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標題: 祖沖之設(shè)計制造的幾種機械及其復原問題 [打印本頁]

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作者: liyaman1986    時間: 2007-10-22 14:33
標題: 祖沖之設(shè)計制造的幾種機械及其復原問題
祖沖之設(shè)計制造的幾種機械及其復原問題

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) ]8 A% c, K3 ~7 `中國科學院自然科學史研究所

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% A4 f/ S/ @1 n+ K# y3 p祖沖之（公元429-500年）在數(shù)學,、天文歷法方面有杰出的創(chuàng)造,，在機械工程方面也很有建樹,，設(shè)計制造過指南車,、水碓磨,、木牛流馬,、千里船等。他的技術(shù)成就占有什么樣的歷史地位,？我們真的能復原他的機械嗎,？
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5 L8 \/ b0 z* a8 D% A: M$ J一、祖沖之的機械及其歷史地位

1,、文獻記載的祖沖之機械
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記載祖沖之設(shè)計制造機械的文獻有《南齊書》和《南史》,。
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南朝（梁）蕭子顯的《南齊書•祖沖之傳》記載：

“初，宋武平關(guān)中,，得姚興指南車,，有外形而無機巧，每行,，使人于內(nèi)轉(zhuǎn)之,。昇明中，太祖輔政,，使沖之追修古法,。沖之改造銅機，圓轉(zhuǎn)不窮,，而司方如一,，馬鈞以來未有也。時有北人索馭驎者,，亦云能造指南車,，太祖使與沖之各造，使于樂游苑對共校試,，而頗有差僻,，乃毀焚之。
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……以諸葛亮有木牛流馬,，乃造一器,，不因風水，施機自運,，不勞人力,。又造千里船，于新亭江試之,，日行百余里,。于樂游苑造水碓磨，世祖親自臨視”,。[1]

* z* h2 f. D# B) I  H. v; ~唐朝李延壽的《南史•祖沖之傳》幾乎重復了上文,，但文字上有個別差異：
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0 }0 i+ f) o* f- v“……得姚興指南車,，有外形而無機抒，……高帝使與沖之各造,，……

……于樂游苑內(nèi)造水碓磨,，武帝（公元483-493年在位）親自臨視�,！盵2]
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, c" M4 D6 f- v, d7 v/ e引文中的“造”字的第一層含義是“設(shè)計”,，第二層含義則是“制造”。參與制造“水碓磨”,、“千里船”的可能還有一些工匠,。

“昇明中，太祖輔政”指南朝劉宋昇明年間（公元477-479年）,，肅道成輔政,。這期間，祖沖之成功地制造了帶著“銅機”的指南車,，而索馭驎卻未制成指南車,。顯然，祖沖之不能從前代指南車那里繼承任何傳動機構(gòu),。
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: O. }6 @: m1 U4 Z1 v7 b“千里船”顯然是一種快船,。“木牛流馬”應(yīng)當是一種運輸機械,。說它“不因風水,，施機自運，不勞人力”,，這并是不可信,，因為這顯然違背基本的科學原理�,？梢�,，古人的描述并不都是可靠的。

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9 I8 y( D' i1 o: F" E2,、祖沖之機械的歷史地位
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祖沖之的技術(shù)成就在歷史上占有什么樣的地位呢,？
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指南車技術(shù)到三國時也已經(jīng)亡失,。三國曹魏人馬鈞再次制成指南車[3],。到了東晉末年，姚興的指南車已經(jīng)不能靠機械傳動裝置來自動指南了,。因此,，祖沖之造指南車及其“銅機”，是指南車的再發(fā)明,。
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  H/ p/ P% Q% z; d7 e三國時期,，諸葛亮“作木牛流馬”,，《諸葛亮集》、《三國志》對木牛流馬的結(jié)構(gòu)做了部分文字描述 [4][5],。我們無法知道祖沖之是否參考過諸葛亮的“木牛流馬法”,。不過，由于《諸葛亮集》,、《三國志》中的技術(shù)描述的欠缺和不確定性,，筆者認為，祖沖之所造木牛流馬可能是一種新發(fā)明,。

僅憑“日行百里”這句簡單的性能描述,，我們難以判斷“千里船”是哪種類型的船，其中含有哪些技術(shù)創(chuàng)造,。
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西漢桓譚《桓子新論》,、東漢服虔《通俗文》都記載了水碓 [6]。三國時期,，馬鈞造水力“舂磨”模型 [7],。 祖沖之可能改進了舊式的水碓、水磨,，提出了自己的設(shè)計,。他的“水碓磨”在基本原理方面可能類似于馬鈞的“舂磨”，即同時用一個水輪驅(qū)動的碓和磨,，或者是兩個獨立的水碓和水磨,。

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9 w. d) W% I  z, _! s% f2 k) j二、復原問題

, J1 y1 H( ^5 l# E漢以后,，指南車多次被試制,。三國以后，幾乎歷代都有人醉心于木牛流馬的制造,。

20世紀,，這類機械的復原成了技術(shù)史研究的課題。在文獻記載不夠詳實且無考古依據(jù)的情況下,，國內(nèi)外科技史界,、機械工程界的專家和愛好者在指南車、木牛流馬等機械的復原方面做了許多嘗試,。
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. A% r! v  _; D0 i+ g關(guān)于指南車的傳動機構(gòu),，后人提出了多種推測。到80年代初,，國外和國內(nèi)學者已經(jīng)提出近20種指南車傳動機構(gòu)推想圖,，主要可分為定軸輪系和差動輪系兩大類，定軸輪系方案中有自動離合裝置[8],。其中,，對宋以前的指南車的機構(gòu)復原都沒有具體的史料依據(jù),。

《宋史》、《愧郯錄》記述了宋朝燕肅指南車和吳德仁指南車的結(jié)構(gòu),，為復原提供了具體的文獻依據(jù),。然而，由于《宋史》,、《愧郯錄》的文字記載不夠充分,，且沒有插圖，后人在做傳動機構(gòu)復原時未能取得一致意見,。為了彌補文獻記載的缺憾,，復原者做出了不同的機構(gòu)推測[9]。其中,，差動輪系方案與《宋史》,、《愧郯錄》的記載距離較遠，在其它中國古文獻中也找不到有關(guān)差動輪系的記載,。
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木牛流馬的復原吸引了一些學者和工程師,。《諸葛亮集》對木牛流馬的描述引起了多種猜測,，其中“獨輪車說”受到較多學者的認同[10],。但始終有人認為獨輪車式的木牛流馬都太簡單了。于是,，有的機械工程師發(fā)揮自己的專業(yè)特長,，試圖另找一條復原木牛流馬的途徑，設(shè)計出了模仿牛馬行走的步行器 [11][12],。設(shè)計師證明了機械式步行器能夠模仿牛馬等四腿動物的行走,，但人們難以證明它們之中的哪一個是諸葛亮的木牛流馬。實際上,，他們的“木牛流馬”至少在技術(shù)方面尚未解決好負重行走等難題,。有的設(shè)計還含有很復雜的、缺乏史料依據(jù)的機構(gòu),，人們有理由懷疑古代是否有這樣的技術(shù)能力,。
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在復原古代技術(shù)時，我們應(yīng)遵守科技史研究的基本學術(shù)規(guī)范 [13][14],。 機械專家都知道,，功能相同的裝置往往有不同的機構(gòu)設(shè)計。也就是說,，不同的機構(gòu)設(shè)計往往都能滿足同樣的功能要求,。不同的設(shè)計者,，可以設(shè)計出機構(gòu)不同的指南車,、木牛流馬,、水碓、水磨,、快船,。在缺乏基本技術(shù)記載的情況下，后人提出的不同設(shè)計都是難以證實的推測,，只是接近當時技術(shù)條件的設(shè)計較為可信,。
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關(guān)于祖沖之的指南車、木牛流馬,、水碓磨,、千里船，沒有留下任何具體的結(jié)構(gòu)記載,。在機構(gòu)設(shè)計存在多樣性的情況下,，我們不可能做出可以被證實的復原。那些采用復雜的差動輪系,、漸開線齒輪的所謂“祖沖之指南車”更像是利用現(xiàn)代技術(shù)去“發(fā)明”一種新機械,，而不是真正的復原。

2 g& @0 k4 R) n0 X" k盡管祖沖之的指南車,、木牛流馬,、千里船等機械裝置成了難解之謎，但這并不等于貶低他的智慧和成就,，也無損他在科技史上的地位,。

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