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程大位发明世界第一把卷尺丈量步车

点击数:2150  时间:2018-1-24  作者:江志伟 汪苹  

 

程大位故居

 

第一卷尺——丈量步车展品

 

作为一种收放自如、携带方便的长度度量工具,各种形状的皮卷尺、钢卷尺频频出现在我们的视野里:在运动会田径赛场上,在工厂的车间里,甚至在正进行装潢的新居内……人们使用着卷尺,卷尺给人们带来方便。然而,又有多少人会想到卷尺竟然是我们安徽人发明的?

卷尺发明在徽州

这是一项早应载入世界科技史册的伟大发明,这是一件闪烁着华夏文明之光的智慧结晶。因为一个偶然的机缘,笔者惊喜地发现:除了“四大发明”之外,我们中国人还发明了世界上第一把卷尺——而且这位发明者还是我们安徽人!这个偶然的机会便是徽州之旅中对安徽历史名人程大位故居的探访。在此之前,人们之所以知道程大位(1533-1606),是因为他是一位被称作“珠算宗师”的珠算家,他创造和规范的珠算口诀,直到现在还在广为使用。因此,程大位故居经修缮后辟作了珠算博物馆,映入人们眼帘的也尽是一些古今中外、各式各样的算盘展品。

“突然发现”是在一个极不显眼的展柜里,居然摆放着一只不像算盘的物什。笔者最初仍然惯性地按照珠算的思路来猜测它的作用,却发现再怎么展开想象的翅膀,也无法将它与珠算相联系。一问,果然不是算盘,而是一种叫做“丈量步车”的古老卷尺的复制品,是严格按照程大位一部著作中图纸尺寸复制的。找来那部题为《算法统宗》的线装书一看,果然如此。很快就从网络搜集中获悉,最早的关于卷尺的记载,也比程大位迟好多年。卷尺发明在徽州,一个令人亢奋的信息。

世界第一卷尺到底是个什么模样?这当然是广大读者朋友现在最感兴趣的问题。世界第一卷尺由木制的外套、十字架,竹制的篾尺,铁制的转心、钻脚和环等部件组成。在类似“无盖底墨匣”的外套中间,有一个可以转动的十字架,“曲尺样三折”的转心可以实现十字架的转动。十字架的凹槽内绕着“嫩竹竹节平直者,接头处用铜丝扎住”制成的篾尺,篾尺上写上尺寸刻度后“用明油油之,虽污泥可洗”。篾尺收放均从外套的匾眼中进出,钻脚便于准确插入田地测量点,环便于提携。

从复制品实物看,虽然它较之今天的皮卷尺、钢卷尺来显得庞大许多,但从其原理、构造和用途来看,又令人不得不叹服这确实是世界第一卷尺。

在程大位那部由宾渠旅舍出版于明万历壬辰五月(即1592年5月)的《算法统宗》巨著的卷3《方田章》中,不但有世界第一卷尺非常齐全的零件图和装配图,而且有关于它的设计说明和改型说明等文字。在世界发明史册上,能拥有如此详尽、图文并茂的技术资料的古代发明是非常罕见的。

卷尺是程大位发明的?

关于世界第一卷尺的消息通过媒体披露之后,人们最感兴趣却又质疑最多的,就是这么几个问题:被称作“丈量步车”的世界第一卷尺是否是程大位的发明?在他之前中国和外国是否已经有过?“丈量步车”是否就是卷尺?

关于“丈量步车”是否是程大位的发明的问题,程大位故居珠算博物馆工作人员给出的回答是“书证”,让历史典籍说话证明。他先拿给笔者阅看的,是一部“以康熙五十五年(1716年)程大位曾孙程光绅、程钫翻刻的《算法统宗》为底本,然后参考明万历三桂堂王振华刊本和明刊十二卷本等珍稀版本”而成的《算法统宗》刻板原件影印本,在该书卷三第二页上,有程大位亲手绘制的“丈量步车”的4件图纸,在总装配图两侧,篆书刻下一副楹联,上联是“宾渠制就心机巧”,下联是“隶首传来数学精”。其中的“宾渠”即为程大位的字号,“隶首”则是黄帝时代“始定算数,成律度量衡”的数学鼻祖。这副与“丈量步车”图纸同在的楹联不仅肯定了“丈量步车”确系“心机巧”的程大位的精心“制就”,而且虚怀若谷地说出这种“心机巧”的发明的理论之源。工作人员以十分肯定的语气告诉笔者:在他们查阅的诸多相关典籍资料中,尚未发现类似的记载。“宾渠制就”的联语,既是程大位对自己发明“丈量步车”的“专利”声明,又是一种敢作敢当的负责人的承诺。根据研究发现:程大位对于自己的这项发明是倍加珍视和重视的,因为在他的《算法统宗》巨著的诸多版本中,甚至包括其压缩版《算法纂要》中,许多内容被删除掉了,唯有这“丈量步车”的内容一直奇迹般地保留下来,这是很有说服力的。而第二个“书证”则是由安徽教育出版社于1990年出版的《算法统宗校释》,在该书关于“丈量步车”内容的注释中,有这么一句话:“丈量步车是程氏的创造,相当于今之卷尺”。这个注释可以视作当代科研工作者是确认程大位对于“丈量步车”的创造发明权的拥有的,同时也确认“丈量步车”即为今之卷尺。

那么,在程大位之前中国或外国是否有过卷尺发明的记载呢?据学者搜集到的专业资料显示:关于卷尺的最早记载是在中国的清朝末年。至于有人提出较程大位稍早些的明代万历甲申年间余楷制作的一种量具是否是卷尺的问题,专家们的意见非常一致:即从发明学、专利学和计量学的角度来审视,那件量具还只是一种“绳尺”,而未能实现向“卷尺”的质的飞跃。笔者见到了他们出示的明稚堂樟行的余楷的《新刻一鸿简便览算法》(即《一鸿算法》)一书,其中写得很清楚,是“如纺车形,收放皮绳”,是“车绳”、“尺绳”和“制绳”等,这说明余楷本人是并不否认自己的量具依然属于“绳尺”一类。专家们指出:在程大位的《算法统宗》一书的《丈量田地总歌》中,第一句就是“古者量田较阔长,全凭绳尺以牵量”。以此概述出在此之前的量具发展史仅仅达到“绳尺”而已的情况,这其中就包括了余楷的绳尺。

从发明学的角度来看,从“绳尺”到“篾尺”的飞跃、巨变,是判定其是否具备卷尺特质的重要标准。我国《专利法》规定:“发明人是指对发明创造的实质性特点作出创造性贡献的人”,“创造性是指同申请之日以前已有的技术相比,该发明有突出的实质性特点和显著的进步”。专家们指出:发明学并不拒绝对前人的继承和突破,但发明权却只授予最终的成功者,这是因为一些发明创造都是发明人在总结前人探索、试验的基础上寻求到“实质性、创造性”突破而取得的。程大位在借鉴包括余楷在内的前人的量具基础上创造出“丈量步车”卷尺,这种“实质性、创造性”突破决定了卷尺的发明人只能是程大位而不应该是余楷等人。

卷尺是这样发明的?

关于“丈量步车”卷尺发明的时间,专家们只能从考证的手段来加以推断,他们给出的发明时间约为明代万历初年,即1578年左右。

“1578年”这个时间,与中国历史上的一个波及全国各地的历史事件有关。这个历史事件就是大规模的全国清丈土地。这件事被详细地记载在《明史》卷七十七的“食货一”中,而在程大位的《算法统宗》一书中又能读到关于这个历史事件在他家乡的贯彻情况记载。

明神宗万历六年(1578年),内阁首辅张居正下令全国清丈土地,并将“土地丈量”与“一条鞭法”作为其推行的改革在经济方面的重要措施。程大位的家乡在农村,自幼聪颖的程大位早就在乡人中间享有“小先生”的称号,丈量田地、记账算术等是他的重要活动。然而在此之前,在丈量田地工作中使用的仍为传统的绳尺,这有他的诗为证:“古者量田较阔长,全凭绳尺以牵量”。这种既麻烦又欠准确的绳尺用于日常的、时间要求不急的、小批量的田地丈量当然还是能够应付过去的。然而对于全国范围内的时间紧、要求严、数量大的清丈土地任务的完成,“全凭绳尺以牵量”势必无法应对。这种紧迫的清丈土地的任务,促使聪颖的程大位急中生智,走改革发明之路,摒弃绳尺,发明“丈量步车”,使任务得以完成。

关于这段持续数年的清丈土地工作,程大位在《算法统宗》中多处留下记载,其中有:“于万历九年清丈,有粮里编号二一一里,带管无粮里三十四里半”,“以千字文编号自城东北隅天字一号起至三十三都八图建字号止”,这些范围内的土地清丈工作,都是程大位运用自己创制出的“丈量步车”测量工具亲身参加并解决了许多测量难题的部分纪录。除此之外,在他的《算法统宗》一书中,还图文并茂地列举出各种形状复杂的田地的丈量和计算的实例,提供了计算方法。老馆长说:这一点也可以释去好多人的一个质疑,即卷尺何以发明自珠算家之手?就是因为田地计算必须建立在准确测量的基础之上。这么说来,世界第一卷尺的发明到今天已有400多年历史了。

程大位当年是怎么发明出卷尺丈量步车的呢?发明过程中,他又碰上了些什么难题,又是如何攻克的呢?这都能从程大位留下来的丈量步车设计说明文字中找到答案。

倘若说逼迫其开动脑筋终于发明出丈量步车的动力是那次清丈土地的机缘的话,那么,在成功发明出丈量步车的过程中促使飞跃、萌生灵感的则是木工师傅仍使用的传统墨斗了。墨斗是古已有之的木匠用于弹划直线的工具,那转轮上的丝线(墨线)牵扯可放转轮可收。程大位在发明设计时,化用了墨斗转轮原理,而将丝线换成篾尺,篾片柔韧性强,既可以盘卷又可以拉直还便于两段篾片间的连接;更主要的是,这木、竹正好是程大位家乡的地方特产,木雕、竹编工艺又是当地的传统优势。这一番发明设计巧心机,程大位并未让它成为秘密,而是和盘托出在其设计文字说明中,诸如:“外套似无盖底墨匣”、“十字中心如墨斗揽转之心”等等。在丈量步车的发明上,程大位最为难能可贵之处,不仅在于他巧妙地化用了墨斗原理而实现了尺体的收放自如,更在于他奇迹般地想到并实现了用篾片作为尺体的“篾尺奇思”。

程大位的丈量步车卷尺还有过另一种改型样式,但很遗憾程大位未能坚持下去,不然这种改型样式的卷尺将更加酷似当今卷尺了。好在关于这种改型样式的设计方案,也被程大位完整记录在著作中,使得后来的卷尺完善工作者有了一份十分宝贵的参考资料。程大位的改型样式是:“又后制一式,只用十字,内中开槽,留头不通,中用木圆饼转篾。篾虽不散,但转其篾,尽皆挨擦,损攘甚速。总不如前制车式,篾在十字,十字转动,其篾安静,故难坏也”。这里的“木圆饼转篾”结构正是当今卷尺的通用结构,可惜的是由于程大位当年因为无法解决“尽皆挨擦,损攘甚速”的问题而放弃了这一更加精彩的睿智之思。后来的人们在完善、改进卷尺的时候,采用了他的“木圆饼转篾”原理,并以更理想的材料替换篾片制成尺体,又以成型外套替换木制外套。但万变不离其宗,这“宗”就是程大位发明的世界第一卷尺——丈量步车。

 

 

 

(来源:合肥晚报) 

 

 

 

(责任编辑:白岳)

 

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