2020年12月10日是北宋科学家苏颂诞辰1000年。江苏省镇江市政府与中国科学院自然科学史研究所主办了“纪念苏颂千年诞辰，弘扬科技创新精神”活动，江苏省副省长马秋林、镇江市委书记马明龙、镇江市长徐曙海等领导以及来自中科院自然科学史研究所、中科院紫金山天文台、清华大学、中国科技馆、长春师范大学、长春中医药大学、上海远东国际桥梁建设公司等单位的领导和专家出席纪念会议。同日，厦门市社会科学界联合会主办了“纪念苏颂诞辰1000周年暨第九届厦门（同安）苏颂国际文化节”。
中国是一个发明创造的国度。中国古代科学技术在宋代及其后的一个时期里达到高峰，这也是中世纪世界科学技术发展的高峰。宋代科技人才辈出，涌现出沈括、燕肃、苏颂、毕升、韩公廉、李诫、秦九韶等杰出的科学家、工程师和巧匠。
苏颂（1020~1101年）生于同安县（今福建厦门同安区），宋仁宗庆历二年（1042年）和王安石同榜中进士，担任过地方和中央政府的官员，做过吏部尚书和右宰相，在本草学、仪器制造和天文学等领域取得了非凡成就，晚年定居润州（今江苏镇江）。他是载入史册的名臣和科学家。元代脱脱等撰的《宋史》中有《苏颂传》，清代学者阮元将苏颂及其科学活动列入《畴人传》。
在公元995年至1074年间，北宋先后制造了四架浑仪，分别安装在汴京（今河南开封）的不同地方。1086年，朝廷指派苏颂检验已有的浑仪。苏颂做出鉴定之后，向朝廷建议添造一套水力驱动的演示仪器和浑仪。1087年，朝廷批准了这个建议，并指派苏颂负责此事。其实，这项工作是有一定风险的：如果新仪器不优于原有仪器，那么苏颂就不好向朝廷交代。
苏颂是水运仪象台制造工程的领导者。作为吏部尚书，他慧眼识才，发现了精于数学和天文学的韩公廉，选派这位中下级官员负责设计制造天文仪器，并介绍了张衡、一行、梁令瓒、张思训等人所造水运仪器的法式要点。就这样，苏颂提出了仪器的功能要求和工程的实施目标。
韩公廉主持具体的设计制造工作。他首先进行测算，设计制作了关键装置“机轮”的模型。从1088年开始，制作团队先后制成小木样和大木样。1092年7月，这个团队成功制造出水运仪象台，即古代的大型科学装置。
苏颂和韩公廉率领的团队将漏刻、水轮、筒车、秤漏、杆系、齿轮传动、凸轮传动等多种技术整合在一起，实现了集成创新。整座装置以一个非常精致的水轮同时驱动计时装置、浑象和浑仪，这是一项重要的技术突破。最值得称道的是，制作者们发明了“天衡”机构——“水轮—秤漏—杆系擒纵机构”，这是世界上有明确结构记载的最早的时钟擒纵机构。
苏颂的另一项突出成就是编撰《新仪象法要》，其以几十幅机械图，全面描绘水运仪象台的整体构造和零部件结构。这些图是工业革命之前描绘一座机械装置的最复杂的成套技术图，与水运仪象台一样，在世界科技史上占有重要地位。《新仪象法要》的图说成为今人复原水运仪象台的主要依据，全尺寸的水运仪象台的成功复原也证明《新仪象法要》的内容详实可靠。
《新仪象法要》中的总体构造图和零部件图等是怎样形成的？这是一个不可忽视的问题。书中的“运动仪象制度”图相当于水运仪象台的总体构造图，充分展现出设计思想。此图应该是整个仪器制成之后绘制的，理由是仪象台的设计制造经历了计算、机轮模型试制、小木样试制、大木样试制、实际仪器制作等几个阶段，而不是一步到位完成的。当然，有些零部件图很可能是制作过程中形成的，有的图暗示制作者曾比较过不同的设计方案。
《宋史》和《畴人传》的作者对苏颂在科技史上的地位尚难作出恰当的具体考量，因为那时中国人对古代科技传统的认识还比较模糊。20世纪初期，科学技术史研究在中国兴起，苏颂和韩公廉的科学业绩受到了科学界和史学界的关注。
天文学家朱文鑫在1935年出版的《天文学小史》中对水运仪象台做了简要描述，并且强调：“机械之制作甚精，后世钟表之法，不能出其范围。”此后，经过刘仙洲、李约瑟（Joseph Needham）、王振铎、康布里奇（John H. Combridge）、韩云岑、土屋荣夫、陆敬严、李志超、林聪益等专家学者的研究及复原制作者们的实践，人们已经比较充分地认识了水运仪象台，尤其是它的擒纵机构。
技术史学家刘仙洲主张：“我们应当根据现有的科学技术知识，实事求是地，依据充分的证据，把我国历代劳动人民的发明创造分别的整理出来。有就是有，没有就是没有。早就是早，晚就是晚。”他在1953至1956年间率先撰文探讨水运仪象台的原动力、传动机构和控制机构，实事求是地做了学理分析。1958年，王振铎首先尝试复原水运仪象台，并制作出五分之一的模型。2011年，厦门市同安区苏颂纪念园也有了一座按照1:1复原的水运仪象台。
李约瑟认为，机械时钟的发明是整个科学技术史上最为重大的成就之一。他对水运仪象台做了大量研究工作，与合作者撰写了《天钟机构：中世纪中国的伟大天文时钟机构》（HEAVENLY CLOCKWORK：THE GREAT ASTRONOMICAL CLOCKS OF MEDIEVAL CHINA），此书由剑桥大学出版社在1960年出版。他在1965年出版的《中国科学技术史》（Science and Civilisation in China）的机械工程分册里，用100多页阐释中国的水运仪象技术及相关问题。
1956年，李约瑟与两位合作者在《自然》杂志发表文章，明确指出“天衡”机构就是时钟的擒纵机构，并强调水运仪象台的时钟机构在历史上被埋没了几百年。他甚至进一步追溯中国时钟的历史，相信僧一行（张遂）和梁令瓒早在公元8世纪就创造了世界上最早的擒纵机构，其主要依据是史书称他们的仪器上“各施轮轴，钩键交错，关锁相持”。无论如何，水运仪象台的“天衡”机构都是韩公廉等人的独创设计。
李约瑟及其合作者大胆推测：“这样一来，中国天文钟的传统和后来欧洲中世纪机械钟的祖先就有了更为密切的直接联系（it thus appears that the Chinese tradition of astronomical clockwork was more nearly in the direct line of ancestry of the late medieval European mechanical clocks）。”几年之后，他推断：在中国人发明擒纵机构之后的6个世纪，至少可能存在由东向西的“激发性传播（diffusion stimulus）”。不过，他对此所做的论证并非令人信服，因为很难找到可靠的论据。
其实，中国和欧洲有不同的时钟技术传统。欧洲机械钟需要一个擒纵机构，以便使得垂重或发条缓慢地驱动齿轮系，带动指针转动。水运仪象台则以漏壶中稳定流出的水注入“受水壶”，驱动水轮转动，擒纵机构的作用是让水轮做相等间歇的转动。
在苏颂诞辰千年之际，我们纪念这位科学“大匠”，赏析他领导创制的科学重器，可以从创新事迹中获得深刻的思想启示，从而更好地弘扬中华民族敢为人先的创新精神和精益求精的工匠精神，增强创新自信，为建成世界科技强国和社会主义现代化强国作出新的非凡贡献。
笔者撰写此文，同时纪念科技史学家李约瑟诞辰120周年及刘仙洲诞辰130周年。当代科技史学者应当秉持“究天人之际，通古今之变，成一家之言”的光荣传统，开创学术研究的新局面。■
（作者系中科院自然科学史研究所所长）
《科学新闻》 (科学新闻2020年12月刊 纵横)