张衡(78年-139年)，字平子，南阳西鄂县人，东汉时期杰出的文学家、发明家、天文学家、数学家、画家、地理学家、政治家，今人尊称为“科圣”。其出身南阳豪门，早年游学三辅，后入洛阳太学学习。先后任职郎中、太史令、侍中等职。发明地动仪、浑天仪、记里鼓车、指南车、瑞轮蓂荚、独飞木雕等。此外还有天文学著作《灵宪》和数学著作《算罔论》。还著有《二京赋》《思玄赋》《归田赋》，俱为汉赋精品，张衡也因此被视为“汉赋四大家”之一。阳嘉三年(134)12月13日，放置于洛阳国家天文台“灵台”的候风地动仪，突然发生异动。地动仪上一条龙机，吐出了口中铜球，随后铜球稳稳落入张嘴向上的铜蟾蜍口中。地动仪身一共有八条悬挂的龙机，分别代表八个不同方位。按照发明者的设想，哪一个方位若发生地震，对应方位的龙机便会吐出铜球。这一次，发动的龙机朝向西北方，因此必然是洛阳西北边发生了地震。 
时值东汉中后期，地震灾害频发。当代学者推测，这是中国历史上地质运动最剧烈的时期之一。从汉和帝永元八年到汉安帝延光四年，仅仅这三十年中，就发生了二十三次较强的地震。汉安帝在位期间，更是每年都有数个郡县或封国发生地震、山崩、地裂等灾害。大地震降临之处，房屋连片倒塌，死伤惨重、哀鸿遍野。 汉代人十分迷信“天人感应”，总觉得地震乃是上天示警，说明皇帝失德，朝廷施政有误。更严重点，说不定还会让老百姓怀疑在位皇帝“天命”成色不足。比如，汉顺帝被迎入宫中继位的当晚，京城和地方十六个郡国就都同时发生地震。地震发生得如此凑巧，怕是连汉顺帝本人都觉得尴尬。 如果朝廷再对灾后处置应对迟缓，百姓便更容易失望不满，长此以往则会动摇东汉的统治。因此及时弄清地震方位，显得非常重要。候风地动仪便在这样的大背景下，被发明了出来。 图：张衡和侯风地动仪雕像 地动仪问世两年，虽被安置于灵台，但期间并无地震发生，终究没有机会试验。此次测出西北有地震，可洛阳一地又并无震感，所以地动仪的效用不免让人生疑。 然而没过几天，陇西驿马来报，该郡果然发生大震，陇西又刚好位于洛阳西北方。自此人们才对发明者的巧思心悦诚服。 候风地动仪作为历史上最早的地震仪，比西方类似发明早了一千七百年。地动仪的发明者，就是被今人尊称为“科圣”的张衡。 在很多人的印象里，张衡已和地动仪深度绑定，就仿佛张衡这辈子就只发明了这一台仪器。但其实张衡文理兼修、博学多思，在辞赋、绘画、天文、数学、机械诸多领域皆有成就，堪称全能鬼才。 在欧洲的文艺复兴时代，涌现出了达芬奇、丢勒、卡尔达诺等一大批百科全书式的大人物，无数头衔都可以同时加在他们身上。而东汉的张衡，和他们比起来毫不逊色，可以说他正是“东方的达芬奇”，也是我们中国的“文艺复兴式巨人”。 图：张衡雕塑 “下笔绣辞，扬手文飞”在19世纪之前，科学家还没成为一项正式职业，因此从事科研几乎都只是出于个人的业余兴趣。也没法得到国家和企业的专项资金支持，只能全凭爱好者的个人财力。所以不难想象，当年要搞科研的人，要么非富即贵，要么本身就要靠着贵族供养。而如果要成为文理兼修的百科全书式通才，更加得有钱有闲，不必为金钱所烦恼、还有大把闲暇时间可以投入到自己感兴趣的领域。刚刚好，张衡就出生于南阳豪门张氏家族，优渥的家庭条件让他不必为生计而担忧。张家很有钱。张衡的祖父张堪，还未成年父亲就去世，继承了大笔遗产，其中他发扬美德让给堂侄的家产就有数百万之多。张氏家族之富裕可想而知。然后，张家不光有钱，还很有地位和名望。众所周知，南阳是东汉开国皇帝光武帝的故乡，而东汉政权早期的基本盘就是南阳豪强家族。张堪和光武帝也是旧相识，也正是在两汉之交的动荡时期，张堪投靠光武帝，受到重用。图：阎立本 历代帝王图卷之二汉光武帝刘秀画像｜图源网络光武帝派大军讨伐割据蜀地的军阀公孙述时，张堪率七千骑兵协助，并出奇计诱杀公孙述，在东汉统一战争中立下了汗马功劳。此后他在北部边郡渔阳郡担任太守，对外让匈奴人不敢进犯，对内让老百姓安居乐业，深受百姓尊敬喜爱。当地百姓甚至专门创作出童谣来赞颂张堪：“桑无附枝，麦秀两岐。张君为政，乐不可支。”如此有钱有名望，所以张堪对钱财这些身外之物，看得十分淡然，不讲究奢侈享受，为官相当清廉。当年东汉大军攻下成都时，仓库中奇珍异宝甚多，张堪全部如实清查记录，自己分文不取。离任成都时，张堪乘的只是一辆破车，带走的也只有一个布包袱。 受祖父的言传身教，张衡逐渐成长为一个智识超群、人格健全、道德高尚的完美青年。他打小学习就很刻苦，少年时就很会写文章。他熟读儒家五经，还喜欢钻研算学、天文、机械制造等，涉猎非常广泛。当然，和汉代大多数文人一样，他年轻时最热衷的当属辞赋，尤其喜爱班固的《两都赋》。古代读书人讲究“读万卷书、行万里路”。不同于只能埋首书斋的穷书生，张衡有厚实的家底支撑，可以四处游学，开阔眼界、增长见闻。十六岁后，他离开家乡南阳，首先来到三辅地区游历。三辅，便是西汉旧都长安一带。虽然两汉之交，长安饱受兵祸之灾，宫殿民舍大多化为瓦砾废墟，但毕竟王气所居、地理位置优越，东汉一统天下后，经过多年经营建设，又渐渐恢复了往昔的富庶繁华。长安为秦、西汉两代首都，积淀深厚、名胜众多，张衡遍访关中古迹，发思古之幽情，平日所读历史仿佛也在眼前鲜活起来。舍此之外，关中大儒名宿甚多，张衡在长安游学两年，也经常登门拜访，与著名学者秉烛夜聊、相谈甚欢。获益良多，不虚此行。随后他转而向东，去往东汉首都洛阳。洛阳与长安齐名，同为千年古都，其始建于西周。周公建城于洛水之北，此为洛阳历史的开端。光武帝定都洛阳，一来洛阳地理位置极佳，四周皆有险关相护，易守难攻；二来其地近于家乡南阳，建都于此有助于巩固东汉基本盘。东汉之时，洛阳新建了南北二宫，殿宇棋布，上应星象，巍峨气派不逊西汉长安诸宫。多少士子勤学苦读，便是希望有朝一日能入宫面见天子，谋得一官半职。然而此时的张衡，对于加官进爵兴趣全无，只有学问本身让他如饥似渴、如痴如醉。到达洛阳不久，凭借张氏家族的声望，张衡获得了进入太学深造的资格。太学是汉代最高学府，相当于今天的清华北大。其始建于汉武帝时期，东汉建立后光武帝重建于洛阳南宫之南。张衡入学时，太学学员已差不多有万余人，几乎都是来自全国各地的青年才俊，可谓英才荟萃。即便如此，张衡也是其中的佼佼者。在太学学习期间，张衡继续专心向学，终于把自己学成了六艺通博的博学之士。尽管他学问远高于他人，但从不骄傲自夸，做人做事都相对比较低调内敛，对于功名利禄也没过多的欲望，自然也少了很多钻营之心。结交朋友全看兴趣是否相投，从不考虑对方能不能给他带来世俗上的利益。
图｜图源网络 汉和帝永元年间，即公元89年到公元105年，张衡被举荐为孝廉。按照汉朝的选官制度，每年各地方郡国，都会向中央推荐孝廉，作为中央储备人才。汉代许多高官，都是从举孝廉开始，正式步入政界。不过这套制度在汉代慢慢演变，孝廉的名额基本上就被地方各大豪强垄断。张衡作为南阳豪门子弟，被举为孝廉自然也在情理之中。举为孝廉者并不会立即授予实职，而是会被朝廷进一步考察，按照能力高低不同，被授予大小不同的官职。张衡被举为孝廉后，多次被三公府征召，但他从不受召赴任。东汉时，三公指的是司徒、太尉、司空，分别主管全国政务、军事及监察，乃是东汉外朝百官之中的魁首。能在三公府中做事，从政的起点很高，前途自然不可限量，这是多少年轻士人梦寐以求的事。然而三公府给他的录用通知，张衡全部不予理睬，倒不是他不识抬举，而是彼时的他，依然只一心向学，对做官并无太大的兴趣。图｜图源网络 延平元年(106)，汉和帝之子汉殇帝，继位不久便夭折，死时不满周岁。因此，作为藩王之子的汉安帝，被当时掌权的邓氏外戚家族迎入宫中，继承大统。不久之后，邓太后的兄长邓骘兄凭妹贵，升任大将军一职，一时间荣宠非常、声势显赫。当时朝政大权，基本把持在邓太后和邓骘这一对兄妹手中。邓骘同样非常欣赏张衡，多次征召，希望他能到大将军府任职，但他同样不肯应召。当然这完全可以理解，张衡出身南阳豪门，不怕得罪邓氏家族；二来张家有钱有地位，财力足以支撑他专心向学，不必像那些穷困的读书人一样，迫于生计，急于入仕。对他们而言，学问知识只是他们上升的阶梯，倒不是他们本身的追求。但对于张衡来说，学问本身，就是他的兴趣所在。但对于天下之事，张衡也不是全然没有任何思考。他游历长安洛阳时，眼见天下承平日久，达官贵人个个都追求奢侈享受，置老百姓的苦难于不顾。于是他开始仿照前辈班固的《两都赋》，写下他此生的代表作《二京赋》，有所讽谏之意非常明显。两都、二京，指的都是长安和洛阳。《二京赋》和《两都赋》题材相似，不过《两都赋》珠玉在前，张衡一心想要写出新意，自然每次提笔便多有踌躇，因此创作时拖拖拉拉，共计花了十年方才完成。达芬奇创作著名画作《蒙娜丽莎》，前前后后也有十六年之久。可见东西方的通才，大抵类似，追求完美主义，几近于的拖延症。张衡这处女作《二京赋》甫一完成，便立即轰动文坛，他也因此得以位列“汉赋四大家”之一，和他的前辈偶像司马相如、扬雄、班固齐名。后人将《二京赋》与班固的《两都赋》相比较，觉得张衡的辞赋气象更为宏大、文辞更为华丽。汉末著名文人、狂士祢衡曾评价张衡说：更难能可贵的是，《二京赋》不仅铺写了宫殿苑台、飞禽走兽，还写下了许多风俗民情。杂技、傩戏、游侠、商贾，百态众生都在其中。因此相比于班固的作品，张衡的辞赋中多了许多平凡人的烟火气。这一点，与张衡深入当地的游历生活是分不开的。在赋作中，张衡还揭露了官僚豪强们的昏庸腐朽，对受苦的黎民百姓充满了同情。他虽出身世家大族，但因为这么多年的游历经验，非常了解民间疾苦，因此立场上多站在普通百姓一方。从某种意义上说，他算得上是背叛了自己的出身。张衡的《二京赋》取材较为现实主义，一反此前汉代大赋多为执政者歌功颂德的惯例，为汉赋发展引入了一股清新的风气，对后世文坛影响深远。尽管因为赋作而声名大振，但张衡并不想成为专研辞赋的司马相如。他兴趣广博，辞赋小道不会永远占用他所有的注意力。很快，他的主要精力就转向了科学和数学领域。 “不耻禄之不夥，而耻智之不博”张衡文名远播，终于传到了邓太后耳朵里。随后，邓太后命令负责人才接待的公车署特召张衡。这一回，不再是大将军的私人征召，而是以东汉朝廷名义的正式征辟，张衡就算再天不怕地不怕，也不可能一如既往地无视。因此他只能应召前往，随后他被朝廷任命为郎中。郎中在东汉时，为尚书台属官。光武帝建立东汉之后，汲取西汉皇帝大权旁落的教训，进一步加强集权，将机密政事从三公手中剥离，交于尚书台处理。此后尚书台地位大大提升，其首脑尚书令成为向皇帝负责的政务总揽，演变为事实上的宰相。所谓“虽置三公，事归台阁”，说的就是这种情况。张衡被安排在如此要害的部门任职，可见当时掌握实权的邓太后，对他的信赖和看重。但对于博学多才的张衡来说，担任郎中未必是他的兴趣所在，所以史书上也没有记载他在此任上有什么事迹和成就。此后，朝廷总算摸清张衡的天赋，任命他为太史令，掌管天文历算。任命正合张衡的心意，可把他高兴坏了。任职太史令期间，他把兴趣和工作结合得很好，每天穷思竭虑，全身心扑在工作上。许多载入史册的伟大发明，都诞生于这一时期。图 ｜图源网络 他发明了一种仪器叫“瑞轮蓂荚”。所谓“瑞轮”乃是月亮的别称，而“蓂荚”则是一种神话中的植物。传说从每月初一开始，蓂荚每天会长出一个荚，到月中便有十五个荚；随后每日又落一荚，如此周而复始、永不停歇。张衡的“瑞轮蓂荚”便是模拟神话中的蓂荚，依靠流水作用，从初一开始每天伸出一片机械叶子，月圆之夜集齐十五片，此后每日收起一片，到月末为止，又重复循环。今天看来，这个“瑞轮蓂荚”，实际上就是一种自动化的机械日历，可以算作后世机械表的祖宗。图：张衡水运浑象及“瑞轮蓂荚”自日历复原 ｜图源：中国历史博物馆 他还发明过“指南车”和“记里鼓车”。指南车相传为上古时代轩辕黄帝发明，不过到汉代无人能够制作，基本上已变成虚无缥缈的传说。张衡又重新发明出指南车，该车是一辆双轮车，车箱外有一木刻仙人。无论车身转向何方，木刻仙人的手臂都会指向南方，作用和指南针一样。这应该是史上最早的导航仪。图：指南车复原模型｜图源网络 至于记里鼓车，那就是古时候的计程车。车子上同样有木人，每行一里，车上木人就会敲一下鼓。现代许多机械专家认为，它和指南车的原理类似，都是利用差速齿轮的原理。此外，张衡和达芬奇一样，对于高空飞行也非常感兴趣。他模仿鸟类高空飞行的滑翔翼，设计出一种“独飞木雕”。最神奇的是，按照《广博物志》的记载，独飞木雕“腹内施机，能飞数里”。“腹内施机”，意味着飞行动力源可能来自木雕内部，这使它区别于一般的风筝、滑翔伞等完全借助外力的飞行器。这一时期张衡最值得称道的作品，当属浑天仪。当然，严格来说浑天仪最初的发明者，并非张衡，而是西汉时的落下闳，张衡是一位重要的改良者。所谓浑天仪，可以用来测量天体球面坐标，又可以用来演示天象。浑天仪的理论基础乃是“浑天说”。这种宇宙学说，认为地球如同鸡蛋浮在气中，可以自行转动，而日月星辰都分布在如同鸡蛋壳的天球之上，与地平说相对立，已与现代天文学十分接近。张衡自然是此学说的信奉者。 
张衡的浑天仪全为铜铸，主体是可运转的几层圆圈，各层刻有南北极、黄道赤道、二十四节气、二十八宿、太阳月亮等。浑天仪上还有两个漏壶，壶底有孔，滴水从孔中滴出，推动圆圈慢慢转动，因此便能模拟不同时候的天象。浑天仪被制造出来后，便被安置在灵台密室，有专人负责看守。到夜晚某时刻，若将浑天仪所示天象，报呈给在灵台工作的观天者，基本没有和实际天象不符的情况，可见这部浑天仪相当精密可靠。
除了以上种种发明，张衡在这一时期还写下两部著作，一部是天文学著作《灵宪》，一部是数学著作《算罔论》。其中《算罔论》已经在历史长河中失传，非常可惜。而《灵宪》则基本完好保存了下来。按照当代科学史家的研究，《灵宪》一书问世，立刻将中国天文学水平带到了一个新高度。此书在宇宙起源、月食成因、行星运动等方面得有许多深刻认识，很多已经与当代科学的看法相去不远。比如，张衡认为宇宙是由混沌不分的元气发展而来，后来慢慢生成清浊二气，清气上升为天，浊气下沉为地。在他看来，宇宙绝对不是静止不动的，而是不断变化的。这些论述，与当代关于宇宙大爆炸、星系形成、地球形成的认识暗合。 月光生于日之所照；魄生于日之所蔽。当日则光盈，就日则光尽也。大意是说：月亮本身不发光，是太阳光照射到月亮上，月亮才反射出月光。阳光照不到的地方，月亮就会暗淡。我们看到的月盈，是由于太阳光全部照到了月亮上，月亏则是因为部分太阳光被挡住了。当日之冲，光常不合者，蔽于地也，是谓暗虚，在星则星微，遇月则月食。在他看来，日光“蔽于地”，月球进入“暗虚”之中，就会产生月食。在两千年前，古人多半把月食视作不吉之兆的时代，张衡对月食已经有如此科学理性的解释，实在是难能可贵。
更超前的是，关于行星运动，张衡发现了“近天则迟、远天则速”的规律。其中，“天”是指假想中的天球壁，和地球相对。反过来也就是说，行星离地球近运动速度快，离地球远则运动速度慢。这种说法的根本假定近似于“地心说”，今天看来不正确，但他发现眼睛能观测到的行星运动速度与它和运转中心体的距离有关，实际上和开普勒定律的思想内核接近。如果熟悉科学史，就会知道英国著名科学家牛顿，正是从开普勒三大定律推导出了万有引力定律，成为科学史上划时代的一桩大事件。只可惜张衡的发现，并未引起后世中国人的足够重视。如果古人能沿着张衡的指引继续研究，说不定中国人抢先发现开普勒定律与万有引力定律也未可知。
舍此之外，张衡制成了清代以前记载恒星数目最多的星表，还测定了日月的平均角直径，和当代测定的角直径相比，误差很小。考虑到当年那个简陋的观测条件，已经相当不容易了。从以上种种成果来看，张衡明显就是一个非常难得的技术性人才，一心沉迷科技研究，对于政治关心不多。但在古代波云诡谲的宫廷斗争中，即便张衡一心沉浸在学术研究中，也未必能完全置身事外。建光元年(121)，掌握朝政大权的邓太后去世，邓氏外戚家族失去了靠山。汉安帝联合宦官集团扳倒邓氏外戚，大量邓家人或被逼自杀，或被废为庶人。大将军邓骘被没收田宅资产、徙封外地，随后绝食而死。张衡自然也被汉安帝视作邓氏一党。于是他受到牵连，被解除职务，降为公车司马令，相当于皇宫司马门一带的保安队长兼传达室主任。这事类比到当下，就如同把大学教授送去当保卫科长，怎么看怎么荒谬。
直到汉安帝驾崩，其子汉顺帝继位，张衡才得以复职太史令。这么多年兜兜转转，还是太史令这个小官，若是旁人肯定要抑郁成疾。好在张衡对荣华富贵没什么兴趣，倒也自得其乐。他曾写过一篇《应问》，向世人表明心迹。其中有句流传千古的名言，至今仍不时为人引用：不患位之不尊，而患德之不崇；不耻禄之不夥，而耻智之不博。意思是说：不要担心职位不够高，而应该想想自己的道德是否完善；不应该以自己收入不高为耻，应该以才智不广博为耻。他的人生追求，不是世俗意义上的功名利禄，而是道德和智慧。以我们今天的眼光来看，他的确是做到了。
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