探秘古代精密測量工具

生膨菲 陳典

在古代中國，測量長度是一項重要而復雜的事情。早期，古代的度量衡（指在日常生活中用于計量物體長短、容積、輕重的標準的統稱）主要依靠自然界的物體進行測量。然而，隨著社會的發展和生產活動的復雜化，人們對更準確的測量的需求日益迫切。

早在商代，工匠便開始使用標有刻度的尺子進行測量，這就是中國古代標尺的雛形。古代標尺的應用廣泛而多樣，它們在建筑、工程、農業、手工業等領域都扮演著重要的角色。在建筑方面，使用標尺可以測量房屋的長度、寬度和高度，確保建筑的穩固和美觀；而在農業方面，標尺可以幫助農民測量田地的大小，合理規劃農作物的種植，從而提高農作物的產量。古代標尺不僅提高了生產效率，也為古代科技的發展打下了堅實基礎。

中國古人創造了豐富多彩的長度單位體系，這在許多古詩詞中都有所體現。例如，“不積跬步，無以至千里”中的“跬”“步”也是一種長度單位，舉足一次為“跬”，舉足兩次為“步”。戰國時期的《考工記》中提到“十分寸之一謂之枚”，即1/10寸的單位被稱作“枚”（后來演變為“分”），這是當時最小的長度單位。到了西漢末期，劉歆欲助王莽改制，在他的《三統歷譜》中首次出現了“分”以下的長度單位“厘”和“毫”。在傳世的新莽（王莽建立的新朝，9—23年）嘉量銘文中，也記有“厘”“毫”這樣的長度單位。這些單位在不同歷史時期和地域都有一定的差異，但是大體上遵循著統一的標準。

卡尺是一種比標尺更加精準的度量工具。雖然它的發明可追溯到很早的時代，但是這種專用的測量工具一度沒有任何記載，導致它的發展歷史、使用范圍以及使用方法都已經失傳。直到19世紀末，一位名叫吳重熹的學者發現了一件銘刻新莽年號、上有魚鱗紋、奇形怪狀的器物，他并不知道這其實是一種測量工具，而是誤將其視為一把大鑰匙。此后，一些學者也曾記錄清朝末年在山東、陜西等地出土過類似的古代卡尺。

1992年，在江蘇省揚州市西北8千米外的邗江縣姚灣東漢早期墓中，出土了一件青銅卡尺——這便是新莽銅卡尺。

揚州出土的這件新莽銅卡尺，做工十分精湛。它由固定尺和活動尺兩個主要部件組成。在固定尺的頂端，有一個魚形柄，魚形柄中間還有一個導槽，槽內放置了一個導銷，可以引導活動尺移動；在活動尺上，還有一個環形拉手，方便拉動活動尺。使用時，一只手握住活動尺，用拇指牽動環形拉手，左右移動，這與現代卡尺的使用方式完全相同。這件銅卡尺不僅能測量物體的長、寬、厚，還能測量器物的深度等，使用場景多，精度也更高了。

這件新莽銅卡尺與現代游標卡尺有著驚人的相似度。從組成的主要構件來看，新莽銅卡尺的固定尺和活動尺即可視為現代游標卡尺的主尺和副尺；而新莽銅卡尺的組合套、導槽和導銷，則相當于現代游標卡尺的游標架……兩者之間的許多部分都可以一一對應。

新莽銅卡尺被認為是古代標尺的一次重要創新，其精確度在當時已經達到了令人驚嘆的程度。根據古籍與銘文的記載，新莽銅卡尺的精度已經能夠測量當時長度單位“分”以下的細微尺寸，甚至可以測量“厘”和“毫”這樣微小的尺度。

不同于現代游標卡尺，新莽銅卡尺的固定尺和游標尺上的刻度是完全對齊的。如果你使用過游標卡尺，就會發現，游標卡尺的主尺和游標尺上的刻度并非完全對齊，而是存在微小的差異。這種微小的差異，使現代游標卡尺具備了其最重要的測微功能。

在新莽銅卡尺后又過了1 000多年，17世紀的法國數學家韋尼埃才發明了精確的游標讀數原理。隨之出現了一種僅由主尺和可活動尺套組成的卡鉗尺，主尺上刻有刻度線，而活動套可以滑動，當主尺的卡爪和活動套的卡爪夾住被測工件時，便可以在套口讀取測量值。

隨著新型的生產用品和生活器具的發明，許多形狀特殊的零部件需要更精確的測量。一般的卡鉗尺已無法滿足測量精度的需要，因此，現代游標卡尺應運而生。到了19世紀中葉，美國機械工程師布朗·夏普發明了一臺自動刻線儀，大大提高了刻度線的精密度，為生產游標卡尺提供了必要的技術條件。不到兩年時間，全美以及德國、英國、法國、荷蘭等國相繼使用了這種先進的測長工具。同時，游標卡尺的制造技術逐步提高，很快成為各國通用的長度測量工具。

新莽銅卡尺的出現，代表著古人對精準測量的向往。它的精準程度和優雅設計令人嘆為觀止。新莽銅卡尺宛若一顆璀璨的明珠，照亮了當時世界計量史的黑夜，映照著中國古代科技成就的輝煌歷程。

文章來源：《知識就是力量》

（責任編輯：嵇刊）