■本报记者 魏刚
时间，这个衡量事物过程的参数曾经吸引不同时代的人们用不同的方式计量。古人曾通过观看日影、仰望星空，估算时间；之后发展到铜壶滴漏、流沙燃香，计量时间；直到钟表发明后，人们对时间才有了精确的概念。
在刚刚结束的深圳国际钟表展上，各家钟表厂家纷纷推出各具特色的计时工具，而传统的机械计时工具继续被三大复杂技术统治。陀飞轮、三问、万年历，这三种机械计时中的顶尖技术正吸引着人们走进机械计时的世界。
陀飞轮，摆脱地心引力的旋转
天津海鸥手表集团技术中心创作二室主任曹维峰在接受《中国科学报》记者采访时介绍，高精确度是手表发展几百年来制表师们永无止境追求的目标。在18世纪海上强权主宰世界的时代，由于航海钟对精准度的苛求，手表制造开始了大跃进。这个时期的重要发明有极为精密的冲击式擒纵机构、被普遍使用的补偿螺丝摆轮以及抗地心引力的陀飞轮装置等，其中以陀飞轮最负盛名并且对表迷们有一股令人无法抗拒的吸引力。
为何陀飞轮自1795年发明至今仍能经久不衰，重要的原因就是陀飞轮那充满传奇、神秘、高潮迭起且被人津津乐道的发展史。
资深钟表专家、《精品购物指南》钟表主编康威凯在接受《中国科学报》记者采访时介绍，与三问的发明人不详相比，陀飞轮有明确的发明者，那就是瑞士人宝玑。陀飞轮三个字是音译与意译的结合体，陀是音译，飞轮是意译。曹维峰指出，“Tourbillon”这个词汇有“漩涡”之意，源自法国数学家笛卡儿用来形容行星绕太阳公转的名词。
那么陀飞轮是在怎样的背景下被发明的呢？18世纪末，尽管当时的钟表制造已经达到一定水平，但是由于在钟表的加工和制造中完全依靠手工，而非今天的数控机床，难免会有误差。当时一些钟表匠发现，一些怀表生产出来时十分准确，但是卖到顾客手中后，经过一段时间佩戴，都出现走时不准的情况。原来，怀表在制造装配过程中，都是水平状态，但是，顾客佩戴后，就常处于垂直状态，走时不准是因为在装配时没有考虑到使用中地心引力的影响。
宝玑考虑，是否有一种办法，可以把地心引力抵消掉？于是，他把目光投向了钟表中的核心机构——擒纵系统。如今，所有的机械计时器的原理都一样，那就是用等时装置对积蓄的力进行等时输出。如果没有擒纵系统，发条积蓄的力就会在瞬间完全释放，而钟表“滴答、滴答”按部就班地运转，完全有赖于擒纵系统把发条积蓄的力等时缓慢地释放。
宝玑的办法是将擒纵系统装在一个小笼子里，让小笼子不停地旋转，从而抵消掉地心引力。
曹维峰告诉记者，陀飞轮是指手表中的旋转调速机构，具体地说就是擒纵机构和摆轮游丝系统被放置于可以转动的框架内。这种装置的特点是，摆轮游丝系统和擒纵机构在自身运行的同时还能够一起作360度旋转，最大限度地减少了由于地球引力所导致的手表位置误差，从而提高了计时精度。
康威凯指出，其实，陀飞轮的大规模量产要归功于瑞士厂家爱彼。因为，最早，陀飞轮是为怀表而特制的，毕竟垂直放在口袋里的怀表更需要抵消地心引力。但是，早在石英革命初期，爱彼就把怀表上的陀飞轮装置移植到腕表上。其实，腕表由于佩戴在手腕上，经常随手臂甩动，而不像怀表总是放在口袋里，相比来说，在腕表中使用陀飞轮技术，实用功能减弱，更多的是一种手表制造实力的展示。在爱彼量产陀飞轮腕表之前，瑞士只有500只陀飞轮表。
目前，陀飞轮表的单价都超过100万人民币，最贵的陀飞轮腕表是百达翡丽的5101型，价值300万元人民币。因为与大多数陀飞轮表都将陀飞轮在表盘正面露出不同，百达翡丽的陀飞轮藏在表盘背面，如果不把腕表翻过来，恐怕无人能从素色的表盘上看出这只腕表不菲的价值。对此，百达翡丽的解释是“怕阳光将润滑油晒干，影响走时的精准”。
在曹维峰看来，陀飞轮技术在近十年的时间里，随着新材料和新设备的高度发展，取得了大幅度的提升，其中，最具典型的品牌陀飞轮有积家的星球陀飞轮系列，真力时的零重力陀飞轮系列，宝玑、伯爵和卡地亚的行星陀飞轮，还有重新焕发青春的宝珀一分钟卡罗素和雅典分针卡罗素，以及具备相当研发能力的独立制表品牌GF推出的倾斜双轴陀飞轮系列，罗杰杜比的双体陀飞轮系列，此外，国产品牌海鸥的无卡度同轴式陀飞轮，双体陀飞轮与行星式陀飞轮也有自己的亮点。
三问，时间是有声音的
康威凯告诉《中国科学报》记者，三问是机械计时工具三大复杂功能中最复杂的功能。它是通过不同的声音来指示当前精确到分钟的时间。之所以叫三问，是因为它既可以报小时，也可以报刻钟，还可以报分钟。
曹维峰指出，要想完成腕表的三问报时功能，需要制表师必须同时掌握声学与力学等多种学科，因此，三问报时技术在业内也有“复杂功能之王”的称号。宝玑大师甚至有过“世界上只有两种表：三问和非三问”的豪言，三问功能在整个制表界的地位可见一斑。
关于三问技术的起源，有两种传说：一是为了方便盲人知道时间，二是为了欧洲贵族在火烛照明的夜里掌握时间。对此，康威凯更相信后者。
那么，三问功能究竟是如何实现的？康威凯介绍，三问表里面有一粗一细两根音簧，粗的音簧发出的音调低，细的音簧发出的音调高。低音代表小时，高音代表分钟。如果是59分钟，就要发出59声高音吗？显然，如果是这样设计，三问功能也就失去了实际意义，因为没人能够记住发出了多少次高音。于是，制表匠将一小时分成4个刻钟，用低音与高音配合指示刻钟。如果是2点35分，三问表就会首先发出 “当、当”两声低音调报时，接着是高低音配合的“叮当、叮当”两声报刻，然后是高音调“叮、叮、叮、叮、叮”五声报分。
要实现这一发声报时，三问表里的机构十分复杂。有拾时机构、报时轮、报刻轮、报分轮、延时轮等。早起的问表发声是靠敲击铃铛实现的，自从宝玑发明了环状音簧代替铃铛后，问表的尺寸才成功小型化，使三问功能进入腕表成为可能。三问表的表盘都很素，要识别只能看腕表侧面，一般在三问表的侧面会有拨柄。只要推动拨柄，就会给报时机构上发条，而发条力的释放是通过一个带有配重的延时轮实现的。
三问技术的难点在于机械结构复杂，如何在反复的敲击过程中，保持复杂机构的可靠性，以及如何将三问表做得更小，一直都是制表匠面临的挑战。
在三问表领域，百达翡丽依然以声音洪亮悦耳、表壳又薄又小而位居第一。
万年历，手腕上的历书
除了陀飞轮和三问外，万年历也是机械计时工具三大复杂功能之一。
曹维峰认为，虽然万年历在机械复杂度上不如问表，但其给人们生活带来的便利性却大大高于问表和陀飞轮。
普通机械表的日历显示是根据现行的公历来设计的，只是此类日历显示把12个月都识别成31天，到了每年的2月份和4、6、9、11四个只有30天的小月份都需要手动完成日历从本月底至下月1日的更迭，显然是件很麻烦的事。
而万年历表则根据现行公历的固有规律将日历以机械的程序式语言准确地、自动化地显示出来，那么，当人们再遇到小月份和2月份，需要转换进入下月的时候，就再也不需要手动完成更迭了。
这种机械的自动调整又是如何实现的？
曹维峰告诉《中国科学报》记者，万年历机构为了可以识别大小月，尤其是闰年与平年的2月，采用了一整套齿轮系以及命令凸轮与杠杆机构来配合完成，其中的核心部分为命令杠杆和命令凸轮，它们承担了识别的枢纽重任。
命令凸轮的外形设计得非常巧妙，它分为4组凹凸缺口，从而代表了4个年头，3个最深槽是平年2月份28天识别位置，还有一个槽深稍浅的是闰年2月份29天识别位置。此外，每一组里面还有4个槽深一致的识别位置是小月30日，而最外缘是31日大月的识别位置。
命令杠杆的识别端与命令凸轮的凹凸缺口相配合从而确定了当年当月的具体日期，并且把这一信息迅速传递给位于命令杠杆的其他辅助驱动杠杆，使得它们按照事先设定好的“程序”再驱动日历轮、周历轮、月历轮、年历轮以及高精度月相。
但康威凯指出，万年历表并非“永恒的日历”。现有的万年历表到2100年3月，都要进瑞士表厂重新调校。因为闰年的判断方法是：一、能被400整除的年份；二、能被4整除但同时不能被100整除的年份。满足上述两个条件之一的即为闰年。而2100年上述两个条件都无法满足，所以是平年。但是，现有的万年历表的齿轮机械程序还无法涵盖这种情况。
此外，万年历表不能往回调。以前有的钟表店学徒不懂，将万年历表往前调了两年，这只表当时就不能卖了，而要等到两年后再卖。
在康威凯看来，机械制表已不是人类计时技术的顶峰。今天，对于准确计时的需要，完全可以靠电子方式来解决，成本低，可靠性又高。但是，为何仍然有人对机械计时技术不断追求？这主要是因为机械表已不再是简单的计时工具，而是有生命的艺术品。一只定期保养的机械表可以准确走时200年，而石英电子表只有10年的寿命。通过复杂齿轮等机械结构所带来的秒针律动，也满足了人们对机械的好奇。
《中国科学报》 (2013-07-12 第9版 探索周刊)
