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張衡的地動儀只是傳說嗎

在西方科學史中,人類真正開始以儀器觀測地震的歷史,要從19世紀算起。然而距今1800多年前,中國東漢博物學家張衡制造了候風地動儀(古時稱地震為地動),它非常神奇,可以檢測到地震發生的方位,被譽為世界上第壹臺地震檢測儀器。這壹直被認為是中國古代科學的偉大成就。

神奇的地動儀

公元78年,張衡生於河南南陽,為當地大姓豪紳子弟。他自幼聰敏好學,遊歷多地,在文學、算學、天文、地理、機械制造等方面都頗有建樹。公元112年,34歲的張衡經舉薦入京,進入朝廷做了郎中,後升遷至太史令,主要觀測天象、編訂歷法(東漢太史令不擔負修史職分)。在此期間,他改進並重造了壹臺渾天儀,以水驅動而演示天象;他還著書立說,寫了中國第壹本描述天體運行的書《靈憲》,提到月亮本身不發光,只是反射太陽光而已,並解釋了月食的成因,這種解釋即使在今天也非常科學。

張衡發明候風地動儀的故事記載在《後漢書》裏,根據記載,這個地動儀發明於公元132年,用精銅鑄成,形似酒樽,直徑約2米,周身刻以山龜鳥獸的篆文,作為裝飾形象,內部則是“中有都柱,傍行八道,施關發機”。這八道分別對應八個方位,每個方位均對應壹條口含銅珠的龍首,龍首下方各有壹只張著大嘴的蟾蜍與其對應。任何壹方如有地震發生,該方向龍口所含銅珠即會掉下,落入蟾蜍口中。由此,人們便可知哪裏發生了地震。

張衡時任太史令,他發明了這臺精妙的儀器後,就命名為候風地動儀,字面上理解就是“以風觀測地動的儀器”,或者可理解為“地震的風標”。當時,人們相信地震與空氣運動有關,與上天的啟示有關。張衡就認為地震是上天啟示“天子”的征兆,用來警告朝廷失政,奸臣弄權,那麽檢測地震自然就能警示朝廷,匡正社稷。

這種看法與中國傳統觀念息息相關。“平天下”是所有士子的終極目標,征戰沙場,求學為官,以及技藝發明都為此目標而服務。所以,張衡發明地動儀主要目的不是測量地震,而是為了通過自然災難來警告朝廷。

《後漢書》還記載道:曾經有壹條龍的銅珠突然掉下,落入蟾蜍之嘴,然“地不覺動”,洛陽的朝臣們因此覺得地動儀不足信,但是幾天之後,壹騎快馬駛入京城(洛陽),消息送達,果然隴西(今甘肅省內,距洛陽700千米)發生了地震,於是眾人都服其神妙。

地動儀只是傳說?

然而,這個地動儀的原理究竟是什麽,史書上也記載不詳,導致壹些科技史專家對其是否真的存在過產生懷疑。

關於地動儀的全部描述,《後漢書》僅僅用了196個字,其中關於外觀的描述占據了很多篇幅,而描寫內部構造的,卻只有幾個字。“中有都柱,傍行八道,施關發機”基本就是地動儀的內部構造了。在這個結構中,最關鍵的部分是中間那根柱,它最先感受到地震波,然後經過壹系列力學傳導,最終“施關發機”觸動龍嘴,從而掉落銅珠。科學家推測,這根柱必定是壹個非常靈敏的擺。當遠處的地震波傳來,輕微的震感連人尚且感覺不到時,什麽樣的機械構造使得這根擺能感覺得到,並且有足夠的能量觸發機關?它靈敏到了什麽程度?這是對地動儀機械構造的疑惑,至今沒有答案。

另外壹個疑惑,就是關於地動儀檢測隴西地震的實例。《後漢書》作者是範曄,寫於公元440年左右(南北朝初期),此時東漢早已滅亡,張衡也已去世300年了。《後漢書》問世之前,關於此次地震檢測的記錄,不見於其他任何史料。《後漢書》的參考資料大部分來源於《續漢書》,這部書寫於公元300年左右。作者司馬彪在《續漢書》記載了地動儀的構造,但關於檢測隴西地震的記錄,卻絲毫不見。

《後漢書》在記載地動儀神奇預測隴西地震之事時,並未提到具體年份。根據文獻記載,在公元132—139年間中國***發生過7次地震,其中138年在隴西發生了壹次破壞性的大地震,很多學者以為地動儀檢測到的就是這次地震。但當時洛陽也具有強烈的震感,並不是《後漢書》所說的那樣,洛陽“地不覺動”,地動儀檢測的顯然不是指這次地震。

另有學者提出,公元134年隴西也發生過壹次震級不算大的地震,恰是這次地震,京都洛陽沒有震感,卻被地動儀檢測到了。只是,這次地震並無文獻明確記載,學者是根據《後漢書》間接推測出來的。這唯壹的壹次實例究竟是真實的還是範曄虛構的,只能存疑。

第三個疑惑,就是今天復制的地動儀沒有壹個對地震有反應。在中國,著名的古代科技史學家王振鐸分別於20世紀30年代和50年代,利用不同的機械原理,復制過兩個候風地動儀,但這兩個地動儀對檢測地震沒有絲毫反應。1976年中國發生了毀滅性的唐山大地震,造成數十萬人死亡,震感極其強烈,北京都能明顯感覺到。當時王振鐸復制的第二個地動儀就放在北京,但它對唐山大地震沒有絲毫反應。

2005年,在退休的地球物理學家馮銳領導下,中國科學院研究團隊再次復制出壹個候風地動儀,現在陳列於北京科技館,向公眾展出。但是,它仍然沒有檢測到壹次地震,包括2008年四川汶川大地震。

在英國,倫敦自然歷史博物館也收藏了壹個候風地動儀,這是借鑒王振鐸,在其第壹個地動儀的基礎上,由英國廣播公司電視節目組於20世紀70年代制造的。同樣,這個地動儀也沒有檢測到壹次地震。當然,這或許不太意外,畢竟英國很少發生地震。

然而,這表明關於地震的獨特發明,不僅使中國人著迷,也使世界其他國家的人著迷,那麽這是否也表明,恰恰是這種著迷,使地動儀“誕生”並廣為流傳呢?

從歷史上看,神秘的地動儀成了張衡永久而輝煌的“遺產”,但它始終是個謎。壹方面,縱觀整個中國歷史,關於地動儀及其檢測地震的記載僅此壹例,之後它就消失在歷史的長河,無影無蹤。另壹方面,現代地震學家對地動儀的機械原理及其構造,至今無法達成壹致意見。也許,張衡的地動儀僅僅是個傳說。

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