王振铎复原的“张衡地动仪” 5月底，吉林松原发生的5.7级地震引起了各方的关注。在抗震抢险的同时，有关地震预报的话题，自然有多了起来。很多人想起了1800年前张衡发明的“地动仪”，也进一步关注由此而引起的各种争议。 一、史书中的记载 对地动仪存在的记录仅见于西晋文人范晔所著《后汉书·张衡传》中，据此书记载，“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，……乃知震之所在。”“尝一龙机发而地不觉动，京师学者咸怪其无征，后数日驿至，果地震陇西，于是皆服其妙。” 可惜的是，张衡于公元132年制造出的这个地动仪，仅在公元138年记录了一次陇西地震后，“地动仪”就仿佛一阵烟尘般，消失在历史的深壑，再也没有音讯了。不仅没有后续地震预报的记载，连这台地动仪本身的也不见了踪影。 二、教科书中张衡地震仪的由来 我们在教科书中所看到的“张衡地动仪”，其实并不是张衡所造，是上世纪50年代由考古学家王振铎根据自己的理解所制造的。 《后汉书·张衡传》中有关张衡地动仪的描述，只有区区196字，语意模糊。大意是说这个地动仪像一个酒樽，内部有一个细长竖直的杆直立在正中间，地震时，这根直杆会倒向地震的方位，击落那个方位的龙首，龙口就会张开，吐出一颗铜丸，正落在下面的铜青蛙的口中，于是观察者就会判断出哪个方位发生了地震。 1934年，燕京大学研究生院历史专业的学生王振铎诞生了复原史书中记载的张衡地动仪的念头，他认真地研究了史书的记载，在1936年，画出了第一套自己复原的地动仪模型图稿。 
王振铎绘制的原理图 新中国诞生之初，为了弘扬中国古代灿烂文化，国家要求复原一批代表古代文明的器物作为陈列和宣传之用。王振铎接到的任务中，包括张衡地动仪和司南。他在借鉴他人研究的基础上，根据后汉书中“中有都柱”的记载用了一年时间，于1951年设计并复原出1：10比例的木质“张衡地动仪”模型。次年，《人民画报》对这尊模型的成功复原进行了图文并茂的报道。报道清楚地写明：“可惜张衡这一重要发明早就失传了，隋朝时科学家临孝恭尚写有一部《地震铜仪经》，也未能传流下来。”在文章的最后，还用一个段落写道：“这里介绍的这个模型，是我们在1951年设计完成，主要是根据《后汉书·张衡传》的记载，及考古材料而复制的。” 王振铎自己也没有想到，这项为新中国献礼的作品，教育并激励了几代中国人，还承担了发展对外友好的使命，数次走出国门展出。 “张衡地动仪”被编入全国中小学教科书，在历次修订中，都没有提及这是后人根据文献和自己的理解复原的概念模型，一代代教师和学生就这样认为课本上的图片就是当年的张衡地动仪。 三、相关质疑 自从张衡地动仪被王振铎复制出来之后，有关质疑的声音就一直络绎不绝。 从1969年开始，日、美、荷、奥等国地震学界发表了一系列的措辞严厉的论文。1972年，日本学者关野雄用计算否定了直立杆原理，接下来，荷兰的斯莱斯维克、美国人赛维于1983年也提出王氏模型不能成立，并从根本上否定了直立杆原理。 致力于中国科技史研究、并极其推崇张衡发明的英国学者李约瑟则发现了1951年模型与史书的记载不太相符。1984年，美国地震学家博尔特院士指出：“中国目前最流行的地动仪模型工作原理模糊，模型简陋粗糙，机械磨擦大大降低了灵敏度，对地震的反应低于居民的敏感，其作用应予以质疑，而且利用铜丸的掉落方向来确定震中也是不确定的”。 最让人尴尬的还是在这个地动仪曾经在日本的一个博物馆展出，当时很多游客想看一下这个仪器的灵敏度如何，结果中方解说员使出各种办法，就差把地剁出个洞了，这机器纹丝不动，无奈之下只能偷偷拿木棍捅了一下，铜丸才好不容易掉到蟾蜍口中。 不光是外国人质疑，王振铎的老朋友，中国地震学奠基人傅承义院士曾运用大量物理学原理，对王振铎的复制版本各种批判，还说了一句毫不客气的话:“房梁下吊块肉都比你那个模型强！”真是让人尬心四起啊。 奥地利学者雷立柏撰写的《张衡：科学与宗教》一书，更是从哲学的角度否定了张衡，同时否定的是中国东汉时期的科学史。他认为，“对张衡地动仪的迷恋正是华夏科学停滞特点的典型表现”。雷立柏并不了解东汉历史，不知地动仪很可能是毁于东汉后期的战火，所以，用他的观点来解释，地动仪失传的原因，正是因为它不科学、无实用价值，所以根本没有传下去的道理。 四、冯锐的研究 但更多学者相信地动仪真的存在过，因为“如果明确记载的历史都不相信的话，一切历史都会变得虚无”。这些学者认为，王振铎复制的地动仪并不是张衡当年所设计的，所以才有各种问题，被大家所质疑。 那么，张衡的地动仪究竟应该是怎样的呢？ 主要的争议在“中有都柱”这句话上，也就是一仪器中部应该是一根“直立杆”还是“悬垂摆”？前者就像是将酒瓶子倒立放在地上，瓶子倒了就说明地震来了，但研究发现，酒瓶子很容易倒，只要是外界震动就会，而不一定是地震，而且就算倒下，也不知道地震的方位，很难预测。王振铎复制的张衡地动仪就是直立杆原理，按照他的设计，都柱应该有2米之高，直径只能是1.5毫米，只有这样才能符合灵敏度，但现实中这样的都柱根本不可能站起来。冯锐从“圆径八尺”（八汉尺，一汉尺等于23.5厘米）这个范晔留下的数据，做倒推计算，算出都柱的高度，而这个高度只能是一个悬垂摆，而无法是一个直立的杆。 在各方的全力配合下，冯锐所率领的团队在比《后汉书》早的《续汉书》，以及《后汉纪》等七部古籍中找到了更多关于张衡地动仪的记载。196个字的记录，变成了238个字。通过这些文献，冯锐他们算出了张衡地动仪的高度、悬垂摆长度、震荡频率等。与此同时，课题组调来了陇西地震的历次波形图。通过对波形图的计算，证明张衡的地震仪在公元134年的确测到了陇西的地震。张衡地动仪不再是“传说”和“神话”。 
冯锐地动仪的原理图 冯锐和他的团队据此重新复制了张衡地动仪并接受全面检测，经过一星期的连续强干扰实验，没有发现一次误处罚，所有数据准确无误，可以有效检测地震的波长和方位。目前这一新的地动仪在中国科技馆新馆展示。 2010年秋季教改出台以后，按照教学大纲，“张衡地动仪”已不再是历史课本中的内容。人教版历史课本中已拿掉了这一知识环节。 那么，冯锐所复制的地动仪是否就是张衡当年设计的？恐怕也未必，但比原来王振铎设计的相比，应该更加逼近了。 今天已经有了更为先进的技术，对张衡地动仪的复原在实际应用方面意义不是很大，但从科技发展史的角度来看，还是能给我们很多启示的。 |
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