近代以来,随着西方的崛起、中国的衰落,很多本是中国古人的原创发明,却被人有意无意说成西方原创,比如机械钟,明明是唐僧“一行”发明的,却往往被误认为是西方原创发明,本文所谈的“齿轮”也是如此。

齿轮,广泛运用在各种机械产品中,是一种超级重要的机械部件。按照传统认知,齿轮源于西方,但中国考古却改写认知,证实最迟在春秋时期,中国已经使用齿轮,换言之中国又一发明领先世界。

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古希腊的青铜齿轮

公元前300年左右,古希腊哲学家亚里士多德在《机械问题》中,阐述了用青铜或铸铁齿轮传递旋转运动的问题。此后,阿基米德等也研究过齿轮,甚至发明家赫伦发明了里程计,在里程计中使用了齿轮。

1900年,像很多古希腊文物从海中捞出一样,在希腊安提基特拉岛的海岸外,发现了一艘古希腊沉船,不知道运往何方、不知道卖给谁,里面竟然装有大量艺术品,其中还有一件特殊的青铜器,就是鼎鼎大名的“安提基特拉机械”(下图,复原图),上面有很多硬币大小的青铜制精密齿轮,精密程度不下于近代水平,被誉为“世界上已知最早的齿轮装置”。

“安提基特拉机械”呼应了古希腊文献的记载,证实古希腊拥有高超的青铜技术,以及发明了“齿轮”。总之,从文献记载到“安提基特拉机械”,说明古希腊齿轮技术非常成熟,应用的非常广泛,但令人疑惑的是,除了“安提基特拉机械”,考古似乎没有发现其他古希腊齿轮。

古罗马时代,文献上记载了不少齿轮应用,比如公元1世纪罗马建筑家毕多毕斯制作的水车式制粉机上,就使用了齿轮传动装置。因此,古罗马必然继承了古希腊的齿轮技术,必然已有广泛应用,但让人不解的是,考古却没有出土过古罗马实物齿轮(或许笔者没有找到,但肯定非常罕见),这一点显然违背常理。

以上,就是西方早期齿轮情况,文献记载很多很牛,但考古实物很稀少,代表文物“安提基特拉机械”的齿轮,几乎可以吊打此后1000多年的世界各地齿轮。

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中国考古改写认知

在谈论中国齿轮之前,先介绍一些类似齿轮的文物,就是4000年前的石峁遗址、陶寺遗址出土的“铜齿轮形器”(见下图,上二为陶寺出土,下二为石峁出土),学者判断认为是祭器,也有认为与天文相关,一般不认为它们是机械齿轮。但,真不是齿轮吗?

虽然它们不是齿轮,但可以确定的中国齿轮,最迟出现于春秋时代,此后越来越多,接下来笔者简单介绍一下:

1952年,在山西侯马市西北部,考古发现侯马晋国遗址,这是春秋晋景公迁都后的都城。该遗址出土陶范、陶模达十余万件,完整或者成套的近千件,其中就有成套的齿轮陶范,有不同规格的4套,齿轮8个齿,中间有孔,这是迄今所知最早的齿轮陶范。显然,这些陶范说明早在春秋时期,中国已经开始生产齿轮了。

与侯马晋国遗址发现时间差不多,在河北邯郸武安市,考古发现战国“午汲古城”,在其中的一个灰坑中,出土一批铁质的生产工具,其中最重要的是出土了一只残缺的铁质“棘齿轮”。上图,相比侯马晋国遗址的齿轮陶范,可以看到齿轮上的“齿”明显增多。

洛阳东周王城战国粮仓遗址,距今2300多年,出土具有制动功能的棘轮装置(下图)。由于该齿轮出土于粮窖废弃层中,说明实际制造“年龄”应该更早。

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秦汉之后,考古发现的齿轮就更多了,也更为复杂,比如山西永济薛家崖遗址出土几种不同形式的秦汉齿轮(该遗址还出土具有现代滚动轴承结构雏形的轴承),西汉文帝刘恒陵墓中极具穿越感的青铜齿轮,考古还发现东汉初年的人字齿轮、以及多组齿轮的离合装置等等,可谓数不胜数。

以迄今为止的证据来看,中国齿轮显然要早于古希腊,早于亚里士多德的记载。更重要的是,考古发现的中国齿轮还说明:早在两千多年前,中国齿轮不断进步,材质、设计多种多样,说明齿轮、以及与齿轮有关的机械,已经广泛应用到中国生产生活的各个方面,且已有复杂的齿轮机械装置。

最后,关于本文话题,还有四点值得思考:

首先,所谓“管中窥豹”,透过齿轮这一重要机械部件,可以看到中国古代机械之精,如此也就难怪秦朝造出青铜马车,唐僧“一行”造出机械钟,元代郭守敬能造出进行精确天文观测的仪器等。因此,不要把机械制造视为西方专长,其实中国古代这方面真的很强!

其次,中国齿轮肯定早于古希腊的,那么古希腊齿轮从何而来?如今有一种奇怪的思想,对于相同的技术等,凡是中国的晚于西方,往往被认为中国的源于西方;如果中国的早于西方,往往就是双方各自独立发明,似乎只有西方影响中国,却无中国影响西方!

第三,西方齿轮情况比较奇怪,文献中很强很牛、运用的很广泛,但考古却没有什么发现。而一旦发现,就是精密的不像话的齿轮。日常生产生活中需要齿轮,古希腊文明断绝了,齿轮技术不会断绝,但古罗马文献记载运用齿轮,却偏偏又没有什么考古齿轮。

第四,很多国人似乎有“西方崇拜情结”,谈及一些技术等起源,往往首先否定掉源于中国的可能,或者不相信源于中国,反而不假思索的认为起源于西方,比如齿轮、眼镜、数学上的“负数”、还有最早农业(最早出现在中国,距今至少1.4万年)等等。