2020年12月10日是北宋科學家蘇頌誕辰1000年。江蘇省鎮(zhèn)江市政府與中國科學院自然科學史研究所主辦了“紀念蘇頌千年誕辰，弘揚科技創(chuàng)新精神”活動，江蘇省副省長馬秋林、鎮(zhèn)江市委書記馬明龍、鎮(zhèn)江市長徐曙海等領導以及來自中科院自然科學史研究所、中科院紫金山天文臺、清華大學、中國科技館、長春師范大學、長春中醫(yī)藥大學、上海遠東國際橋梁建設公司等單位的領導和專家出席紀念會議。同日，廈門市社會科學界聯(lián)合會主辦了“紀念蘇頌誕辰1000周年暨第九屆廈門（同安）蘇頌國際文化節(jié)”。
中國是一個發(fā)明創(chuàng)造的國度。中國古代科學技術在宋代及其后的一個時期里達到高峰，這也是中世紀世界科學技術發(fā)展的高峰。宋代科技人才輩出，涌現(xiàn)出沈括、燕肅、蘇頌、畢升、韓公廉、李誡、秦九韶等杰出的科學家、工程師和巧匠。
蘇頌（1020~1101年）生于同安縣（今福建廈門同安區(qū)），宋仁宗慶歷二年（1042年）和王安石同榜中進士，擔任過地方和中央政府的官員，做過吏部尚書和右宰相，在本草學、儀器制造和天文學等領域取得了非凡成就，晚年定居潤州（今江蘇鎮(zhèn)江）。他是載入史冊的名臣和科學家。元代脫脫等撰的《宋史》中有《蘇頌傳》，清代學者阮元將蘇頌及其科學活動列入《疇人傳》。
在公元995年至1074年間，北宋先后制造了四架渾儀，分別安裝在汴京（今河南開封）的不同地方。1086年，朝廷指派蘇頌檢驗已有的渾儀。蘇頌做出鑒定之后，向朝廷建議添造一套水力驅動的演示儀器和渾儀。1087年，朝廷批準了這個建議，并指派蘇頌負責此事。其實，這項工作是有一定風險的：如果新儀器不優(yōu)于原有儀器，那么蘇頌就不好向朝廷交代。
蘇頌是水運儀象臺制造工程的領導者。作為吏部尚書，他慧眼識才，發(fā)現(xiàn)了精于數(shù)學和天文學的韓公廉，選派這位中下級官員負責設計制造天文儀器，并介紹了張衡、一行、梁令瓚、張思訓等人所造水運儀器的法式要點。就這樣，蘇頌提出了儀器的功能要求和工程的實施目標。
韓公廉主持具體的設計制造工作。他首先進行測算，設計制作了關鍵裝置“機輪”的模型。從1088年開始，制作團隊先后制成小木樣和大木樣。1092年7月，這個團隊成功制造出水運儀象臺，即古代的大型科學裝置。
蘇頌和韓公廉率領的團隊將漏刻、水輪、筒車、秤漏、桿系、齒輪傳動、凸輪傳動等多種技術整合在一起，實現(xiàn)了集成創(chuàng)新。整座裝置以一個非常精致的水輪同時驅動計時裝置、渾象和渾儀，這是一項重要的技術突破。最值得稱道的是，制作者們發(fā)明了“天衡”機構——“水輪—秤漏—桿系擒縱機構”，這是世界上有明確結構記載的最早的時鐘擒縱機構。
蘇頌的另一項突出成就是編撰《新儀象法要》，其以幾十幅機械圖，全面描繪水運儀象臺的整體構造和零部件結構。這些圖是工業(yè)革命之前描繪一座機械裝置的最復雜的成套技術圖，與水運儀象臺一樣，在世界科技史上占有重要地位�！缎聝x象法要》的圖說成為今人復原水運儀象臺的主要依據(jù)，全尺寸的水運儀象臺的成功復原也證明《新儀象法要》的內(nèi)容詳實可靠。
《新儀象法要》中的總體構造圖和零部件圖等是怎樣形成的？這是一個不可忽視的問題。書中的“運動儀象制度”圖相當于水運儀象臺的總體構造圖，充分展現(xiàn)出設計思想。此圖應該是整個儀器制成之后繪制的，理由是儀象臺的設計制造經(jīng)歷了計算、機輪模型試制、小木樣試制、大木樣試制、實際儀器制作等幾個階段，而不是一步到位完成的。當然，有些零部件圖很可能是制作過程中形成的，有的圖暗示制作者曾比較過不同的設計方案。
《宋史》和《疇人傳》的作者對蘇頌在科技史上的地位尚難作出恰當?shù)木唧w考量，因為那時中國人對古代科技傳統(tǒng)的認識還比較模糊。20世紀初期，科學技術史研究在中國興起，蘇頌和韓公廉的科學業(yè)績受到了科學界和史學界的關注。
天文學家朱文鑫在1935年出版的《天文學小史》中對水運儀象臺做了簡要描述，并且強調：“機械之制作甚精，后世鐘表之法，不能出其范圍。”此后，經(jīng)過劉仙洲、李約瑟（Joseph Needham）、王振鐸、康布里奇（John H. Combridge）、韓云岑、土屋榮夫、陸敬嚴、李志超、林聰益等專家學者的研究及復原制作者們的實踐，人們已經(jīng)比較充分地認識了水運儀象臺，尤其是它的擒縱機構。
技術史學家劉仙洲主張：“我們應當根據(jù)現(xiàn)有的科學技術知識，實事求是地，依據(jù)充分的證據(jù)，把我國歷代勞動人民的發(fā)明創(chuàng)造分別的整理出來。有就是有，沒有就是沒有。早就是早，晚就是晚。”他在1953至1956年間率先撰文探討水運儀象臺的原動力、傳動機構和控制機構，實事求是地做了學理分析。1958年，王振鐸首先嘗試復原水運儀象臺，并制作出五分之一的模型。2011年，廈門市同安區(qū)蘇頌紀念園也有了一座按照1:1復原的水運儀象臺。
李約瑟認為，機械時鐘的發(fā)明是整個科學技術史上最為重大的成就之一。他對水運儀象臺做了大量研究工作，與合作者撰寫了《天鐘機構：中世紀中國的偉大天文時鐘機構》（HEAVENLY CLOCKWORK：THE GREAT ASTRONOMICAL CLOCKS OF MEDIEVAL CHINA），此書由劍橋大學出版社在1960年出版。他在1965年出版的《中國科學技術史》（Science and Civilisation in China）的機械工程分冊里，用100多頁闡釋中國的水運儀象技術及相關問題。
1956年，李約瑟與兩位合作者在《自然》雜志發(fā)表文章，明確指出“天衡”機構就是時鐘的擒縱機構，并強調水運儀象臺的時鐘機構在歷史上被埋沒了幾百年。他甚至進一步追溯中國時鐘的歷史，相信僧一行（張遂）和梁令瓚早在公元8世紀就創(chuàng)造了世界上最早的擒縱機構，其主要依據(jù)是史書稱他們的儀器上“各施輪軸，鉤鍵交錯，關鎖相持”。無論如何，水運儀象臺的“天衡”機構都是韓公廉等人的獨創(chuàng)設計。
李約瑟及其合作者大膽推測：“這樣一來，中國天文鐘的傳統(tǒng)和后來歐洲中世紀機械鐘的祖先就有了更為密切的直接聯(lián)系（it thus appears that the Chinese tradition of astronomical clockwork was more nearly in the direct line of ancestry of the late medieval European mechanical clocks）。”幾年之后，他推斷：在中國人發(fā)明擒縱機構之后的6個世紀，至少可能存在由東向西的“激發(fā)性傳播（diffusion stimulus）”。不過，他對此所做的論證并非令人信服，因為很難找到可靠的論據(jù)。
其實，中國和歐洲有不同的時鐘技術傳統(tǒng)。歐洲機械鐘需要一個擒縱機構，以便使得垂重或發(fā)條緩慢地驅動齒輪系，帶動指針轉動。水運儀象臺則以漏壺中穩(wěn)定流出的水注入“受水壺”，驅動水輪轉動，擒縱機構的作用是讓水輪做相等間歇的轉動。
在蘇頌誕辰千年之際，我們紀念這位科學“大匠”，賞析他領導創(chuàng)制的科學重器，可以從創(chuàng)新事跡中獲得深刻的思想啟示，從而更好地弘揚中華民族敢為人先的創(chuàng)新精神和精益求精的工匠精神，增強創(chuàng)新自信，為建成世界科技強國和社會主義現(xiàn)代化強國作出新的非凡貢獻。
筆者撰寫此文，同時紀念科技史學家李約瑟誕辰120周年及劉仙洲誕辰130周年。當代科技史學者應當秉持“究天人之際，通古今之變，成一家之言”的光榮傳統(tǒng)，開創(chuàng)學術研究的新局面�！�
（作者系中科院自然科學史研究所所長）
《科學新聞》 (科學新聞2020年12月刊 縱橫)