是誰發明了時間：從天文、曆法、到時計的時間簡史

《是誰發明了時間 從天文、曆法、到時計的時間簡史》帶你穿越時空，揭開時間的神秘面紗。這本書探討了時間在宇宙、文化和科技中的角色，從古老的曆法到現代的時計發明，將時間的發展融入了引人入勝的故事之中。

本書由三位熱衷時計發展及時間科學的作者共同執筆，以簡潔清晰的筆觸，展開古代人們如何從太陽、月亮和星辰的運動中洞悉時間的變化，如何發明了各種曆法來記錄生活的節奏。你將了解到西方天文學家和中國古代學者是如何創建獨特的時間觀念，以及他們在歷史長河中的貢獻。

這是一本跨學科的非虛構書籍，結合了科學、歷史、文化和哲學元素。探討時間的概念在不同文化和時期的演變，從天文觀測和古代文明的曆法開始，一直到現代的高精度時計和全球時間標準。

書中包含各種文化中時間觀念的差異，以及這些觀念如何影響人們的日常生活和文化發展，引導讀者思考時間的本質，並探討它對人類社會的重要性。同時，以古鑑今，來看時間的測量和記錄如何推動科學和技術的發展，並對世界的全球化和跨文化交流產生影響。讓讀者對時間這一主題有更深入的認識，同時也激發了他們對科學、歷史和文化多元性的興趣。

 

第一章《太陽系之歌》開啟了這部書的序幕，從太陽系的成員到各個行星的特性，再到地球的位置和結構，這一章節為讀者揭示了宇宙的基本構造和天體運動的奧秘。

第二章《點綴輕舞的星體》引領讀者深入探索星空，從星座的形成到天文坐標系統的使用，再到地球和其他天體的運動規律，本章節將天文學知識一一展開。

第三章《西曆、公曆與生活》揭示了時間的計量方式，從古代文化的曆法到現代公曆的演變，這一章節使讀者對時間的觀念有了更深入的了解。

第四章《觀星與西方天文學家》回顧了天文學的歷史，從古代巴比倫的觀測到哥白尼的日心說，再到近代的愛因斯坦相對論和哈伯太空望遠鏡的發展，這一章節呈現了天文學家們探索宇宙奧秘的過程。

第五章《陰陽調和的中國天文宇宙觀》探討了中國古代從陰陽觀念的形成到古代中國的天文觀測方法，這一章節展現了中國古代文化對宇宙的獨特理解。

第六章《中國古代曆法的發現與創造》深入中國古代曆法的演變，從二十四節氣的確定到古代曆法書籍的編纂，這一章節呈現了中國古代人們對時間的精準觀測和計算。

第七章《結合天文觀時與時間測量的古代時計》展示了古代時計裝置的多樣性，從太陽計時到沙鐘、燈漏等各種計時裝置，這一章節揭示了古代人們觀測時間的智慧和創造力。

第八章《機械時計發展的風火雲湧》則追溯了機械時計的發展歷程，從機械裝置到現代的石英振盪器和智能錶，這一章節呈現了人類對時間測量技術不斷創新的努力和成就。

林俊杰
世德精密有限公司 創辦人及董事長

林俊杰先生回顧了他從電子工程的畢業生到成為鐘錶製造業的過程，在2005起心動念，計劃將對時間科學發展的好奇及探究編撰成書，並邀請另兩位學有專精的作者，共同呈現了這本引人入勝的作品。

推薦序　002

作者序

008　五十載尋初心

012　讓時間之樹播種

015　機械工程師的天文與古機械之旅

前言

第一章 太陽系之歌　028

030　太陽系住了誰?

031　太陽

033　月亮

033　月球結構

034　週期性的月相變化

036　血月與月全食

036　藍月亮

037　八大行星與矮行星

038　行星分類

039　肉眼可見的五星

040　水星

041　金星

042　火星

044　木星

047　土星

048　天文望遠鏡下的三星

048　天王星

050　海王星

051　被降級的冥王星

053　地球吾愛

053　地球定位

054　地球結構

056　地球成長史與現狀

 

第二章 西曆、公曆與生活　058

060　探索星空

060　星座

062　仰望天空的方位

062　天文坐標系統

063　地平坐標系

063　赤道坐標系

064　黃道坐標系

065　黃道的十二宮與十三星座

066　三垣、四象、二十八星宿

068　尋找天體指標- 北極星

069　解讀星空- 占星與天文

070　日、月、地球仨人舞

071　地球繞太陽週期-- 年

073　月亮繞地球週期-- 月

075　地球自轉週期-- 日

077　天體的曼妙旋轉舞

077　地球旋轉舞微妙舞姿-歲差、章動和極移

079　日行跡

080　五星運動

081　公轉和自轉週期

083　行星逆行

085　天文大時鐘

 

第三章 觀星與西方天文學家　088

090　一月，一年

091　何謂曆法

092　古埃及太陽曆

094　古巴比倫文明的陰陽曆

097　古希臘的曆法

099　奧林匹克日曆

100　古羅馬曆與努馬曆

102　儒略曆

104　格里曆與消失的十天

106　公曆的由來

107　短暫實施的蘇聯曆

109　儒略曆、儒略年、儒略日

110　西元指的是什麼

110　元旦的漂移

111　世紀和年代的劃分

113　星期的由來

114　月的名稱

115　撲克牌與公曆的關係

117　公曆改革及十二月、十三月世界曆

 

第四章 陰陽調和中國曆法改革史　120

122　史前天文學

124　古代巴比倫

125　希臘人引領潮流

128　地理之父-- 埃拉托斯特尼

128　希臘的哥白尼-- 阿里斯塔克斯

129　希帕恰斯與第一張星表

130　天文學的托勒密革命

131　地心模型

132　同心球模型

134　哥白尼革命

135　哥白尼日心模型

136　仙后座中新星與第谷的半地心模型

137　克卜勒與克卜勒三大定律

140　布魯諾「宇宙是無限大的」

141　星球的使者伽利略

143　牛頓帶來新的世界觀

145　地球的形狀

146　天文學家哈雷

147　彗星獵人梅西耶

148　愛因斯坦相對論

149　1990年代與哈伯太空望遠鏡

150　斯蒂芬霍金

 

第五章 日晷、水鐘到機械時計的長路　154

156　天地起源與萬物形成-- 陰陽

157　古中國的天文學

158　地平觀測法與天空四象

160　物候認知階段

162　觀象與授時階段

164　天干地支基本排列

164　曆法與曆日的成書階段

167　古代中國宇宙學說

168　世界上最早的天文學著作--《甘石星經》

169　蓋天說

170　周髀家

170　周髀算經

174　渾天說 出自漢武帝時期

176　宣夜說

 

第六章 中國曆法的發現與創造　178

180　話說中國古代曆法

181　二十四節氣

183　節氣名稱與分類

184　測算與規則

185　平氣

185　定氣

187　農曆

189　陰陽合曆的調和使用

189　置閏與推步規則

190　置閏如何決定安插在哪一個月

192　先秦時期曆法

193　中國現存最早的曆書--《夏小正》

194　古六曆與四分曆術

195　漢朝時期曆法

197　西漢初期《古顓頊曆》與現代《農曆》行頒月份比較

197　現存最早最完整的曆法-- 西漢《太初曆》

198　《太初曆》的最大貢獻者-- 落下閎

199　劉歆與西漢《三統曆》

200　東漢《乾象曆》

202　漢朝天文學巨著《靈憲》與張衡

204　東漢末至隋代之《景初曆》

205　《景初曆》五星參數

206　曆法史上著名的新曆--《大明曆》與祖沖之

207　具有里程碑意義《皇極曆》與劉焯

209　唐朝大衍曆-- 一行禪師科技成就

210　曆法史上的偉大革命--《十二氣曆》

211　宋朝統天曆

212　元朝《授時曆》

213　郭守敬的成就：天文儀器和編制曆法

214　《曉庵新法》王錫闡

216　天文曆法的觀古鑑今

 

第七章 結合天文觀時與時間測量的古代時計　218

220　古代時計裝置

220　大型計時遺址

222　太陽計時

223　圭表

226　日晷

228　流體計時

228　水鐘與漏刻

234　燈漏

235　古中國之外的水鐘

238　沙鐘

240　燃燒計時

241　蠟燭鐘

242　香漏

243　油燈時鐘

244　天文與時計裝置的結合

244　十字測天儀

245　渾儀、渾象、渾天儀

248　簡儀

249　仰儀

251　蘇頌水運儀象台

253　安提基瑟拉天文計算機

 

第八章 機械時計發展的風火雲湧　256

258　鐘聲敲響的機械式時計

259　機械時計裝置

260　動力系統

260　走時系統

261　擒縱調速系統

264　振盪裝置 - 鐘擺、落體和等時性

266　振盪裝置 - 虎克或惠更斯的游絲

267　振盪裝置 - 石英振盪器

267　指時裝置

268　陀飛輪

269　鐘與錶的發展

270　鐘錶發展在歐洲

270　可攜帶式鐘錶

272　紐倫堡蛋與波曼德錶

274　航海鐘

276　崛起的日本的製錶業

277　向機械時計發起挑戰

278　原子鐘

278　音叉錶

279　石英錶

280　智能錶

281　最後的殘喘

282　時制的現在與未來

283　地方時、標準時、協調世界時間

285　星際未來

 

參考文獻　288

圖片來源　292

一天， 一月，一年

在古代，人類以自然的規律來調節生活。他們在山洞中聚居，以打獵
和採集為生。走出山洞，面對著的是壯麗的山峰、湖泊、河流、茂密的森
林和廣闊的荒漠。為了尋找方向和路標，古人們觀察著天空中的日月星辰。
白天他們以太陽為指引，而夜晚則以星星和月亮為路標。這些自然界的現
象不僅成為他們最早的路標，也是最早的時鐘。

當太陽落山，月亮升起時，人們發現月亮的形狀會週而復始地變化。從無到有，從小到大，從大到圓，再從圓到缺，最後再度消失。於是人們將一個「日」定義為太陽落山到月亮連續兩次升起之間的時間。然後，他們觀察並計算月亮的變化週期，以「月」來表示更長的時間單位。雖然這些觀察並不是非常精確，但對於古人來說已經足夠實用了。

對於「年」的認識比起「日」和「月」來說晚了許多。在人類了解地球繞太陽運行之前，農業社會的人們開始注意到季節的變化，並將之與農作物的種植和收穫時間相關聯。很多自然現象也刺激著他們的感知，例如樹葉的凋零和野草的枯萎意味著天氣變冷；當山上的雪融化、草地萌芽時，天氣又開始轉暖。這些日復一日的觀察和體驗使得人們逐漸形成了對「年」的概念。

早在唐代，詩人白居易就在他的作品《賦得古原草送別》中提到了季節的變化。他寫道：「離離原上草，一歲一枯榮。野火燒不盡，春風吹又生⋯⋯」這四句古詩深刻地指出了季節變遷中草木的生長與凋零，以及自然界循環的現象。這種觀察不僅存在於白居易的詩作中，宋代詩人陸游也在他的作品《鳥啼》中提到了鳥類的叫聲與四季的關聯。

他寫道：「野人無日曆，鳥啼知四時；二月聞子規，春耕不可遲；三月聞黃鸝，幼婦憐蠶饑；四月鳴布穀，家家蠶上簇；五月鳴鴉舅，苗稚厭草茂。」陸游在詩中提及了不同季節中不同鳥類的叫聲，以及與之相關的農業活動。他強調鳥類的啼聲是農民們判斷季節變化的重要指標，這種觀察也成為了農民們適時進行春耕、蠶桑等農事活動的依據。

這些古代詩人的詩作反映了人們對自然變化的敏感度和對時序的掌握。雖然他們沒有現代科學的精確測量工具，卻憑藉著觀察和經驗，建立了與自然界共鳴的節奏。這種節奏讓人們的生活與大自然保持著契合，讓農耕、漁獵、放牧等活動能夠順利進行。

何謂曆法

曆法是一種時間計量，是一種度量衡。曆法是一個人文社會發展的時間秩序和規矩，小至生活瑣事，大至家國政治，都受其影響。它也是一種科學和數學的表現，由週期量測制定各種時間單位，由數學統計歸納單位週期的轉換以及回歸校正，科學驗證更是曆法演進的重要工作，也因此在各年代產生不同的曆法。

考慮到宇宙中天體的自轉和公轉，制定曆法的複雜性就在於如何準確地計算這些運動和週期。地球自轉、繞太陽公轉，太陽自轉、繞恆星公轉，恆星自轉、繞另一恆星公轉，所有這些運動都不均勻，而且它們的軌道也不是完全的圓形。在這樣的條件下，要制定一個精確的曆法是相當困難的。地球繞太陽公轉的過程中，由於地球的自轉軸與其公轉軌道呈23.5 度傾斜，太陽在不同的日子會出現在天空上的不同位置，這就是季節變化的原因。經過一個完整的週期，地球回到了軌道起點位置，這個週期稱為「回歸年」，大約需要365.2422 日。除了太陽的週期，月球繞地球公轉也有它自己的週期循環。從地球觀測，從月圓到月缺再到月圓，大約需要29.5306日，這個週期被稱為「朔望月」。因此，人們開發了兩種不同的曆法：考慮太陽週期的稱為「陽曆」，考慮月球週期的稱為「陰曆」，而同時考慮兩者的曆法則被稱為「陰陽曆」。

在制定曆法時，還需要考慮到其他天體的運行和影響。例如，五大行星（金、木、水、火、土）在星空中的運行也被納入了曆法的計算中。這__些行星的位置和運動可以用來預測未來的天象，例如彗星的出現、流星雨的發生等。同樣地，曆法也需要考慮日月食的推算，以預測日食和月食的發生時間和位置。

經過漫長的觀測和計算，人們發現了許多天體運行的規律和週期性。他們根據這些規律，建立了不同的曆法系統，以幫助人們紀錄時間、預測未來的天文現象和農業活動。曆法的制定使人們能夠更準確地安排農作物的種植和收穫時間，以確保糧食的充足供應。

然而，曆法的設置過程並非一帆風順。由於天體運行的複雜性和不規則性，曆法的制定常常面臨挑戰和修正。古人們通過觀測和數學計算不斷優化曆法，以使其更符合實際情況。在曆法的制定和修正過程中，古代的天文學家和數學家發揮了重要的作用。他們透過觀測天體運動的變化、研究數學模型和進行精確的計算，不斷改進曆法的準確性和精度。

曆法的發展也在不同的文明中展示出多樣性和獨特性。例如，中國古代的陰陽曆是基於陰曆和陽曆的結合，以更好地紀錄時間和預測天象。而印度的曆法則融合了宗教信仰和天文觀測，將宇宙的運行與人類的信仰結合在一起。

曆法的研究也對其他科學領域產生了重要影響。例如，在天文學的發展中，曆法研究成為觀測和計算天體運動的基礎。同時，曆法的修正也促進了數學和計算方法的發展，對數學學科的進步起到了重要的推動作用。至今，曆法仍然在不斷發展和改進。現代的曆法使用更先進的觀測儀器和計算方法，以確保更高的準確性和精度。科學家們仍在研究天體運行的規律和週期性，以改進曆法系統，更好地滿足現代社會的需求。

古埃及太陽曆

古埃及人創造了日曆的歷史悠久，早在西元前四千多年就已經開始制定曆法。他們的曆法基於尼羅河的氾濫和天狼星的運動，對農業和宗教活動有著深遠的影響。

尼羅河對於古埃及人來說是生命之源，每年的氾濫為土地帶來豐沛的水源和養分。古埃及人觀察到當天狼星在天空中消失了70 天後，於7 月某一天重新與太陽一同昇起（約在現在的7 月19 日左右），這意味著尼羅河即將氾濫。他們將這一天訂為新年的日期，並以天狼星的出現來預測尼羅河的洪水和農業季節。

埃及人對天狼星的崇拜可見一斑，他們修建了祭祀天狼星的神殿，並將祭祀廟宇的門朝向天狼星升起的方向。有人甚至認為金字塔是用來觀測天狼星的建築物。

根據觀測，古埃及人發現一年的真實週期是365.25 日。當時的埃及托勒密王朝歐吉德皇帝意識到天狼星每隔4 年就會晚1 天與太陽同升，為了避免未來在冬天慶祝夏天的節日，他頒佈了一個命令，要求每隔4 年將原本年終時長達5 天的年終祭祀日再加上1 天。這樣，古埃及太陽曆的平均曆年長度將會是365.25 日，類似於200 年後儒略曆的精度。

然而，埃及的祭司們並未遵從皇帝的命令，他們堅持保持原來的徘徊年（即一年為365 天），以確保節日與祭神的會合時間保持一致，並維護宗敬的埃及曆法的「神聖」地位。因此，這個改進曆法命令未能實施，成為埃及曆法史上的一大遺憾。

儘管如此，古埃及人的民用曆法Annus Vagus（「徘徊年」，Wandering Year）對時間的觀測和記錄仍然相當精確。他們將一年分為三季：氾濫季、生長季和乾旱季。每個季節有四個月，因此一年仍然被劃分為十二個月，每個月三十天。多出的五天則被放在年尾，作為年終節慶祭祀的日子，依次對應冥神奧西利斯、太陽神何露斯、黑暗之神塞特、生育女神伊希斯與死亡女神尼芙蒂斯的生辰。此外，古埃及人將每個月再分為三周，每周為十天。這樣的曆法結構使得古埃及人能夠確切地計算時間來組織農業和宗教活動。

聰明的古埃及人也將一天劃分為24 小時，但卻與現在有著些微不同。他們利用日晷的陰影來測量時間，將白天分為10 個小時（稱為日光系統），並在白天開始時和結束時增各加一個小時。夜晚則被劃分為12 個小時，這是根據研究了36 個星群的觀察而得。而且，在古埃及的時間制度中，白天和夜晚的小時長度是不均等的，並且隨著季節變化。夏天，白天的小時比夜晚的小時長，而在冬天則相反。這種時間制度的靈活性，讓古埃及人能夠適應季節性的時間變化。

仔細比對，天狼星年的精確度仍然略低於回歸年。回歸年是地球繞太陽一周的時間，而天狼星年則是天狼星回到同一位置所需的時間。因為天狼星年少了約0.2422 天，每四年就會累積近乎一天的差距，每1，460 年（365×4）就會相差整整一年。這種徘徊在回歸年週期邊緣的現象被稱為天狼週期。

儘管古埃及太陽曆存在一些精確度上的不足，它仍然是古代世界最早的日曆之一，展現了古埃及人對天文觀測和農業的深入研究。這個古老的曆法體系不僅為古埃及人民提供了準確的時間參考，也成為了他們文化和宗教崇拜的重要元素。

古巴比倫文明的陰陽曆

古巴比倫文明的陰陽曆是一個充滿智慧和傳統的曆法系統。它將天文觀測、農業、宗教和季節性活動巧妙地結合在一起，為古巴比倫人提供了準確的時間參考和宇宙秩序的理解。

古巴比倫人對天文現象的觀測和記錄非常重視。他們崇拜著與太陽和月亮相關的神明，並根據日月的週期制定曆法。他們將一年分為十二個月，每個月由新月初升開始，根據月相的盈虧來確定月份的長度。在蘇美爾阿卡德時代，巴比倫人制定了曆法，以月亮的陰晴圓缺作為計時標準，每個月由新月開始。他們將一個月定為29 或30 天，一年定為12 個月（其中6個月為29 天，6 個月為30 天），總共354 天，因此每個月的平均長度約為29.5 日。

然而，由於月亮的週期與太陽造成的四季總長不完全吻合，古巴比倫人面臨著曆法準確性的挑戰。為了解決這個問題他們發明了「置閏」的概念，通過插入閏月來進行調整，把歲首放在春分，而置閏月的原則則是儘量使歲首保持在春分附近。起初，他們依靠經驗來判斷何時插入閏月，每三年，他們在曆年中插入一個額外的閏月，以調整曆法與季節的對應關係。

起初，他們依靠經驗來判斷何時插入閏月，每三年，他們在曆年中插入一
個額外的閏月，以調整曆法與季節的對應關係。建立了8 年3 閏和27 年
10 閏的規定。

置閏的方式最初並無依定規則可言，繼而是通過觀測天狼星、大角星或昴宿星團在天空出現的月份來決定來年是否置閏。然而，後來這種觀測方式被數學方法所取代。當然，隨著置閏方式的改變，古巴比倫人的曆法制度由8 年3 閏變更為27 年10 閏，最後於西元前4 世紀，他們發現每19年有一個固定的循環，在這19 年中置入七個閏月，可使他們的陰陽合曆獲得最高的準確性。

除了月份的計算，古巴比倫人首先將一個晝夜分為12 組雙時或稱巴比倫時間（Babylonian hours），1 組雙時相當於今日的2 小時，古巴比倫人在計數上除了10 進位制外，也採用了60進位制的方式，以人類的雙手扣除大拇指外的12 個手指關節數來計算，至於是否因60 進位制發展出一天24小時，一小時60分，一分60秒，一秒60單位的時間制度則眾說紛紜，未有定論。

60 進位制可將圓圈劃分為360 度，而古巴比倫人選擇360 度的原因是因為它接近一年的天數，即365 天，而且360 可以被許多數字整除，如2、3、4、5、6、8、9、10、12、15、18、20、24、30、36、40、45、60、72、90、120 和180，而不需要使用分數。這種60 進制的位值制度對後來的希臘人和歐洲人產生了深遠的影響，並在16 世紀被引入數學計算和天文學計算中。至今，60 進制仍然在角度、時間等記錄上被廣泛應用。

在古巴比倫的陰陽曆中，一年的第一個月始於太陽駐留在白羊宮的時段，即公曆的3 月21 日至4 月20 日。其他月份依次類推，每個月都與特定的黃道星座相關聯。古巴比倫人對這些星座有著自己的稱呼和傳說，並將它們融入到他們的文化和宗教信仰中。

古巴比倫人的陰陽曆不僅是一個農業和宗教的曆法系統，它還體現了他們對宇宙秩序和時間觀念的深刻理解。這個曆法不僅提供了他們準確的時間參考，也成為了他們社會組織和日常生活的重要指南。

雖然古巴比倫文明的陰陽曆已經在時間的長河中逐漸消逝，但它的影響卻深遠而持久。它為後世曆法的發展奠定了基礎，並對人類對時間的理解和觀測方法產生了重大影響。古巴比倫人的智慧和創造力在曆法領域的貢獻是不可忽視的。

今天，我們仍然能夠感受到古巴比倫文明的陰陽曆帶給我們的影響。此外，置閏的概念在一些傳統曆法中仍然存在，以確保曆法與季節的準確對應。古巴比倫文明的陰陽曆展現了天文學的進步和智慧，以及他們對於宇宙運行和時間規律的探索。古巴比倫人的曆法體系不僅僅是一個工具，它代表著他們對於人類與宇宙之間聯繫的深刻思考。

然而，隨著時間的推移，古巴比倫文明的陰陽曆逐漸被新的曆法系統所取代。隨著科學和天文觀測的發展，人們對於時間和宇宙的理解越來越精確。現代的格里曆和其他曆法體系已經取得了更高的準確性和可靠性。儘管如此，我們仍然應該珍惜古巴比倫文明的陰陽曆所帶來的啟示。它提醒著我們人類與自然界之間的密切聯繫，以及我們在宇宙中的微不足道的存在。它也教導著我們對於時間的尊重和慎重，以及對於自然循環和季節變化的感激之情。

古巴比倫文明的陰陽曆代表了人類智慧和探索的里程碑。它們不僅為古代文明的發展和繁榮做出了重要貢獻，也為後世的科學和文化遺產留下了寶貴的遺跡。讓我們珍惜並繼續傳承這些古代文明的智慧，以豐富我們對於時間、宇宙和人類自身的理解。