西亚小国的机械大才——加扎里

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　　陈巍，理学博士，现为中国科学院自然科学史研究所副研究员。主要研究科技知识在古代世界的传播并把世界连为一体的历程。喜爱“上穷碧落下黄泉”，品鉴各个文明在应对相似问题时展现出的智慧。
　　9世纪诗人贾希兹有云： “拜占庭人的脑筋，中国人的巧手和阿拉伯人的舌头。”当时的阿拉伯世界还在向创造时代迈进，对更东方和更西方的文明充满自信的向往。和其他伟大文明一样，伊斯兰文明黄金时代（相当于欧洲中世纪）不乏追求极致的科技“极客”，而这些智士往往被罗致和服务于追求新奇知识的地方统治者。加扎里（Ismailal-Jazari，1136-1206）就是这些科技怪才中的杰出代表。
　　小邦大匠
　　加扎里出身于工匠世家，他的阿拉伯语全名很长，其中包括类似于“技术大神”“史上最强”这样的荣誉称号，显示出他在当时就备受推崇。他的生平信息流传下来不多，根据他的名字，我们可以推测他来自加扎拉，这是美素不达米亚中北部地区（包括现在伊拉克北部、叙利亚东部和土耳其东南部等地方）在中世纪的称谓。他的具体出生地点则可能是在贾兹拉（现在土耳其吉兹雷），据说这是诺亚方舟停靠过的地方。
　　自幼接受工匠训练，让加扎里熏陶于源远流长的伊斯兰机械设计传统之中，从他的著作可以看到，他充分掌握了巴努·穆萨等前贤的成果。成人后，他继承父亲衣钵，来到家乡附近一个称作阿尔图克的小朝廷担任宫廷机械师，在这里服务长达30年之久，设计制作了许多带有自动装置的水钟、喷泉和其他机械。史料中对与加扎里同时期的几位统治者描述也很少，我们不了解他们的性情爱好会给加扎里的工作提供哪些机会。在其去世前不久，加扎里完成了他的著作《论精妙的机械装置》，我们对他的了解基本来自于这本书。
　　设计大师
　　中世纪伊斯兰世界的科技巨星往往是百科全书式学者，涉足领域广泛，加扎里只专注于发明和建造机械装置。甚至他在著作中对于机械的原理也少有论述，有人认为他主要通过试错法，而不是像阿基米德那样以演绎推理方式制作精巧的机器。我们只能从他的作品中体会他对机械知识的理解。
　　在《论精妙的机械装置》中，加扎里向我们展示了50种机械装置的制造方法。其中包括水钟、分配液体的自动装置、喷泉和音乐装置、提水机械等。书中为每一种机械都绘制了精美的成品图。对于这些美轮美奂的样品，我们一点都不用担心1000年前的作者自吹自擂，声称自己的作品实现了多么巧妙的功能，却通过故意省略关键步骤故弄玄虚。加扎里没有给我们留下谜题，而是展现出十二分的诚意，从最初的零件如何制备，到零件之间的位置关系，它们如何组装，都尽量用浅显和清晰的语言解释出来。可以说，只要具备一定理解能力和动手能力，就能把这些装置复原出来。
　　加扎里服务于宫廷，但他也注意倾听来自实际事务的需求。他既可以设计供王公贵族赏玩的受程序控制的机器人，又能制作兼顾天文观测和公众使用的钟表。他往往把精密的计算结果、精巧的机械结构、精美的造型艺术熔于一炉，从而留给人叹为观止的印象。
　　水钟是近代摆钟发明之前的主要计时工具之一，包括加扎里在内许多古代工匠都对它展开过研究。加扎里设计的水钟既比前人准确，不少还很壮观。他设计的水钟按驱动方式可以分两种，第一种以量筒内浮标的沉浮牵动表盘的运動，第二种则用一个小斗盛注入的水流，水满后小斗倾覆，推动棘轮转动。这些水钟除指针外，还经常以小鸟呜叫、乐队演奏、小球撞击等多种方式显示时间。这种“多媒体”在古代无疑很容易吸引大家的眼球。
　　另一种加扎里关注的机械，是各类提水装置。对于多处于干旱地带的伊斯兰地区来说，该领域技术的进步与社会发展息息相关，加扎里在已有技术基础上作出许多改进。在他之前，人们大多需要用牲畜转动环形水轮，让水轮上固定的水桶提水。加扎里一方面改进了连杆系统，利用原本不足以推动水轮的水流，从而节省畜力;另一方面用挂着水桶的链条取代水轮，适应从深井中提水的需要。
　　此外，他还通过椭圆形齿轮形成往返运动，设计了一种活塞式水泵，把以往用桶向上提水的方式，改进成用活塞向上压水。在加扎里之前，古希腊工程师亚历山大的希罗，以及中国的冶金工匠，都用活塞抽水或鼓风，但都需要人直接施力。加扎里的椭圆形齿轮和气门设计.使得活塞可以在水流的作用下自动运行，这是他在机械史上的一个创举，其中一些设计元素可能对达·芬奇等文艺复兴大师带来启发。
　　加扎里还设计过许多自动装置，例如为了给皇家宴会助兴，他在宫苑里的湖上放了一条小船，船上设置内部装有机关的“音乐家”。在机关作用下，这些音乐家不但能吹奏乐器，还能以不同节奏打鼓。
　　丝路影响
　　尽管坦诚的加扎里把他的设计思路和盘托出，但遗憾的是，我们无法看到他亲手设计或制作的机械实物。或许未来对他长期工作的阿尔图克宫殿遗址的发掘，让我们能有机会一睹大师的手笔。
　　从1961年起，土耳其考古学者开始对阿尔图克宫殿遗址进行发掘，可惜的是，发掘出的王家花园和土耳其浴室等建筑，都未得到很好的保护。加扎里自述曾依照小亚细亚东部地区的建筑传统，为这座宫殿的大门设计了精美的门环，但是这部门环也丢失了。根据加扎里书里的说法，阿尔图克宫殿的门环由双龙、狮子和蛇的形象组成，随着门的开合，这些动物形象会呈现各种有趣的互动关系。从宫殿附近古清真寺保存的外观相近的门环，可以大致了解加扎里所说各种动物的模样，但无法窥得其在机械上的巧妙构思的原貌。令人稍有安慰的是，这座宫殿的主体还埋藏于地下，我们能期待在未来更完善的发掘中，找到加扎里设计的其他精巧装置。
　　加扎里设计的机械装置，是中世纪伊斯兰机械设计传统脉络的一部分，这条脉络的形成和流传，与伊斯兰统治者对富有娱乐功能的机械装置充满兴趣关系很大。但中国古代对这类“奇器”多持批评态度，认为它们无益于教化。这种反对声音唯一消减的时代，就是把欧亚大陆广大地区包罗在内的蒙元帝国。据史料记载，元朝的末代皇帝元顺帝，在其宫殿中建造过一艘带有龙图案的游船，这条船上有24名扮作水手等角色的机械人物，在行进时，机械人物、龙的头眼口爪都可以运动。在加扎里的书里，也描述过他设计的一条很类似的船，船上有用机械操纵的国王、宠臣、音乐家、舵手和划桨水手，船的桨叶可以摆动。在元朝时，有许多科学家、工程师通过丝绸之路来到中国，服务于大汗宫廷。或许加扎里的设计，正构成了元顺帝所建游船灵感的来源。
　　除少数发明外，大多数加扎里的机械装置都没有对后世产生直接影响。实际上，他很大程度上被埋没了。随着过去几十年里科技史家对阿拉伯语文献的发掘，现在加扎里的设计已经成为许多科技博物馆里受人欢迎的展品。甚至还有不少乐高爱好者用积木拼出加扎里的作品。加扎里对如何实现他的设计讲解非常细致，在读他的书时，相信不少读者也会跃跃欲试，这或许正是引发进一步创新的源泉。
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