大唐皇室“暖手宝”香囊 暗藏怎样的千年“黑科技”

　　寒冬已至，古人是如何御寒过冬的？白居易的诗中写道：“拂胸轻粉絮，暖手小香囊”。近日，央视报道称，大唐冬日“暖手宝” 鎏金双蛾团花纹银香囊不仅具有香薰功能，还兼具暖手功能，而且暗藏黑科技。华商报大风新闻记者采访专家，详细揭秘这个香囊背后的千年”黑科技“？

　　法门寺地宫出土一大一小两个

　　用途一样但应用场景并不一样

　　据《法门寺文物图饰》介绍，法门寺地宫共出土唐咸通年间金银器具121件（组），其中多为唐懿宗、唐僖宗父子供养。此外还有高级僧侣、宦官和官员的供奉。过去国内发现的唐代金银器大多物主身份不详或等级偏低，法门寺出土的金银器不但物主身份明确，且大多为皇室用具。因此可以说，它是目前发现的等级最高的唐代金银器。

△唐僖宗供奉于法门寺地宫的鎏金双蛾团花纹银香囊

△法门寺地宫出土的鎏金雀鸟纹银香囊

　　法门寺博物馆讲解员孙笑笑介绍，法门寺地宫出土的银香囊是一大一小两件。

　　其中，大的直径12.8厘米，为鎏金双蛾团花纹银香囊，链长24.l厘米，重547克，是唐代香囊存世品中迄今发现最大的一枚，由唐僖宗供奉于法门寺地宫。小的直径5.7厘米，是鎏金雀鸟纹银香囊，链长17.7厘米，重88克。

　　两件香囊都主要是用来熏香的，但适用场景可能并不一样：小的应是佩戴在身上，大的应当是一种陈设，悬挂于室内、帐内或车内。比如唐代王琚诗作《美女篇》中就写到“屈曲屏风绕象床，葳蕤翠帐缀香囊。”除了熏香在古代也可能会被用来暖手。比如白居易《江南喜逢萧九彻因话长安旧游戏赠五十韵》诗中就写到“拂胸轻粉絮，暖手小香囊”。但若据此解释为就是用来暖手的器物未免牵强。

　　“鎏金双蛾团花纹银香囊并不是全部鎏金，香囊外壁錾刻了上下两排共十簇分布均匀的鎏金团花，每簇团花内有两只飞蛾，没有鎏金的银白色部分是蔓草纹、镂空阔叶纹等草叶花纹，营造出一种意境。可以想象：当香囊悬挂起来，白色的烟气、氤氲的香气袅袅升腾，这时再去看香囊上面的鎏金飞蛾，好像飞在花丛中，还有一种腾云驾雾的感觉，好似修仙一般。由此也可以看出，制造它的古代工匠有着很高的艺术追求。”

　　“物账碑”明确记载“香囊两枚”

　　对照实物和唐人记载发现完全相符

　　法门寺是1987年发掘的。在陕西历史博物馆也藏有一件明星文物——“葡萄花鸟纹银香囊”，1970年出土于西安南郊何家村窖藏。如今它们都被认定为国家一级文物，其精美的工艺令人不由对古人的审美心生敬佩。

　　据悉，除了何家村窖藏，在沙坡村窖藏也发现过香囊，在英国的哈克期美术馆、日本的正仓院也藏有我国唐代的银香囊。不过以前人们不叫它香囊，而称其为“银熏球”。因为人们之前把香囊通常理解为布制、丝制的香包。安史之乱中杨贵妃香消玉殒在马嵬坡，成为太上皇的唐玄宗后来从四川返回长安，命人寻找杨贵妃遗体改葬时，《旧唐书·杨贵妃传》中记载了一段令现代人非常困惑的描述：“肌肤已坏，而香囊仍在”。既然衣物尸骨都一并腐烂了，到底是什么原因香囊却仍能保存完好呢？

　　1987年法门寺地宫考古发掘，发现了一块物账碑，这也是迄今为止中国考古学界首次发现的唐代遗物记账，碑文中明确记载有“香囊两枚”。回头再看唐人释慧琳在《一切经音义》卷七中的记载：“香囊者，烧香圆器也，以铜、铁、金、银玲珑圆作，内有香囊，机关巧智，虽外纵横圆转，而内常平，能使不倾。妃后贵人之所用之也。”这和法门寺地宫出土的两个鎏金银香囊完全相符。人们由此才知道杨贵妃佩戴的是此类金属香囊，这类香囊是当时“妃后贵人”所用之物。所以后来全国其他地方的博物馆都根据法门寺物账碑的记载，把发现的同类“银熏球”改为了“香囊”，更正了此前考古定名的偏差。

　　内藏“常平支架”可保香料不倾洒

　　早在汉代就已有贵族在生活中使用

　　除了精巧的工艺外，这种香囊最令人关注的，是里面藏着的“黑科技”。

△鎏金双蛾团花纹银香囊内部结构

　　孙笑笑介绍，这是唐代流行的一种便携式熏香器，可以悬挂于帏帐、放在被中、藏于衣袖或捧于手中。其结构由两个银质镂空的半圆扣合而成，下半球体中设置了两个轴心线相互垂直的金属环，这种结构在物理学上称为平衡环，在工程上被称为“常平支架”或“万向支架”。最内层的金属环轴心线上，安置了一件半圆形小碗，用于盛放香料。由于互相垂直的各个机环转轴彼此制约，以及小碗重心的影响，合上香囊后，不管球体外面怎样旋转晃动，在重力作用下，最中间的小碗都能带动平衡环与它一起转动调整，使碗面始终保持水平状态，碗内的香料也就不会倾洒出来。

　　而如此神奇的金属熏香器具，早在汉代就已发明。西汉司马相如在《美人赋》中有“于是寝具既陈，服玩珍奇，金鉔（zā）薰香，黼（fǔ）帐低垂”的描述，这其中的“金鉔”，其核心释义是金属制的球形香炉。这种器物主要置于被褥中使用，通过内置旋转机关保持平衡，实现熏香功能，因此也被称为“被中香炉”。汉代文献《西京杂记》记载长安巧工丁缓曾制作此类器物，其“机环运转四周而炉体常平”。司马相如《美人赋》中的记载，正好印证了这种器具在汉代贵族生活中的实际应用。

　　它直接启发后人发明了陀螺仪

　　被广泛应用各个方面各种场景

　　记者查阅资料发现，金属香囊及其平衡原理随“丝绸之路”传入西方后，英国科学家李约瑟称丁缓为“中国传说中的科学家”。尽管在欧洲有明确记载的同类装置出现在16世纪，但普遍认为其技术源头可以追溯到古代中国。

　　1545年左右，意大利数学家、科学家卡尔达诺（Gerolamo Cardano）发明了“卡尔达诺平衡环”（Cardan's rings），这一装置被普遍认为是陀螺仪原理在西方的早期应用，其功能与唐代香囊的平衡原理高度相似。

　　1852年，法国物理学家莱昂·傅科将平衡环中心的小碗换成陀螺，利用陀螺的力学原理和平衡环，构成一种可以用来传感与维持方向的装置，就命名为“陀螺仪”，用于演示地球自转。这是一种基于角动量守恒原理设计的装置，用于感测与维持方向。其结构主要由可旋转的转子和内外环架组成，具备定轴性（旋转时抗拒方向改变）和逆动性（外力作用时转轴沿垂直方向运动）的特性。

　　1904年，赫尔曼·安舒茨和埃尔默·斯佩里设计了世界上首个机械陀螺仪，实现了角速度的精确测量，随后被应用于各类导航与运动控制场景中。

　　20世纪初，陀螺仪开始应用于军事领域，如船舶和飞机的定向指示仪——旋转罗盘和惯性导航系统。20世纪中期，随着惯性导航技术的发展，陀螺仪成为航空和航天器的核心组件。21世纪以来，微机电系统（MEMS）技术进步推动陀螺仪小型化，广泛应用于智能手机、无人机辅助定位和摄像头防抖等领域。

　　如今陀螺仪的应用领域，在军事与航空航天方面，被用于惯性导航系统、导弹制导和卫星姿态控制；在民用设备方面，被用于包括飞机稳定器、智能手机辅助定位（如GPS信号弱时的运动推算）和摄像头光学防抖；在消费电子方面，微型化陀螺仪被应用于无人机姿态控制和虚拟现实设备运动追踪等。

　　万象支架和陀螺仪的区别与联系

　　前者可利用重力保持平衡，后者可利用惯性产生平衡力

　　西安交通大学一位机械研究方面的专家介绍，机械陀螺仪和万向支架（或常平支架）的结构是一样的。但是当平衡环中心的小碗换成陀螺转动起来时，因为运动惯性就有了力的作用，这时当用力去推它就会感受到一个相反反向的力。这种动态平衡力被称为“哥氏力”（或科氏力，即科里奥利力）。而如果平衡环中心的装置是静止的，只是利用重力作用一直保持着不变的姿态，就不会产生动态平衡力了，但这时各层平衡环相对于一直利用重力保持平衡的中心装置会产生相对的转动角度，这时就可以利用这些角度来方向。

　　换句话来说，万向支架结构中心的装置是静态的或动态的用处不同：动态情况下可以利用其围绕轴心高速转动产生平衡力的作用；静态情况下可以用来测方向、角度和位移。比如我国东汉时期张衡继承和发展前人成果而发明的浑天仪，就是利用了万向支架静态核心装置在重力作用下保持姿态不变可以根据平衡环转动情况来测转动角度的原理。张衡的浑天仪又称“漏水转浑天仪”，可以巧妙地展现日月星辰的周日视运动。

　　机械陀螺仪、微机电陀螺仪、激光陀螺仪

　　它们结构不同、原理不同，功能也稍有差异

　　这位机械研究专家介绍，按照陀螺仪制造技术的演化路线大概可以分为三类或三个阶段：机械陀螺仪、微机电陀螺仪、激光陀螺仪（包括光纤陀螺仪）。

　　机械陀螺仪运用最多、最成功的是在飞机和轮船上，早期导航用的都是这种机械陀螺仪。万向支架结构中里面、外面、中间三个环，当外面的环转动时，里面的环受到哥氏加速度影响，从而可以维持自身的平衡。在飞机上运用这个特性，就可以记录下环转动的角度，从而算出来飞机的航程。不论飞机是左拐右拐还是上下起伏，都可以通过这种方式记录航程。然后顺着航程返回，就可以回到母港。如此一来，无论是在天空还是在海洋，飞机、轮船都不会丢失自己的方向。即便是大雾或者是晚上看不见，都可以按照航迹返回。类似机械陀螺仪的高速转子也可以用在轮式机器人身上，当机器人身体快要倾倒时，由于转子的高速旋转，就会有一个纠正到原来状态的力，从而使机器人可以维持稳定姿态。

　　但现在大家都不用机械陀螺仪了，用的是精度更高的微机电陀螺仪（MEMS陀螺仪）。其制造原理、内部结构和万向支架式的机械陀螺仪完全不同，是一种基于微机电系统技术的惯性传感器。其核心功能是检测和测量物体的角速度，已成为现代高精度运动检测和导航系统的核心组件之一。微机电陀螺仪的核心是指甲盖大小的芯片，这个芯片里面完全没有平衡环和转子，只在X、Y、Z三个方向上部署有非常小的振片作为振动传感器。它实际上测的是三个方向的振动，但有了振动就可计算出位移，有了位移就可算出速度，有了速度就可算出加速度，有了加速度反过来就可算出外面的移动速度是多少，也可以知道位移是多少。它应用领域广泛，包括智能手机（实现屏幕自动旋转和手势识别）、无人机（飞行控制系统的姿态稳定）、汽车电子（电子稳定程序ESP和自动驾驶系统的运动感知）、工业设备、机器人导航及虚拟现实设备等。相较于传统机械陀螺仪，其优势是体积小、功耗低、成本效益高。

　　至于激光陀螺仪、光纤陀螺仪，其原理和微机电陀螺仪又不一样了。因光纤里面传输的也是激光，因此也可把激光陀螺仪、光纤陀螺仪共同归为一个技术阶段。它们和微机电陀螺仪功能一样，但具有不同的抗干扰特性，且越来越精密。不过，机械陀螺仪有力的特性，微机电陀螺仪、激光陀螺仪没有力的输出，只能用来搞测量，不能产生平衡力。

　　记者注意到，若只从现代陀螺仪的技术发展来分类，也有专业研究人员认为：一百多年来，随着电子科学、光学、量子科学的发展，陀螺仪技术经历了传统转子陀螺、谐振陀螺、光学陀螺、量子陀螺这四个大的发展阶段。其中，传统转子式陀螺是最早的陀螺仪，利用高速旋转的陀螺具有定轴性和进动性来测量载体的角速度；振动式陀螺仪是基于哥氏效应的一种陀螺仪类型，主要有半球谐振式陀螺仪和MEMS陀螺仪两种；光学式陀螺的理论基础是萨格纳克效应；量子陀螺仪是基于量子力学原理的高灵敏角速度测量装置，目前还在实验研究验证阶段，尚未形成大规模应用。

　　激光陀螺、光纤陀螺属两种技术路线

　　大桥高楼状态监测、全环境导航等都能用光纤陀螺

　　光电子研究专家、北京大学博士伍刚介绍，微机电陀螺仪、激光陀螺仪、光纤陀螺仪是根据近代物理学原理制成的具有陀螺效应的传感器，属于广义上的陀螺仪。因其无活动部件——高速转子，被称为固态陀螺仪。这些新型全固态陀螺仪将成为未来的主导产品。

　　其中，激光陀螺仪1962年问世，20世纪80年代投入批量生产；光纤陀螺仪1976年问世，20世纪90年代投入批量生产。尽管两种陀螺仪都使用激光，但其实属于两种技术路线。相较而言，激光陀螺仪需要超高电压启动、高精度的光学器件加工技术以及严格的气体密封技术；光纤陀螺仪具有体积小、质量轻、精度范围广、功耗小、抗电磁干扰能力强等一系列优点。

　　光纤陀螺仪的应用领域，比如长跨度大桥健康状态监测、高楼倾斜监测、高速列车阻尼控制、机器人平衡等姿态及安全状态测量；油井测斜、地质勘探以及地球北极方位的确定；保证高速行驶的车辆、火车、飞机在进行卫星通讯时天线实时对准某颗卫星；消除地球自转等因素的影响，保证望远镜观测的有效性和连续性等。此外，基于光纤陀螺的导航系统不需要接受任何外界信号，不受天气、室内、地下、水下等任何外界环境的干扰，可实现全天候全环境导航，广泛应用在无人车、自动叉车、隧道挖掘等领域。

　　华商报大风新闻记者 马虎振（文物照片由法门寺博物馆提供）

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