除了燕肅蓮花漏外,中國曆史上還有一些漏壺也十分有名,如5世紀北魏道士李蘭發明的秤漏、11世紀北宋科學家沈括創製的熙寧晷漏,等等。為了提高計時精度,古人不但在漏刻的構造上下功夫,競相革新,而且還采取各種措施,努力從主客觀條件上加以改進。例如漏刻用水,規定要專井專用,這樣可保持水質、水溫等因素的穩定。還要將漏刻置於密室,使其工作環境穩定,盡量減少溫度變化對流量的影響。另外,在製作漏壺時,對結構和材料的選擇也十分慎重,管理上則要求十分嚴格。正是由於中國古人的聰敏智慧,由於他們孜孜不倦的努力,漏刻在古代中國得到了高度的發展,其計時精度達到了令人驚奇的地步。在東漢以後相當長的一段曆史時期內,中國漏刻的日誤差,很多都在1分鍾之內,有些甚至隻有20秒左右,這遠遠領先於同時期西方機械鍾的計時精度。在西方,自從伽利略發現了擺的等時性以後,直到18世紀,人們把直進式擒縱機構應用到機械擺鍾上,機械鍾的精度才達到日誤差幾秒的量級。直到這個時候,機械鍾的計時精度才開始趕上和超過中國傳統的漏刻。
機械計時的進步
中國古代也存在機械計時器,但那不是西方常用的機械鍾,而是指具有時間計測功能的天文儀器。
中國天文儀器的發展到漢代形成一個高峰,對後世天文學發揮巨大作用的渾儀、渾象,都是這個時候出現的。所謂渾象,就是一種兼具計時功能的天文演示儀器。據西漢文學家揚雄記載,漢宣帝時的大司農中丞(主管全國農業的官員)耿壽昌最早製作了一架渾象。但揚雄對此隻是順便提及,並未加以說明,以致今人對耿壽昌渾象的結構、性質、功能以至於他是否做過渾象,都還存在一些疑慮。
在天文儀象發展史上,具有測時功能的渾象的最早發明人,是東漢科學家張衡。《晉書·天文誌》記敘張衡的發明道:“至順帝時,張衡又製渾象,具內外規、南北極、黃赤道,列二十四氣、二十八宿、中外星官及日月五緯,以漏水轉之於殿上,室內星中出沒與天相應。因其關戾,又轉瑞輪萁莢於階下,隨月虛盈,依曆開落。”這就是天文學史上有名的張衡水運渾象。從這段話以及其他相關史料中可以知道,這架渾象的主體是一個象征天體的銅製圓球,圓球上標出了對應的南北天極,畫出了天赤道、黃道,在黃道上標出了二十四節氣的位置,還在圓球上標出了許多恒星的位置,並且用一些可以移動的標誌來表示太陽、月亮和金、木、水、火、土五大行星。渾象放置在密室中,用漏壺中流出的水作為動力推動它運轉,以之模擬天體運動。
張衡的水運渾象主要是一種演示儀器,目的在於形象說明其宇宙結構理論,宣傳渾天學說。但因為渾象上標有二十四節氣,並能反映太陽在天球上的位置,這樣,人們通過觀察太陽在渾象上的方位,不但能夠知道當日的節氣,還能知道當時的大致時刻。太陽隨著渾象的轉動,可以提供類似於真太陽時的時刻。因此,這台渾象本身,可以視為一台原始的機械鍾。而且,它用於表現時間,還有一定的精度,因為它與天體真實運動情況,吻合得相當好。據《隋書·天文誌》記載,渾象製成以後,張衡令操作人員在室內關門閉戶,大聲報告渾象上所顯示的天體運動情況,同時外麵的人對天體進行實際觀測,以與渾象上顯示的結果相比對,比對的結果,“旋璣所加,某星始見,某星已中,某星今沒,皆如合符。”可見該渾象基本能夠正確反映天體運動實際情況,因而就能保持一定的計時精度。
張衡確實想到了用這台水運渾象計時。他把它與一個叫做瑞輪萁莢的裝置連在一起,通過萁莢的開闔向人們顯示具體的日期。所謂萁莢,是傳說中生長於唐堯時期的一種植物,這種植物有個特點,它從朔望月的每月初一開始,每天長出1莢,到第15日,共長出15莢,從第16日開始,又每天落下1莢,到月底全部落完。如果逢到小月,最後一莢就會隻枯焦而不落下。因此,它相當於一種天然日曆。萁莢是人們美好想象的產物,現在,張衡把這種傳說中的植物移植到他的水運渾象上去了,使之成了一種具有自動日曆作用的機構。由此,張衡的水運渾象,在某種程度上與現代帶有日曆的鍾表是相似的。