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李伯重:元代的水转大纺车与英国的阿克莱水力纺纱机

2018-04-25 10:00:31

开始于18世纪中叶英国的工业革命,因其在世界历史上具有头等的重要性,故被视为人类历史的分水岭。按照比较普遍的看法,工业革命主要是指用机器代替人工进行生产,从而造成生产方式的变革。而机器之普遍用于生产,又首先出现于纺织业。因此之故,作为工业革命完成阶段见证人的马克思,对工业革命的过程作出了如下总结:“棉、毛、麻、丝等的纺织业”,是“最早依靠水力、蒸汽和机器而发生革命的工业部门”,是“现代生产方式的最初产物”(《马克思恩格斯全集》第23卷,第330、408页)。

据一般的看法,英国工业革命以水力纺纱机的发明和使用为开端。虽然托马斯·隆柏于1719年在德比建立了英国历史上第一个水力缲丝厂,但是在18世纪60年代以前,英国还未运用水力纺纱。直到1769年,具有实用价值的阿克莱水力纺纱机方定型并推广,嗣后克隆普顿又将阿克莱水力纺纱机与哈格里夫斯发明的“珍妮”纺纱机加以改进并结合,于1779年发明出更优良的改良水力纺纱机――“骡机”。自此以后,英国纺织业便在大机器生产的道路上一路发展,成为工业革命的领头工业部门。因此阿克莱水力纺纱机的发明,通常被认为是英国工业革命开始的标志。

但是出乎一般人意料之外的是,水力纺纱机的发明与最早使用并不是在18世纪中期的英国,而是在此前四个世纪的元代中国。在王祯《农书》中有翔实的纪载。王祯把这种水力纺纱机称为“水转大纺车”,详细地介绍了其结构、性能以及当时的使用情况,并且附上了这种机器的简要图样,从而以确凿不移的证据,证实了世界上最早的水力纺纱机的存在。

王祯《农书》中的水转大纺车插图

从王祯的记述来看,这种水转大纺车已经是一种相当完备的机器。它已具备了马克思所说的“发达的机器”所必备的三个部分――发动机、传动机构和工具机。其发动机(今日学界也称之为动力机、原动机)为水轮。

王祯说水转大纺车的水轮“与水转碾磨工法俱同”,而中国的水转碾磨在元代之前已有上千年的发展历史,从工艺上来说是相当成熟了。水转大纺车的传动机构由两个部分组成,一是传动锭子,二是传动纱框,用来完成加捻和卷绕纱条的工作。工作机与发动机之间的传动,则由导轮与皮弦等组成。按照一定的比例安装并使用这些部件,可做到“弦随轮转,众机皆动,上下相应,缓急相宜”。

工具机即加捻卷绕机构,由车架、锭子、导纱棒和纱框等构成。为了使各纱条在加捻卷绕过程中不致相互纠缠,在车架前面还装置了32枚小铁叉,用以“分勒绩条”,同时还可使纱条成型良好,作用与缲车上的横动导丝杆相同。

这里要指出的是,水转大纺车的工具机所达到的工艺技术水平,即使是用18世纪后期英国工业革命时代纺纱机器中的工具机为尺度来衡量,也是非常卓越的。例如著名的“珍妮”纺纱机最初仅拥有8个纱锭,后来才增至12一18个纱锭;而大纺车却拥有32个纱锭。“珍妮”机仅可靠人力驱动,而大纺车却可以水力、畜力或人力为动力。由于水转大纺车确实已达到很高水平,因此它的工作性能颇佳,工作效率甚高。

早期珍妮纺纱机

图片来源:李斌、李强、杨小明:《中英水力纺纱机形制的比较研究》,《丝绸》2011年第7期,以下两图皆是。

改进后的珍妮纺纱机

阿克莱水力纺纱机

更加值得重视的是,和许多古代的伟大发明的存在情况不一样,水转大纺车已经不只是伟大发明家的天才构想和设计,而是已被广泛用于生产实践之中。这个事实意义之重大,并不逊于发明本身。

关于水转大纺车使用情况的记载,主要仍见于王祯《农书》。该书说:“中原麻苎之乡,凡临流处所多置之 ”。由于水转大纺车工效高,因此往往多户人家合用一车:“或众家绩多,乃集于车下,秤绩分纑,不劳可毕”。可见,在14世纪初期的中原的某些沿河地区,水转大纺车的运用已颇为普遍。

在中原以外的地区有没有采用水力纺纱机的情况?我在元人揭傒斯的《蜀堰记》中,发现了一则史料,表明在14世纪中叶,某种形式的水力纺纱机曾运用于四川成都平原上。据该文,顺帝至元元年(1341年)重修都江堰,效果很好,修堰之前,“常岁或水之用仅数月,堰辄坏。今虽缘渠所置碓磴纺绩之处以千万数,四时流转而无穷”。

从这段文字里,我们可以清楚地看出:第一,都江堰“缘渠所置”的“碓磴纺绩之处”,应当就是借助水力推动的碓磴和纺车。此处的“碓磴”是指水碓,自无问题,但“纺绩之处”是否指水力纺车,可能有人会感到怀疑。但所谓绩麻,就是现今的合股加捻。自秦汉至清末,中国所使用的主要绩麻方法是“纺纱法”,所用工具为纺车,基本上以人力为动力,但亦有用水力推动者。所以揭傒斯文中谈到的“纺绩”,即纺麻纱。

这里的纺麻纱机沿都江堰而置,自当为水力纺纱机无疑;第二,“缘渠所置碓磴纺绩之处以千万计”,说明这里的水转碓磴与水转纺车不仅数量众多,而且十分集中;第三,“四时流转无穷”,亦即这些碓磴与纺车依靠水力推动,常年运转,四季不停。由此可见,在14世纪前半期的成都平原上,水力纺纱机的使用已十分普遍。

由于文字过简,揭傒斯文未详言此时都江堰一带使用的是何种水力纱绩机械,但是我认为这里的水力纺绩机,应当就是一种类似水转大纺车的纺纱机。

首先,揭傒斯所记述的情况,距王祯《农书》成书已近三十年。而中原地区使用水转大纺车,从王祯《农书》中所记载的运用的普遍程度来判断,其发明肯定还在《农书》成书之前很久。也就是说,对于都江堰一带的纺纱业者来说,中原使用的水转大纺车早已不是什么技术秘密。

其次,即使中原的水转大纺车先前没有传入成都平原,到王祯《农书》刊出后,他们也完全可以据此制作水力纺纱机。作为一个重视民生的伟大科技专家,王祯看到了水转大纺车的重大经济意义,因此特图其制度,欲使地方之民视其机括关键,仿效成就,可为普利”,画图中土规模在,更欲他方共得传”。由于大纺车的基本构造在王祯《农书》中已有图文并茂的记述,因此只要具有一定经验的木匠,即可“依样画葫芦”,造出一部类似的大纺车来。因此之故,元代后期都江堰下游缘渠所置的数量众多的水力纺绩机,应即王祯《农书》所载的水转大纺车或其相似物。

揭傒斯文以一个具有确切的时间与地点的实例,证实了元代水力纺纱机的使用并不仅限于中原麻苎之乡。不仅如此,此记载还表明都江堰一带水力纺纱机的使用达到令人惊异的程度。

王祯《农书》虽然谈了中原麻苎之乡使用水转大纺车,但惜乎所言过简,不能使我们得知当时中原地区水转大纺车的具体使用地点,以及在一个地区内的机器数量、使用率等。从这种大纺车的工作效率、中原的水利条件和当时中原麻苎生产的一般情况来推测,我们推测这种纺纱机在一个地区内的数量不会很多,一年中实际使用的时间也十分有限。与此相对照,在成都平原的都江堰一带,水力纺纱机不但分布集中,而且一年四季运转不息。因此,从某种意义上可以这样说,元代后期的都江堰一带,乃是当时中国使用水力纺纱机最集中和最充分的地区,因而也是世界上第一个在纺纱业中建立起水力推动的机器生产体制的地区。

如前所述,阿克莱水力纺纱机的发明是世界历史上的重大事件,也是18世纪英国技术进步的重大成果。但是在这种水力纺纱机与4个世纪之前中国的水转大纺车之间,是否有某种关联呢?这是一个饶有兴趣的问题。

伊懋可(Mark Elvin)把王祯《农书》中的水转大纺车和18世纪后期及19世纪初期英国工业革命中的亚麻纺纱机作了对比之后,发现二者在结构上“惊人地相似”。因此他认为后者可能就是前者经印度传入英国后略加改良的产物。虽然他未提供证据,但是其推测却是十分可能的。据说,阿克莱是在德比研究了当时的水力捻丝机后受到了启发,才设计出其水力纺纱机来的。当时英国的水力捻丝机是意大利捻丝机的仿制品,而意大利捻丝机,又是在元代时期由从中国传入:“因为我们发现,从那以后不久,在意大利的卢卡等城市,缲丝厂使用的机器酷似中国的[机器]。由此推测,是那时到东方旅游的某个或某些欧洲商人把设计图样装在鞍囊中带回国的。”(罗伯特•坦普尔:《中国:发明与发现的国度――中国科学技术史精华》)而在元代中国,唯一可知的水力捻丝机恰恰就是水转大纺车。由此而言,阿克莱纺纱机与水转大纺车之间,应当具有某种关系。

另一说则更为直接:阿克莱之领悟纺纱机的原理,是由于他“听到一个水手叙述中国人所用的机器”(保尔·芒图:《十八世纪产业革命》)。18世纪中期以前中国唯一所知道的水力纺纱机只有水转大纺车,因此阿克莱听说的中国机器应当就是水转大纺车。不论如何,阿克莱水力纺纱机与王祯《农书》中的水转大纺车,应当是有一定渊源关系的。倘若把这种渊源关系放在近代早期欧洲与中国之间的技术交流的背景下来看,是十分清晰的。

狄德罗《百科全书》收录的17世纪晚期和18世纪早期欧洲纺纱机示意图

图片来自:Mark Elvin,The Pattern of the Chinese Past,Stanford University Press,1973.

在近代早期的欧洲,曾有一个主要是通过传教士把中国的工艺技术知识介绍到欧洲的浪潮。在这些知识中,纺织技术占有重要的地位。18世纪在华耶稣会士对中国的纺织技术进行了相当广泛的调查,绘制了大量织机图,寄回法国(现仍保存在巴黎国立图书馆)。这些纺织机具图种类繁多,是迄今为止最为详细的织机图谱。此外,还介绍了从经纬线的准备,到拔更、放更、扳更、穿箱、续更、刮绸,直至成衣的各个工序的生产操作情况。有关技术资料的来源,除了实际调查之外,传教士们也广泛地利用了中国已刊出的科技著作。

在其中,明末身居相位的基督徒徐光启的科技著作(特别是《农政全书》),更是他们注意的对象。1735年出版的杜赫德的《中华帝国通志》,详细谈到了养蚕与丝织业技术。从此书刊载的养蚕、缫丝和织机插图看,显然采用了《农政全书》卷31-34蚕桑及卷35-36“蚕桑广类”的内容。元代水转大纺车的有关图文,几乎原封不动地保存在《农政全书》中。

因此水转大纺车在18世纪中叶以前,已通过传教士介绍到西欧,应是无可置疑的。不仅如此,即使我们目前还未有确切的证据证实阿克莱水力纺纱机与元代水转大纺车之间具有直接承继关系,我们也可以从李约瑟等人的研究中,看到中国关于水力机械和纺纱机械的知识,确实对近代早期西欧的纺织机器的改进(包括阿克莱水力纺纱机的发明)起到了重大作用。

这些技术知识介绍到欧洲后,对于纺织工具改良起到了重要的参考作用。因此即使阿克莱水力纺纱机并未直接摹仿水转大纺车,它也会从对上述介绍中受惠非浅。在此意义上我们可以说,以王祯《农书》中的水转大纺车为代表的中国纺织机械技术知识之西传,对于以阿克莱水力纺纱机为代表的欧洲近代机器的产生,确实具有重要的促进作用。

阿克莱水力纺纱机的出现代表了近代大工业时代的开端。而王祯《农书》中的水转大纺车后来却未能起到重要作用,二者形成鲜明的对比。伊懋可评论水转大纺车时说:“虽然这种机器还不是非常有效,但如沿其所代表的方向进一步发展的话,那么中古时代的中国很可能会比西方早四百多年就出现一场纺织品生产上的真正的工业革命”。然而,这场看上似乎有可能会发生的工业革命并没有发生。不仅如此,连水力纺纱机本身,也像一现的昙花,失去了踪影。又要再等待四个世纪之久,它才又以新的面目重新出现于英国,并引起一场改变人类历史的伟大革命。

然而,把人类历史作为一个整体来看,我们也不必为水力纺纱机在中国的坎坷命运而感到过分惋惜。在人类历史上,一种伟大的发明出现于某一个地方,但是经过漫长时间后,在另一个地方才得到广泛运用,并取得辉煌的成就,这是十分正常的。

从技术上来说,开始于18世纪中期的英国工业革命,所依靠的技术成果绝非英国自身的发明,而是此前欧亚许多地区技术成就的汇集。从构成英国工业革命赖以发生的技术基础的各关键技术的来源来看,不仅欧洲大陆,而且就是像中国这样遥远的国家,从技术上都对英国工业革命作出过直接或者间接的贡献。中国水力纺织机器通过各种不同的渠道与方式,辗转传到英国,促进了以阿克莱水力纺纱机为代表的纺纱机的变革,从而对工业革命的出现与发展也作出了积极的贡献。

因此从世界史的角度出发来看,水力纺纱机不论在中国遭遇了什么样的命运,但是最后它仍然对人类命运起了重大作用,因此其发明确实具有非常伟大的意义。由此而言,不管后来的成败利钝如何,作为在人类历史上的首次出现的水力纺纱机,元代的水转大纺车理应得到高度的评价。发明出这种水转大纺车的元代中国无名工匠,也完全有资格与阿克莱、哈格里夫斯和克隆普顿等人一样名垂青史,受到世人永远的敬仰。

原题《“楚才晋用”?——元代中国的水转大纺车与18世纪中期英国的阿克莱水力纺纱机》,《历史研究》2002年第1期;改写之后,收于李埏、李伯重、李伯杰著:《走出书斋的史学》,浙江大学出版社,2002年。观察者网经微信公众号“CNU古代经济史”授权转载,转载时略有删节。

李伯重

李伯重

香港科技大学人文社科学院教授,经济史学家

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来源:微信公众号“CNU古代经济史” | 责任编辑:吴立群
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