张衡——东汉科学巨人张衡，字平子，汉族，我国东汉时期伟大的天文学家、数学家、发明家、地理学家、制图学家、文学家，在汉朝官至尚书，为
我国天文学、机械技术、地震学的发展作出了不可磨灭的贡献。由于他的贡献突出，联合国天文组织曾将太阳系中的1802号小行星命名为“张衡
星”。张衡出身于名门望族。其祖父张堪自小志高力行，被人称为圣童，曾把家传余财数百万让给他的侄子。光武帝登基后张堪受荐拜官。曾被任
为蜀郡太守随大司马吴汉讨伐割据蜀郡的公孙述，立有大功。其后又领兵抗击匈奴有功，拜为渔阳(今北京附近)太守。曾以数千骑兵击破匈奴来犯
的一万骑兵。此后在他的任期内匈奴再也没有敢来侵扰。他又教人民耕种，开稻田八千顷，人民由此致富。所以，有民谣歌颂他说：“张君为政，乐
不可支。”张堪为官清廉。伐蜀时他是首先攻入成都的，但他对公孙述留下的堆积如山的珍宝毫无所取。蜀郡号称天府，但张堪在奉调离蜀郡太守任
时乘的是一辆破车，携带的只有一卷布被囊。张衡像他的祖父一样，自小刻苦向学，很有文采。16岁以后曾离开家乡到外地游学。他先到了当时
的学术文化中心三辅(今陕西西安一带)。这一地区壮丽的山河和宏伟的秦汉古都遗址给他提供了丰富的文学创作素材。以后又到了东汉首都洛阳。
在那儿，他进过当时的最高学府——太学，结识了一位青年学者崔瑗，与他结为挚友。崔瑗是当时的经学家、天文学家贾逵的学生，也精通天文、历
法、数学等学问。和帝永元十二年(公元100年)张衡应南阳太守鲍德之请，作了他的主簿，掌管文书工作。8年后鲍德调任京师，张衡即辞官居
家。在南阳期间他致力于探讨天文、阴阳、历算等学问，并反复研究西汉杨雄著的《太玄经》。他在这些方面的名声引起了汉安帝的注意。永初五年
(公元111年)张衡被征召进京，拜为郎中。元初元年(公元114年)迁尚书郎。次年，迁太史令。以后曾调任他职，但5年后复为太史令。
总计前后任此职达14年之久，张衡许多重大的科学研究工作都是在这一阶段里完成的。顺帝阳嘉二年(公元133年)升为侍中。但不久受到宦官
排挤中伤，于永和元年(公元136年)调到京外，任河间王刘政的相。刘政是个骄横奢侈、不守中央法典的人，地方许多豪强与他共为不法。张衡
到任后严整法纪，打击豪强，使得上下肃然。3年后，他向顺帝上表请求退休，但朝廷却征拜他为尚书。此事颇有蹊跷，因尚书的官职远低于侍中或
相，他是否应征，史载不彰。就在这一年(永和四年，即公元139年)他即告逝世。张衡是一位具有多方面才能的科学家。他的成就涉及到天文
学、地震学、机械技术、数学乃至文学艺术等许多领域。张衡在天文学方面有两项最重要的工作——著《灵宪》，作浑天仪。此外，在历法方面也
有所研究。《灵宪》是张衡有关天文学的一篇代表作，全面体现了张衡在天文学上的成就和发展。原文被《后汉书·天文志》刘昭注所征引而传世
。张衡所做的浑天仪是一种演示天球星象运动用的表演仪器。它的外部轮廓有球的形象，合于张衡所主张的浑天说，故名之为浑天仪。这架浑
天仪在《晋书·天文志》中有三处记载。一处是在“天体”节中，其中引到晋代科学家葛洪的话说：“张平子既作铜浑天仪，于密室中以漏水转之，
令伺之者闭户而唱之。其伺之者以告灵台之观天者曰：璇玑所加，某星始见，某星已中，某星今没，皆如合符也。”在“仪象”一节中又有一段更具
体的细节描写：“张衡又制浑象。具内外规，南北极，黄赤道。列二十四气，二十八宿，中外星官及日、月、五纬。以漏水转之于殿上室内。星中、
出、没与天相应。因其关戾，又转瑞轮■荚于阶下，随月盈虚，依历开落。”这里又称为浑象，这是早期对仪器定名不规范的反映，并不表示与浑天
仪是两件不同的仪器。第三处则在“仪象”体之末，说到张衡浑天仪的大小：“古旧浑象以二分为一度，凡周七尺三寸半分也。张衡更制，以四分为
一度，凡周一丈四尺六寸一分。”从这三段记载可知，张衡的浑天仪，其主体与现今的天球仪相仿。不过张衡的天球上画的是他所定名的444官
2500颗星。浑天仪的黄、赤道上都画上了二十四气。贯穿浑天仪的南、北极，有一根可转动的极轴。在天球外围正中，应当有一条水平的环，表
示地平。还应有一对夹着南、北极轴而又与水平环相垂直的子午双环，双环正中就是观测地的子午线。天球转动时，球上星体有的露出地平环之上，
就是星出；有的正过子午线，就是星中，而没入地平环之下的星就是星没。天球上有一部分星星永远在地平环上转动而不会落入其下。这部分天区的
极限是一个以北极为圆心，当地纬度为半径的小圆，当时称之为内规。仿此，有一以南极为中心，当地纬度为半径的小圆，称之为外规。外规以内的
天区永远不会升到地平之上。张衡天球上还有日、月、五星。这7个天体除了有和天球一道东升西落的周日转动之外，还有各自在恒星星空背景上
复杂的运动。要模拟出这些复杂的运动远不是古代的机械技术所能做到的。因此，应该认为它们只是一种缀附在天球上而又随时可以用手加以移动的
一种附加物。移动的目的就是使日、月、五星在星空背景上的位置和真正的位置相适应。从当时人的描述来看，张衡浑天仪能和自然界的天球的转
动配合得丝丝入扣，“皆如合符”，可见浑天仪的转动速度的稳定性相当高。而浑天仪是以刻漏的运行为基础的。由此可以知道，张衡的刻漏技术也
很高明。张衡的另一个有杰出贡献的科学领域是地震学。他的代表作就是震烁古今的候风地动仪的发明。不过，要声明的是，现在中国所见到
的地动仪，并不是张衡发明的地动仪，而是后人复原的。张衡发明的地动仪早就毁于战火了，地动仪发明于阳嘉元年(公元132年)。这是他在太
史令任上的最后一件大工作。在《后汉书·张衡传》中对这件事有较详细的记载。自19世纪以来即有人力图运用现代科技知识，根据《后汉书》的
记载来复原张衡的这项伟大的发明。到了20世纪50年代，王振铎先生“复原”了张衡地动仪，并且被认为是科学的，甚至广泛的被纳入小学生课
本。不过，王振铎复原的地动仪多次在公开场合大出洋像，它要么不能动，要么就是跺脚也会被当成地震，可是人们却误信王振铎的复原就是张衡原
本的发明，国内外学者也因此早就开始不停的否定它。其中不乏言辞激烈者，这给张衡甚至整个中国古代科技的名誉带来很大的负面影响。现今证
明，不是张衡的地动仪有错，而是王振铎先生的复原有原理性错误。不过，王振铎在地动仪外型上的复原，还是卓有建树的，这点应该肯定。
关于地动仪的结构，目前流行的有两个版本：王振铎模型，即“都柱”是一个类似倒置酒瓶状的圆柱体，控制龙口的机关在“都柱”周围。这一种模
型最近已被基本否定。另一种模型由地震局冯锐提出，即“都柱”是悬垂摆（见于袁宏的《后汉纪》）,摆下方有一个小球，球位于“米”字形滑
道交汇处（即《后汉书·张衡传》中所说的“关”），地震时，“都柱”拨动小球，小球击发控制龙口的机关，使龙口张开。另外，冯锐模型还把蟾
蜍由面向樽体改为背向樽体并充当仪器的脚。该模型经模拟测试，结果与历史记载吻合。张衡这台仪器性能良好，曾预报过洛阳的一次地震，据当
时记载：“验之以事，合契若神。”甚至可以测到发生在数千里外而在洛阳并无人有震感的地震。这台仪器不仅博得当时人的叹服，就是在今天的科
学家看来也无不赞叹。世界上地震频繁，但真正能用仪器来观测地震，在国外，那是19世纪以后的事。候风地动仪乃是世界上的地震仪之祖。虽然
它的功能尚只限于测知震中的大概方位，但它却超越了世界科技的发展约1800年之久！从上面所介绍的浑天仪和候风地动仪的构造即可得知
，张衡掌握了很高明的机械技术。他的朋友崔瑗在为他写的墓碑中赞道：“数术穷天地，制作侔造化。”前一句是道他数学天文学知识之渊博，后一
句则是赞他制造的各种器物之神奇。其实，神奇是由于他巧妙地运用各种机械技术的结果。传说他当时还制做过两件神奇的器物。一件是有三个轮
子的机械，可以自转；一件是一只木雕，能在天上飞翔。《后汉书·张衡传》中提到，张衡写过一部书叫《算罔论》。此书至迟到唐代已经失传，
以至唐代的章怀太子李贤怀疑张衡没写过这部书，而是因为《灵宪》是网络天地而算之，故称《灵宪算罔论》。从《九章算术·少广》章第二十四题
的刘徽注文中得知有所谓“张衡算”，因此，张衡写过一部数学著作是应该肯定的。从刘徽的这篇注文中可以知道，张衡给立方体定名为质，给球体
定名为浑。他研究过球的外切立方体积和内接立方体积，研究过球的体积，其中还定圆周率值为10的开方，这个值比较粗略，但却是我国第一个理
论求得π的值。另外，如果按照钱宝琮先生对《灵宪》的校勘：“(日月)其径当天周七百三十分之一，地广二百三十二分之一”，则当时π值等于
730/232=3.1466，较10的开方又精密了。张衡曾被唐代人看作是东汉时代的大画家。张彦远的《历代名画记》卷三记有：“张衡
作《地形图》，至唐犹存。”这幅《地形图》中是否还有地理科学上的意义，现已无可考了。当时还流传有他用脚画一只神兽的故事。故事虽然神化
了，但也反映出张衡有很高的画技。他当过太史令，因而对史学也有许多研究。他曾对《史记》、《汉书》提出过批评，并上书朝廷，请求修订。
他又对东汉皇朝的历史档案作过研究，曾上表请求专门从事档案整理工作，补缀汉皇朝的史书。这些上书均无下文。他还研究文字训诂的学问，著
有《周官训诂》一书。当时崔瑗评价说：广大学者都对它提不出异议来。他又是个大文学家，他的《二京赋》曾花了10年的创作功夫，可见其创
作态度的严肃。这篇赋不但文辞优美，脍炙人口，而且其中讽刺批评了当时统治集团的奢侈生活，其思想性也是比较高的。他在河间相任期时创作的
《四愁诗》受到文学史家郑振铎先生的高度评价，称之为“不易得见的杰作”。他的《思玄赋》中有大段文字描述自己升上了天空，遨游于众星之间
，可说是一篇优雅的科学幻想诗。除了上述诸文外，遗留至今的还有《温泉赋》、《归田赋》等20多篇，都是辞、义俱佳的力作。张衡虽然在年
轻时就已才闻于世，但他却从无骄傲之心，他的性格从容淡静，不好交接俗人，也不追求名利。大将军邓骘是当时炙手可热的权势人物，多次召他，
他都不去。后来他当了官，显然因为这种性格，使他很长时间不得升迁。他对此毫不在意，而是孜孜于钻研科学技术。大概是为了回答好心人的劝慰
，他写了《应闲》一文以表明自己的志向。文中说到，有的人劝他不要去钻研那些难而无用的技术，应该“卑体屈己，美言”以求多福。他回答说：
“君子不患位之不尊，而患德之不崇；不耻禄之不伙，而耻知之不博。”这二句掷地有声的话，表明了他不慕势利而追求德智的高尚情操。他认为能
不能得到高位是由命运决定的。这种想法现代人当然会目之为唯心主义。但张衡的落脚点却是在于认为对高位“求之无益”，智者是不去追求它的。
反之，叫他去“卑体屈己”以求升官，他说这是“贪夫之所为”，自己是羞于为此的。他特别还回答了学技术的问题，说是你们认为这些技术无用，
我却唯恐高明的人不教我。这里充分表达出张衡作为一个科学家渴求知识、敢于和鄙弃知识的社会愚昧思想作斗争的崇高精神。张衡虽然淡于名利
，却不是一味清高，不问政治，不讲原则的人。恰恰相反，他一生中有许多事迹表明了他有他的政治理想和抱负。他更坚持作为一个科学家的鲜明品
格的实事求是原则。张衡的政治抱负也很简单，就是8个字：佐国理民，立德立功。而佐国理民的具体目标和方法则是改革时弊，加强礼制，剔除
奸佞，巩固中央。在张衡的时代正是政治日渐腐败，宦官逐渐在和外戚的斗争中权力越来越大，而地方豪强也趁中央衰落之际猖獗起来，他们一起
对人民的剥削压榨越加残酷。对这些腐败黑暗现象张衡都有过抗争。他曾向顺帝上书，讽示近世宦官为祸，要皇帝“惟所以稽古率旧，勿令刑德八柄
不由天子”，要求皇帝“恩从上下，事依礼制”。对选拔人才的方法他也提出建议加以改革。在河间相任期时他还积极进行了抑制豪强的斗争。当时
朝廷腐败，像张衡那样个人的斗争已无济于事。就在他上书要皇帝警惕宦官为祸不久，顺帝却又下诏特许受封为列侯的宦官可以收养义子，继承爵位
，使宦官获得了和贵族世家同样的世袭特权！张衡明白了，他的反宦官斗争已没有意义。所以，后来顺帝问他：当今天下所憎恨的是什么人？这时，
在宦官们环视之下，他已无话可说，只好“诡对而出”。由此，他思想里充满了矛盾和痛苦。他晚年的诗赋里大量反映了这种情绪。后人把他的《四愁诗》和伟大诗人屈原的《离骚》相比，这并不是没有理由的。由于黑暗势力的强大，张衡晚年有消极避世的思想，因而有《归田赋》之作。这是封建制度下的时代悲剧，不足以减损张衡这位伟大科学家为人民所建立的丰功伟绩。他在诗中开始指摘“天道之微昧”，表露出对统治者的失望；他仍然讽刺热中利禄的人，说他们是“贪饵吞钩”。这些都说明，张衡的是非观念仍然是十分清晰的。附录四愁诗(节选)我所思兮在泰山，欲往从之梁父艰。侧身东望涕沾翰。美人赠我金错刀，何以报之英琼瑶。路远莫致倚逍遥，何为怀忧心烦劳？ |
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