開元年間，唐朝僧人“一行”設(shè)計制造出齒輪帶動的水運渾象，附有報時裝置，可以測定時間、自動報時，稱為"水運渾天"或"開元水運渾天俯視圖"。其實，這是模仿天體運行的儀器，于是表現(xiàn)出日升月落、晝夜反復(fù)等，到達(dá)整點由齒輪帶動的木頭人敲鼓。

因此，唐僧一行的這個裝置，是一個十分巧妙的計時機(jī)械，世界上最早的機(jī)械時鐘裝置，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“水運儀象臺”，更開啟近代鐘表擒縱器的先河。

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

首先，立表測影時代

對于早期人類來說，掌不掌握時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間，因為要搞清楚“農(nóng)時”，這是社會需求。其中，中國四季分明，農(nóng)時尤為重要，這與很多文明不同。

為了掌握農(nóng)時，古人做過很多探索，其中最為可靠的是兩個：一是夜觀天象，比如觀察北斗群星、大火星動態(tài)，以此來判斷季節(jié)，斗柄指向與季節(jié)相關(guān)，見龍在田是大火星春季出現(xiàn)、潛龍勿用是冬季大火星隱而不見；二是立表測影，這是通過白天正午日影長短判斷季節(jié)，夏至日影最短、冬至日影最長、春秋分一樣長。

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度，也即對一年時間有了更準(zhǔn)確的認(rèn)識，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)時將一年劃分為二十個節(jié)氣。

立表測影對中華文明影響極大，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，勾股定理就是由立表測影歸納總結(jié)而來。隨著時代發(fā)展，立表測影一方面演化為日晷，晷面兩面都有刻度，分為十二時辰；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，渾天儀的時代

通過立表測影，古人可以大致測出一年時間，卻不能給出更精確的時間（況且立表測影依賴天氣，實際操作也容易產(chǎn)生誤差）。比如，回歸年的長度是365.2422天，后面的0.2422天，靠立表測影肯定測不出來，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)對更精確時間有著迫切的需求，但立表測影無法滿足這一需求，怎么辦？隨著時代不斷前進(jìn)，古人對天文認(rèn)知也在加深，觀測儀器也更加復(fù)雜，兼之中國“觀象”文化特征，于是春秋戰(zhàn)國出現(xiàn)觀測天體坐標(biāo)高度的“渾儀”，戰(zhàn)國石申甘德發(fā)明模擬天體運行、天象變化的“渾象”，用以演示天體運動，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，那么某一天體到時就不會與相應(yīng)刻度吻合，只有歷法足夠準(zhǔn)確，那么才會“合”，有興趣的可去天文臺詳觀之。

因為天文觀測儀器的進(jìn)步，所以古人觀測發(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度了。因為回歸年不是整數(shù)，因為歷法不能有小數(shù)，所以必須拉長計算獲得相對更準(zhǔn)確的時間，所以又有19年7潤法，這與西方幾個神人肉眼觀測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？

西漢時期，大司農(nóng)耿壽昌“鑄銅為象，以測天文”，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)動齒輪，帶動渾象繞軸旋轉(zhuǎn)，并使渾象的轉(zhuǎn)動與地球的周日運動相等，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間”，不就是天體運行的“空間”所決定的嗎，即空間決定時間，換個星球、那么現(xiàn)在的時間就不成立，所以只要相對準(zhǔn)確模擬了天體運行情況，那么就相當(dāng)于制造出了鐘表。當(dāng)然，其中關(guān)鍵在于對天體運行的“相對準(zhǔn)確模擬”，想要做到這一點，就要對天文有深刻的認(rèn)知，還要有高深而精巧的機(jī)械制造水平等。

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

最后，關(guān)于本文話題，還有三點值得一提：

首先，中國能最先發(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，是長期技術(shù)積累的結(jié)果。

其次，技術(shù)發(fā)展往往是由簡單到復(fù)雜，再由復(fù)雜到簡單，“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，卻又為簡化機(jī)械鐘打下了技術(shù)基礎(chǔ)。

第三，因為蒙古西征、以及元朝重用色目人等，于是包括機(jī)械鐘在內(nèi)的中國很多天文知識被西傳，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。