張衡的地動儀只是傳說？

沈慈七

在西方科學(xué)史中，人類真正開始以儀器觀測地震的歷史，要從19世紀(jì)算起。然而距今1800多年前，中國東漢博物學(xué)家張衡制造了候風(fēng)地動儀（古時稱地震為地動），它非常神奇，可以檢測到地震發(fā)生的方位，被譽為世界上第一臺地震檢測儀器。這一直被認(rèn)為是中國古代科學(xué)的偉大成就。

神奇的地動儀

公元78年，張衡生于河南南陽，為當(dāng)?shù)卮笮蘸兰澴拥堋Ｋ杂茁斆艉脤W(xué)，游歷多地，在文學(xué)、算學(xué)、天文、地理、機(jī)械制造等方面都頗有建樹。公元112年，34歲的張衡經(jīng)舉薦入京，進(jìn)入朝廷做了郎中，后升遷至太史令，主要觀測天象、編訂歷法（東漢太史令不擔(dān)負(fù)修史職分）。在此期間，他改進(jìn)并重造了一臺渾天儀，以水驅(qū)動而演示天象；他還著書立說，寫了中國第一本描述天體運行的書《靈憲》，提到月亮本身不發(fā)光，只是反射太陽光而已，并解釋了月食的成因，這種解釋即使在今天也非?？茖W(xué)。

張衡發(fā)明候風(fēng)地動儀的故事記載在《后漢書》里，根據(jù)記載，這個地動儀發(fā)明于公元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(nèi)部則是“中有都柱，傍行八道，施關(guān)發(fā)機(jī)”。這八道分別對應(yīng)八個方位，每個方位均對應(yīng)一條口含銅珠的龍首，龍首下方各有一只張著大嘴的蟾蜍與其對應(yīng)。任何一方如有地震發(fā)生，該方向龍口所含銅珠即會掉下，落入蟾蜍口中。由此，人們便可知哪里發(fā)生了地震。

張衡時任太史令，他發(fā)明了這臺精妙的儀器后，就命名為候風(fēng)地動儀，字面上理解就是“以風(fēng)觀測地動的儀器”，或者可理解為“地震的風(fēng)標(biāo)”。當(dāng)時，人們相信地震與空氣運動有關(guān)，與上天的啟示有關(guān)。張衡就認(rèn)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(quán)，那么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(tǒng)觀念息息相關(guān)?！捌教煜隆笔撬惺孔拥慕K極目標(biāo)，征戰(zhàn)沙場，求學(xué)為官，以及技藝發(fā)明都為此目標(biāo)而服務(wù)。所以，張衡發(fā)明地動儀主要目的不是測量地震，而是為了通過自然災(zāi)難來警告朝廷。

《后漢書》還記載道：曾經(jīng)有一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，但是幾天之后，一騎快馬駛?cè)刖┏牵尻枺⑺瓦_(dá)，果然隴西（今甘肅省內(nèi)，距洛陽700千米）發(fā)生了地震，于是眾人都服其神妙。

地動儀只是傳說？

然而，這個地動儀的原理究竟是什么，史書上也記載不詳，導(dǎo)致一些科技史專家對其是否真的存在過產(chǎn)生懷疑。

關(guān)于地動儀的全部描述，《后漢書》僅僅用了196個字，其中關(guān)于外觀的描述占據(jù)了很多篇幅，而描寫內(nèi)部構(gòu)造的，卻只有幾個字?！爸杏卸贾?，傍行八道，施關(guān)發(fā)機(jī)”基本就是地動儀的內(nèi)部構(gòu)造了。在這個結(jié)構(gòu)中，最關(guān)鍵的部分是中間那根柱，它最先感受到地震波，然后經(jīng)過一系列力學(xué)傳導(dǎo)，最終“施關(guān)發(fā)機(jī)”觸動龍嘴，從而掉落銅珠?？茖W(xué)家推測，這根柱必定是一個非常靈敏的擺。當(dāng)遠(yuǎn)處的地震波傳來，輕微的震感連人尚且感覺不到時，什么樣的機(jī)械構(gòu)造使得這根擺能感覺得到，并且有足夠的能量觸發(fā)機(jī)關(guān)？它靈敏到了什么程度？這是對地動儀機(jī)械構(gòu)造的疑惑，至今沒有答案。

另外一個疑惑，就是關(guān)于地動儀檢測隴西地震的實例?！逗鬂h書》作者是范曄，寫于公元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?！逗鬂h書》問世之前，關(guān)于此次地震檢測的記錄，不見于其他任何史料。《后漢書》的參考資料大部分來源于《續(xù)漢書》，這部書寫于公元300年左右。作者司馬彪在《續(xù)漢書》記載了地動儀的構(gòu)造，但關(guān)于檢測隴西地震的記錄，卻絲毫不見。

《后漢書》在記載地動儀神奇預(yù)測隴西地震之事時，并未提到具體年份。根據(jù)文獻(xiàn)記載，在公元132—139年間中國共發(fā)生過7次地震，其中138年在隴西發(fā)生了一次破壞性的大地震，很多學(xué)者以為地動儀檢測到的就是這次地震。但當(dāng)時洛陽也具有強(qiáng)烈的震感，并不是《后漢書》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(xué)者提出，公元134年隴西也發(fā)生過一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，這次地震并無文獻(xiàn)明確記載，學(xué)者是根據(jù)《后漢書》間接推測出來的。這唯一的一次實例究竟是真實的還是范曄虛構(gòu)的，只能存疑。

第三個疑惑，就是今天復(fù)制的地動儀沒有一個對地震有反應(yīng)。在中國，著名的古代科技史學(xué)家王振鐸分別于20世紀(jì)30年代和50年代，利用不同的機(jī)械原理，復(fù)制過兩個候風(fēng)地動儀，但這兩個地動儀對檢測地震沒有絲毫反應(yīng)。1976年中國發(fā)生了毀滅性的唐山大地震，造成數(shù)十萬人死亡，震感極其強(qiáng)烈，北京都能明顯感覺到。當(dāng)時王振鐸復(fù)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(yīng)。

2005年，在退休的地球物理學(xué)家馮銳領(lǐng)導(dǎo)下，中國科學(xué)院研究團(tuán)隊再次復(fù)制出一個候風(fēng)地動儀，現(xiàn)在陳列于北京科技館，向公眾展出。但是，它仍然沒有檢測到一次地震，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一個候風(fēng)地動儀，這是借鑒王振鐸，在其第一個地動儀的基礎(chǔ)上，由英國廣播公司電視節(jié)目組于20世紀(jì)70年代制造的。同樣，這個地動儀也沒有檢測到一次地震。當(dāng)然，這或許不太意外，畢竟英國很少發(fā)生地震。

然而，這表明關(guān)于地震的獨特發(fā)明，不僅使中國人著迷，也使世界其他國家的人著迷，那么這是否也表明，恰恰是這種著迷，使地動儀“誕生”并廣為流傳呢？

從歷史上看，神秘的地動儀成了張衡永久而輝煌的“遺產(chǎn)”，但它始終是個謎。一方面，縱觀整個中國歷史，關(guān)于地動儀及其檢測地震的記載僅此一例，之后它就消失在歷史的長河，無影無蹤。另一方面，現(xiàn)代地震學(xué)家對地動儀的機(jī)械原理及其構(gòu)造，至今無法達(dá)成一致意見。也許，張衡的地動儀僅僅是個傳說。