開元年間，唐朝僧人“一行”設(shè)計(jì)制造出齒輪帶動(dòng)的水運(yùn)渾象，附有報(bào)時(shí)裝置，可以測(cè)定時(shí)間、自動(dòng)報(bào)時(shí)，稱為"水運(yùn)渾天"或"開元水運(yùn)渾天俯視圖"。其實(shí)，這是模仿天體運(yùn)行的儀器，于是表現(xiàn)出日升月落、晝夜反復(fù)等，到達(dá)整點(diǎn)由齒輪帶動(dòng)的木頭人敲鼓。

因此，唐僧一行的這個(gè)裝置，是一個(gè)十分巧妙的計(jì)時(shí)機(jī)械，世界上最早的機(jī)械時(shí)鐘裝置，是現(xiàn)代機(jī)械類鐘表的祖先。宋朝之后，蘇頌在“一行”的研究基礎(chǔ)上，進(jìn)一步發(fā)展了天文鐘“水運(yùn)儀象臺(tái)”，更開啟近代鐘表擒縱器的先河。

總之，機(jī)械鐘肯定是中國(guó)的原創(chuàng)發(fā)明，西方近代鐘表是在中國(guó)基礎(chǔ)上的改進(jìn)，并非原創(chuàng)發(fā)明。問題是：為何中國(guó)人能最先發(fā)明出機(jī)械鐘，而非中國(guó)以西，背后歷史原因何在？接下來，就談一談這個(gè)話題，看看宋元之前中國(guó)在時(shí)間探索方面的歷程。

首先，立表測(cè)影時(shí)代

對(duì)于早期人類來說，掌不掌握時(shí)間沒有特別大的意義，但農(nóng)業(yè)出現(xiàn)后，就必須掌握一定的時(shí)間，因?yàn)橐闱宄稗r(nóng)時(shí)”，這是社會(huì)需求。其中，中國(guó)四季分明，農(nóng)時(shí)尤為重要，這與很多文明不同。

為了掌握農(nóng)時(shí)，古人做過很多探索，其中最為可靠的是兩個(gè)：一是夜觀天象，比如觀察北斗群星、大火星動(dòng)態(tài)，以此來判斷季節(jié)，斗柄指向與季節(jié)相關(guān)，見龍?jiān)谔锸谴蠡鹦谴杭境霈F(xiàn)、潛龍勿用是冬季大火星隱而不見；二是立表測(cè)影，這是通過白天正午日影長(zhǎng)短判斷季節(jié)，夏至日影最短、冬至日影最長(zhǎng)、春秋分一樣長(zhǎng)。

其中，陶寺遺址考古發(fā)現(xiàn)的圭尺，上面標(biāo)有不同刻度，反映的是日影不同長(zhǎng)度，也即對(duì)一年時(shí)間有了更準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)，因此它成了王權(quán)的象征，更為重要的是，學(xué)者何駑考證認(rèn)為當(dāng)時(shí)將一年劃分為二十個(gè)節(jié)氣。

立表測(cè)影對(duì)中華文明影響極大，如今手表之表本意就是立表之表，也即周髀算經(jīng)中的“髀”或“股”；同時(shí)，勾股定理就是由立表測(cè)影歸納總結(jié)而來。隨著時(shí)代發(fā)展，立表測(cè)影一方面演化為日晷，晷面兩面都有刻度，分為十二時(shí)辰；一方面小型化，相當(dāng)于便攜式圭表，江蘇儀征出土過“東漢銅圭表”，表高19.2厘米，約為標(biāo)準(zhǔn)形制的1/10。

其次，渾天儀的時(shí)代

通過立表測(cè)影，古人可以大致測(cè)出一年時(shí)間，卻不能給出更精確的時(shí)間（況且立表測(cè)影依賴天氣，實(shí)際操作也容易產(chǎn)生誤差）。比如，回歸年的長(zhǎng)度是365.2422天，后面的0.2422天，靠立表測(cè)影肯定測(cè)不出來，因此一年無論是365還是366天，百年之后誤差就沒辦法指導(dǎo)農(nóng)耕了。

由于農(nóng)業(yè)大生產(chǎn)對(duì)更精確時(shí)間有著迫切的需求，但立表測(cè)影無法滿足這一需求，怎么辦？隨著時(shí)代不斷前進(jìn)，古人對(duì)天文認(rèn)知也在加深，觀測(cè)儀器也更加復(fù)雜，兼之中國(guó)“觀象”文化特征，于是春秋戰(zhàn)國(guó)出現(xiàn)觀測(cè)天體坐標(biāo)高度的“渾儀”，戰(zhàn)國(guó)石申甘德發(fā)明模擬天體運(yùn)行、天象變化的“渾象”，用以演示天體運(yùn)動(dòng)，兩者統(tǒng)稱“渾天儀”。

下圖為渾天儀，金屬鑄成，上有精細(xì)刻度，如果歷法誤差很大，那么某一天體到時(shí)就不會(huì)與相應(yīng)刻度吻合，只有歷法足夠準(zhǔn)確，那么才會(huì)“合”，有興趣的可去天文臺(tái)詳觀之。

因?yàn)樘煳挠^測(cè)儀器的進(jìn)步，所以古人觀測(cè)發(fā)現(xiàn)每1461天天象較為準(zhǔn)確的重合，即每4年加1天重合，平均下來每年就是365.25天，這就很接近回歸年長(zhǎng)度了。因?yàn)榛貧w年不是整數(shù)，因?yàn)闅v法不能有小數(shù)，所以必須拉長(zhǎng)計(jì)算獲得相對(duì)更準(zhǔn)確的時(shí)間，所以又有19年7潤(rùn)法，這與西方幾個(gè)神人肉眼觀測(cè)然后直接算出截然不同。筆者至今不懂，西方的365.25天，其中怎么得出0.25天的？

西漢時(shí)期，大司農(nóng)耿壽昌“鑄銅為象，以測(cè)天文”，在“渾象”史上具有重大貢獻(xiàn)。東漢張衡站在前人的肩膀上，用漏壺滴出的水發(fā)動(dòng)齒輪，帶動(dòng)渾象繞軸旋轉(zhuǎn)，并使渾象的轉(zhuǎn)動(dòng)與地球的周日運(yùn)動(dòng)相等，可以將天象準(zhǔn)確的表示出來。之后，南北朝隋唐都有大量相關(guān)研究，為“一行”制造出機(jī)械鐘奠定了基礎(chǔ)。

我們?nèi)粘Ｋ務(wù)摰摹皶r(shí)間”，不就是天體運(yùn)行的“空間”所決定的嗎，即空間決定時(shí)間，換個(gè)星球、那么現(xiàn)在的時(shí)間就不成立，所以只要相對(duì)準(zhǔn)確模擬了天體運(yùn)行情況，那么就相當(dāng)于制造出了鐘表。當(dāng)然，其中關(guān)鍵在于對(duì)天體運(yùn)行的“相對(duì)準(zhǔn)確模擬”，想要做到這一點(diǎn)，就要對(duì)天文有深刻的認(rèn)知，還要有高深而精巧的機(jī)械制造水平等。

宋元之際，中國(guó)鐘表其實(shí)得到了進(jìn)一步發(fā)展，比如元朝耶律楚材同時(shí)測(cè)量了尋斯干城和開封城的月食，其中“同時(shí)”就需要準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)裝置，說明當(dāng)時(shí)已有相對(duì)小型化的“鐘表”，否則如何做到相隔萬里的“同時(shí)”？

最后，關(guān)于本文話題，還有三點(diǎn)值得一提：

首先，中國(guó)能最先發(fā)明機(jī)械鐘，不是一蹴而就的，不是無緣無故的，而是成千上萬年天文探索的結(jié)果，是長(zhǎng)期技術(shù)積累的結(jié)果。

其次，技術(shù)發(fā)展往往是由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，再由復(fù)雜到簡(jiǎn)單，“一行”的機(jī)械鐘無疑非常復(fù)雜，但宋代蘇頌發(fā)明的擒縱器，卻又為簡(jiǎn)化機(jī)械鐘打下了技術(shù)基礎(chǔ)。

第三，因?yàn)槊晒盼髡?、以及元朝重用色目人等，于是包括機(jī)械鐘在內(nèi)的中國(guó)很多天文知識(shí)被西傳，最終機(jī)械鐘的制造技術(shù)西傳到了歐洲，所以14世紀(jì)歐洲才出現(xiàn)早期機(jī)械鐘。