暮鼓晨鐘里的古代科學
在沒有鐘表的古代,老北京四九城里有個報時中心,就是鐘鼓樓。“鼓樓擊鼓定更,鐘樓撞鐘報時”。人們聽著鐘鼓聲起居勞作,這就是“暮鼓晨鐘”。
北京鐘鼓樓始建于元至元九年(1272年),處于元大都的中心位置。據《元一統(tǒng)志·大都路》載:“(至元)九年二月改號大都,遷居民以實之,建鐘鼓樓于城中。”鼓樓,初名“齊政樓”,取齊金、木、水、火、土、日、月七政之意,上設漏壺鼓角,在中心閣稍西;鐘樓在鼓樓之北,閣四阿,檐三重,懸鐘于上,聲遠愈聞之。
在《馬可·波羅行紀》中也有鐘鼓樓的記載:“城之中央有一極大宮殿,中懸大鐘一口,夜間若鳴鐘三下,則禁止人行,除產婦與病人需要外,無人敢通行道中。縱許行者,亦須挾燈火而出。”
鐘鼓樓擔負起了那時整個城市的報時功能:“其上則晝謹時刻,夜嚴鼓角。所以警動其民之觀聽而時其作息之節(jié)。”曾到過大都的元代詩人張憲親身感受后,寫下了詩句予以贊美:“層樓拱立夾通衢,鼓奏鐘鳴壯帝畿。”這句詩表現出了當時元大都街道建筑的巍峨,以及鐘鼓鳴奏下帝都氣勢恢弘的景象。
元代的鐘鼓樓后來毀于戰(zhàn)火。明代于永樂十八年(1421年)新建了鐘鼓樓,這是兩座單體的墩臺式建筑,位于北京中軸線最北端。可惜的是,明代鐘鼓樓曾兩次毀于火。清代重建時,為防止火災采用了磚石無梁拱券式結構建設。
鼓樓里設置了用于定更的二十五面大鼓,其中一面主鼓,二十四面群鼓,群鼓是按照二十四節(jié)氣而設置的;鐘樓上懸掛一口報時大鐘,最先是永樂初年鑄造的一口大鐵鐘,懸掛于鐘樓二層,鐘體通高4.4米,鐘下口直徑2.4米,重約25噸。因鐘聲不夠洪亮,發(fā)揮不出為京城撞鐘報時服務的功能,于是,在此后的永樂年間,重新鑄造了一口永樂報時銅鐘,將那口鐵鐘換了下來。這口永樂大銅鐘,鐘體通高7.02米,直徑3.4米,厚度0.245米,重約63噸,堪稱“古鐘之最”。鐘體高大,為銅錫合金鑄造,具有良好的硬度及韌性,聲音洪亮,且延展性好,延長音多,所以聲音悠長傳播至遠。
如此巨大的銅鐘,在科技并不發(fā)達的古代,人們是如何鑄造的呢?我們不妨看一下明末科學家宋應星在《天工開物》中的記載,當時鑄造大型鐘需要“掘坑深丈幾尺,燥筑其中如房舍,誕泥作模骨,其模骨用石灰三合土筑……凡火銅至萬鈞,非手足所能驅使,四面筑爐,四面泥作槽道,其道上口承接爐中,下口斜低以就鐘鼎入銅孔,槽旁一齊紅炭熾圍。洪爐熔化時,決開槽梗(先用泥土為梗塞住),一齊如水橫流,從槽道中視注而下,鐘鼎成矣。”這個記載就給我們解開了那時鑄造大鐘的謎團。可見,當時沒有大型熔爐條件下,鑄造幾十噸重的大鐘,均需采用地坑造型群爐熔鑄的方法來進行,可見古人的智慧也是不簡單的。
如此重的銅鐘,那時又沒有起重設備,是怎么掛上去的呢?有史學家研究發(fā)現,在古代建設鐘樓,一般都是用堆土的方式往上吊鐘的。人們在鐘樓兩側用土堆成和鐘樓一樣高的斜坡,然后靠人力把大鐘拉上去,等大鐘安裝完成后再把下面的土堆移走。為了方便拖拉大鐘,人們還會利用冬天潑水結冰的方法進行施工,這樣能減少摩擦,拖拉省力。
鐘鼓樓用于定更、報時的器具都是精心設置的。據《日下舊聞考》載:“鼓樓上置銅刻漏,制作極為精妙,故老相傳,以為宋朝故物。其制為銅漏壺四:上曰天池,次曰平水,又次曰萬分,下曰收水。中安鐃神,設機械,時至,則每刻擊鐃者八,以壺水滿為度,涸則隨時增添,冬則用溫水。”鼓樓上設置刻漏是為了計算時間,到了時間,就開始擊鼓撞鐘。
清代報時方法是:定更及亮更,皆先擊鼓后撞鐘,其二更至四更則只撞鐘不擊鼓。乾隆后改為只在夜里先后擊鼓撞鐘報兩次更,即戌時(19時至21時)稱作定更,就是人們聽到后可以休息了;寅時(3時至5時)稱作亮更,人們聽到即可以起床了。鐘鼓敲擊方法一樣,俗稱:緊十八,慢十八,不緊不慢又十八。快慢相間計六次,總共計一百零八聲。
鐘鼓樓報時職能隸屬于鑾儀衛(wèi)管轄,這個鑾儀衛(wèi)是負責皇帝出行儀仗和皇帝保衛(wèi)工作的機構,總管為正一品武官。據《欽定大清會典》載:“率校尉鳴金伐鼓、夜則值更。神武門外鐘鼓樓,設更鼓晨鐘,每夜派校尉承值。”每晚值班的鑾儀衛(wèi)校尉,戌時定更,司鼓校尉以“對燈”為號,鐘聲響,城門關,交通斷,叫“凈街”。
“九門八典一口鐘”,是老北京過去常說的一句諺語,意思是北京內城的九個城門啟閉,都要聽鐘樓的鐘聲為信號;皇城和紫禁城的更夫也要聽鐘樓的鐘聲行動;大臣上早朝,三更起床,四更到午門外朝房等候,五更上朝,進入午門上早朝,均要以此為信號。
清代重建鐘鼓樓時,乾隆皇帝為此專門寫了《御制重建鐘樓碑記》,其中對當時鐘樓撞鐘報時的情形,有過生動形象的描述:“當午夜嚴更,九衢啟曙,景鐘發(fā)聲,與宮壺之刻漏,周廬之鈴柝,疾徐相應。清宵氣肅,輕飆遠揚,都城內外,十有余里,莫不聳聽。”這里,乾隆皇帝是說,當時的鐘聲能夠傳到十余里遠。
果真如此嗎?中國科學院聲學研究所曾運用現代科學儀器,對鐘樓報時銅鐘的鐘聲進行過兩次測量,結果表明:當敲鐘聲音為50分貝時,無高大建筑阻擋的情況下,可以在近4公里處聽到鐘聲;如果加大到110分貝時,可在10公里處聽到鐘聲。
元明清時期,北京鐘樓周圍并無高大建筑物,如果用力敲響銅鐘,顯然可以在10公里以外聽到。乾隆皇帝所言“都城內外,十有余里,莫不聳聽”,應不虛也。