張衡的地動儀到底存在嗎?有科學道理嗎?

2020-11-29 東城觀星

雖然學界早有爭論張衡地動儀是否科學的事情。但我們普通人了解到地動儀存在爭論還是2016年,新的統編教材上把地動儀的介紹刪除了。於是很多人說,張衡的地動儀是假的,不符合科學道理。那麼到底是什麼情況呢?

很多人都知道,以前教材上的地震儀模型是1951年王振鐸先生根據自己的理解製造的模型。這個模型一直伴隨我們很多人成長,但我們不知道的是,這個模型既不是張衡地動儀的再現,也不能探測地震。這個模型完全不能實現文獻中記載的張衡地動儀的功能。

在這樣的情況下,教科書中還用這種模型來描寫地動儀,顯然是不合適的。此外,人們對地動儀的真實樣子和原理依然存在很大的爭議,因此教科書也難以正確描述地動儀的基本構造和原理。從教科書上暫時撤下來,也是合理的。

於是,各界有響起了更激烈的爭吵聲。甚至很多人,直接攻擊說歷史記載有錯誤,張衡根本沒有發明地動儀。方舟子就在文獻記載中找到了「最大的漏洞」:「但是這個記載很成問題。按《後漢書·張衡傳》所說,地動儀建成於陽嘉元年(公元132年),張衡卒於永和四年(公元139年)。在此期間,《後漢書》只記載發生過一次隴西地震,那就是永和三年(公元138年)的地震。一般認為地動儀檢測的就是這次地震。但是《後漢書·五行志》說得很清楚,這次的隴西地震在京師是有感的,破壞很嚴重,『裂城廓,室屋壞,壓殺人』,京師學者不會對地動儀的機關發動感到奇怪,與《張衡傳》的故事矛盾。可見地動儀檢測的不可能是這次地震。」

是不是真如方舟子所說,地震儀測到地震的記載是有問題的呢?不一定!中國地震局蘭州地震研究所的郭安寧就找到了合理的解釋。在唐朝以前,中國很多朝代,包括漢朝是存在兩京的。他說,隴西地震有震感的是西京長安,而張衡和皇帝實際上是在東京洛陽。這樣就能很好地解釋了兩段文字都提到了京城,震感卻又截然不同的原因。因此,我們應該相信古人,不至於在史書上給張衡編造出一個偉大發明來。

至於地動儀真實的樣子,目前已無從考證。但基本原理,還是有跡可循的,基本就是利用慣性原理。國內外很多人都對地動儀的原理進行了探討,並製作出了各種模型。總結起來主要有三種:懸垂擺、倒立擺和直立柱。其中,中國地震局的馮銳提出的懸垂擺模型,得到了實踐的驗證。該模型被放到了中國科技館展覽,並在中央電視臺製作了專題節目。似乎,地動儀的模型已經確定了。但爭論並未停止,很多學者都提出了不同意見,也確實挑出了馮銳模型的很多漏洞。

大家爭論最多的就是「都柱」,一般翻譯成大柱子。馮銳認為,要想靈敏感應到地震並觸發機關,立柱不能太粗,經過複雜計算得出結論最多也就1.5毫米粗,這也算不上大柱子啊,所以立柱模型不成立。藉此提出了懸垂模型,簡單說就是一個吊著的大柱子,一有地震就會碰上機關。很多學者都認為,懸著的不能成為柱子。反正是很多的爭論。

作為外行的我,也無限嚮往當年張衡的偉大構想。曾經多次構想地震儀的可能樣子,並提出了兩種可能的結果。一種是入地「都柱」模型,一種是地樁+都柱模型。

所謂入地「都柱」,就是深埋地下的大柱子,露頭部分伸入地動儀內部。如果地震發生,雖然表面感受不到振動,但深埋地下的大柱子應該可以收到地震波(縱波)的振動,並把這種振動傳導到露頭部分,從而觸動機關。或者地表振動,帶動地動儀振動,但都柱基本不動,從而碰觸機關。前者可以檢測地震波的縱波,後者可以檢測地震波的橫波。這兩種設想是否合理,我不是地震研究專業人士,也沒有做過實驗,希望有識之士可以給予解釋或印證。

如果前一種模型擺動幅度過小,不足以觸發機關,或者振動幅度過大造成兩面的機關都被觸動。還可以把埋入地下部分和露頭部分分開,埋入地下的是一個大地樁,地上部分是一個比較粗的立柱,一般振動不會造成立柱歪倒。但一旦發生地震,地樁先感受到振動,露頭部分歪斜,帶動立柱歪斜直至歪倒觸發機關。這個模型的好處是檢測地下的地震波縱波,不會被地表振動所影響。同時,即使地樁會來回擺動,都柱應該只會倒向地震傳過來的方向(不會製作模擬圖,有畫得不對的,各位可以腦補動圖)。但不知一定強度的地震波是否可以帶來地樁和立柱的振動和歪倒。

請大家勿笑,雖然不一定科學,但我們努力印證也算是為再現中華古代文明出一份力吧。最後總結一句,目前沒有證據證明張衡地動儀不存在,我們相信是存在的,但真實的樣子還有待考證。

相關焦點

  • 張衡的地動儀真的存在嗎?
    10月9日,一則《張衡地動儀被歷史課本刪除:復原模型飽受爭議》的報導,引起了網友的大討論。實際上,近年來,王振鐸所造的地動儀模型一直非議不斷。科學史界主流觀點認為,以往關於張衡「地動儀」的宣傳並不科學,因而在無定論之前,從教材中刪除地動儀,也是秉持實事求是的科學態度。
  • 張衡的地動儀真的不存在嗎?用科學來說明真相!
    雖然學界早有爭論張衡地動儀是否科學的事情。但我們普通人了解到地動儀存在爭論還是2016年,新的統編教材上把地動儀的介紹刪除了。於是很多人說,張衡的地動儀是假的,不符合科學道理。那麼到底是什麼情況呢?但我們不知道的是,這個模型既不是張衡地動儀的再現,也不能探測地震。這個模型完全不能實現文獻中記載的張衡地動儀的功能。在這樣的情況下,教科書中還用這種模型來描寫地動儀,顯然是不合適的。此外,人們對地動儀的真實樣子和原理依然存在很大的爭議,因此教科書也難以正確描述地動儀的基本構造和原理。從教科書上暫時撤下來,也是合理的。
  • 「張衡地動儀」被刪出教材?因為不科學?真相是…
    中有都柱,傍行八道,施關發機……」在《後漢書張衡列傳》中,流傳下來的雖只有零星的文字記錄,但直到現在,其和製造人張衡一同,仍被視為中國古代偉大科技發明的典範,並且進入教科書之中,成為幾代中國人的集體記憶。1953年中國發行的「張衡地動儀」郵票。
  • 張衡地動儀,到底是個什麼東東?
    可以說,在小學歷史知識中,除了四大發明,就是張衡地動儀,這是代表著中國古代文明的科技創造,是中國人的驕傲。我清楚的記得,張衡地動儀的外觀像個酒樽,外面纏繞著八條龍,每條龍的口中含著一個龍珠,在每條龍的正下方,對應著一隻仰頭張嘴的蟾蜍。如果地震發生,則龍口中的珠子就會掉落蟾蜍口中,根據這個現象,就可以判斷地震發生方位,比西方整整早了1000多年。
  • 歷史上張衡發明的地動儀真的存在嗎?
    作為驗證地震發生的地震儀,西方最早出現的水銀驗震器發明於1703年,懸垂擺驗震器問世於1783年,比張衡地動儀要晚出現約 1700 年。但是現在社會上存在一種質疑,那就是「張衡真的發明了地動儀嗎?地動儀真的那麼靈嗎?」
  • 張衡地動儀遭質疑,被移出歷史教科書,真的不能預測地震嗎?
    人們無一不希望能有臺儀器準確預測地震發生,以保障人們的生命安全和財產安全。可惜現在的科技水平還達不到,電視臺上所謂的地震預警是在地震發生過之後才預警的,但僅僅提前幾秒幾十秒已是大功一件,能挽回多少損失。或許有人會想起教科書上讓人以之為傲的張衡地動儀,它不能預測地震嗎?為何汶川地震時不見其起功效呢?
  • 張衡地動儀被移出教科書後,引來一片質疑,難道張衡地動儀不存在
    其實還要從地動儀的來源前來了解。一、張衡的地動儀據《後漢書·張衡傳》記載:「地動儀用精銅鑄成,圓徑八尺,頂蓋突起,形如酒樽,用篆文山龜鳥獸的形象裝飾。中有大柱,傍行八道,安關閉發動之機。」相傳,張衡地動儀共有八個方位,每個方位上均有一條口含銅珠的龍,在每條龍的下方都有一隻蟾蜍與其對應。任何一方如有地震發生,該方向龍口所含銅珠即落人蟾蜍口中,由此便可測出發生地震的方向。在公元132年時,張衡在太史令任上發明了最早的地動儀,被後世之人稱為候風地動儀。
  • 從教科書中「消失」的張衡地動儀,真的是「造假」嗎?
    爭議頗多且被教科書刪掉的張衡地動儀真的是「造假」嗎?在「四大發明」以外,中國古代到底有沒有科技?神秘的「木牛流馬」究竟長什麼樣?從教科書中「消失」的張衡地動儀,真的是「造假」嗎?近年來,對張衡地動儀的議論頗多。在2010年以前的人教版教材中,曾經介紹了張衡和他的地動儀。課文稱:「科學家張衡製造了一種儀器,能測定地震方向,叫做地動儀。這是世界公認的最早的地震儀器。」
  • 張衡地動儀到底長啥樣?
    (原標題:張衡地動儀到底長啥樣? 我們翻了100多年的歷史……)中新網客戶端北京10月12日電 課本中的「張衡地動儀」最近成了輿論關注的焦點。先是有報導稱,2017年投入使用的統編本初中歷史教材七年級上冊中,關於張衡地動儀的內容被刪除。
  • 張衡的地動儀到底是真實的存在,還是後人的臆想?
    由於這個模型沒有經過科學的檢驗就列入我們的課本之中,對學生產生了誤導,為此教育部決定在2017年將張衡和地動儀在課本中徹底刪除,許多網友也可愛的表示到:我們這一代一不小心上了絕版課。既然都說了,這課本上講的不對,那麼真實的地動儀是什麼樣呢?
  • 刪除「張衡地動儀」是對科學和歷史的尊重
    原標題:刪除「張衡地動儀」是對科學和歷史的尊重 2017年秋天投入使用的統編本初中歷史教科書七年級上冊中,關於張衡和候風地動儀的內容,被刪除。那個被印在教材上影響了幾代中國人、由王振鐸復原、以「直立杆」為理論基礎製作的地動儀模型,開始淡出當代青少年的視野。
  • 張衡地動儀真偽:大家看到的是「假貨」,復原研究一直在進行
    最近關於「張衡地動儀」真偽的討論又在網絡上熱起來。 張衡地動儀在歷史上真的存在嗎?它能預報地震還是監測地震呢?我們看到的張衡地動儀是真的還是假的?史書上的簡短記載後來演變為流傳甚廣的故事——東漢時期,地震災害頻繁,太史令張衡通過一次又一次的試驗探究,於公元132年創造了地動儀,成功監測到了包括隴西大地震在內的多次地震。 一千多年前,張衡是否有能力造出如此高科技的地動儀?檢驗地動儀神奇的「隴西地震」是否屬實?一直以來,各方學者爭議很大。 質疑者認為張衡地動儀在原理上根本就不可能實現,有的甚至認為它根本就不存在。
  • 張衡的地動儀,真能預測地震嗎?為何被移出了教科書?
    這不禁引起了我們的疑問:地動儀,真的能準確預測地震嗎?張衡與地動儀:教科書中的地動儀裝置,外表像個酒罈。那酒罈上附有八條龍,每條龍嘴裡含著一顆珠子。當某個方位將有地震時,其對應方位的龍嘴會自動打開,龍口中含著的珠子就會掉落至下方的蛤蟆口中。
  • 張衡1800年前就發明地動儀,真能測地震嗎?為何被教科書刪了?
    張衡是我國偉大的天文學家和科學家,他的身影可以說出現在每一個零零後,九零後的記憶之中,甚至更久也有可能,據史書記載,一千八百多年前的張衡發明的地動儀能夠準確的測試地震的方向而使我們後人震驚不已,但是近些年來卻不斷被世人質疑,甚至連教科書也退出了。這到底是為什麼呢?
  • 張衡是個是騙子?科學家根據古籍仿製「地動儀」,卻並不好用
    >世界上最早發明地震監測儀器的是中國人張衡,此儀器就是侯風地動儀。難道說這個地動儀是假的,因此圖書編輯者才會把這個內容給刪除了。一時間網上有許多的網友都認為張衡可能就是一個大騙子,其實根本就沒有地動儀這個精準的儀器。真是這樣嗎?仿製地動儀無法預測地震張衡做發明的地動儀是世界上最早的地震預測儀器,在後漢書之中有著較為詳細的描述。而且這個儀器被放置在大都洛陽之中。
  • 一個「急剎車」讓張衡發明了地動儀
    小編在前一篇文章中給大家介紹了渾天儀的誕生,我的這一篇文章給朋友們講講張衡發明地動儀的故事。張衡發明地動儀既有其必然性,也有其偶然性。在必然性中,張衡的科學素養(長期研究觀察天象和地理),工作崗位(太史令),社會痛點(張衡生活的時代地震特別多)都是重要因素,但偶然性因素卻與一次「急剎車」有關——當然這個「車」是馬車。
  • 張衡地動儀從教科書中「消失」
    張衡地動儀記載,「陽嘉元年,復造候風地動儀……中有都柱……外有八龍,首銜銅丸,下有蟾蜍,張口承之……如有地動,尊則振龍機發吐丸,而蟾蜍銜之」。在2010年以前的人教版教材中,曾經介紹了張衡和他的地動儀。
  • 張衡的地動儀,真能預測地震嗎?它為何被移出了教科書?
    可是疑問也隨之而來:既然「地動儀」對於監測地震非常靈敏,為何如今沒有被普及?反倒是這段關於地動儀的內容,被悄然從教科書中刪除了。這不禁引起了我們的疑問:地動儀,真的能準確預測地震嗎? 張衡與地動儀: 教科書中的地動儀裝置,外表像個酒罈。那酒罈上附有八條龍,每條龍嘴裡含著一顆珠子。
  • 新版初中歷史教材,為何刪除「張衡地動儀」?
    「張衡地動儀」存在太多爭議具體到此次成為輿論關注焦點的「張衡地動儀」,其從歷史教科書中消失,與它身上存在的諸多爭議,有直接關係。因此,流傳甚廣的卵狀復原模型飽受國內外學界垢病,不被歷史、物理、地震諸學界接受,也從來不在嚴肅的學術刊物和科學論著中引用。中國地震學的幾位奠基人李善邦、傅承義、秦馨菱,生前多年講解過地動儀的懸垂擺工作原理,並在1976年直言不諱地當面告訴王振鐸直立竿的原理性失誤。」⑤事實上,較之國人,西方學者更早注意到張衡地動儀及其可能存在的科學價值。
  • 張衡的地動儀,真能預測地震嗎?為何會被移出教科書?
    從古至今地震都是破壞性極大的天災,古人對於地震也是束手無策,直到張衡發明了地動儀,這預示著古人對於科學和地理也有很深入的研究,尤其是張衡研究的地動儀能夠精準預測地震發生的方位比西方先進了近千年,但是為何如今張衡發明的地動儀沒有在現代地震預測中普及,而且教科書中還移除了關於張衡地動儀的介紹。