焚香時長達三十晝夜。盤香多用於寺院、道觀和祠堂。香條從內到外列成同心圓形狀,其中有木屑,起到助燃的作用。焚香時,要選擇空氣流通順暢的房間,將盤香垂直掛起,方便燃燒。

在室外焚香,依然受到氣象條件的制約。古人從水滴均勻滴落中受到啟發,發明了漏刻。最早的漏刻是陶制的,後來採用青銅材質,增強了實用性,主要分為受水式和漏水式。其中的原理是類似的,通過漏刻浮箭的上下移動,觀測時間。據《漢書》記載:「漏刻以百二十為度。」清初,受西方鐘表的影響,朝廷頒布了《時憲書》,將晝夜百刻調整為九十六刻,「一刻鐘」等於十五分鐘,一直沿用至今。

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​圖5 古代高精度計時器-西漢漏壺

1968年,河北滿城出土了一個青銅漏刻,是現存最早的西漢漏刻之一。這只三足漏刻分為提梁和漏壺兩部分。提梁中央有長方形孔,用以扶箭直立,起到了限位的作用,另外,以提梁為標尺,便於精確計時。漏壺側面裝有滴水孔,據專家考證漏壺內部有節流裝置,用以控制水滴流速。不過該裝置用的是有機材料,經過時間侵蝕,早已腐朽無蹤。

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​圖6 漏刻示意圖

這種便攜式漏刻,具有特殊的軍事價值。《六韜·分兵》明確指出:「明告戰日,漏刻有時。」漏刻的出現,彌補了古代軍隊作戰的計時需要。春秋時期,齊國司馬穰苴與莊賈相約,「旦日日中會於軍門」。司馬穰苴率軍先行,到達駐地後「立表下漏」以待莊賈。結果,莊賈與親朋好友飲宴,夕時才至。司馬穰苴旋即按軍法將其處死。說明漏刻在先秦時期已有軍隊中廣泛應用。

漏刻只是單級滴漏,存在水流速度不均勻的弊端。在靖安司,司天台報時博士龐靈值守多級滴漏,這是古代計時和授時的神器。滴漏的出現年代不詳。《周禮》有「挈壺氏」的官職,「掌挈壺以令軍井」,「凡軍事縣(懸)壺以序聚柝」,「皆以水火守之」。水守專司銅壺備水,火守不止要在夜間執火觀察時刻,還要在冬季為銅壺保溫,以防結冰。維持銅壺滴漏的工作人員竟達二十多人。

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​圖7 六經圖——唐呂才漏刻圖

元延祐三年(公元1316年),廣州人冼運行、杜子盛等人鑄造了由日壺、月壺、星壺和受水壺等銅壺組成的三級滴漏。通過逐級滴漏,可以控制水位的相對恒定,水滴的速度始終保持勻速,從而精準地控制時間。

受水壺中央有一把銅尺,上面標有十二時辰,銅尺前方有木質浮箭。水滴由上至下依次滴落,受水壺水位上升,浮劍上移,校驗銅尺,就能讀出時辰。1919年,這套銅壺滴漏完成了歷史使命,歷時六百年。1959年,它成為國家博物館的藏品,是大陸現存最大、最早、最完整的銅壺滴漏。

多級滴漏的出現,歸功於東漢科學家張衡。公元二世紀,他發現滴漏中從下往上數第二級銅壺水面保持恒平,用於計時的浮箭上升速度也是恒定的。按照張衡的方法,用復原的銅壺進行計時試驗,他設計的多級滴漏一晝夜的誤差不大於四十秒。1657年,歐洲發明了擺鐘,才將走時日差縮短到20秒。中國的多級滴漏領先世界,足有1500年。

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​圖8 水運儀象台

北宋宰相蘇頌主持了一項重大科學工程。他設計了以水力驅動多級漏刻為動力,推動天文鐘、渾象和渾儀的自動運行,以此達到天文觀測、天文演示和報時功能的目的。其動力裝置類似於鐘表的擒縱器,因此這套儀器稱為「水運儀象台」。整個工程耗資五萬貫,相當於北宋年度財政收入的1‰。充分說明,北宋對計時和天文的重視程度。

《長安十二時辰》中的計時工具,使影迷耳目一新。靖安司和狼衛在與時間賽跑,長安的安危維系在十二時辰內。陶淵明有詩嘆曰:「盛年不再來,一日難再晨。及時當勉勵,歲月不待人。」在生命的漏刻里,點滴的努力必定會收到成功的浮箭。世事變幻,唯有歲月不可辜負。

文:計白當黑

參考文獻:《周禮》《六韜·分兵》《漢書》《履園叢話》《周髀算經》

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