【简介:】张衡地动仪是中国古代科技的代表,入选中小学历史课本,被中国地震局当作标志沿用几十年,是联合国世界知识产权组织总部中的陈列品。
但是,张衡地动仪从来就没有出土过,课本上的照
张衡地动仪是中国古代科技的代表,入选中小学历史课本,被中国地震局当作标志沿用几十年,是联合国世界知识产权组织总部中的陈列品。
但是,张衡地动仪从来就没有出土过,课本上的照片只是考古学者王振铎(1912-1992年)于1951年设计的模型,设计所依据的是仅仅是《后汉书·张衡传》中196个字的描述,现在的课本已经增加了“模型”两字。
对张衡地动仪的复原研究早已有之,早期的有1875年的日本人服部一三、1883年的英国人米尔恩等人。王振铎是较早的国内研究者,也是较有影响力的一位,他所复原地动仪的核心原理是“直立杆”。
“直立杆”原理如下图所示,中间有个直立的杆子,地震时的震动会令其倾倒,然后触动某一个方向的开关,这跟人们在家里地板上倒立一个啤酒瓶报告地震是一个道理。
但这种“直立杆”有两个致命的问题,一是方向没准,这跟地动仪能判定地震方位的说法相悖;二是不能筛选出地震的震动,如果地动仪敏感到能检测出远处地震的极微弱震动,甚至人们没有感觉时就能触发(这是古籍的说法),那地动仪附近的脚步震动,略远处的打夯等都应会触发地动仪动作。
“直立杆”结构早在18世纪就已经被严格的地震学计算、实验室试验和地震检验所淘汰,它根本就不具有可行性。
张衡地动仪研究专家、中国地震局地球物理研究所冯锐研究员在文中说到“对这个普遍宣传的测震直立杆,主管单位和设计人居然在几十年间从来没有做过一次科学实验去检验,便列入我国中小学课本中一代又一代昏昏昭昭地讲了半个多世纪,讲者与听者实际上都是处于一种似是而非的满足、似明又暗的迷茫中,背离了科学实践的基本原则。
为了演示测震效果,近年来的一些单位甚至发展到在模型内部安放电器和弹簧结构来造假,难怪有的老师惊呼:不知道成千上万的教师是如何讲解地动仪的。”
中国地震学奠基人傅承义院士曾在1976年当面告诉王振铎先生,称他的设计有致命错误,英国李约瑟院士、美国地震学家博尔特院士、日本地球物理学家力武常次等都撰文批评了这个模型。 直立杆模型在学术界已经被彻底推翻了,死得透透的了,但它依然在课本上坚挺地存在着。
2003年10月,冯锐研究员牵头组织了9个单位的地震学家、历史学家、考古学家、自动化学家、美术家的专题研究组,经过5年的研究,设计出了一个新的复原模型。与王振铎的“直立杆”原理不同,冯锐研究员采用是是“悬垂摆”原理,简单地说,“直立杆”相当于倒立的啤酒瓶,而“悬垂摆”相当于家里的吊灯。
“悬垂摆”对人们的脚步和打夯等垂直震动不敏感,对地震的横向波动敏感,它的抗扰性能更好,在验震方面比“直立杆”更科学。冯锐团队在研究“悬垂摆”模型时使用了大量“剪切性力源”等现代科学概念和方法,终于做出了新模型。
据说做过实验,在震台上人为设置震动,某方向的珠子会掉下来,但后来经历过多次地震,却从来没有真的起过一次作用。
事实已经非常清楚,张衡地动仪只是个不靠谱的传说。历史上的张衡有4篇涉及日食地震的文章,全部是用“妖星见于上,震裂着于下,天诫详矣”的占卜观进行解释的,为此主张“明烽火,远斥候,深藏固闭,无令谷畜外露”以“取媚神祇,自求多福”。
当年地动仪问世后,张衡多次上书借“上天惩诫”之凶兆议论朝纲,强调对地震要遵从礼制、祭天祀地,迫使顺帝京师地震后的次日首次下罪已诏,并且连续两年罢免了四位高官 。张衡对地震的权威解读权和对皇帝的巨大影响力,令朝廷官员对他非常恐惧和嫉恨,张衡后来被排挤最终失势。
我们的祖先智慧勤劳,留下了璀璨的文明和历史,张衡无疑是他所在年代非常智慧的人,他的神鬼观是历史的局限,我们后人当然不能跨越时空去嘲讽古人,但也不必对古人盲目崇拜,甚至到了迷信的地步。
当代中国人也同样智慧勤劳,这些年的迅猛发展早已经令世人刮目,根本不必靠那些似是而非的中国古代科学找自信,实事求是才是最大的自信。
首先需要说明的是,目前为止张衡地动仪的真品原件是不存在的。从张衡生活的东汉到现在将近两千年,张衡地动仪的原件没有能够穿越时光被保存下来也是可以理解的事。所以现在博物馆的展品应该说是仿制品,连复制品都算不上,因为并不能完全清楚张衡地动仪的工作原理。仿制者按照自己的理解去研究生成,那就不能叫作“张衡地动仪”。
张衡地动仪是否有存在的真实性?首先,《后汉书*张衡列传》里关于张衡地动仪的记载,提到“阳嘉元年,复造候风地动仪。以精铜铸成,员径八尺,合盖隆起,形似酒尊,饰以篆文山龟鸟兽之形。中有都柱,傍行八道,施关发机。外有八龙,首衔铜丸,下有蟾蜍,张口承之。”这是关于张衡所造的“侯风地动仪”的具体描述,主要描绘的是外形,非常细致。但关于地动仪的工作原理并没有详细解释,只说“牙机巧制,皆隐在尊中”。地动仪的作用效果也讲到了,“如有地动,尊则振龙机发吐丸,而蟾蜍衔之。”
《后汉书》说得很清楚,候风地动仪能感知有地震的方向,仅仅是感知。并说地震级别的大小在地动仪报警时有什么不同。如果仿制者照样画葫芦地做了一个自以为和史籍描写外形一样的仪器就说复杂了地动仪,而这个复原的地动仪在感知上有问题或是测不出震级大小,这些都要怪罪到张衡身上,这是不公平的。
史籍对张衡地动仪的记载也不是孤证。魏晋南北朝时期的几种史书都有这个记录。西晋司马彪《续汉书》、东晋袁宏《后汉纪》、南朝宋范晔《后汉书》都有关于地动仪的记载。
另外,能证明张衡地动仪存在的正是中国古代的科技发展史背景。地动仪不是凭空出现的,它存在的基础就是古代对于天、地、宇宙等概念很早就开始探索,并一步步加深了解。比如《列子》里记载的那个“杞人忧天”的故事。表面上看起来是一个战国思想家在讲一个小国的国人去忧虑那些与他无关的不切实际的事,而从侧面则正好证明了中国古代很早就有了天、地的意识并开始探索。
故事里的“杞国”是个很古老的方国,从上古三代的夏一直到战国,延绵的时间很长。杞国地处河南,国君姒姓,传说是大禹后人。故事里的杞国人担心“天地崩坠”,并为此忧虑得吃不下饭、睡不着觉。这个“天地崩坠”真的是无聊多余的担心吗?难道这里面没有地震的影子?
张衡所生活的时代已经有关于天文的探测。现存的“灵台故址”就是东汉时期的国家天文台。也许是因为天命说流行,中国古代关于天文观测、天象记录的例子非常多。
张衡自己就是曾经在东汉掌管天文的官员,他自己写过一部天文学著作《灵宪》,用以论述宇宙生成和演化的思想。他甚至能测量计算出太阳、月亮的视直径。
对于地震的研究只是张衡的研究项目之一,这个研究是建立在他精通天文学、数学的基础上。而自己制造仪器这也是张衡的强项,比如指南车、记里鼓等。与张衡同时代的崔瑗说他“数术穷天地,制作侔造化”。