从《奇器图说》看现代力学与机械技术的中国起源，暨来华七千部西方著作真相探寻转载，作者：程碧波
明朝天启7年，也即1627年，我国出版了《奇器图说》书格链接 。《奇器图说》是一部将力学原理与机械技术合而为一的著作，是现代力学和机械技术的基础。全书共分四卷。第一卷为绪论，介绍力学的基本知识和原理，并分别讨论了地心引力、各种几何图形的重心、各种物体的比重等，浮力原理；第二卷为器解，讲述了各种简单机械的原理，如天平、杠杆、滑轮、轮盘、螺旋和斜面等；第三卷为机械原理应用，共绘有54幅图，包括起重、引重、转重、取水、转磨等，每幅图后均有说明；最后一卷为“新制诸器图说”，共载九器，包括虹吸、自行磨、自行车、代耕、连弩等。
《奇器图说》卷端题：“西海～耶～稣～会～士邓玉函口授，西景～教～后～学王徵译绘”。《奇器图说》序中述及：
“奇器图说乃远西诸儒携来彼中图书，此其七千余部中之一支。就一支中此特其千百之什一耳。”
在《奇器图说》出版说明中说：
“经过学术界几十年的研究，目前对于《奇器图说》的知识来源问题有了一个大致的结论，即：原书的第一卷和第二卷，主要出自斯蒂文的《数学札记》和圭多巴的《论力学》二书。此外，还可能参考了康漫迪诺、塔尔塔利亚和贝尼德蒂等人的作品。而原书第三卷的来源则更为复杂，其中‘文’的部分包含了贝松的《数学仪器与机器博览》、拉梅利的《奇异精巧的机器》、微冉提乌斯的《新机器》、蔡辛的《机器博览》以及宗卡的《机器新舞台和启发》诸书中的内容。‘图’的部分中，有二十幅来自拉梅利、十三幅出自微冉提乌斯、七幅出自贝松、十一幅出自蔡辛的作品。至于‘说’的部分，则同样来自于以上几位学者的著作。”
根据目前掌握的资料，《奇器图说》出版于1627年，而《奇器图说》的资料重要来源《数学仪器与机器博览》(Threatre de Instruments Mathematiques et Mecaniques)出版于1578年，《奇异精巧的机器》(Le Diverse e Artificiose Machinedel Capotano)出版于1588年。从出版年代上看，如果《奇器图说》与这些西方著作有相似乃至相同的地方，的确应是《奇器图说》抄自后者。但是经过本文仔细研判，结论正好相反，事实上正是所谓出版于1578年的《数学仪器与机器博览》、出版于1588年的《奇异精巧的机器》抄袭了出版于1627年的中国著作《奇器图说》。网友“长安今何在”提出了这个猜测，并进行了相关论证。本文对此猜测进一步深入论证以确定。
首先看1627年《奇器图说》中的图1：
图1 《奇器图说》与《奇异精巧的机器》对比图1
图1左边是中国《奇器图说》的图片，右边是拉梅利的《奇异精巧的机器》的图片。红～色部分为本文作者添加。显然必有一者抄另一者。那么到底是谁抄谁呢？
从绘制水平来看，右边图形的绘制质量好于左边。从机械动力的布局流畅来看，右边图形也似乎比左边流畅。右边图中，动力从人手传到轮B，再传到轮C，轮C上缠着绳子，绳子经过轮J转向朝上，将动力传给轮E，轮E的旋转使得水桶H被提升。这个动力传导过程十分清晰。而左边《奇器图说》的图中，红色标注3处的绳子，与红色标注4处的绳子并不相连，动力无法传输。似乎左边的图形是错误的。
但是，有两个问题右边的图形无法解释：
1、提水桶上的动力传送系统没有问题，但怎么把水桶放下去？
2、轮K是做什么用的？
在第一个问题中，如果操作者要把水桶放下井，就只能反向转动曲柄，使得通过轮B的反向旋转，使得轮C亦反向旋转。但轮C的反向旋转只能让绳子松弛，无法让绳子传递动力。而松弛的绳子距离水桶还要经过轮J和大轮E，只要这两个轮子稍微有点摩檫力，水桶的重力就无法牵动这两个轮子，因为放下去的水桶是空的，很轻，而轮6显然很大。因此水桶无法放下。在第二个问题中，轮K在地上有阴影，因此这是一个实体存在的轮～子，其莫名其妙地搁在一旁，与谁都不连，用处何在？
回头来看左边的图形。由于轮4和轮2的绳子互不相连，因此其具有各自独立的动力来源。轮～子2已经清晰地绘制出来，但是轮2上缠着的绳子被遮挡住了。轮4并没有绘制完，被遮挡住了，但是轮4与轮6之间的绳子是清楚的。因此左图事实上是轮1同时驱动轮4和轮2运动，使得轮4和轮2各自具有动力。轮4的绳子是拉水桶上来，那么轮2的绳子就应该是拉水桶下去。轮6上亦应有两条绳子垂下来，一条绳子连接轮4，一条绳子连接轮2。但是连接轮2的绳子亦被右边的立柱挡住了。由于左图中总有一条绳子为紧绷承受力量，所以水桶上升和下降均有动力。但仅仅解决水桶下降的问题还不够。由于绳子使用时间长了会被拉伸变形，导致绳子过长而无法紧紧勒住轮6，导致轮6打滑。所以此时就需要调整轮2和轮4的转速为不同步，从而可以勒紧绳子，解决轮6打滑问题。一旦绳子勒紧后，再恢复轮2和轮4的转速为同步。因此就需要使用变速轮。图左的轮5恰好就是一个变速轮，轮5上有一大一小两圈齿轮。变速轮5是对图中轮4被遮挡部分的描述，表示轮4是一个变速轮，不是说真有轮5孤零零地搁在那儿。后面我们将会看到，这是中国机械制图中，对被遮挡部分机械机构的通用表达方式。当然，仅仅一个变速轮4尚不能实现从轮1到轮4的运动方向的改变，但在《奇器图说》的本图之前不远处就是运动转向齿轮结构。见图2：
图2 耶元1627年，《奇器图说》：引重第二图
图2就是转向齿轮的复杂机械结构。所以随即来转重第一图是很自然的。
变速轮5的作用还不仅仅是使得轮2和轮4不同步来勒紧绳子。轮2亦是变速轮5的结构，如果轮2和轮4同时变速，则整个机械的运动速度就可以改变。因此当提升水桶重物时，可以用慢档，放下空桶时，可以用快档。图1左边的机械装置可以换档变速，这样可以大大提高工作效率。而图1右边的轮K，并非变速轮，并且居然还在地上有影子，这说明图形绘制者认为它就是孤零零地搁在地上的。显然图形绘制者完全没有理解轮K是拿来干什么的。
再看图1左边的轮1，其上的齿比图1右边的轮B的齿要稀疏得多。原因在于，由于轮子磨损、绳子在轮子上缠得不均匀等因素，释放绳子的轮子与拉动绳子的轮子之间并不一定能保持完全同步。倘若拉动绳子过快而释放绳子过慢，而两个轮子的动力又都来自于曲柄，那么就会出现拉不动绳子、曲柄被两边的齿轮咬～死的情况。所以图1左边的轮1上的齿相对稀疏，就是为了使得相互咬合的齿轮之间可以有一定的冗余空间，不至于咬～死齿轮。而图1右边的轮B的齿轮很密集，与轮C的齿轮紧紧咬住，就容易咬～死。当然，实际上图1右边的的系统中只有拉桶的动力而无放桶的动力，所以实际上不会出现齿轮咬～死的问题。
在作者充分理解原理的前提下，亦可能出现某些绘制错误，但这种绘制错误是笔误，很容易看出来。而图1右边图形的绘制错误，显然是作者完全没有理解系统中各个部件的功能，亦不清楚在实践中如何才能实用，所以凭借纸上谈兵的想当然，来抄袭图1左边的图形。图1左边图形中所体现出来的实践微妙之处，是超越理论的，但又是不可缺少的。这使得图2右边的作者无法完整地抄袭。
因此，只可能是图1右边的作者抄袭图1左边的图形，而不可能是图1左边的原作者抄袭图2右边的图形。其实，只看单个部件的功能复杂性亦可以判断：将变速轮5抄袭成轮K是可能的，但将轮K抄袭成变速轮5则是不可能的。
可以看到，在1588年《奇异精巧的机器》整本书中，以上错误是普遍性的。见图3：
图3 耶元1588年《奇异精巧的机器》
