黃履莊

明末清初，西方的一些機械製造原理和日用技術傳到中國，引起士人和手工藝人的極大興趣。在《虞初新志》所記載的大量畸人異事中，有很多能工巧匠。其中年輕的發明家黃履莊，能夠製作很多諸如聚光鏡之類的“奇器”。他之所以能夠有這麼些發明創造，固然與他心靈手巧有關；同時，為他作傳的戴榕也承認，由於他“聞西泰幾何比例輪捩機軸之學，而其巧因以日進”（《黃履莊小傳》）。 ^[1] 

黃履莊從小聰明能幹，喜歡動手製作。七、八歲讀私塾時，他曾雕鑿了一個內含機巧的小木人，這個小木人放在桌子上，只要將桌子一邊抬高，它就能沿着斜面一步步走下來。揚州是當時的對外通商口岸，黃履莊能夠比較方便地看到歐洲傳教士寫的一些科技著作，他從中學到了不少幾何、代數、物理、機械等方面的知識；另外，黃履莊的性格比較沉穩，平時喜歡獨坐靜思，遇到難題，經常廢寢忘食地深入思考，直到把難題想通為止，這些主客觀因素對黃履莊提高創造發明能力都有很大幫助。

據《虞初新志·黃履莊傳》的記述，28歲以前，黃履莊已發明了相當多的機械器具，皆構思巧妙，令人歎為觀止。他為此專門寫了一本《奇器目略》，記錄了自己的一些科技發明，但是，黃履莊的生平事蹟很少見於文獻記載，有關他28歲以後的事蹟人們基本上一無所知。更遺憾的是，他的科技發明沒有流傳下來，他寫的《奇器目略》一書也失傳了，僅其表兄在寫《虞初新志》時，從《奇器目略》裏“偶錄數條，以見一斑”，選出27種機械器具的名稱，寫進了黃履莊的傳記；另外清代吳陳琬的《曠園雜誌》也有黃履莊發明機械狗的記載，這些就是關於他的一些主要史料。然而僅僅這些資料也足以使黃履莊作為一位傑出的天才發明家，在我國古代科技創新史上佔有突出的地位。

自春秋戰國以來，中國就是一個車輛王國。清朝康熙年間，黃履莊潛心研製了自行車。《清朝野史大觀》記載：“黃履莊所制雙輪小車一輛，長三尺餘，可坐一人，不須推輓，能自行。行時，以手挽軸旁曲拐，則復行如初，隨住隨挽日足行八十里。”由此可見，他製造的自行車，前後各有一個輪子，騎車人手搖軸旁曲拐，車就能前進，這是史料最早記載的自行車。

黃履莊以後大約100年，法國人西夫拉克1790年才製成了木製自行車，這輛自行車沒有驅動裝置和轉向裝置，坐墊低，人騎在車上兩腳着地向後用力蹬，車子才能沿直線前進。另外據稱，1801年俄國農奴阿爾塔莫諾夫製造了與西夫拉克車相似的木製自行車，還騎到莫斯科向沙皇亞歷山大一世獻禮，為此，亞歷山大一世下令取消了阿爾塔莫諾夫的奴隸身份。世界上推廣應用的自行車是1816年開發出來的，那一年德國人德萊斯製造了帶車把的木製兩輪自行車，並申請了專利。

綜上所述，黃履莊是自行車最早的發明者，而發明自行車也是康乾盛世的揚州在科技創新方面領先國內外水平的一個重要標誌。

早在漢代我國就有用羽毛、木炭測量濕度以預測降雨的實例。1683年黃履莊製作成功了第一架利用絃線吸濕伸縮原理的“驗燥濕器”，即濕度計。它的特點是：“內有一針，能左右旋，燥則左旋，濕則右旋，毫髮不爽，並可預證陰晴。”黃履莊發明的“驗燥濕器”有一定的靈敏度，可以“預證陰晴”，具有實用價值這和歐洲虎克發明的輪狀氣壓表的原理相似，驗燥濕器可以説是現代濕度計的先驅。

黃履莊的另一個發明是“驗冷熱器”，即温度計。據記載，“此器能診試虛實，分別氣候，證諸藥之性情，其用甚廣，另有專書。”只是驗冷熱器的“專書”和實物都已失傳，我們難以判斷其具體原理和結構，估計是氣體温度計之類的裝置。

黃履莊還發明瞭“瑞光鏡”，這種瑞光鏡可以起到探照燈的作用。在我國，明末就有此類的記載，黃履莊的發明，對其有很大改進，他大大增加了凹面鏡的尺寸，最大的直徑達五六尺。《虞初新志·黃履莊傳》記載道：“製法大小不等，大者五六尺，夜以燈照之，光射數里，其用甚巨。冬月人坐光中，遍體升温，如在太陽之下。”由於當時只能是蠟燭和太陽光之類的光源，凹面鏡的口徑大，它所能容納的光源也就大，這就使得人們可以提高光源強度，這樣經過反射形成平行光以後，照在人身上就有“遍體生温”的感覺，亮度也大大增加了。歐洲人1779年才製成類似器物，比黃履莊又晚了近百年。

黃履莊是一位完全可以和愛迪生相媲美的發明家，他製作的奇器五花八門，比如：顯微鏡、千里鏡、望遠鏡、取火鏡、臨畫鏡、多物鏡、驅暑扇、龍尾車（提水機械）、報時水、瀑布水等等，運用的知識涉及到數學、力學、光學、聲學、熱力學、材料學等多種學科。以“臨畫鏡”和“縮亮鏡”為例，當時曾有人進行描述：“千里鏡於方匣布鏡器，就日中照之，能攝數里之外之景，平列其上，歷歷如畫。”為了發明這些機械，黃履莊特地製造了性能很好的彈簧，這些彈簧的性能雖好，但起初製造速度並不很快，為此黃履莊又造了一台專門生產彈簧的設備，能夠批量製造彈簧，揚州附近的工匠聞訊紛紛前來索要，黃履莊十分慷慨，將彈簧免費贈送給他們。有了大批高質量的彈簧，黃履莊又能發明更多的奇器。

黃履莊的奇器發明不僅轟動了揚州城，而且遠近聞名，消息一直傳到了安徽宣城梅文鼎的耳裏。梅文鼎是清代最著名的大數學家，大學士李光地曾邀請梅文鼎到北京住在自家府中，並且向梅文鼎學習數學、天文知識，後來經李光地推薦，康熙皇帝召見了梅文鼎，在南巡的龍舟中君臣二人連續三天談論數學、天文，康熙還親書“績學參微”四個字表彰梅文鼎的研究工作和不凡造詣。就是這麼一位大數學家聽到黃履莊許多發明奇器的傳説，起初他也將信將疑，於是決定親自到揚州登門拜訪以探虛實。一天他來到黃履莊的家門口，剛舉手敲門，門邊的一條狗突然原地站起來朝他大叫，梅文鼎不知所措，這時門內響起了腳步聲，開門的是黃履莊，只見他拍拍狗的頭部，又在狗身上撥弄了一下，看門狗乖乖地躺下，也不再大聲吠叫了，梅文鼎大吃一驚，仔細一看問黃履莊：“這不是真狗吧？”“這是我特製的木狗，有人來敲門就會站起來發出像真狗一樣的叫聲。”黃履莊答道。梅文鼎頓時大開眼界，對黃履莊如此精巧的奇器發明十分讚賞。

除了梅文鼎而外，總不斷有人慕名前來拜訪黃履莊，黃履莊不僅熱情接待他們，還常把自己製作的一些奇器送給親朋好友，這也是他發明的奇器非常可惜地沒有保存下來的一個原因。

黃子履莊，予姑表行也。少聰穎，讀書不數過，即能背誦。尤喜出新意，作諸技巧。七八歲時，嘗背墊師，暗竊匠氏刀錐，鑿木人長寸許，置案上能自行走，手足皆自動，觀者異以為神。十歲外，先姑父棄世，來廣陵，與予同居。因聞泰西幾何比例輪捩機軸之學，而其巧因以益進。嘗作小物自怡，見者多競出重價求購。體素病，不耐人事，惡劇嬲，因竟不作，於是所制始不可多得。

所制亦多，予不能悉記。猶記其作雙輪小車一輛，長三尺許，約可坐一人，不煩推輓能自行；行住，以手挽軸旁曲拐，則復行如初；隨住隨挽，日足行八十里。作木狗，置門側，卷卧如常，惟人入户，觸機則立吠不止，吠之聲與真無二，雖黠者不能辨其為真與偽也。作木鳥，置竹籠中，能自跳舞飛鳴，鳴如畫眉，悽越可聽。作水器，以水置器中，水從下上射如線，高五六尺，移時不斷。所作之奇俱如此，不能悉載。

有怪其奇者，疑必有異書，或有異傳。而予與處者最久，且狎，絕不見其書。叩其從來，亦竟無師傅，但曰：“予何足奇？天地人物，皆奇器也。動者如天，靜者如地，靈明者如人，賾者如萬物，何莫非奇？然皆不能自奇，必有一至奇而不自奇者以為源，而且為之主宰，如畫之有師，土木之有匠氏也，夫是之為至奇。”予驚其言之大，而因是亦具知黃子之奇，固自有其獨悟，非一物一事求而學之者所可及也。昔人云，天非自動，必有所以動者；地非自靜，必有所以靜者。黃子之奇，其得其奇之所以然乎？

黃子性簡默，喜思，與予處，予嘗紛然談説，而黃子則獨坐靜思。觀其初思求入，亦戛戛似難，既而思得，則笑舞從之。如一思礙而不得，必擁衾達旦，務得而後已焉。黃子之奇，固亦由思而得之者也，而其喜思則性出也。

黃子生丙申，於今二十八歲，其年月日時，與予生期毫髮無異，亦奇也。因附書之。

——選自清人張潮編《虞初新志》