漏刻,又称漏壶、刻漏、水钟等,是古代的一种计时工具。“漏”是指计时用的漏壶,是古代中国人的习惯用语,含义就是现在“钟”;“刻”是指划分一天的时间单位,它通过漏壶中的浮箭来计量一昼夜的时刻。在一些文明古国﹐如中国﹑埃及﹑巴比伦等﹐都使用过漏刻。
最初,人们发现陶器中的水会从裂缝中一滴一滴地漏出来,于是专门制造出一种留有小孔的漏壶。把水注入漏壶内,水便从孔中流出来。另外再用一个容器收集漏下来的水,在这个容器内有一根刻有标记的箭杆,相当于现代钟表上显示时刻的钟面。箭杆用一个竹片或木块托着箭杆浮在水面上。容器盖的中心开一个小孔,箭杆从盖孔中穿出,这个容器叫做“箭壶”。随着箭壶内收集的水逐渐增多,木块托着箭杆也慢慢地往上浮,古人从盖孔处看箭杆上的标记,就能知道具体的时刻。
漏刻的计时方法可分为两类:泄水型和受水型。漏刻是一种独立的计时系统,只借助水的运动。后来古人发现漏壶内的水多时,流水较快,水少时流水就慢,显然会影响计量时间的精度。于是在漏壶上再加一只漏壶,水从下面漏壶流出去的同时,上面漏壶的水即源源不断地补充给下面的漏壶,使下面漏壶内的水均匀地流入箭壶,从而取得比较精确的时刻。
此外﹐还有一种以沙代水的沙漏。沙漏的最早记载见于元代﹐造沙漏的目的是为了避免水因气温变化而影响计时精度。其原理是通过流沙推动齿轮组﹐使指针在时刻盘上指示时刻。明初詹希元创制五轮沙漏﹐后来周述学改进为六轮沙漏。但是流沙容易阻塞﹐使用并不普遍。中国历史上用得最多﹑流传最广的是箭漏。
现存于北京故宫博物院的铜壶漏刻是公元1745年制造的,最上面漏壶的水从雕刻精致的龙口流出,依次流向下壶,箭壶盖上有个铜人仿佛报着箭杆,箭杆上刻有96格,每格为15分钟,人们根据铜人手握箭杆处的标志来报告时间。
圭表
圭表是我国古代度量日影长度的一种天文仪器,它由垂直的表(一般高八尺)和水平的圭两个部件组成。圭表的主要功能是测定冬至日所在,并进而确定回归年长度,此外,通过观测表影的变化可确定方向和节气。
很早以前,人们发现房屋、树木等物在太阳光照射下会投出影子,这些影子的变化有一定的规律。于是便在平地上直立一根竿子或石柱来观察影子的变化,这根立竿或立柱就叫做“表”;用一把尺子测量表影的长度和方向,则可知道时辰。后来,发现正午时的表影总是投向正北方向,就把石板制成的尺子平铺在地面上,与立表垂直,尺子的一头连着表基,另一头则伸向正北方向,这把用石板制成的尺子叫“圭”。正午时表影投在石板上,古人就能直接读出表影的长度值。
经过长期观测,古人不仅了解到一天中表影在正午最短,而且得出一年内夏至日的正午,烈日高照,表影最短;冬至日的正午,煦阳斜射,表影则最长。于是,古人就以正午时的表影长度来确定节气和一年的长度。譬如,连续两次测得表影的最长值,这两次最长值相隔的天数,就是一年的时间长度,难怪我国古人早就知道一年等于365天多的数值。
在现存的河南登封观星台上,40尺的高台和128尺长的量天尺也是一个巨大的圭表。
日晷
日晷又称日规、晷仪或太阳钟,是我国古代利用日影测得时刻的一种计时仪器。
日晷通常由铜制的指针和石制的圆盘组成。铜制的指针叫做“晷针”,垂直地穿过圆盘中心,起着圭表中立竿的作用。因此,晷针又叫“表”,石制的圆盘叫做“晷面”。日晷安放在石台上,南高北低,晷面平行于天赤道面,晷针的上端正好指向北天极,下端正好指向南天极。晷面的正反两面都刻有12个大格,每个大格代表两个小时。当太阳光照在日晷上时,晷针的影子就会投向晷面,太阳由东向西移动,投向晷面的晷针影子也慢慢地由西向东移动。于是,移动着的晷针影子好像是现代钟表的指针,晷面则是钟表的表面,以此来显示时刻。
由于从春分到秋分期间,太阳总是在天赤道的北侧运行,因此,晷针的影子投向晷面上方;从秋分到春分期间,太阳在天赤道的南侧运行,因此,晷针的影子投向晷面的下方。所以在观察日晷时,首先要了解两个不同时期晷针的投影位置。
日晷较之圭表,已复杂多了,可以说是一种真正的仪器了。日晷与圭表的区别是:圭表的根据日影的长短判别方向测定季节、全年日数和冬至、夏至就在的日子,推算历法等;日晷的应用,主要是根据日影的位置,以指定当时的时辰或刻数,是我国古代较为普遍使用的计时仪器。
唐代的赤道式日晷,是所有日晷中计时最准确的。后经阿拉伯人或犹太人将其传入西方,十七世纪时赤道式日晷风行于欧洲,人们称它为“二分式日晷”。
日晷横跨人类历史数千年,在使用中不断发展和进步,为社会的发展,科学技术的进步起到了推动的作用,不仅可以计时,而且能求得标准时间,甚至可以校对现代的钟表。
僧一行测子午线
子午线即地球的经度线。测量子午线长度可以确知地球的大小。子午线长度是地理学、测地学和天文学上一项重要的基本数据。唐代天文学家僧一行在我国和世界上最早发起和组织了测量子午线长度的活动。
僧一行(公元683年—727年),本姓张,名遂,魏州昌乐(今河南南乐)人,对天文历法的造诣很深。他因不愿与武则天的侄子武三思交往,逃到河南嵩山的嵩阳寺做了和尚,取名一行。
唐玄宗即位后,请一行进京主持修订新历法。为此,一行对天文现象进行了认真的观测和研究。开元十二年(公元724年),他发起和组织了一次大规模的大地测量活动,测量地点达12处,以今河南省为中心,北起铁勒(今内蒙古自治区以北),南达林邑(今越南中部),测量范围之大前所未有。测量内容包括每个测量地点的北极高度,以及冬至、夏至、春分、秋分那天正午八尺之竿(表)的日影长度。
这次测量活动,以太史监南宫说等人在河南滑县、浚仪(今开封)、扶沟和上蔡四处的测量最为重要。这四个地点的地理经度比较接近,大致是在同一经度上。南宫说等人除了测出四处的北极高度和日影长度外,还测出了这四个地点之间的距离。一行从南宫说等人的测量数据中,计算出南北两地相差351里80步(唐朝尺度,合现代长度129.22公里),北极高度相差一度,这个数据就是地球子午线一度的长。同现代测量子午线一度的长111.2公里相比,一行的数据虽然有较大的误差,但这是世界上第一次实测子午线长度的记录,有着十分宝贵的科学价值。
国外实测子午线长度,是公元814年阿拉伯天文学家进行的,比我国晚了90年。那个时候的人就知道地球是圆的,从航海得知。
郭守敬与《授时历》
郭守敬(1231年—1316年)是中国元朝时期的著名天文学家之一,也是中国古代最有成就的科学家之一。
公元1271年元王朝建立,准备颁行全国统一的历法。为了精确汇集天文数据,以备制定新的历法,郭守敬花了两年时间,精心设计制造了一整套天文仪器,共13件,其中最有创造性的3件包括:高表及其辅助仪器、简仪和仰仪。
高表是古代圭表的发展,是最古老的天文仪器之一。简仪是中国传统浑仪的发展,这种结构,欧洲到18世纪才采用。郭守敬还发明了许多其它观测器具。
郭守敬根据观测的结果,于公元1280年3月,制订了一部准确精密的新历法《授时历》。在《授时历》里,有许多革新创造的成绩。第一,废除了过去许多不合理、不必要的计算方法,例如避免用很复杂的分数来表示一个天文数据的尾数部分,改用十进小数等。第二,创立了几种新的算法,例如三差内插内式及合于球面三角法的计算公式等。第三,总结了前人的成果,使用了一些较进步的数据,例如采用南宋杨忠辅所定的回归年,以一年为365.2425日,比地球绕太阳一周的实际运行时间只差26秒。欧洲的著名历法《格里历》也规定一年为365.2425天,但是《格里历》是公元1582年开始使用的,比郭守敬的《授时历》晚了整整300年。
郭守敬在天文历法方面的著作有14种,共计105卷。郭守敬是中国古代成就突出的科学家,直到很晚,世界各国的科学界才逐渐了解他。
陶器
人们把粘土加水混和后,制成各种器物,干燥后经火烧制,产生质的变化,形成陶器。陶器的发明,是人类文明发展的重要标志。陶器是人类第一次利用天然物,按照自己的意志,创造出来的一种崭新的东西。
古代人类大多依山傍水而居,他们需要寻找贮水、汲水、贮存和蒸煮食物的器具。从技术上来讲,很早就知道土壤加水就具有可塑性,加上用火的丰富经验这些都是制作陶器的准备条件。
有人推测,古人为了使枝条编制的器皿耐火和密致无缝而涂上黏土,经过火烧之后,黏土部分很坚硬,进而发现成型的黏土不要内部容器也可以烧制成器,这可能是最原始的陶器。也有人认为,古人是偶然发现用手捏成的器物经火烧之后变得结实了,而且不怕水,因此而发明了陶器。
新石器时代早期,人们烧制陶器大都是就地取土,烧制温度大致在700℃。在遗址中没有发现窑炉遗迹,可以推断是平地堆烧的。那时的陶器型大都是手工捏成型的罐、钵之类的小型陶器,虽然原料粗糙、造型简单、烧成温度低,但这毕竟是人类利用化学变化制造器物的尝试,它大大地改进了原始人的生活质量。
距今五六千年的仰韶文化时期的陶器以红陶为主,灰陶、黑陶次之。当时处于新石器时代的母系氏族社会。当时的制陶业以比较发达,已发掘的陶窑遗址大部分在村落附近。烧制陶器的黏土是具有一定塑性的黏土。陶器基本上是手制成型,也有部分小型器件用模制。仰韶后期开始出现慢轮修整。普遍使用陶窑烧制陶器。在陶窑中陶器不再直接在火焰上烧烤,火力也比较均匀,减少了陶器的龟裂和变形。这是一个相当大的进步。最能反映当时制陶水平的是细泥彩陶。它表面呈红色,里表磨光,且造型独特,可见当时的制陶工艺已达到相当成熟的阶段。此外这些陶器上还绘有生动逼真美丽的图案,这充分表现了绘画者的想象力和创造才能。
龙山文化时期的陶器以灰陶为主,制陶工艺的珍品是黑陶这种陶器器壁薄如蛋壳而坚硬厚度仅1—3毫米,表面漆黑有光。烧制这种陶器的关键工艺是在烧成后期,用泥封窑顶,同时渗水入窑,烟熏渗碳。
相当于中原龙山文化后期,在江南和东南沿海一带出现一种印纹硬陶。由于原料中酸性氧化物相对增加,因此烧成温度达1100℃。到了商代印纹硬陶开始大量生产,它吸水率外型美观、坚硬耐用,成为深受欢迎的陶器品种。
陶器的发明揭开了人类利用自然、改造自然的新篇章,它大大改善了人类的生活条件,在人类发展史上开辟了新纪元。
瓷器
瓷器是中国人发明的,这是举世都公认的。瓷器脱胎于陶器,它的发明是中国古代先民在烧制白陶器和印纹硬陶器的经验中,逐步探索出来的。