张衡的地动仪只是传说吗

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倪微微333
来自文化艺术类芝麻团 2017-06-10
倪微微333
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在西方科学史中,人类真正开始以仪器观测地震的历史,要从19世纪算起。然而距今1800多年前,中国东汉博物学家张衡制造了候风地动仪(古时称地震为地动),它非常神奇,可以检测到地震发生的方位,被誉为世界上第一台地震检测仪器。这一直被认为是中国古代科学的伟大成就。

神奇的地动仪
公元78年,张衡生于河南南阳,为当地大姓豪绅子弟。他自幼聪敏好学,游历多地,在文学、算学、天文、地理、机械制造等方面都颇有建树。公元112年,34岁的张衡经举荐入京,进入朝廷做了郎中,后升迁至太史令,主要观测天象、编订历法(东汉太史令不担负修史职分)。在此期间,他改进并重造了一台浑天仪,以水驱动而演示天象;他还著书立说,写了中国第一本描述天体运行的书《灵宪》,提到月亮本身不发光,只是反射太阳光而已,并解释了月食的成因,这种解释即使在今天也非常科学。
张衡发明候风地动仪的故事记载在《后汉书》里,根据记载,这个地动仪发明于公元132年,用精铜铸成,形似酒樽,直径约2米,周身刻以山龟鸟兽的篆文,作为装饰形象,内部则是“中有都柱,傍行八道,施关发机”。这八道分别对应八个方位,每个方位均对应一条口含铜珠的龙首,龙首下方各有一只张着大嘴的蟾蜍与其对应。任何一方如有地震发生,该方向龙口所含铜珠即会掉下,落入蟾蜍口中。由此,人们便可知哪里发生了地震。
张衡时任太史令,他发明了这台精妙的仪器后,就命名为候风地动仪,字面上理解就是“以风观测地动的仪器”,或者可理解为“地震的风标”。当时,人们相信地震与空气运动有关,与上天的启示有关。张衡就认为地震是上天启示“天子”的征兆,用来警告朝廷失政,奸臣弄权,那么检测地震自然就能警示朝廷,匡正社稷。
这种看法与中国传统观念息息相关。“平天下”是所有士子的终极目标,征战沙场,求学为官,以及技艺发明都为此目标而服务。所以,张衡发明地动仪主要目的不是测量地震,而是为了通过自然灾难来警告朝廷。
《后汉书》还记载道:曾经有一条龙的铜珠突然掉下,落入蟾蜍之嘴,然“地不觉动”,洛阳的朝臣们因此觉得地动仪不足信,但是几天之后,一骑快马驶入京城(洛阳),消息送达,果然陇西(今甘肃省内,距洛阳700千米)发生了地震,于是众人都服其神妙。

?地动仪只是传说?
然而,这个地动仪的原理究竟是什么,史书上也记载不详,导致一些科技史专家对其是否真的存在过产生怀疑。
关于地动仪的全部描述,《后汉书》仅仅用了196个字,其中关于外观的描述占据了很多篇幅,而描写内部构造的,却只有几个字。“中有都柱,傍行八道,施关发机”基本就是地动仪的内部构造了。在这个结构中,最关键的部分是中间那根柱,它最先感受到地震波,然后经过一系列力学传导,最终“施关发机”触动龙嘴,从而掉落铜珠。科学家推测,这根柱必定是一个非常灵敏的摆。当远处的地震波传来,轻微的震感连人尚且感觉不到时,什么样的机械构造使得这根摆能感觉得到,并且有足够的能量触发机关?它灵敏到了什么程度?这是对地动仪机械构造的疑惑,至今没有答案。
另外一个疑惑,就是关于地动仪检测陇西地震的实例。《后汉书》作者是范晔,写于公元440年左右(南北朝初期),此时东汉早已灭亡,张衡也已去世300年了。《后汉书》问世之前,关于此次地震检测的记录,不见于其他任何史料。《后汉书》的参考资料大部分来源于《续汉书》,这部书写于公元300年左右。作者司马彪在《续汉书》记载了地动仪的构造,但关于检测陇西地震的记录,却丝毫不见。
《后汉书》在记载地动仪神奇预测陇西地震之事时,并未提到具体年份。根据文献记载,在公元132—139年间中国共发生过7次地震,其中138年在陇西发生了一次破坏性的大地震,很多学者以为地动仪检测到的就是这次地震。但当时洛阳也具有强烈的震感,并不是《后汉书》所说的那样,洛阳“地不觉动”,地动仪检测的显然不是指这次地震。
另有学者提出,公元134年陇西也发生过一次震级不算大的地震,恰是这次地震,京都洛阳没有震感,却被地动仪检测到了。只是,这次地震并无文献明确记载,学者是根据《后汉书》间接推测出来的。这唯一的一次实例究竟是真实的还是范晔虚构的,只能存疑。
第三个疑惑,就是今天复制的地动仪没有一个对地震有反应。在中国,著名的古代科技史学家王振铎分别于20世纪30年代和50年代,利用不同的机械原理,复制过两个候风地动仪,但这两个地动仪对检测地震没有丝毫反应。1976年中国发生了毁灭性的唐山大地震,造成数十万人死亡,震感极其强烈,北京都能明显感觉到。当时王振铎复制的第二个地动仪就放在北京,但它对唐山大地震没有丝毫反应。
2005年,在退休的地球物理学家冯锐领导下,中国科学院研究团队再次复制出一个候风地动仪,现在陈列于北京科技馆,向公众展出。但是,它仍然没有检测到一次地震,包括2008年四川汶川大地震。
在英国,伦敦自然历史博物馆也收藏了一个候风地动仪,这是借鉴王振铎,在其第一个地动仪的基础上,由英国广播公司电视节目组于20世纪70年代制造的。同样,这个地动仪也没有检测到一次地震。当然,这或许不太意外,毕竟英国很少发生地震。
然而,这表明关于地震的独特发明,不仅使中国人着迷,也使世界其他国家的人着迷,那么这是否也表明,恰恰是这种着迷,使地动仪“诞生”并广为流传呢?
从历史上看,神秘的地动仪成了张衡永久而辉煌的“遗产”,但它始终是个谜。一方面,纵观整个中国历史,关于地动仪及其检测地震的记载仅此一例,之后它就消失在历史的长河,无影无踪。另一方面,现代地震学家对地动仪的机械原理及其构造,至今无法达成一致意见。也许,张衡的地动仪仅仅是个传说。

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