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程大位故居

第一卷尺——丈量步車(chē)展品

　　作為一種收放自如、攜帶方便的長(zhǎng)度度量工具，各種形狀的皮卷尺、鋼卷尺頻頻出現(xiàn)在我們的視野里：在運(yùn)動(dòng)會(huì)田徑賽場(chǎng)上，在工廠(chǎng)的車(chē)間里，甚至在正進(jìn)行裝潢的新居內(nèi)……人們使用著卷尺，卷尺給人們帶來(lái)方便。然而，又有多少人會(huì)想到卷尺竟然是我們安徽人發(fā)明的？

　　卷尺發(fā)明在徽州

　　這是一項(xiàng)早應(yīng)載入世界科技史冊(cè)的偉大發(fā)明，這是一件閃爍著華夏文明之光的智慧結(jié)晶。因?yàn)橐粋€(gè)偶然的機(jī)緣，筆者驚喜地發(fā)現(xiàn)：除了“四大發(fā)明”之外，我們中國(guó)人還發(fā)明了世界上第一把卷尺——而且這位發(fā)明者還是我們安徽人！這個(gè)偶然的機(jī)會(huì)便是徽州之旅中對(duì)安徽歷史名人程大位故居的探訪(fǎng)。在此之前，人們之所以知道程大位(1533-1606)，是因?yàn)樗且晃槐环Q(chēng)作“珠算宗師”的珠算家，他創(chuàng)造和規(guī)范的珠算口訣，直到現(xiàn)在還在廣為使用。因此，程大位故居經(jīng)修繕后辟作了珠算博物館，映入人們眼簾的也盡是一些古今中外、各式各樣的算盤(pán)展品。

　　“突然發(fā)現(xiàn)”是在一個(gè)極不顯眼的展柜里，居然擺放著一只不像算盤(pán)的物什。筆者最初仍然慣性地按照珠算的思路來(lái)猜測(cè)它的作用，卻發(fā)現(xiàn)再怎么展開(kāi)想象的翅膀，也無(wú)法將它與珠算相聯(lián)系。一問(wèn)，果然不是算盤(pán)，而是一種叫做“丈量步車(chē)”的古老卷尺的復(fù)制品，是嚴(yán)格按照程大位一部著作中圖紙尺寸復(fù)制的。找來(lái)那部題為《算法統(tǒng)宗》的線(xiàn)裝書(shū)一看，果然如此。很快就從網(wǎng)絡(luò)搜集中獲悉，最早的關(guān)于卷尺的記載，也比程大位遲好多年。卷尺發(fā)明在徽州，一個(gè)令人亢奮的信息。

　　世界第一卷尺到底是個(gè)什么模樣？這當(dāng)然是廣大讀者朋友現(xiàn)在最感興趣的問(wèn)題。世界第一卷尺由木制的外套、十字架，竹制的篾尺，鐵制的轉(zhuǎn)心、鉆腳和環(huán)等部件組成。在類(lèi)似“無(wú)蓋底墨匣”的外套中間，有一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的十字架，“曲尺樣三折”的轉(zhuǎn)心可以實(shí)現(xiàn)十字架的轉(zhuǎn)動(dòng)。十字架的凹槽內(nèi)繞著“嫩竹竹節(jié)平直者，接頭處用銅絲扎住”制成的篾尺，篾尺上寫(xiě)上尺寸刻度后“用明油油之，雖污泥可洗”。篾尺收放均從外套的匾眼中進(jìn)出，鉆腳便于準(zhǔn)確插入田地測(cè)量點(diǎn)，環(huán)便于提攜。

　　從復(fù)制品實(shí)物看，雖然它較之今天的皮卷尺、鋼卷尺來(lái)顯得龐大許多，但從其原理、構(gòu)造和用途來(lái)看，又令人不得不嘆服這確實(shí)是世界第一卷尺。

　　在程大位那部由賓渠旅舍出版于明萬(wàn)歷壬辰五月(即1592年5月)的《算法統(tǒng)宗》巨著的卷3《方田章》中，不但有世界第一卷尺非常齊全的零件圖和裝配圖，而且有關(guān)于它的設(shè)計(jì)說(shuō)明和改型說(shuō)明等文字。在世界發(fā)明史冊(cè)上，能擁有如此詳盡、圖文并茂的技術(shù)資料的古代發(fā)明是非常罕見(jiàn)的。

卷尺是程大位發(fā)明的？

　　關(guān)于世界第一卷尺的消息通過(guò)媒體披露之后，人們最感興趣卻又質(zhì)疑最多的，就是這么幾個(gè)問(wèn)題：被稱(chēng)作“丈量步車(chē)”的世界第一卷尺是否是程大位的發(fā)明？在他之前中國(guó)和外國(guó)是否已經(jīng)有過(guò)？“丈量步車(chē)”是否就是卷尺？

　　關(guān)于“丈量步車(chē)”是否是程大位的發(fā)明的問(wèn)題，程大位故居珠算博物館工作人員給出的回答是“書(shū)證”，讓歷史典籍說(shuō)話(huà)證明。他先拿給筆者閱看的，是一部“以康熙五十五年(1716年)程大位曾孫程光紳、程鈁翻刻的《算法統(tǒng)宗》為底本，然后參考明萬(wàn)歷三桂堂王振華刊本和明刊十二卷本等珍稀版本”而成的《算法統(tǒng)宗》刻板原件影印本，在該書(shū)卷三第二頁(yè)上，有程大位親手繪制的“丈量步車(chē)”的4件圖紙，在總裝配圖兩側(cè)，篆書(shū)刻下一副楹聯(lián)，上聯(lián)是“賓渠制就心機(jī)巧”，下聯(lián)是“隸首傳來(lái)數(shù)學(xué)精”。其中的“賓渠”即為程大位的字號(hào)，“隸首”則是黃帝時(shí)代“始定算數(shù)，成律度量衡”的數(shù)學(xué)鼻祖。這副與“丈量步車(chē)”圖紙同在的楹聯(lián)不僅肯定了“丈量步車(chē)”確系“心機(jī)巧”的程大位的精心“制就”，而且虛懷若谷地說(shuō)出這種“心機(jī)巧”的發(fā)明的理論之源。工作人員以十分肯定的語(yǔ)氣告訴筆者：在他們查閱的諸多相關(guān)典籍資料中，尚未發(fā)現(xiàn)類(lèi)似的記載。“賓渠制就”的聯(lián)語(yǔ)，既是程大位對(duì)自己發(fā)明“丈量步車(chē)”的“專(zhuān)利”聲明，又是一種敢作敢當(dāng)?shù)呢?fù)責(zé)人的承諾。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)：程大位對(duì)于自己的這項(xiàng)發(fā)明是倍加珍視和重視的，因?yàn)樵谒摹端惴ńy(tǒng)宗》巨著的諸多版本中，甚至包括其壓縮版《算法纂要》中，許多內(nèi)容被刪除掉了，唯有這“丈量步車(chē)”的內(nèi)容一直奇跡般地保留下來(lái)，這是很有說(shuō)服力的。而第二個(gè)“書(shū)證”則是由安徽教育出版社于1990年出版的《算法統(tǒng)宗校釋》，在該書(shū)關(guān)于“丈量步車(chē)”內(nèi)容的注釋中，有這么一句話(huà)：“丈量步車(chē)是程氏的創(chuàng)造，相當(dāng)于今之卷尺”。這個(gè)注釋可以視作當(dāng)代科研工作者是確認(rèn)程大位對(duì)于“丈量步車(chē)”的創(chuàng)造發(fā)明權(quán)的擁有的，同時(shí)也確認(rèn)“丈量步車(chē)”即為今之卷尺。

　　那么，在程大位之前中國(guó)或外國(guó)是否有過(guò)卷尺發(fā)明的記載呢？據(jù)學(xué)者搜集到的專(zhuān)業(yè)資料顯示：關(guān)于卷尺的最早記載是在中國(guó)的清朝末年。至于有人提出較程大位稍早些的明代萬(wàn)歷甲申年間余楷制作的一種量具是否是卷尺的問(wèn)題，專(zhuān)家們的意見(jiàn)非常一致：即從發(fā)明學(xué)、專(zhuān)利學(xué)和計(jì)量學(xué)的角度來(lái)審視，那件量具還只是一種“繩尺”，而未能實(shí)現(xiàn)向“卷尺”的質(zhì)的飛躍。筆者見(jiàn)到了他們出示的明稚堂樟行的余楷的《新刻一鴻簡(jiǎn)便覽算法》(即《一鴻算法》)一書(shū)，其中寫(xiě)得很清楚，是“如紡車(chē)形，收放皮繩”，是“車(chē)?yán)K”、“尺繩”和“制繩”等，這說(shuō)明余楷本人是并不否認(rèn)自己的量具依然屬于“繩尺”一類(lèi)。專(zhuān)家們指出：在程大位的《算法統(tǒng)宗》一書(shū)的《丈量田地總歌》中，第一句就是“古者量田較闊長(zhǎng)，全憑繩尺以牽量”。以此概述出在此之前的量具發(fā)展史僅僅達(dá)到“繩尺”而已的情況，這其中就包括了余楷的繩尺。

　　卷尺是這樣發(fā)明的

　　關(guān)于“丈量步車(chē)”卷尺發(fā)明的時(shí)間，專(zhuān)家們只能從考證的手段來(lái)加以推斷，他們給出的發(fā)明時(shí)間約為明代萬(wàn)歷初年，即1578年左右。

　　“1578年”這個(gè)時(shí)間，與中國(guó)歷史上的一個(gè)波及全國(guó)各地的歷史事件有關(guān)。這個(gè)歷史事件就是大規(guī)模的全國(guó)清丈土地。這件事被詳細(xì)地記載在《明史》卷七十七的“食貨一”中，而在程大位的《算法統(tǒng)宗》一書(shū)中又能讀到關(guān)于這個(gè)歷史事件在他家鄉(xiāng)的貫徹情況記載。

　　明神宗萬(wàn)歷六年(1578年)，內(nèi)閣首輔張居正下令全國(guó)清丈土地，并將“土地丈量”與“一條鞭法”作為其推行的改革在經(jīng)濟(jì)方面的重要措施。程大位的家鄉(xiāng)在農(nóng)村，自幼聰穎的程大位早就在鄉(xiāng)人中間享有“小先生”的稱(chēng)號(hào)，丈量田地、記賬算術(shù)等是他的重要活動(dòng)。然而在此之前，在丈量田地工作中使用的仍為傳統(tǒng)的繩尺，這有他的詩(shī)為證：“古者量田較闊長(zhǎng)，全憑繩尺以牽量”。這種既麻煩又欠準(zhǔn)確的繩尺用于日常的、時(shí)間要求不急的、小批量的田地丈量當(dāng)然還是能夠應(yīng)付過(guò)去的。然而對(duì)于全國(guó)范圍內(nèi)的時(shí)間緊、要求嚴(yán)、數(shù)量大的清丈土地任務(wù)的完成，“全憑繩尺以牽量”勢(shì)必?zé)o法應(yīng)對(duì)。這種緊迫的清丈土地的任務(wù)，促使聰穎的程大位急中生智，走改革發(fā)明之路，摒棄繩尺，發(fā)明“丈量步車(chē)”，使任務(wù)得以完成。

　　關(guān)于這段持續(xù)數(shù)年的清丈土地工作，程大位在《算法統(tǒng)宗》中多處留下記載，其中有：“于萬(wàn)歷九年清丈，有糧里編號(hào)二一一里，帶管無(wú)糧里三十四里半”，“以千字文編號(hào)自城東北隅天字一號(hào)起至三十三都八圖建字號(hào)止”，這些范圍內(nèi)的土地清丈工作，都是程大位運(yùn)用自己創(chuàng)制出的“丈量步車(chē)”測(cè)量工具親身參加并解決了許多測(cè)量難題的部分紀(jì)錄。除此之外，在他的《算法統(tǒng)宗》一書(shū)中，還圖文并茂地列舉出各種形狀復(fù)雜的田地的丈量和計(jì)算的實(shí)例，提供了計(jì)算方法。老館長(zhǎng)說(shuō)：這一點(diǎn)也可以釋去好多人的一個(gè)質(zhì)疑，即卷尺何以發(fā)明自珠算家之手？就是因?yàn)樘锏赜?jì)算必須建立在準(zhǔn)確測(cè)量的基礎(chǔ)之上。這么說(shuō)來(lái)，世界第一卷尺的發(fā)明到今天已有400多年歷史了。

程大位當(dāng)年是怎么發(fā)明出卷尺丈量步車(chē)的呢？發(fā)明過(guò)程中，他又碰上了些什么難題，又是如何攻克的呢？這都能從程大位留下來(lái)的丈量步車(chē)設(shè)計(jì)說(shuō)明文字中找到答案。

　　倘若說(shuō)逼迫其開(kāi)動(dòng)腦筋終于發(fā)明出丈量步車(chē)的動(dòng)力是那次清丈土地的機(jī)緣的話(huà)，那么，在成功發(fā)明出丈量步車(chē)的過(guò)程中促使飛躍、萌生靈感的則是木工師傅仍使用的傳統(tǒng)墨斗了。墨斗是古已有之的木匠用于彈劃直線(xiàn)的工具，那轉(zhuǎn)輪上的絲線(xiàn)(墨線(xiàn))牽扯可放轉(zhuǎn)輪可收。程大位在發(fā)明設(shè)計(jì)時(shí)，化用了墨斗轉(zhuǎn)輪原理，而將絲線(xiàn)換成篾尺，篾片柔韌性強(qiáng)，既可以盤(pán)卷又可以拉直還便于兩段篾片間的連接；更主要的是，這木、竹正好是程大位家鄉(xiāng)的地方特產(chǎn)，木雕、竹編工藝又是當(dāng)?shù)氐膫鹘y(tǒng)優(yōu)勢(shì)。這一番發(fā)明設(shè)計(jì)巧心機(jī)，程大位并未讓它成為秘密，而是和盤(pán)托出在其設(shè)計(jì)文字說(shuō)明中，諸如：“外套似無(wú)蓋底墨匣”、“十字中心如墨斗攬轉(zhuǎn)之心”等等。在丈量步車(chē)的發(fā)明上，程大位最為難能可貴之處，不僅在于他巧妙地化用了墨斗原理而實(shí)現(xiàn)了尺體的收放自如，更在于他奇跡般地想到并實(shí)現(xiàn)了用篾片作為尺體的“篾尺奇思”。

　　程大位的丈量步車(chē)卷尺還有過(guò)另一種改型樣式，但很遺憾程大位未能堅(jiān)持下去，不然這種改型樣式的卷尺將更加酷似當(dāng)今卷尺了。好在關(guān)于這種改型樣式的設(shè)計(jì)方案，也被程大位完整記錄在著作中，使得后來(lái)的卷尺完善工作者有了一份十分寶貴的參考資料。程大位的改型樣式是：“又后制一式，只用十字，內(nèi)中開(kāi)槽，留頭不通，中用木圓餅轉(zhuǎn)篾。篾雖不散，但轉(zhuǎn)其篾，盡皆挨擦，損攘甚速?？偛蝗缜爸栖?chē)式，篾在十字，十字轉(zhuǎn)動(dòng)，其篾安靜，故難壞也”。這里的“木圓餅轉(zhuǎn)篾”結(jié)構(gòu)正是當(dāng)今卷尺的通用結(jié)構(gòu)，可惜的是由于程大位當(dāng)年因?yàn)闊o(wú)法解決“盡皆挨擦，損攘甚速”的問(wèn)題而放棄了這一更加精彩的睿智之思。后來(lái)的人們?cè)谕晟?、改進(jìn)卷尺的時(shí)候，采用了他的“木圓餅轉(zhuǎn)篾”原理，并以更理想的材料替換篾片制成尺體，又以成型外套替換木制外套。但萬(wàn)變不離其宗，這“宗”就是程大位發(fā)明的世界第一卷尺——丈量步車(chē)。