自近代以来,随着西方的崛起与中国的衰落,许多原本属于中国古人的原创发明,反而被误认为是西方的原创。例如,机械钟的发明,实际上是唐僧“一行”的成果,却常常被误认为是西方的发明。本文讨论的“齿轮”也是如此。齿轮作为一种在各种机械中普遍使用的关键部件,在传统认知中被认为源自西方,但中国的考古发现却改写了这一认知,证实中国早在春秋时期就已经使用了齿轮,换句话说,中国的这一发明早于世界许多地区。
约公元前300年,古希腊哲学家亚里士多德在《机械问题》一书中探讨了使用青铜或铸铁齿轮传递旋转运动的方式。此后,阿基米德等人也研究了齿轮的原理,甚至发明家赫伦在他的里程计中使用了齿轮。然而,直到1900年,希腊安提基特拉岛外海域沉船的发现,才揭示了古希腊齿轮技术的实际存在。这艘沉船包含了大量艺术品,其中最著名的就是“安提基特拉机械”,它上面装配了多个铜质精密齿轮,制造工艺与现代技术不相上下,被誉为“已知世界上最早的齿轮装置”。
“安提基特拉机械”的发现支持了古希腊文献中的记载,证明古希腊确实具备了先进的青铜加工技术,并且发明了齿轮。然而,奇怪的是,除了这一重要发现,考古学家似乎没有发现其他古希腊的齿轮遗物。这一点与古罗马的齿轮技术也类似,尽管古罗马时代有许多文献记载了齿轮的应用,如公元1世纪的罗马建筑家毕多毕斯在水车式制粉机上使用了齿轮,但考古学上几乎没有找到古罗马实物齿轮,这一点令人费解。
与西方的齿轮技术相对,中国的齿轮技术在考古学上有着更加丰富的发现。在4000年前的石峁遗址和陶寺遗址中,虽然出土的“铜齿轮形器”通常被认为是祭器或与天文有关的物品,但它们的形态与齿轮有着相似的结构,令人对其用途产生怀疑。尽管这些物品本身并非真正的机械齿轮,但可以明确的是,最迟在春秋时期,中国已经开始使用齿轮。1952年,山西侯马晋国遗址的发现,揭示了该地区早期的齿轮陶范,这些陶范的尺寸和齿轮的设计非常符合齿轮的功能,证明了中国早期在齿轮制造上的成就。
接下来,随着考古学家在河北邯郸武安市、洛阳东周王城等地的发掘,越来越多与齿轮相关的实物被揭示出来,包括铁质棘齿轮、具有制动功能的棘轮装置等。这些发现清楚地表明,中国古代齿轮的应用历史悠久且复杂,远早于古希腊的齿轮技术。
中国齿轮技术的不断进步,不仅显示了古代中国制造技术的高超,也说明齿轮在中国的生产和生活中得到了广泛应用。从春秋时期的齿轮陶范到秦汉时期复杂的齿轮装置,中国的齿轮制造技术日益精进,材质和设计形式层出不穷,标志着古代中国机械技术的高度发展。
在本文讨论的齿轮话题中,有几个值得深思的问题。首先,透过齿轮这一重要机械部件,我们可以一窥中国古代机械制造的精湛技艺,这也解释了为何中国在秦朝能够铸造出精美的青铜马车,唐僧“一行”能够发明机械钟,元代的郭守敬能制造出精确的天文仪器。中国古代的机械制造能力完全不逊色于西方。其次,尽管中国的齿轮技术远早于古希腊,但古希腊的齿轮技术究竟源自哪里呢?如今有一种普遍的偏见,认为任何中国的技术如果晚于西方,就一定是受西方影响的,而如果早于西方,双方则被认为是独立发明,这种思维方式忽略了中国对西方技术的可能影响。第三,西方的齿轮技术虽然在文献中被称为非常先进和广泛应用,但考古学的发现却极为稀少。即便偶有发现,齿轮的精密程度却异常高,这与实际的生产需求不符。总的来说,西方的齿轮技术与实际考古之间的矛盾,仍然令人不解。