孟晖：这部阿拉伯的“科技宝书”，亮点藏在细节里
【文/观察者网专栏作者 孟晖】
最近我迷上了一本古籍，穆萨三兄弟合著于九世纪的机械学专著《奇器之书》(The Book of Ingenious Devices)，对我来说，这本书似乎是打开了新世界的大门，确切地说，是打开了新历史的大门。
《奇器之书》是一部诞生于9世纪的阿拉伯机械工程专著
这是一本阿拉伯文的科技宝书，作者穆萨三兄弟乃是阿巴斯王朝盛期时的光辉人物，巴格达智慧宫的学生和成员。不过我所读的并非原著，而是伊斯兰科技史学者唐纳德 R. 希尔（Donald R. Hill）出版于1979年的英译本。当试图翻译书中关于喷泉制作的段落时，我在一个词组上壳住了——ground tap。词典里查，网上查，折腾了两三个小时也没弄明白。最后灵机一动，想到去问聊天群里的好友阿满女史，并向她解释：“这是一部阿拉伯古代技术书的英文翻译，所以可能是作者自己意译，我想万一是个常见的技术词，只是我们这些搞文科的不知道呢？我就是碰碰运气。”
结果很快阿满给了一个答复：“ground tap：磨牙丝锥；磨制螺丝攻。” 这下我更懵了。于是她发来了解释：“这是一个工艺：先钻一个孔，这个孔的内壁是平滑的；然后用丝锥，也就是这个单词，类似于螺钉，比这个孔稍微大一点点，往这个孔里旋转进去，拧进去。拧进去的时候，孔的内壁会出现螺纹，拧出螺纹后，把丝锥旋转出来。原先那个孔里面就会有螺纹了，后面就可以配合螺丝钉连接其他部件。整个步骤叫做攻丝。这个连接的工艺和我们中国的结构件连接差异很大，但是比我们的更适合大量生产。前提是螺丝螺纹的通配性，还有一点是标准统一，也就是说，螺纹规格统一后，大家对生产的螺丝用型号来区分规格，而不是用出品工场作为规格。”
这下我豁然开朗，有点明白希尔使用这个英文词组的意思了！又倒过来告诉阿满：“那本阿拉伯古书里用到的零件被翻译成ground tap，是因为有点类似，但还远远达不到这个现代工艺的水平，要简单得多。”实际上，从希尔的译文以及解释来看，《奇器之书》中出现的那个零件，与现代意义的磨制螺丝攻完全不同。即使如此，出现在书里的这个古代零件在设计上的灵巧，仍然让人叹为观止。
阿尔汉布拉宫内的喷泉
希尔只在译文中用了一次ground tap，随后便使用tap（旋塞）一词来称呼同一个部件，因此，就让我把这个部件称为“旋塞”吧！在《奇器之书》中，这个零件是制作一款魔术喷泉的关键部件。这册一千多年前的科学书籍中，介绍了七款喷泉制作方法，我在《下天竺的跳珠喷泉》一文中进行了介绍。其实，正是在写那篇文章的过程中撞到了ground tap而一时困惑不已，这篇小文也是那一篇文章的延续，是觉得有必要把这个零件的具体构造单拎出来，加以详细说明。
《奇器之书》的第92款方案，是机关暗藏在内部的喷泉，喷泉顶部只有一个喷嘴，却能有规律地来回变换水花的造型，一会喷出线型的水花，一会喷出铃兰花型的水花。在这个方案里，变换造型的关键，恰恰在那个旋塞。为了方便理解，我在这里重新用英文字母为这座喷泉的相关部件进行标注，并按我的理解讲解一下其运作过程：
本文作者绘制的92版喷泉结构示意图
在喷泉下部的水箱——且称为水箱甲——内，竖向装有一根活轴a，这个活轴要能轻快地旋转起来。活轴靠近下部之处装有一架叶轮b，而叶轮下方、水箱底部装有一圈细管c，水由这些细管涌入之后，冲力造成叶轮不断旋转。活轴a比较靠近上部的地方装有一个横向的螺丝轮d。——螺丝轮是我自己取的名字，因为在我有限的见识里找不到专业的词汇来形容它，它是一个带有一定高度的圆轮，以活轴a为中心，牢固地安装在活轴a上。不过，这个圆周的外表布满一圈圈螺纹，起到类似齿轮的作用。
接下来就要谈到希尔所翻译的ground tap，即那个旋塞e。这个旋塞带有一个“匸”形的框架f，其顶面上有一根短杆（或顶盘、基座之类）g，短杆的顶头固定在水箱甲的顶面h上。匸形框架f的上下两面都必须略带厚度，然后在当中开出圆形插轴槽。与之配套的是一个圆轮i，上下各伸出一截插轴，插入框架f上下两面的轴槽内，牢固不脱落，同时还能轻巧旋转。这个圆轮i的外表也有一圈圈螺纹，而且与螺丝轮d上的螺纹彼此咬合，一旦螺丝轮d转动起来，能拨动圆轮i跟着旋转不止。
框架f的顶面上，靠近边缘一带，相对开两道圆弧形开口j和k。圆轮i上，在能与这两个弯弧长口上下重叠的地方，开一个孔洞l。匸形框架的底面则部分地穿空，与孔洞l形成一条通道，让水箱甲里的水通过底面上的空洞涌入孔洞l。同时，匸形框架的顶面上，由圆弧形开口j接出一条长管m，圆弧形开口k出一条弯管n。
在喷泉的整个基座内部，水箱甲之上还有水箱乙，彼此以平板h隔开。水箱乙之上则是喷泉的顶部丙，这两部分之间以平板o隔开。长管m直竖而起，径直穿过平板h，并于p点穿透平板o。平板o之上，在p点，竖起能喷射线形水花的喷嘴丁——一个略呈喇叭形的直筒，也就是说，长管m是线形水花喷射头的供水通道。
由开口k接出的弯管n则仅仅穿透平板n，成为向水箱乙供水的唯一通道。而在水箱乙与顶部丙之间的平板o上，装有成组细管q，全部向中心倾斜。至于顶部丙，则采用圆锥筒的外观，其上加一段圆管。据书中88款的介绍，如此成组细管加圆锥筒与圆管喷头的设计，能喷出铃兰形水花——至于具体什么是铃兰形水花，希尔觉得含糊，难以确定。总之，我们可以肯定的是，这种水花在形象上与线形水花有明显区别。因此，弯管m成为向水箱乙供水，继而促成铃兰形水花的通道。
《奇器之书》记载的三种喷泉形状的示意图
下面就是这一套装置运作的过程了：
水由组管c，从喷泉座的底部涌入水箱甲，形成的冲力催动叶轮b旋转，于是活轴a随着自转不已，轴上的螺丝轮d也就转动起来。由于螺丝轮d与圆轮i彼此以螺纹咬合，于是d上的螺纹会反复拨转i上的螺纹，这就让圆轮i也同步旋转。
按照穆萨三兄弟设想的理想状态，只要群管c的推动力持续，那么叶轮、活轴、螺丝轮的组合就转动不停，圆轮i也会被带着一圈圈转。这种情况下，圆轮i上的孔洞l就会做圆周运动，当这个孔洞运行在弯弧形长口j下方的时候，水箱甲内的水就有了这样一条唯一的通道：框架f底面上的穿洞——孔洞l——弧形开口j——管m——p点的开洞——喷嘴丁。别无选择的水便会沿着这条通道上涌，最终从喷嘴丁中冲天喷出，形成一条线形的水花。
但是，随着整套设备在水力驱动下旋转，孔洞l会转离弧形开口j。这时，水箱甲向外流水的通路暂时中断，其上面的两个喷头都失去了水源，所以喷泉会出现短短一会的休止。接着，孔洞l转到弧形开口k下方，于是出现这样一条渠道：框架f底面上的穿洞——孔洞l——弧形开口k——管n——水箱乙——群管q——顶部丙。水便改走这条通道，从而产生铃兰花形喷泉。
本文作者绘制的旋塞e结构的俯视示意图
在没有电力的时代，如果能从高山上的泉眼那里连接水渠，通到水箱甲的下方，那么水渠两端的巨大落差能形成强劲的水压，让流到喷泉座底面下的水凶猛地向上涌，按照《奇器之书》的设想，利用这种动力，这个魔术喷泉可以一直运转和喷射，形成这样的节奏：喷一会线形喷泉，稍停，然后喷出铃兰水花，再稍停，又喷出线形水花……
92款方案的关键点，正在于被希尔译成磨制螺丝攻的那个零件。不难看出，穆萨三兄弟提出的这个零件，与友人阿满告诉我的、现代工业中的磨制螺丝攻根本不是一回事。虽然如此，即使像我这个对机械从无丝毫兴趣的文科生，也还是会被这个零件的精巧迷住，觉得它无比高明。再一想这是九世纪时的发明，就愈发钦佩了。
不过必须坦白的是，我在这里提供的版本有风险——这个零件结构，似乎是我根据希尔的英文译文翻新出来的理解。在20世纪早期，德国学者E。魏德曼（E。 Wiedemann）和F。豪瑟（F。Hauser）对《奇器之书》做了认真研究，希尔对豪瑟的研究成果非常重视，不断加以引用。阿拉伯文原书中，92款装置的插图是一张画出了大概意思的示意图，单看那插图，很难猜出穆萨三兄弟的设想究竟是什么样子。
原书中的结构示意图
豪瑟在认真研究原文的基础上，重新画了结构图，希尔指出，只有配合豪瑟的这个整理图，才容易明白那座喷泉的机制。确实，豪瑟的重构图对于我的觉悟有很大帮助，但是，综合希尔的英文译文、豪瑟的插图、原始示意图，我琢磨来琢磨去，始终对豪瑟提出的方案感到困惑。
原书插图里，叶轮b画成了竖轮，且与活轴a不相连。豪瑟在整理图中补足了这一部分，并且非常精彩地把叶轮改为横轮。但是，恰恰在希尔译成ground tap的部位及其关联部件上，豪瑟的解释似乎画蛇添足。他在螺丝轮d旁加了一个竖立的圆齿轮，认为螺丝轮转动后是驱使这个圆齿轮旋转，然后该圆齿轮再带动圆轮i。相应的，对于圆轮i自身的形状和旋转方向、其与框架f的关系、圆轮i内部通水孔道的设想便也另一样了，读来复杂而又难于理解。连带着，通向水箱乙、促成铃兰花式喷水的弯管m的形状和位置都画错了。就算我这样的普通读者，看到豪瑟整理图中那条由框架F底部伸出，先向下弯再转向上的曲管，也会怀疑，这样的传输系统能否形成足够的水压，催生出喷泉水流？
豪瑟绘制的92款喷泉结构示意图
但是，希尔虽然用ground tap这个词作为那个关键部件的名称，但似乎他完全接受了豪瑟的意见，在译文中承袭了豪瑟设想的结果，所以有“螺丝轮以其轮齿带动（一个轮子）”这样的句子，推测其语义，希尔在括号内添加的“一个轮子”，是指豪瑟设想的那个竖轮。但是看原书的示意图，明明是把螺丝轮d和圆轮i画成一对大小相当、形状一致、轴心均为垂直方向的扁轮，两个横轮的外表均带有螺纹，而且二者之间的螺纹彼此交错。因此，在反复推敲之后，我忍不住得出了如上的结论。
非常遗憾的是，希尔的英译本在出版时没有附上阿拉伯原文，所以我们无法利用原文来思量。我毕竟是一个对机械毫无了解的人，敢仅仅利用英文译文，就得出与豪瑟、希尔两位专家不同的结论，确实莽撞，也许是闹了笑话而不自知吧。要命的一点在于，在没有阿拉伯原文进行对照的情况下，我们无法搞清楚为什么译者在翻译中用了ground tap 这个词，它所对应的原文那个词具体是什么。只有知道了原文的那个词，才有可能考察在阿拉伯文化中这个词的发展脉络，在词根上，在现象上，它出现在何时，到了今天又具有什么意义，以及它是否与前代的希腊文化、波斯文化有继承关系，与印度文化、中国文化之间有无关联。
另外，我这样的观察者有一个巨大的障碍，那就是，即使我注意到了这个零件，哪怕我反复思量的结果侥幸是对的，在我眼里，它也只是个孤零零的、偶然浮现出来的有趣现象。因为缺乏基本的相关知识，我无法把它放入一个发展的序列里观察，更不可能放到一个坐标系里去思考。我不知道，是否有文献或者考古发现证明，在九世纪之前，这个零件已经出现，或者至少出现了它的先声、雏形；同样不知道，九世纪之后，这种零件是否有后续的发展。一位机械工程的专业人士可能一眼就会看出，现代工业中的某些零件、某些设计有它的影子——也或者完全没有，这是一个已经灭绝了的古代方案。
这样的专业人士很可能还会大致估量出，如此复杂的喷泉设施是否真的能够实际运转起来。但我却缺乏这个能力。我也无法将这个零件与中国传统中的类似处理方案进行对比，看二者是完全不同的脉络，还是有彼此呼应之处。概括一下就是，我只能完成一次猎奇，但无法进行科技史的研究。然而，很显然，这个零件，以及整部的《奇器之书》，都不应该止步于文人的猎奇。
明代版画《环翠堂园景图》中的“冲天泉”
当然，也许在西方，在中东与北非，科技史学者接续豪瑟和希尔的努力，对这一个喷泉设计方案，对方案中的关键零件展开了研究，只是我孤陋寡闻而已。如果是这样的话，希望今后能有更为顺畅的渠道，让我们了解到那些研究成果，更重要的是，中国的科技史学者进入古代阿拉伯文化的领域，像李约瑟那样，把人类技术与科学的流变过程，尽量地置于欧亚非的整体景观中梳理。李约瑟给我们最大的启示就是，豪瑟、希尔的珍贵研究仅仅是开始，还有巨大的工作量有待后续。
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