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光有“月”和“年”还不够,因为人类在生活中又遇到新问题了:例如,做饭时,从肉放到火上到烤熟,大致需要多长时间呢?肯定不能从早烤到晚吧?烧水时,需要多长时间才能烧热?又需要多久才能烧开?反正绝对烧不了一整“天”……这些都“逼着”人类想办法,把一“天”分成更短的时间来计算。
时间看不见摸不着,怎么分呢?这确实是一个大难题!直到公元前3000年左右,人类才找到了划分时间的“工具”,那就是——影子!原来,在一天当中,随着地球的自转,阳光照射到地球上的距离和角度是在不断变化的。所以,人啊、房子啊、树木啊投射在地上的影子,它们的长短和方向也会随着发生相应的变化。根据这个原理,人类制成了最早的计时工具:日圭(guī)。
注意,是日圭,不是日晷(guǐ)。日圭是树立在地上的一根五寸长的棍子。人们从早晨开始,隔一会儿就用尺子来衡量一下日圭影子的长短,再做个标记。经过一段时间的观测,就可以把白天的时间划分成大致相等的几段。后来,人们干脆在日圭脚下的地面上刻上一把尺子,上面标出了相应的刻度,以代表不同的时间。
但是,不久后就有人发现,日圭测影并不准确。因为影子不光是在长短上有变化,方向也在变化。于是,日圭渐渐地又变成了日晷:人们用石头刻了一个圆盘,中间插进一根铜针,铜针的影子投在圆盘上,从早到晚,方向和长短逐渐改变,从而显示出了时间的变化。再后来,随着人类在天文学方面的知识不断增长,人们对日晷上圆盘和指针的角度也不断进行调整,发明了赤道日晷、极地日晷、南向日晷等多种日晷,用于在地球上不同的地点测量时间。
接下来,你可能自己也想到了:日晷的缺点,就是它完全要靠阳光才能发挥作用。用它测量白天的时间是可以了,但要测量晚上的时间就不行了。除此之外,阴天下雨时也无法使用日晷。这些都要求人类从另外的角度,再寻找测量时间的工具。
人们常说:“时光像水一样流逝。”可见,人类早已注意到,水的流动是可以用来表现时间的变化的。因此,世界各地的古人都不约而同地发明了一种计时工具——漏壶。它的原理很简单,就是用青铜或石头雕成水壶,然后在接近壶底部的地方钻一个小孔,引出一根滴水管,让水从这个管子里一滴滴地流出。另用木头或竹子制成一只箭舟,上面插着一根刻有刻度的标杆,放在壶中的水面上,用它来标注时间。在夏商时期的中国、古埃及和古巴比伦的遗址中,都发现了这种工具。
不过,那时的人类并不知道,水滴的速度和壶中水的多少是有关系的。当壶里水多的时候,水的压力较大,水滴流出的速度就会快一点;而随着壶中的水一点点减少,压力也减轻了,水滴流出的速度就会变慢。按这个道理,刚开始用装满的漏壶计时的时候,会显示出时间“过得”比较快,之后就“过得”越来越慢啦。后来,人们发现了这个误差,就又想出了一个办法,就是在这只漏壶的上方另加一只漏壶,为下面这只壶及时补充水量,让它维持在一个相对稳定的水平上,就可以帮助下面这只漏壶保持住滴水的速度。
经过试验,人们发现,如果再给这只“补水壶”上面加一只壶的话,那么从“补水壶”向外流水的速度也可以被控制住。以此类推,一层接一层,壶的层数加得越多,对水流速的控制就越精确,漏壶计时的准确度也就越来越高。到了唐朝,已经出现了四只一套的四级漏壶。为了摆放它们,还需要专门制作一个阶梯形的架子。所以,漏壶层数越多就越占地方,另外对古代人来说,生活中还没有什么事情需要把时间精确到那么细的地步,因此三到四级的漏壶就已经足够实用了。
在很多国外的奇幻和童话电影中,你都会看到沙漏这种工具:它由两个球形或喇叭形的玻璃容器组成,中间有一个很小、很小的细孔。沙子通过这个细孔,从上面的容器里慢慢地流到下面的容器里。等到都流完的时候,就可以把它颠倒过来,重新开始计时。
一般说来,一个沙漏漏沙子的时间是固定的,而且可以通过容器的大小、沙子的多少和流沙孔的尺寸来控制。但沙漏并不精确,经测算,一个30分钟的沙漏误差可以被控制在1分钟左右,但一个一小时的沙漏,误差就可能达到5分钟左右了。而且,使用的时间长了,沙漏的流沙孔可能被沙子磨损,误差也会更大些。
其实,最早人们做沙漏的“灵感”也是“逼”出来的:在北方,一些使用水漏壶的地方到了冬天,漏壶里的水就经常会结冰。平时倒也无所谓,可到了打仗的时候,不知道钟点就要耽误事儿了!据记载,在那时的军队里,甚至要专门派人看守漏壶,及时给它加热,避免水结冰。但是,水的流速和水温也有关系,加热反而会影响漏壶的精确度。没办法,最后人们只好想到,换一种不会结冰的东西来“漏”,不就得了吗?于是,就出现了沙漏。
和其他古代的计时工具相比,沙漏有一个重要的优点,就是携带起来比较方便。漏壶就不用说了,那时的日晷也是一块大石头圆盘,又沉又笨重,而且为了保持精确性,只能安装在特定的位置使用。在钟表出现之前,大部分出门在外的旅行者都使用沙漏来计时。包括一些古代的“科学家”——巫师啊、炼金术士啊,在煮草药、做实验时也是用沙漏来“掐表”的。在今天,各种制作精巧的沙漏已经成为一种富有意义的工艺品,在供人们观赏之余,也提醒着他们:就在你不留意间,时间已经悄悄地像沙一样流走啦……
不过,沙漏也不都是“小东西”。在距今600多年前的元代,有位名叫詹希元的大书法家——没错,是书法家,不是科学家——感觉用这样的沙漏来计算时间太简单,也太不精确了,于是就自己动手,制作了一架叫做“五轮沙漏”的计时工具。这架沙漏中使用了木制的齿轮,形成一个机械的结构,用流沙作为动力,推动齿轮的转动,再用齿轮带动一根指针,可以在一个刻有时间刻度的木盘上指示出时间——这不就是我们今天看到的钟表吗?除此之外,这个沙漏里还另有一组机械装置,带动两个小木人,每到整点时,就出来击鼓报时——哇,这还是一个“闹钟”呢!看来,这个詹希元真是一位爱好广泛、文理兼通的“全才”呢。可惜,由于元代统治中国的蒙古皇帝很快被推翻,社会陷入动乱,这个发明没有能够流传下来。直到一百多年后,随着西方钟表的传入,中国人才用上了更加精确、方便的计时工具。这真是中国科技史上的一大损失啊。
时间看不见摸不着,怎么分呢?这确实是一个大难题!直到公元前3000年左右,人类才找到了划分时间的“工具”,那就是——影子!原来,在一天当中,随着地球的自转,阳光照射到地球上的距离和角度是在不断变化的。所以,人啊、房子啊、树木啊投射在地上的影子,它们的长短和方向也会随着发生相应的变化。根据这个原理,人类制成了最早的计时工具:日圭(guī)。
注意,是日圭,不是日晷(guǐ)。日圭是树立在地上的一根五寸长的棍子。人们从早晨开始,隔一会儿就用尺子来衡量一下日圭影子的长短,再做个标记。经过一段时间的观测,就可以把白天的时间划分成大致相等的几段。后来,人们干脆在日圭脚下的地面上刻上一把尺子,上面标出了相应的刻度,以代表不同的时间。
但是,不久后就有人发现,日圭测影并不准确。因为影子不光是在长短上有变化,方向也在变化。于是,日圭渐渐地又变成了日晷:人们用石头刻了一个圆盘,中间插进一根铜针,铜针的影子投在圆盘上,从早到晚,方向和长短逐渐改变,从而显示出了时间的变化。再后来,随着人类在天文学方面的知识不断增长,人们对日晷上圆盘和指针的角度也不断进行调整,发明了赤道日晷、极地日晷、南向日晷等多种日晷,用于在地球上不同的地点测量时间。
接下来,你可能自己也想到了:日晷的缺点,就是它完全要靠阳光才能发挥作用。用它测量白天的时间是可以了,但要测量晚上的时间就不行了。除此之外,阴天下雨时也无法使用日晷。这些都要求人类从另外的角度,再寻找测量时间的工具。
人们常说:“时光像水一样流逝。”可见,人类早已注意到,水的流动是可以用来表现时间的变化的。因此,世界各地的古人都不约而同地发明了一种计时工具——漏壶。它的原理很简单,就是用青铜或石头雕成水壶,然后在接近壶底部的地方钻一个小孔,引出一根滴水管,让水从这个管子里一滴滴地流出。另用木头或竹子制成一只箭舟,上面插着一根刻有刻度的标杆,放在壶中的水面上,用它来标注时间。在夏商时期的中国、古埃及和古巴比伦的遗址中,都发现了这种工具。
不过,那时的人类并不知道,水滴的速度和壶中水的多少是有关系的。当壶里水多的时候,水的压力较大,水滴流出的速度就会快一点;而随着壶中的水一点点减少,压力也减轻了,水滴流出的速度就会变慢。按这个道理,刚开始用装满的漏壶计时的时候,会显示出时间“过得”比较快,之后就“过得”越来越慢啦。后来,人们发现了这个误差,就又想出了一个办法,就是在这只漏壶的上方另加一只漏壶,为下面这只壶及时补充水量,让它维持在一个相对稳定的水平上,就可以帮助下面这只漏壶保持住滴水的速度。
经过试验,人们发现,如果再给这只“补水壶”上面加一只壶的话,那么从“补水壶”向外流水的速度也可以被控制住。以此类推,一层接一层,壶的层数加得越多,对水流速的控制就越精确,漏壶计时的准确度也就越来越高。到了唐朝,已经出现了四只一套的四级漏壶。为了摆放它们,还需要专门制作一个阶梯形的架子。所以,漏壶层数越多就越占地方,另外对古代人来说,生活中还没有什么事情需要把时间精确到那么细的地步,因此三到四级的漏壶就已经足够实用了。
在很多国外的奇幻和童话电影中,你都会看到沙漏这种工具:它由两个球形或喇叭形的玻璃容器组成,中间有一个很小、很小的细孔。沙子通过这个细孔,从上面的容器里慢慢地流到下面的容器里。等到都流完的时候,就可以把它颠倒过来,重新开始计时。
一般说来,一个沙漏漏沙子的时间是固定的,而且可以通过容器的大小、沙子的多少和流沙孔的尺寸来控制。但沙漏并不精确,经测算,一个30分钟的沙漏误差可以被控制在1分钟左右,但一个一小时的沙漏,误差就可能达到5分钟左右了。而且,使用的时间长了,沙漏的流沙孔可能被沙子磨损,误差也会更大些。
其实,最早人们做沙漏的“灵感”也是“逼”出来的:在北方,一些使用水漏壶的地方到了冬天,漏壶里的水就经常会结冰。平时倒也无所谓,可到了打仗的时候,不知道钟点就要耽误事儿了!据记载,在那时的军队里,甚至要专门派人看守漏壶,及时给它加热,避免水结冰。但是,水的流速和水温也有关系,加热反而会影响漏壶的精确度。没办法,最后人们只好想到,换一种不会结冰的东西来“漏”,不就得了吗?于是,就出现了沙漏。
和其他古代的计时工具相比,沙漏有一个重要的优点,就是携带起来比较方便。漏壶就不用说了,那时的日晷也是一块大石头圆盘,又沉又笨重,而且为了保持精确性,只能安装在特定的位置使用。在钟表出现之前,大部分出门在外的旅行者都使用沙漏来计时。包括一些古代的“科学家”——巫师啊、炼金术士啊,在煮草药、做实验时也是用沙漏来“掐表”的。在今天,各种制作精巧的沙漏已经成为一种富有意义的工艺品,在供人们观赏之余,也提醒着他们:就在你不留意间,时间已经悄悄地像沙一样流走啦……
不过,沙漏也不都是“小东西”。在距今600多年前的元代,有位名叫詹希元的大书法家——没错,是书法家,不是科学家——感觉用这样的沙漏来计算时间太简单,也太不精确了,于是就自己动手,制作了一架叫做“五轮沙漏”的计时工具。这架沙漏中使用了木制的齿轮,形成一个机械的结构,用流沙作为动力,推动齿轮的转动,再用齿轮带动一根指针,可以在一个刻有时间刻度的木盘上指示出时间——这不就是我们今天看到的钟表吗?除此之外,这个沙漏里还另有一组机械装置,带动两个小木人,每到整点时,就出来击鼓报时——哇,这还是一个“闹钟”呢!看来,这个詹希元真是一位爱好广泛、文理兼通的“全才”呢。可惜,由于元代统治中国的蒙古皇帝很快被推翻,社会陷入动乱,这个发明没有能够流传下来。直到一百多年后,随着西方钟表的传入,中国人才用上了更加精确、方便的计时工具。这真是中国科技史上的一大损失啊。