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大开眼界!原来1000年之前阿拉伯的人科技水平都远高于大家(转载)

字号+ 编辑:我是看看玩 来源:188金宝搏beat官网 2020-01-13 我要评论

最近我迷上了一本古籍,穆萨三兄弟合著于九世纪的机械学专著《奇器之书》(The Book of Ingenious Devices),对我来说,这本书似乎是打开了新世界的大门,确切地说,是打

  最近我迷上了一本古籍,穆萨三兄弟合著于九世纪的机械学专著《奇器之书》(The Book of Ingenious Devices),对我来说,这本书似乎是打开了新世界的大门,确切地说,是打开了新历史的大门。


  《奇器之书》是一部诞生于9世纪的阿拉伯机械工程专著

  这是一本阿拉伯文的科技宝书,编辑穆萨三兄弟乃是阿巴斯王朝盛期时的光辉人物,巴格达智慧宫的学生和成员。不过我所读的并非原著,而是伊斯兰科技史学者唐纳德 R. 希尔(Donald R. Hill)出版于1979年的英译本。当试图翻译书中关于喷泉制作的段落时,我在一个词组上壳住了——ground tap。词典里查,网上查,折腾了两三个小时也没弄明白。最后灵机一动,想到去问聊天群里的好友阿满女史,并向她说明:“这是一部阿拉伯古代技术书的英文翻译,所以可能是编辑自己意译,我想万一是个常见的技术词,只是大家这些搞文科的不知道呢?我就是碰碰运气。”

  结果很快阿满给了一个答复:“ground tap:磨牙丝锥;磨制螺丝攻。” 这下我更懵了。于是她发来了说明:“这是一个工艺:先钻一个孔,这个孔的内壁是平滑的;然后用丝锥,也就是这个单词,类似于螺钉,比这个孔稍微大一点点,往这个孔里旋转进去,拧进去。拧进去的时候,孔的内壁会出现螺纹,拧出螺纹后,把丝锥旋转出来。原先那个孔里面就会有螺纹了,后面就可以配合螺丝钉连接其他部件。整个步骤叫做攻丝。这个连接的工艺和大家中国的结构件连接差异很大,但是比大家的更适合大量生产。前提是螺丝螺纹的通配性,还有一点是标准统一,也就是说,螺纹规格统一后,大家对生产的螺丝用型号来区分规格,而不是用出品工场作为规格。”

  这下我豁然开朗,有点明白希尔使用这个英文词组的意思了!又倒过来告诉阿满:“那本阿拉伯古书里用到的零件被翻译成ground tap,是因为有点类似,但还远远达不到这个现代工艺的水平,要简单得多。”实际上,从希尔的译文以及说明来看,《奇器之书》中出现的那个零件,与现代意义的磨制螺丝攻完全不同。即使如此,出现在书里的这个古代零件在设计上的灵巧,仍然让人叹为观止。


  阿尔汉布拉宫内的喷泉

  希尔只在译文中用了一次ground tap,随后便使用tap(旋塞)一词来称呼同一个部件,因此,就让我把这个部件称为“旋塞”吧!在《奇器之书》中,这个零件是制作一款魔术喷泉的关键部件。这册一千多年前的科学书籍中,先容了七款喷泉制作方法,我在《下天竺的跳珠喷泉》一文中进行了先容。其实,正是在写那篇文章的过程中撞到了ground tap而一时困惑不已,这篇小文也是那一篇文章的延续,是觉得有必要把这个零件的具体构造单拎出来,加以详细说明。

  《奇器之书》的第92款方案,是机关暗藏在内部的喷泉,喷泉顶部只有一个喷嘴,却能有规律地来回变换水花的造型,一会喷出线型的水花,一会喷出铃兰花型的水花。在这个方案里,变换造型的关键,恰恰在那个旋塞。为了方便理解,我在这里重新用英文字母为这座喷泉的相关部件进行标注,并按我的理解讲解一下其运作过程:


  本文编辑绘制的92版喷泉结构示意图

  在喷泉下部的水箱——且称为水箱甲——内,竖向装有一根活轴a,这个活轴要能轻快地旋转起来。活轴靠近下部之处装有一架叶轮b,而叶轮下方、水箱底部装有一圈细管c,水由这些细管涌入之后,冲力造成叶轮不断旋转。活轴a比较靠近上部的地方装有一个横向的螺丝轮d。——螺丝轮是我自己取的名字,因为在我有限的见识里找不到专业的词汇来形容它,它是一个带有一定高度的圆轮,以活轴a为中心,牢固地安装在活轴a上。不过,这个圆周的外表布满一圈圈螺纹,起到类似齿轮的作用。

  接下来就要谈到希尔所翻译的ground tap,即那个旋塞e。这个旋塞带有一个“匸”形的框架f,其顶面上有一根短杆(或顶盘、基座之类)g,短杆的顶头固定在水箱甲的顶面h上。匸形框架f的上下两面都必须略带厚度,然后在当中开出圆形插轴槽。与之配套的是一个圆轮i,上下各伸出一截插轴,插入框架f上下两面的轴槽内,牢固不脱落,同时还能轻巧旋转。这个圆轮i的外表也有一圈圈螺纹,而且与螺丝轮d上的螺纹彼此咬合,一旦螺丝轮d转动起来,能拨动圆轮i跟着旋转不止。

  框架f的顶面上,靠近边缘一带,相对开两道圆弧形开口j和k。圆轮i上,在能与这两个弯弧长口上下重叠的地方,开一个孔洞l。匸形框架的底面则部分地穿空,与孔洞l形成一条通道,让水箱甲里的水通过底面上的空洞涌入孔洞l。同时,匸形框架的顶面上,由圆弧形开口j接出一条长管m,圆弧形开口k出一条弯管n。

  在喷泉的整个基座内部,水箱甲之上还有水箱乙,彼此以平板h隔开。水箱乙之上则是喷泉的顶部丙,这两部分之间以平板o隔开。长管m直竖而起,径直穿过平板h,并于p点穿透平板o。平板o之上,在p点,竖起能喷射线形水花的喷嘴丁——一个略呈喇叭形的直筒,美国能量咖啡,也就是说,长管m是线形水花喷射头的供水通道。

  由开口k接出的弯管n则仅仅穿透平板n,成为向水箱乙供水的唯一通道。而在水箱乙与顶部丙之间的平板o上,装有成组细管q,全部向中心倾斜。至于顶部丙,则采用圆锥筒的外观,其上加一段圆管。据书中88款的先容,如此成组细管加圆锥筒与圆管喷头的设计,能喷出铃兰形水花——至于具体什么是铃兰形水花,希尔觉得含糊,难以确定。总之,大家可以肯定的是,这种水花在形象上与线形水花有明显区别。因此,弯管m成为向水箱乙供水,继而促成铃兰形水花的通道。


  《奇器之书》记载的三种喷泉形状的示意图

  下面就是这一套装置运作的过程了:

  水由组管c,从喷泉座的底部涌入水箱甲,形成的冲力催动叶轮b旋转,于是活轴a随着自转不已,轴上的螺丝轮d也就转动起来。由于螺丝轮d与圆轮i彼此以螺纹咬合,于是d上的螺纹会反复拨转i上的螺纹,这就让圆轮i也同步旋转。

  按照穆萨三兄弟设想的理想状态,只要群管c的推动力持续,那么叶轮、活轴、螺丝轮的组合就转动不停,圆轮i也会被带着一圈圈转。这种情况下,圆轮i上的孔洞l就会做圆周运动,当这个孔洞运行在弯弧形长口j下方的时候,水箱甲内的水就有了这样一条唯一的通道:框架f底面上的穿洞——孔洞l——弧形开口j——管m——p点的开洞——喷嘴丁。别无选择的水便会沿着这条通道上涌,最终从喷嘴丁中冲天喷出,形成一条线形的水花。

  但是,随着整套设备在水力驱动下旋转,孔洞l会转离弧形开口j。这时,水箱甲向外流水的通路暂时中断,其上面的两个喷头都失去了水源,所以喷泉会出现短短一会的休止。接着,孔洞l转到弧形开口k下方,于是出现这样一条渠道:框架f底面上的穿洞——孔洞l——弧形开口k——管n——水箱乙——群管q——顶部丙。水便改走这条通道,从而产生铃兰花形喷泉。


  本文编辑绘制的旋塞e结构的俯视示意图

  在没有电力的时代,如果能从高山上的泉眼那里连接水渠,通到水箱甲的下方,那么水渠两端的巨大落差能形成强劲的水压,让流到喷泉座底面下的水凶猛地向上涌,按照《奇器之书》的设想,利用这种动力,这个魔术喷泉可以一直运转和喷射,形成这样的节奏:喷一会线形喷泉,稍停,然后喷出铃兰水花,再稍停,又喷出线形水花……

  92款方案的关键点,正在于被希尔译成磨制螺丝攻的那个零件。不难看出,穆萨三兄弟提出的这个零件,与友人阿满告诉我的、现代工业中的磨制螺丝攻根本不是一回事。虽然如此,即使像我这个对机械从无丝毫兴趣的文科生,也还是会被这个零件的精巧迷住,觉得它无比高明。再一想这是九世纪时的发明,就愈发钦佩了。

  不过必须坦白的是,我在这里提供的版本有风险——这个零件结构,似乎是我根据希尔的英文译文翻新出来的理解。在20世纪早期,德国学者E。魏德曼(E。 Wiedemann)和F。豪瑟(F。Hauser)对《奇器之书》做了认真研究,希尔对豪瑟的研究成果非常重视,不断加以引用。阿拉伯文原书中,92款装置的插图是一张画出了大概意思的示意图,单看那插图,很难猜出穆萨三兄弟的设想究竟是什么样子。


  原书中的结构示意图

  豪瑟在认真研究原文的基础上,重新画了结构图,希尔指出,只有配合豪瑟的这个整理图,才容易明白那座喷泉的机制。确实,豪瑟的重构图对于我的觉悟有很大帮助,但是,综合希尔的英文译文、豪瑟的插图、原始示意图,我琢磨来琢磨去,始终对豪瑟提出的方案感到困惑。

  原书插图里,叶轮b画成了竖轮,且与活轴a不相连。豪瑟在整理图中补足了这一部分,并且非常精彩地把叶轮改为横轮。但是,恰恰在希尔译成ground tap的部位及其关联部件上,豪瑟的说明似乎画蛇添足。他在螺丝轮d旁加了一个竖立的圆齿轮,认为螺丝轮转动后是驱使这个圆齿轮旋转,然后该圆齿轮再带动圆轮i。相应的,对于圆轮i自身的形状和旋转方向、其与框架f的关系、圆轮i内部通水孔道的设想便也另一样了,读来复杂而又难于理解。连带着,通向水箱乙、促成铃兰花式喷水的弯管m的形状和位置都画错了。就算我这样的普通读者,看到豪瑟整理图中那条由框架F底部伸出,先向下弯再转向上的曲管,也会怀疑,这样的传输系统能否形成足够的水压,催生出喷泉水流?


  豪瑟绘制的92款喷泉结构示意图

  但是,希尔虽然用ground tap这个词作为那个关键部件的名称,但似乎他完全接受了豪瑟的意见,在译文中承袭了豪瑟设想的结果,所以有“螺丝轮以其轮齿带动(一个轮子)”这样的句子,推测其语义,希尔在括号内添加的“一个轮子”,是指豪瑟设想的那个竖轮。但是看原书的示意图,明明是把螺丝轮d和圆轮i画成一对大小相当、形状一致、轴心均为垂直方向的扁轮,两个横轮的外表均带有螺纹,而且二者之间的螺纹彼此交错。因此,在反复推敲之后,我忍不住得出了如上的结论。

  非常遗憾的是,希尔的英译本在出版时没有附上阿拉伯原文,所以大家无法利用原文来思量。我毕竟是一个对机械毫无了解的人,敢仅仅利用英文译文,就得出与豪瑟、希尔两位专家不同的结论,确实莽撞,也许是闹了笑话而不自知吧。要命的一点在于,在没有阿拉伯原文进行对照的情况下,大家无法搞清楚为什么译者在翻译中用了ground tap 这个词,它所对应的原文那个词具体是什么。只有知道了原文的那个词,才有可能考察在阿拉伯学问中这个词的发展脉络,在词根上,在现象上,它出现在何时,到了今天又具有什么意义,以及它是否与前代的希腊学问、波斯学问有继承关系,与印度学问、中国学问之间有无关联。

  另外,我这样的观察者有一个巨大的障碍,那就是,即使我注意到了这个零件,哪怕我反复思量的结果侥幸是对的,在我眼里,它也只是个孤零零的、偶然浮现出来的有趣现象。因为缺乏基本的相关常识,我无法把它放入一个发展的序列里观察,更不可能放到一个坐标系里去思考。我不知道,是否有文献或者考古发现证明,在九世纪之前,这个零件已经出现,或者至少出现了它的先声、雏形;同样不知道,九世纪之后,这种零件是否有后续的发展。一位机械工程的专业人士可能一眼就会看出,现代工业中的某些零件、某些设计有它的影子——也或者完全没有,这是一个已经灭绝了的古代方案。

  这样的专业人士很可能还会大致估量出,如此复杂的喷泉设施是否真的能够实际运转起来。但我却缺乏这个能力。我也无法将这个零件与中国传统中的类似处理方案进行对比,看二者是完全不同的脉络,还是有彼此呼应之处。概括一下就是,我只能完成一次猎奇,但无法进行科技史的研究。然而,很显然,这个零件,以及整部的《奇器之书》,都不应该止步于文人的猎奇。
  这是9世纪阿拉伯皇宫的喷泉

  

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