張衡究竟有沒有造過地動儀?這位交大教授今天開了場報告會,權威...

文匯報導 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。隨後，人教社否認該消息，稱課本中對地動儀有專門介紹。這引起了網友對地動儀的討論。

張衡的「候風地動儀」究竟長啥樣？後人到底能不能復原出地動儀？帶著這些問題，記者向上海交通大學科學史教授關增建求證。

「這事找我就對了。」今天，關增建特意在交大開了一場《張衡侯風地動儀面面觀》的學術報告，並舉行師生開放性討論交流，這段並不為大多數人知曉的地動儀復原歷史展現在人們面前。

張衡最早被外國人pick到

張衡地動儀在公元132年被造好後，在當時的首都洛陽工作了幾年，到公元139年張衡去世後就沒有了下落。專家推測很可能是退役後的地動儀已被融化而鑄成了銅錢。

▲張衡

直到公元1886年，張衡地動儀才出現在英國人米爾恩（John Milne）寫的《地震及其它地球運動》一書中。之後，張衡地動儀就開始受到國際地震學者的注意。

張衡地動儀在《後漢書》中留下了這樣的記載：

「陽嘉元年，復造候風地動儀。以精銅鑄成，員徑八尺，合蓋隆起，形似酒尊，飾以篆文山龜鳥獸之形。中有都柱，傍行八道，施關發機。外有八龍，首銜銅丸，下有蟾蜍，張口承之。其牙機巧制，皆隱在尊中，覆蓋周密無際。如有地動，尊則振龍機發吐丸，而蟾蜍銜之。振聲激揚，伺者因此覺知。雖一龍發機，而七首不動，尋其方面，乃知震之所在。驗之以事，合契若神。自書典所記，未之有也。嘗一龍機發而地不覺動，京師學者鹹怪其無徵，後數日驛至，果地震隴西，於是皆服其妙。自此以後，乃令史官記地動所從方起。」

馮銳在《對地動儀傳統模型的質疑》說過，對古代科學儀器的復原不同於一般的文物復原，史料考證十分重要，但必須開展嚴格的專業分析和科學試驗，否則很容易遺漏、誤解文字底層所蘊藏的技術內容，降低、甚至完全失去復原模型所應具備的科學價值。

關增建也說，對地動儀的復原必須符合兩個原則，一是要在外形上符合文字描述，二是要在實用性上符合科學原理。後者比前者更為重要。

在張衡地動儀的復原上，日本人服部一三邁出了第一步，他於1875年把《後漢書·張衡傳》文字記載變成了猜想圖形。其後，1883年米爾恩、1917年呂彥直、1936年王振鐸、1937-1939年荻原尊禮和今村明恆都提出了自己的模型。不過值得注意的是，這些都屬典型的概念模型，概念模型只有升華到科學復原階段才能更深刻、更準確地反映原物的價值。

▲服部一三的復原模型中的蛤蟆，其形象可能來自於法國羅浮宮外的噴泉，這是蛤蟆造型對王振鐸先生影響很大。

地動儀上的龍和蛤蟆都有問題

地動儀的爭議從來沒有間斷過。關增建表示，復原地動儀有幾十種之多，但是引起較大反響的有王振鐸、馮銳和李志超提出的三種模型。

刻在幾代中國人頭腦中的、也是教科書上的那張地動儀模型圖，是1951年代古代科技史學家王振鐸根據古籍復原得出的。（PS：這位老先生還復原了指南車，雖然也不能指南……）在這款復原模型中採用了「直立杆原理」，即在儀器中間樹立一條長長的細杆，然而這和《後漢書》中所描述的「中有都柱，傍行八道」並不匹配。

「都者，大也。」關增建說，這表明地動儀中間是一根很粗大的柱子，並不是一根小細杆。為了掩飾這一矛盾，王振鐸把「都柱」解釋為「獨柱」，即只有一根柱子，明顯是歪曲了本意。更為重要的是，模型內部結構缺乏合理性，其龍口中的銅丸無法吐下來，也就無法檢測地震。

2006年，馮銳等人在《自然科學史研究》上發表《對地動儀傳統模型的質疑》的文章，系統陳述了王振鐸復原地動儀存在的主要問題，一是直立杆工作原理不正確，使該模型不能驗震、二是與工作原理有著直接關係的外部基形不合理，與史料所述和出土漢代酒尊的形制不符，三是對龍和蟾蜍的造型處理上不符合史書。

 

▲馮銳復原地動儀

馮銳還提出了「懸垂擺原理」，即地動儀是利用了一根懸掛柱體的慣性來驗震的。2009年，正式開館的中國科技館新館展示了新的地動儀模型。該模型由中國科學院教授馮銳團隊復原。

然而，「懸垂擺原理」雖然能夠預測地震，但無法滿足對地動儀「中有都柱」的說法，也仍然沒有解釋「施關發機、牙機巧制」等描述。

1994年物理學家李志超提出了自由杆模型，他的模型將龍身體隱匿在機關之中，外部只剩龍頭。而且蛤蟆是四條腿的，面部朝外，符合中國人的審美觀念，另外，從龍口中吐出的珠子可以直接從蛤蟆的肚子裡回收到儀器內部，符合「施關發機、牙機巧制」等描述。他還提出，「八道」只是「圍堵戰術」，並不是判斷震源方位的，這顯然超出了漢代人的科學知識。

從質疑地動儀到質疑張衡

對地動儀的質疑引發了人們對張衡的質疑。在史書記載中，張衡是世界科技史罕見的兼具科技和文學的通才。

在科技成就方面，張衡著有《靈憲》這一天文著作，其中他已認識到月光其實是日光的反射光，他還創造出能比較準確地演示天象的漏水轉動渾天儀。

在醫學上，張衡編寫了著名的醫書《黃帝內經》。張衡在數學和地理上也有貢獻，他在科學、哲學和文學上共有著作三十二種。文學著作則以《東京賦》和《西京賦》最為著名。

在精密機械學方面，張衡尤為專長，共創作了候風地動儀、指南車、自動記裡鼓車和前述的漏水轉動渾天儀。值得重視的是，文獻中提到張衡還造過一種能飛行數裡的木鳥，如真是那樣，張衡還是世界航空之父了。

▲張衡製造的渾天儀。

這樣的人真的存在嗎？

關增建認為，在教材上把明顯存在問題的王振鐸先生的地動儀復原圖刪除是應該的，但對地動儀乃至對張衡的質疑是不應該的。「我們不能因為我們無法復原地動儀，而認為它不存在。」他說。事實上，2013年，中國科學院南京天文儀器廠廠長胡寧生在理論上和實驗上都證明了張衡地動儀中用立柱來驗震是可行的，並在2014年出版了《張衡地動儀的奧秘》一書，此事並未受到國人的注意。

他還認為，李志超老先生提出方案後就退休了，無人替他做驗證實驗，但是就他看來，這一方案無論從外觀還是科學原理上都是說得通的，是最接近史書中描述的地動儀的一款復原模型。

》》那些無法復原的科學故事

歷史上流傳的科學故事無法復原的並不只有地動儀一個。

《愛迪生救媽媽》的故事裡說因為燈光昏暗，愛迪生想出用鏡子聚光的方法保障了手術成功。但這個故事其實是杜撰的，現在這篇課文已經被刪除了。

近來還有人對阿基米德的兩項科技成就提出質疑：一項是傳說阿基米德曾設計製造過一臺能吊起整艘敵船的龐大起重機，該機器能吊起敵船再將船摔碎。但分析以後，覺得阿基米德時代尚無能力用金屬來製造大型起重機，而要用木材製造那麼大的起重機是不大可能的，而要開動那大起重機也是人力或畜力所不能勝任的。況且敵兵會讓別人去捆他們的船嗎？其實要破壞一條船隻要在船底鑿一個漏洞就可以了，大可不必興師動眾把船摔碎的；

第二項質疑涉及阿基米德科技水平之高的代表作，即他曾讓全城婦孺和老人手持各自家中的銅鏡，然後眾人一齊用鏡子把陽光去照射帶頭的敵船，結果那敵船就被陽光點燃，船隊只好落荒而逃。事後羅馬統帥馬塞拉斯還苦笑地說，我們整個船隊和阿基米德一人作戰，但我們敗給了他的智慧。然而分析和計算後，發覺那個燒船事件是不可能的，因為即使用幾百面效率更高的現代平面鏡，集中將陽光照射到一處，其溫度仍達不到木頭或帆布的起燃點[6]。以後查到2006年美國有一電視節目——Discovery的「流言終結者」說，在美國已做過幾次用多面鏡子以點燃木板的實驗，然而都未成功，因此可知流傳了二千年的阿基米德用鏡子點燃敵船的故事純系後人杜撰。