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丁緩的常滿燈

2020-01-13 09:47孟暉
讀書 2020年1期
關(guān)鍵詞:燈芯燈盞鏈條

孟暉

每次翻《西京雜記》都是一樣的體驗(yàn),一段又一段的只言片語(yǔ),沒(méi)頭沒(méi)尾,但是每一句講述的事情都優(yōu)美到直擊心靈,卻又難以理解,因而讓人不敢相信。就像聽到樹林里傳來(lái)一聲歌唱,唱了一句就停住,好聽得讓你心里“咚”地一跳,你被深深吸引,但卻不知道這句歌詞是嵌在怎樣的一支完整歌曲里,不知道那支歌的整首旋律,更不知道那支歌的經(jīng)歷,它卷入其中的人文氛圍,唱這支歌的都是些什么樣的男男女女,他們有過(guò)怎樣的獲得和失去——這就是讀《西京雜記》的感覺。

讓這本書變得更有魅力的是,現(xiàn)代考古成果不斷證明其中一部分內(nèi)容的真實(shí)性,滿城中山王墓的發(fā)掘就讓大家恍然大悟,原來(lái)“漢帝送死,皆珠襦玉匣”說(shuō)的是金縷玉衣。另外,聯(lián)系現(xiàn)實(shí),或者文獻(xiàn)考證,也能搞清楚該書的一些條文,如“入水不濡”的“吉光裘”應(yīng)該是指石棉布。這些研究成果證明了《西京雜記》并不荒謬,而是一冊(cè)珍貴的史料摘錄。

該書有一條記載“常滿燈、被中香爐”:

長(zhǎng)安巧匠丁緩者,為常滿燈,五龍七鳳,雜以芙蓉連藕

之奇。又作臥褥香爐,又名被中香爐……

其中,“被中香爐”出土了唐代實(shí)物,并引發(fā)了廣泛的討論。李約瑟《中國(guó)科學(xué)技術(shù)史》之《機(jī)械工程》一冊(cè)中有專門一節(jié)《“卡丹”平衡環(huán)》,把這個(gè)話題發(fā)展為科學(xué)史研究,影響深刻。厲害的是,這位大學(xué)者在該節(jié)的一條注釋里順便解釋了“常滿燈”(漢譯本252頁(yè),科學(xué)出版社一九九九年)。據(jù)注文中講,他在斯里蘭卡考古調(diào)查所博物館看到了幾件常滿燈實(shí)物??脊艑W(xué)家在德底伽摩塔的上層房間的廢墟中發(fā)現(xiàn)了它們,而該塔建于十二世紀(jì),因此這幾件常滿燈被認(rèn)定是十二世紀(jì)的文物。

李約瑟簡(jiǎn)單地介紹了那幾只燈的結(jié)構(gòu)和運(yùn)作原理,都是多燈頭的懸燈,四周為放置燈芯的油碗,中間有一只大象作為儲(chǔ)油罐,當(dāng)燈碗內(nèi)的油因燃燒而下降,“氣泡上升的時(shí)候”,“大象的生殖器就作為油管向油碗注油”。他指出常滿燈是利用了氣壓原理,但具體怎樣形成“常滿”的效果,卻沒(méi)有交代明白。這就意味著,僅僅憑這一條注文,我們還是無(wú)法理解丁緩的杰出作品。

由于對(duì)伊斯蘭文明的忽視,讓我們難以注意到,常滿燈的秘密記錄在一本九世紀(jì)的里程碑式的工學(xué)著作《奇器之書》里,一千年來(lái)都在等著中國(guó)人的目光。《奇器之書》的作者為穆薩·本·沙克爾三兄弟,依次名為穆罕默德(八七三年去世)、艾哈邁德和艾爾哈桑,他們生活在阿巴斯王朝的盛期、英主馬蒙統(tǒng)治的時(shí)代,是著名的巴格達(dá)“智慧宮”的重要成員。該書介紹了約一百件能制造奇妙效果的器具,不僅講述每件器物的構(gòu)造、制作過(guò)程,還解釋運(yùn)作的原理,并且配有內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖,在中世紀(jì)的伊斯蘭世界備受贊譽(yù),并有后世抄本幸運(yùn)地流傳至今。伊斯蘭科技史學(xué)者唐納德·R.希爾(Donald R.Hill)根據(jù)三份傳世的阿拉伯文手稿,將這一重要作品翻譯成英文并加以校注,這個(gè)英譯本于一九七九年出版,讓世界上更多的人從此有機(jī)會(huì)了解千年前的科技成就。

說(shuō)來(lái)你可能不信,《奇器之書》記錄了三種常滿燈,即95項(xiàng)、97項(xiàng)和76項(xiàng)。其中,95項(xiàng)(圖一)最為簡(jiǎn)單,李約瑟在斯里蘭卡看到的古燈就屬于這一款式:

圖一(希爾整理圖)

燈制,一旦注入之后即保持滿盞,減少之后會(huì)隨時(shí)補(bǔ)充。于是燈盞內(nèi)始終滿盛著油,不見減少,讓看到的人以為燈焰沒(méi)有消耗油。見圖示,制作一根圓柱,頂部標(biāo)為d。其上半截是一個(gè)空心球,亦即儲(chǔ)油罐,用fsx來(lái)指代……d點(diǎn)開有孔洞,插入一支空心管dq,q端是封閉的,而d端為敞口。在管dq的腔里,再固定一支細(xì)(彎)管jb,由管dq的壁上穿出,形式如插圖所標(biāo),其終端橫伸到球腔里。這樣,當(dāng)油由d口注入,會(huì)穿過(guò)管dq,于管jb內(nèi)上升,然后流到球罐fsx里。在球罐的側(cè)畔固定一只正常樣式的油燈ah,在燈的盞腔與球腔彼此接合的位置,一上一下開兩個(gè)孔,孔e和孔z。由上方的孔e銜接一支細(xì)管el(向上斜舉在球腔內(nèi)部)。在燈盞內(nèi)放一根粗燈芯。由d口注油,令其經(jīng)管jb匯入球腔fsx。在如我們所愿注入適量油之后,打開孔z,油便會(huì)流進(jìn)燈盞,直到淹沒(méi)孔e——也可以不堵塞孔z,而是由其口接出一根上舉的彎管。點(diǎn)燃燈芯,燈盞內(nèi)的油便會(huì)慢慢燃燒,隨著燈油消耗,孔e會(huì)露出油面,這時(shí),空氣經(jīng)由管el進(jìn)入球腔fsx,空氣涌入多少,便會(huì)有多少(球腔內(nèi)的)儲(chǔ)油通過(guò)孔z涌出到盞碗里,直至孔e再次被埋沒(méi)。如此,每當(dāng)燈油將油消耗,孔e暴露,空氣便能涌入儲(chǔ)油罐,于是造成同等量的油流出,最終將管e封住。就這樣反復(fù)不止。(據(jù)英譯本,下同)

如此完整的介紹,配著插圖,讓人頓悟燈油“常滿”的奧秘,原來(lái)是利用氣壓原理,由附設(shè)在燈畔的儲(chǔ)油罐間斷地、有規(guī)律地向燈盞內(nèi)補(bǔ)油。

不過(guò)穆薩三兄弟沒(méi)有止步于此,在接下來(lái)的96項(xiàng)中,介紹了一種能夠自動(dòng)出燈芯的燈,于燈盞內(nèi)設(shè)置一組包括齒輪與帶齒滑軌、滑輪、鏈條的聯(lián)動(dòng)裝置,利用氣壓原理驅(qū)使這組裝置隔一段時(shí)間就發(fā)生一次運(yùn)動(dòng),讓燈芯從燈嘴里冒出一截。隨之,97項(xiàng)(圖二)則是95款與96款的合體,構(gòu)造也就復(fù)雜了許多:

燈制,自動(dòng)出燈芯,自動(dòng)補(bǔ)油,讓任何人看到都以為火焰既沒(méi)有消耗油也沒(méi)有消耗燈芯。這種燈被稱為“神燈”。方法在于,造一座自動(dòng)出燈芯的燈,我們對(duì)其復(fù)制(并加以調(diào)整),做出了圖示,即內(nèi)里有個(gè)轉(zhuǎn)輪k,上掛鏈條k,鏈條一端固定著重墜s。我們?cè)賹⒆詣?dòng)補(bǔ)油燈的圖示亦加以復(fù)制(即將兩座燈結(jié)合在一起),但加裝一根長(zhǎng)管(由油燈盞腔接出,豎立在儲(chǔ)油罐里),空氣由這根管從油燈流通到燈柱上的儲(chǔ)油罐jb里。鏈條要延伸到這根豎管內(nèi),并如圖所示,在豎管的上方再設(shè)置一個(gè)小滑輪,讓鏈條由其上繞過(guò)(然后垂在儲(chǔ)油罐里),末端墜一個(gè)浮標(biāo)t。浮標(biāo)t的重量必須是垂墜s的兩倍,它是浮于油面上。在儲(chǔ)油罐與燈之間開兩個(gè)孔,孔a以及孔j,由孔a接出一根細(xì)管ae,其終端出口為一只鳥頭的喙。油燈的頂面板上開有孔f,該鳥頭應(yīng)該位于孔f之上方,這樣,當(dāng)油流過(guò)管ae后,會(huì)滴落入孔f,匯進(jìn)盞腔。

圖二(希爾整理圖)

須知,一旦通過(guò)孔l注油,油會(huì)落入管ls,再經(jīng)管wz,涌進(jìn)此管插入其中的儲(chǔ)油罐。浮標(biāo)t上升,重墜s下沉,在下沉過(guò)程中拉動(dòng)鏈條,后者牽扯滑輪轉(zhuǎn)動(dòng),引發(fā)齒輪與之一同運(yùn)動(dòng)。帶齒輪的桿ms跟著滑動(dòng),讓燈芯向方向x移動(dòng)。

注入足量油后,燈腔fb灌滿了油,此時(shí)在眾目睽睽之下點(diǎn)燃燈芯。油漸漸消耗,直到孔j暴露出來(lái),空氣通過(guò)孔j進(jìn)入儲(chǔ)油罐,油便從儲(chǔ)油罐通過(guò)管ae進(jìn)入燈盞,接著會(huì)有油滴從鳥喙滴落,直到管口j被堵住為止。隨后,儲(chǔ)油罐內(nèi)的油平面逐漸下降,浮標(biāo)t降低,拉動(dòng)鏈條,重墜s上升,滑輪k和齒輪y轉(zhuǎn)動(dòng),嵌裝有燈芯線的曲桿向方向x轉(zhuǎn)動(dòng),于是燈芯冒出。

要明白,我們制作的是一只自動(dòng)吐露燈芯的燈,但利用這些裝置也可以造出一座標(biāo)記時(shí)間的燈,每過(guò)一個(gè)小時(shí),就掉下一個(gè)小球。這一方法無(wú)法達(dá)到絕對(duì)精確,但能大致精確。如果愿意的話,那么還可以做到每過(guò)去一天,浮標(biāo)下沉能引發(fā)一個(gè)球落下,于是,任何人如果想知道自燈點(diǎn)起之后過(guò)去了多少時(shí)間,只要看看落球的數(shù)目,把一個(gè)球算作一天。信徒愿意使用這種燈——他們看到它,以為是一盞永恒的燈,燈焰永遠(yuǎn)不滅,油管里永遠(yuǎn)有燃料。他們就成了魔術(shù)師。在教堂里,基督徒把燈柱和儲(chǔ)油罐都嵌在墻內(nèi),用墻體隱藏起來(lái),只顯露燈的部分,由此在觀看者的眼里更顯美麗。

這個(gè)裝置聽起來(lái)就很神奇了,如果藏在墻內(nèi)的儲(chǔ)油罐很大,而燈焰又微弱的話,那么每添一次油之后,自動(dòng)出燈芯、自動(dòng)補(bǔ)油的機(jī)械化工作可以持續(xù)一段時(shí)間,按文中的說(shuō)法,是可以幾天都不添油而裝置自行運(yùn)作,在不明就里的人看來(lái),真是一盞不需要外力就永遠(yuǎn)長(zhǎng)明不熄的燈了,難怪古人稱之為“神燈”。更讓人驚奇的是,這種神燈還能改裝成時(shí)鐘,利用書中未加詳解的辦法,可以每隔一小時(shí)——大概是從吐燈捻的油燈嘴處——掉下一個(gè)小球,或者設(shè)定成每一天掉下一個(gè)小球?!鞍⒗∩駸簟钡墓适轮艹霈F(xiàn),大概是受了這類魔術(shù)燈的啟發(fā)吧!

然而你以為魔術(shù)到這一步就完了嗎?不,沒(méi)有,書中還有76項(xiàng)(圖三),要復(fù)雜好多,實(shí)際上這一裝置的首要目的是作為常滿酒盆,但也可以用作油燈或熏爐,或供人或家畜的飲水器:

圖三(希爾整理圖)

其制品為一只容器,這個(gè)容器應(yīng)有美觀的外形,我們以abf標(biāo)示。內(nèi)部用一片平板xl平均分割成上下兩半,而其下半部lxf再用一片豎板SH隔開。在平板xl上開一個(gè)孔w,安裝一個(gè)能朝上活動(dòng)的閥門。在頂面ab開一個(gè)大洞j,在其中嵌入一個(gè)寬管jz,在將近管jz的底部升起管zd,延伸到近于頂部之處破壁而出。制作兩個(gè)小箱khe和M,以一只管Mkh將二者相貫接,并把它們安排成如插圖所示的樣式。在管Mkh中間的下面,豎立一根立桿Ty,并在y點(diǎn)通過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)軸令其與管相銜。管zd落入箱khe中。用一根桿ew把閥門w的塞子與箱khe的底部連在一起,這樣,當(dāng)箱M下沉的時(shí)候,箱khe就會(huì)升起,而閥門w也打開。在箱abx的頂面,由a點(diǎn)接出一根管as,此管穿過(guò)平板lx進(jìn)入箱H——空氣就是由這支管進(jìn)出。制造一只箱tk,將其豎立在我們選中的地方,固定好之后,箱頂亦即盆緣需比管的s端略高——標(biāo)為sh之處需與箱內(nèi)的m處位于同一水平上。在水盆(即箱tk)之內(nèi)安放一只鳥的雕像,由箱1HS伸出一根管tm,一路進(jìn)入雕像的腿部,最終通到鳥喙,形成出口,如圖所示。

根據(jù)文字與插圖應(yīng)該清楚,酒或者油或者其他液體如果被注入容器頂部的孔j,會(huì)流進(jìn)管jz,再經(jīng)管zd,泄漏到箱khe中,又從箱khe通過(guò)管khM匯入箱M,接著從箱M溢出,落在容器abxl里。一旦中止注酒,箱khe變空,而箱M仍然是滿的,便會(huì)下沉。于是箱khe上升,活閥w打開,液體流入容器1HS,隨即進(jìn)入水盆k。當(dāng)酒或其他液體達(dá)到盆內(nèi)的sh點(diǎn)、箱1HS內(nèi)的s點(diǎn),液體便被阻住,既無(wú)法流入水盆k也無(wú)法流入1HS,因?yàn)榭諝饬鞒龅耐ǖ?,即管as,遭到了堵塞。須知,無(wú)論酒還是其他任何液體,一旦從水盆k舀出,導(dǎo)管的s端就會(huì)暴露出來(lái),于是空氣通過(guò)管ls進(jìn)入箱abx,也就會(huì)有等量的液體由此箱流出。要明白,如果用一只點(diǎn)著燈芯的油燈替換掉水盆,那么每當(dāng)燈油耗掉,便會(huì)有等量的油補(bǔ)回?zé)舯K中。

如此復(fù)雜的機(jī)關(guān)設(shè)計(jì),不知實(shí)際操作的效果如何?可能機(jī)械專業(yè)的人才一眼就能看明白,也或者需要通過(guò)重建這套裝置來(lái)加以檢驗(yàn)。希爾并沒(méi)有否定此款常滿裝置的可行性,只是指出原版插圖中的一根管子的位置不對(duì)。

這三則設(shè)計(jì)足以讓我們明白,在古代世界,常滿燈并非人們幻想中的奇跡,而是經(jīng)過(guò)一代代能人巧匠不斷研究形成的技術(shù)成果。實(shí)際上,95款常滿燈并非穆薩三兄弟的首創(chuàng),拜占庭的菲隆(公元前三世紀(jì))、亞歷山大城的希羅(公元前一0年至公元七0年)在各自的著作中都已經(jīng)提到了它。因此,《西京雜記》中的相關(guān)記載不是信口雌黃,而是在某種程度上記錄了歷史真實(shí)——你可以懷疑是否真有丁緩其人,懷疑是否在西漢時(shí)、在公元前一世紀(jì)、在趙飛燕的時(shí)代中國(guó)人已經(jīng)掌握了常滿燈制作方法,你也可以認(rèn)為,既然菲隆發(fā)明在前,那么常滿燈是由西方傳入的,但是,在《西京雜記》成書的年代,當(dāng)時(shí)的中國(guó)人了解和見識(shí)過(guò)常滿燈,那是可以肯定的。

實(shí)際上,所謂丁緩制造常滿燈,我們也無(wú)法證偽,沒(méi)有什么方法去證明書中所言不可信。倒是一條條考古發(fā)現(xiàn)和文獻(xiàn)考證反復(fù)教導(dǎo)我們,《西京雜記》的內(nèi)容是可靠的史料。也就是說(shuō),我們其實(shí)沒(méi)有任何理由否認(rèn)書中的這一條資料。

所以,可以動(dòng)腦筋發(fā)散思維的倒是,丁緩的常滿燈,究竟接近95款,僅僅能夠自動(dòng)補(bǔ)油,還是接近97款,能同時(shí)補(bǔ)油和吐燈芯?甚或更接近76款?須知,書中接著還提到丁緩的另一項(xiàng)能耐:“又作七輪扇,連七輪,大皆徑丈,相連續(xù),一人運(yùn)之,滿堂寒顫。”就是說(shuō)這位天才工程師非常擅長(zhǎng)使用滑輪、鏈條傳輸裝置乃至齒輪裝置制造大型的聯(lián)動(dòng)設(shè)備。97款,恰恰是齒輪、帶齒軌、滑輪與鏈條的組合。所以,何以見得丁緩不是創(chuàng)造了一個(gè)類似結(jié)構(gòu)的常滿燈呢?

據(jù)《西京雜記》,丁緩的常滿燈“五龍七鳳,雜以芙蓉連藕之奇”,具有那個(gè)時(shí)代流行的多枝燈形式,因此尺寸不會(huì)太小,至少應(yīng)與目前出土的漢代多枝燈實(shí)物差不多,在一米上下。據(jù)此推測(cè),這架燈像李約瑟見到的斯里蘭卡古燈一樣,環(huán)繞著儲(chǔ)油罐分布多個(gè)燈頭,也就是說(shuō),把中央的主燈桿擴(kuò)大成儲(chǔ)油罐,在罐式桿的外壁上附著多條立體的龍鳳雕塑,于龍頭、鳳喙處做出燈盞,點(diǎn)亮燈芯。不過(guò),龍鳳數(shù)目如此之多,顯示它可能是一架組合燈,即,燈頭至少分為兩層,甚至分更多層,上下錯(cuò)落分布,要做到這一點(diǎn),可能需要至少兩架常滿燈上下疊置才行,在一架多燈頭常滿燈之上再固定另一架多燈頭常滿燈。另外也可能如97款一樣,上層的一個(gè)乃至幾個(gè)龍或鳳頭負(fù)責(zé)滴油。一條條呈飛翔騰降姿態(tài)的龍鳳之間,還纏繞著蓮花荷葉等裝飾,就是這樣的華燈,曾經(jīng)照亮漢成帝的宮殿。如果你堅(jiān)持《西京雜記》中描寫的這種燈具是在夸張,那也該明白,如此的夸張是建立在堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)之上的。

也許,我們?cè)撟龅氖橇粢饪脊虐l(fā)現(xiàn)與文獻(xiàn),看看歷史上是否還有其他常滿燈的蹤跡。97款也可以做成燈鐘,內(nèi)里利用了滑輪與齒輪,而《宋史·天文志》“皇祐漏刻”一節(jié)提到,古代有“輪漏”,或者便有著相似的結(jié)構(gòu)。另外,李約瑟《中國(guó)科學(xué)技術(shù)史》第三卷《數(shù)學(xué)、天學(xué)和地學(xué)》中注意到,北宋人王普設(shè)計(jì)的刻漏有一處與眾不同,給最低一級(jí)安置刻箭的受水壺添加了特殊裝置:“即當(dāng)刻箭上升到最高位置時(shí),便把流水經(jīng)過(guò)的管口堵塞了”,“不過(guò)這種裝置不是用以控制水流,而是堵塞水流”。顯然,這是反向應(yīng)用了95款的構(gòu)造和原理,每當(dāng)受水壺內(nèi)的水位讓刻箭升至終點(diǎn)時(shí),會(huì)堵住通空氣的孔洞,于是進(jìn)水管內(nèi)的水無(wú)法再滴入受水壺。這時(shí)候,一個(gè)晝夜的周期正好結(jié)束,而刻漏拒絕繼續(xù)運(yùn)作,這就提醒相關(guān)的負(fù)責(zé)人立刻去調(diào)整漏壺,拔開受水壺壁低處的退水口,排清壺內(nèi)的水。接下來(lái),空氣流通恢復(fù),進(jìn)水隨著也恢復(fù),新一輪運(yùn)作便自動(dòng)開始了,啟動(dòng)又一個(gè)十二時(shí)辰的計(jì)時(shí)。

敏銳如李約瑟者,也沒(méi)有醒悟到此般設(shè)計(jì)的原理與意義,表示:“并且這樣做的目的也未全部弄清?!逼鋵?shí)目的很清楚,就是利用氣壓原理,讓漏壺在經(jīng)過(guò)整整一個(gè)晝夜的滴流之后,在十二時(shí)辰終結(jié)的那一刻戛然而止,用這個(gè)方法,強(qiáng)迫管理者每天準(zhǔn)時(shí)準(zhǔn)點(diǎn)為受水壺排水,順便對(duì)整套刻漏裝置加以整理,由此保證新一輪計(jì)時(shí)順暢地啟動(dòng)。用斷流的方式為時(shí)間的流逝打點(diǎn),說(shuō)起來(lái)還真是別致。

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