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第31章 世界首座天文时钟:苏颂的水运仪

苏颂是宋代天文学家、天文机械制造家、药物学家,仁宗时期考得进士,之后几度得到重用。

苏颂在朝廷任职期间,第一件值得称道的事是校正编撰古籍,由此他广泛接触有关文献资料,博览皇家藏书,为他成为一个渊博的学者创造了条件。苏颂在朝廷任职的第二件大事是“李定事件”。他三次拒绝起草诏书任命李定为太子中允、权监察御史里行,神宗愤怒地斥责说:“轻侮诏命,翻复若此,国法岂容!”于是将苏颂撤职。但苏颂几次拒绝草诏,都有自己的理由:第一是破格提拔李定违背以前的法令,而官吏的任命必须依法而行。第二是李定不够破格提拔的标准,他“素无声称”,不能因偶有奏对称心,就破格提拔。第三是先做一般提拔,放在皇帝身边考察,果有奇谋硕画,再破格提拔也不迟。苏颂的这些意见是十分诚恳的。

元丰年间改革官制,是神宗与王安石的改革措施之一。元丰四年(公元1081年),苏颂被召回吏部详定官制。他积极参加了官制改革,在革除宋代官、职和差遣的弊病方面,做了大量工作。宋代元丰以前,官用来定品阶俸禄;职为殿阁、文学之士及待制等,以示尊宠。唯差遣为实职,可行使权力。这样造成了官称与实职不符,机构混乱,冗员过多等弊病。苏颂在这方面提过许多有益意见。

在任地方官时,苏颂尽其所能,为民造福。如开封府界提点诸县镇公事时,他兴修水利,保田防灾。元丰四年(公元1081年)知沧州时,黄河泛滥,他又上奏指出只修堤防不注意疏通海口的危险性,并经过认真的调查研究,提出较好的解决办法:“臣窃见沧州东北有三堂泊,纵广百余里,下连海道,地名黑龙港。……其西与御河破藏口及范桥镇相去不过三五十里,可以分引河流,东注泊内。既满溢则由黑龙港以入海,其势甚易。”在杭州任内,他把凤凰山的泉水引入市区,做自来水用,造福于百姓。

然而,对于人类科技文明的进步来说,苏颂贡献最大的还是为官期间所从事的科技工作。

苏颂第一次领导科技工作是从嘉祐二年(公元1057年)任校正医书官开始的。最初他参与编撰《嘉祐本草》,后来又领导《图经本草》的编写工作。他在领导这一工作时采用了发动广大医师和药农呈送标本和药图,并写出详细说明的方法,改变了以往从书本到书本的脱离实物的弊病,从而为纠正药物的混乱与错讹作出了重大贡献。

苏颂做科技工作时,不但指导全局,而且亲自动手,不惮繁巨,不畏劳苦。《图经本草》的标本、药图和说明文字来自四面八方,“今天下所上,绘事千名……事有详略,言多鄙俚。向非专一整比,缘饰以文,则前后不伦,披寻难晓”。为整理这堆积如山、其乱如麻的原始材料,他提出了六项原则。苏颂的前三项原则是想尽一切办法把问题研究明白;后三项原则是实事求是,既不轻易舍弃来自基层的资料,也不急于作出判断,而是两说并存或存疑待考。这也是他的工作能取得重大成就并经受住时间考验的一个重要原因。

由于采取上述原则,苏颂经过统一整理,重加撰述,终于在嘉祐六年(公元1061年)完成了流传至今的第一部有图的本草书《图经本草》。李时珍赞扬《图经本草》:“考证详明,颇有发挥”,给予了充分的肯定。

苏颂第二次领导科技工作是元祐元年(公元1086年)十一月受诏定夺新旧浑仪。他于元祐二年八月请求“置局差官”,于是组成了“详定制造水运浑仪所”,这个机构的组成人员都是经过他的寻访调查或亲自考核,而确定下来的。

苏颂接受这项科技工作后,首先是四处走访,寻觅人才。他发现了吏部令史韩公廉通《九章算术》,且晓天文、历法,立即奏请调来专门从事水运仪象台的研制工作。接着,他走出汴京到外地查访,发现了在仪器制造方面学有专长的寿州州学教授王沇之,奏调他“专监造作,兼管收支官物”。然后,又考核太史局和天文机构的原工作人员,选出“夏官正周日严,秋官正于太古,冬官正张仲宣等”,协助韩公廉工作,“同充制度官”。

苏颂对研制工作是慎之又慎的。他认为,有了书,做了模型还不一定可靠,还必须做实际的天文观测,“差官实验,如候天有准”,才能进一步向前推进,以免浪费国家资财。经过多次实验证明韩公廉的设计“候天有准”,于是在元祐三年(公元1088年)五月造成小木样呈进皇帝,并赴都堂呈验。宋哲宗指派翰林学士许将等进行试验和鉴定。公元1089年,许将向朝廷报告,“详定元祐浑天仪象所先被旨制造水浑木样,如实验候天不差,即别造铜器。今臣等昼夜校验,与天道已参合不差。”这时苏颂才开始正式用铜制造新仪。经过三年零四个月的工作,终于制成了有世界性贡献的水运仪象台。

苏颂所研制的水运仪象台是一座高12米,宽7米,像三层楼房一样的巨型天文仪器。苏颂在说明中说:“兼采诸家之说,备存仪象之器,共置一台中。台有二隔,置浑仪于上,而浑象置于下,枢机轮轴隐于中,钟鼓时刻司辰运于轮上,……以水激轮,轮转而仪象皆动。”水运仪象台的上层是观测天体的浑仪,中层是演示天象的浑象,下层是使浑仪、浑象随天体运动而报时的机械装置。它兼有观测天体运行,演示天象变化,以及随天象推移而有木人自动敲钟、击鼓、摇铃,准确报时的三种功用,在国内取得了前无古人的成就,使许多中外科技史专家为之叹服。

李约瑟在深入研究了水运仪象台之后,曾改变了他过去的一些观点。他在《中国科学技术史》中说:“我们借此机会声明,我们以前关于‘钟表装置……完全是14世纪早期欧洲的发明’的说法是错误的。使用轴叶擒纵器重力传动机械时钟是14世纪在欧洲发明的。可是,在中国许多世纪之前,就已有了装有另一种擒纵器的水力传动机械时钟。”

苏颂为了能更直观地理解星宿的昏晓出没和中天,又提出设计一种人能进入浑天象内部来观察的仪器,即假天仪。具体设计仍由韩公廉推算完成。它是用竹木制成,形如球状竹笼,外面糊纸。按天上星宿的位置,在纸上开孔。人进入球内观看,外面的光从孔中射入,呈现出大小不同的亮点,好像夜空中的星星一般。人悬坐球内扳动枢轴,使球体转动,就可以更形象地看到星宿的出没运行。这架仪器是近代天文馆中星空演示的先驱。

苏颂主持创制的水运仪象台是11世纪末我国杰出的天文仪器,也是世界上最古老的天文钟。国际上对水运仪象台的设计给予了高度的评价,认为水运仪象台为了观测上的方便,设计了活动的屋顶,这是今天天文台活动圆顶的祖先;浑象一昼夜自转一圈,不仅形象地演示了天象的变化,也是现代天文台的跟踪器械—转仪钟的祖先;水运仪象台中首创的擒纵器机构是后世钟表的关键部件,因此它又是钟表的祖先。水运仪象台可以反映出中国古代力学知识的应用已经达到了相当高的水平。

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