世界計量日回顧中國古代計量器具之最
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- 發布時間：2014/5/3 12:40:15
- 作者：銀河電氣
第十五個世界計量日來臨之際，回顧中國古代度量衡，收集堪稱世界之最的商代骨尺，栗氏量，商鞅方升, 新莽嘉量,新莽銅卡尺等古代度量衡標準器和漏刻、渾天儀等巧奪天工的古代計時器，與華夏子孫分享。
一、世界計量日的來由
1875年的5月20日，17個國家在法國巴黎簽署了“米制公約”，這是一項在全球范圍內采用國際單位制和保證測量結果一致的政府間協議。一百多年來，國際米制公約組織對保證國際計量標準的統一、促進國際貿易和加速科技發展發揮了巨大作用。1999年10月11~15日，第二十一屆國際計量大會把每年的5月20日確定為世界計量日”(World Metrology Day) 。因此，2000年5月20日應該是第一個世界計量日。
國際法制計量組織（OIML）在2001年OIML主席理事會上宣布，鼓勵各國的國家計量機構利用5月20日世界計量日開展活動?！笆澜缬嬃咳铡钡拇_定，使人類對計量的認識躍上一個新的高度，也使計量對社會的影響進入一個新的階段。因此，也有人認為2001年5月20日是第一個世界計量日。
二、中國古代度量衡歷史悠久
計量在我國已有近5千年的歷史。過去，計量在我國稱為“度量衡”，其原義是關于長度、容量和質量的測量，其主要的計量器具是尺、斗、秤。
史書記載，黃帝設立了度、量、衡、里、畝5個計量單位。
大禹治水時，為了統一計量單位，大禹用自己的身高和體重分別作為長度和重量的標準。
商代出土的象牙尺等分10寸，每寸刻10分，這證明早在公元前16世紀我國就已經用十進位制了。
到了戰國時期，不僅廣泛流傳和應用了木工尺，而且已經能夠制造銅尺了。并根據當時已掌握的力學原理，創造了原始的天平。秦國商鞅監造的銅方升，成為秦國統一量制的計量標準器。
秦始皇統一度量衡，對度量衡計量器具加以定型化和制度化，促進了計量器具的規范化和標準化，從而奠定了我國古代計量科學技術的基礎。
隨著社會的發展和科學技術的進步，它的概念和內容也在不斷擴展和充實，遠遠超出“度量衡”的范疇。根據國家計量技術規范JJF1001-1998 《通用計量術語及定義》：
計量是實現單位統一、量值準確可靠的活動。
三、中國古代度量衡領先世界
1、最早的度量衡器具 商代骨尺
河南安陽出土的商代（公元前1600～前1046年）骨尺是目前中國所見最早的測長工具。出土的商代骨尺的長度分別為16.95、15.78、15.8厘米，相當于中等身高者伸開拇指與食指之間的距離，是商代一尺長度之參考。尺面十等分刻度線表示寸，而寸再十等分為分。
圖1 布手知尺的原型 商代骨尺
2、記載最早的度量衡標準器 栗氏量
戰國時期（公元前475～前211年）齊國制造的標準量器“栗氏量”，可謂應用了當時數學、物理學以及冶金等方面的最新成就而制造。栗氏量器已不存，但《考工記》中對栗氏量作了詳細的敘述：
“栗氏為量，改煎金錫則不耗，不耗然后權之，權之然后準之，準之然后量之，量之以為鬴〔fu釜〕，深尺，內方尺而圜其外，其實一鬴。其臀一寸，其實一豆。其耳三寸，其實一升。重一鈞。其聲中黃鐘之宮。概而不稅。其銘曰：‘時文思索，允臻其極，嘉量既成，以觀四國，永啟厥后，茲器維則’?！?/span>
這段文字簡要地闡述了制造標準量器的技術要求：銅量鑄作的工藝過程、量器的形制、各器的規格、尺寸、容積以及校準的方法等?！敖疱a”是指青銅，即銅和錫的合金。古代度量衡器多用青銅制造。青銅冶煉精純之后，便可以鑄成量器。
栗氏量包括鬴、豆、升三量，鬴是主體，呈圓筒形，深一尺，底面是邊長為一尺的正方形外接圓。圈足深一寸，容一豆；兩側有耳，深三寸，容一升，即“以度審容”。
栗氏量不僅有尺度、有容積，還要求有一定的重量，即“重一鈞”，這樣便可以從一件器物上得到度量衡三個單位的量值。根據《考工記》記載，第一步“權之”，把銅錫金屬按比例熔煉成青銅合金，用天平稱出它的重量m；第二步“準之”，用排水法求得青銅合金的體積v，從m和v可以求出其密度ρ(ρ=m/v)；第三步“量之”，根據設計要求做出一定容量的量器模型，同樣用排水法求得模型本身的體積。體積乘以密度則為此金屬量器的重量。如果容量不符合設計要求，可以調節模型的厚薄，然后用模型翻砂成型，經過澆鑄，修整成器，使它達到設計要求。這種用水來測定物質比重的方法與阿基米德所用方法同出一理，可是中國勞動人民用這種方法卻比阿基米德至少早了一百多年。
3、現存最早的以度審容的標準量器 商鞅方升
商鞅方升在公元前344年設計制造，現藏上海博物館。由于栗氏量已失傳，商鞅方升是現存最早“以度審容”的標準量器。
圖2 現存最早的以度審容的標準器 商鞅方升
商鞅方升內口長12.4774厘米，寬6.9742厘米，深2.323厘米，計算容積為202.15立方厘米，方升自銘16.2立方寸為一升，求得方升單位容積202.15÷16.2=12.478立方厘米/立方寸，可折算一寸長
＝2.32厘米，一尺合23.2厘米。反之如果長度確定了下來，容量也隨時可以得到。用“以度審容”的方法便于復現標準容量以推廣統一的量值。這些都足以說明當時制定單位制已具有很高的科學性。
4、中國古代計量史瑰寶 新莽嘉量
白居易的放言五首第三首“周公恐懼流言日,王莽謙恭下士時,假使當年身便死,一生真偽有誰知!”可謂婦孺兼知！然而，多數人只知道王莽是篡位的“巨奸”，卻不知王莽在中國計量史上留下的民族瑰寶——新莽嘉量！
新莽有如劉漢，意指王莽建立的新朝，嘉量意為古代標準器。新莽嘉量是王莽新朝時期建立的古代標準器。新莽嘉量制作于公元九年。
新莽嘉量的制作材料是銅，因此，又稱新莽銅嘉量，新莽嘉量外形似一個容器，由劉歆依據《考工記》中對栗氏量記載的基礎上的再創造，又稱劉歆銅斛。今藏臺北故宮博物院。
圖3 新莽嘉量及銘文
新莽嘉量是一件包括了律、度、量、衡四個量的標準器：方尺、深尺是指“度”；容一鬴是指“量”；重一鈞是指“衡”；聲中黃鐘之宮是指“律”。
新莽嘉量包括了龠、合、升、斗、斛這五個容量單位，即上為斛，下為斗，左耳為升，右耳為合、龠。每一個量又有詳細的分銘，記錄了各器的徑、深、底面積和容積。
新莽嘉量以斛量為主體, 圈足為斗量, 左耳為升, 右耳上為合, 下為禽量。外壁正面有81字總銘, 背面分別刻解、斗、升、合、禽量之徑、深和容積。這樣在一器之上不但可以直接測得個容量單位的量值, 而且可以通過對徑、深各個部位的測量, 得到精確的計算容積, 從而推算出當時的標準尺度。由“其重二鈞”，稱其總重, 還可以得到重量之標準值。
新莽嘉量的正面有一段銘文：“黃帝初祖，德幣于虞。虞帝始祖，德幣于新。歲在大梁，龍集戊辰。戊辰直定，天命有民。據土德受，正號既真。改正建丑，長壽隆崇。同律度量衡，稽當前人。龍在己巳，歲次實沉。初班天下，萬國永遵。子子孫孫，享傳億年。”銘文方正小篆,結構舒展挺拔,風格典雅俏麗,結構上緊下松,特別是下部夸張的拖長極具裝飾性，這種寫法對于后代書法有較大的影響，魏晉時期官印、私印中使用的懸針篆就是直接來自于這類銘文書法，清代楊沂孫、近代齊白石等人的篆書也受它的影響。
新莽嘉量制作準確，刻銘詳盡，在中國度量衡史上占有重要地位。大約800年后，偉大的數學家祖沖之曾以新莽嘉量驗證圓周率。近代著名學者王國維先生贊譽新莽嘉量為“曠世瑰寶”。
5、世界上最早的游標卡尺 新莽銅卡尺
新莽銅卡尺是王莽建立的古代計量標準器之一，制作于公元九年。新莽銅卡尺于1992年5月在揚州市邗江縣甘泉鄉出土?，F收藏揚州市博物館藏。尺通長13.3厘米，固定卡爪長5.2厘米、寬0.9厘米、厚0.5厘米。 新莽銅卡尺外形酷似游標卡尺！
圖4 外形酷似現代游標卡尺的新莽銅卡尺
新莽銅卡尺比歐美科學家發明的游標卡尺整整早了1700余年，新莽銅卡尺的出土，糾正了世人過去認為游標卡尺乃是歐美科學家發明的觀念。
四、巧奪天工的中國古代計時器
中國古代將計量稱為度量衡，上一節商代骨尺、栗氏量、商鞅方升、新莽嘉量、新莽銅卡尺均為古代的度量衡標準器。事實上，計量的概念遠遠不至于度量衡。中國古代對另一個重要的標準量——時間也有非常深入的研究，其時間標準器的制作水平堪稱巧奪天工！
人類最早使用的計時器是利用太陽的射影長短和方向來判斷時間的。前者稱為圭表，用來測量日中時間、定四季和辨方位；后者稱為日晷，用來測量時間。殷商時期（公元前1300～前1027年）的甲骨文，已有圭表的記載。確切記載使用圭表的時間為公元前659年。圭表和日晷在陰天或夜間就失去效用，為此人們又發明了漏刻和沙漏等計時儀器。此外，還有采用機械傳動結構計時的渾天儀、水運儀象臺等。
1、領先歐洲1700年的中國古代計時器 漏刻
漏刻是中國古代重要的計時工具。漏，指漏壺；刻，指箭刻，即由漏壺水面的高低，通過箭刻的標度來標示時間。漏刻的歷史不僅古老，而且經歷了漫長的發展歷程，幾乎始于新石器后期一直應用至清代。至今保存最早的漏刻，是西漢時制造的。東漢時，張衡改單壺為雙壺，改沉箭為浮箭。為了盡量保持漏壺水量基本不變，水滴受水壺速度均勻，從而提高計時器精度，后來經過不斷改進，漏壺多至三級、四級，以三級漏使用最為廣泛。右圖為公元前27年的西漢漏刻。
中國的漏刻，在很長的歷史時期內，一直是世界上最精確的計時器。經考證大約在西漢中期的中國漏刻的計時精確度比14世紀歐洲的機械鐘還高。東漢以后，漏刻的日誤差大多在20秒以內。采用百分數表示，計時器精度約0.02%！歐洲直到18世紀機械鐘的精確度才開始超過漏刻。
圖5 公元前27年的西漢漏刻
2、世界上最早的計時器 圭表
一年365天，24節氣，古人何以得知？
這要得益于圭表，圭表的基本原理是測定正午的日影長度確定24節氣、回歸年或陽歷年。
三千年前，西周丞相周公旦在河南登封縣建設的圭表，是世界上最早的計時器。春秋時代使用圭表測量并計算出回歸年的長度。1279年前后，元代杰出天文學家郭守敬建造的河南登封觀星臺是中國現存最早的古代天文臺。整個觀星臺相當于一個測量日影的圭表。
圖6 河南登封觀星臺 大型圭表
在很長一段歷史時期內，我國所測定的回歸年數值的準確度居世界第一！
3、中國發明譽享世界的張衡渾天儀
渾天儀是渾儀和渾象總稱，渾儀是測量天體球面坐標的一種儀器，而渾象是古代用來演示天象的儀表。
渾天儀由東漢張衡發明，渾天儀制成之后，人們希望張衡公開演示一下。一天晚上，張衡把來觀看的人分成兩部分，一部分登上靈臺頂觀看天空，一部分人留在 "密室"觀看渾天儀滇示。演示開始后。張衡讓 "密室"的人報告從渾天儀上看到的星星出沒的情況，讓靈臺上的人根據報唱的情況尋找天空中相應星星的位置。結果，人們驚奇地發現，天體星空中的位置與渾天儀演示的情況完全一致，人們無不贊嘆渾天儀的精巧和張衡的才智。
圖7 東漢張衡與其發明的渾天儀
唐代的一行和梁令瓚，宋代蘇頌和韓公廉等人，把渾象和自動極時裝置結合起來，發展成為世界上最早的天文鐘。
百度百科對于渾天儀有這樣的描述：“西方的渾天儀最早由埃拉托色尼于公元前255年發明。葡萄牙國旗上畫有渾儀。自馬努埃一世起渾天儀成為該國之象征。”
這段文字有必要更正：
首先，埃拉托色尼（埃拉托斯特尼）是希臘數學家、地理學家、歷史學家、詩人、天文學家。埃拉托斯特尼的貢獻主要是設計出經緯度系統，計算出地球的直徑。其于公元前255年發明的是渾儀，只是渾儀的一部分，不是渾天儀?。▍⒁娋S基百科_埃拉托斯特尼）關于渾儀，我國上古時代就有記載。《書?舜典》：“在璿璣玉衡，以齊七政?！?孔 傳：“璣，衡，王者正天文之器?！?孔穎達 疏引 蔡邕 曰：“玉衡長八尺，孔徑一寸，下端望之以視星辰。蓋懸璣以象天而衡望之?！?北魏 酈道元《水經注?河水一》：“玉衡常理，順九天而調陰陽?！?清 納蘭性德《自鳴鐘賦》：“爾其外之可見者，加尺莖于圖上，儼窺天之玉衡，譬 夸父 之逐日。” 文中所說玉衡，就是渾儀，遠遠早于公元前255年！
其次，馬努埃一世（曼努埃爾一世）生于1469年5月31日，卒于1521年2月13日，葡萄牙國旗采用了渾儀（不是渾天儀）只是說明葡萄牙乃是航海國家，并不能表明渾儀乃葡萄牙發明。
華夏五千年文化，遠非西方文明可比，渾天儀是中國古代重大發明之一，由東漢張衡所發明，這是毋庸置疑的事實。而張衡發明的渾天儀，其科學意義及對后世的影響，更非西方國家同時期的渾儀及其后的渾天儀可比擬！
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