方舟子:再說張衡的地動儀是否管用

2020-11-29 科學網

 

《張衡的地動儀管用嗎?》

發表後,有記者詢問主持2005年地動儀新復原模型的地震局研究人員的看法,答曰:「方舟子對地震這個領域並不了解。」至於如何不了解,卻沒有講出個所以然來。實際上我那篇文章並沒有涉及高深的地震學知識,依據的只是事實判斷和史料。了解地動儀復原模型的工作原理,只需要掌握物理學和地震學的常識即可,而這些常識恰恰是張衡所不具備的,我們倒是完全可以說:「張衡對地震這個領域並不了解。」為什麼地震局研究人員反而如此信任張衡能夠研製出管用的地動儀呢?

 

從張衡留下的文字敘述看,他對地震的認識,並沒有超出當時的中國學者。中國古人根據「天人合一」的思想,把地震視為天譴,因此每次較大的地震發生後,皇帝都要罷黜一些官員,甚至下罪己詔做自我批評。正是這個原因使得正史很重視有關地震的記載。在現在看來這是一種迷信,但張衡對此深信不疑,幾次借地震發生之機批評時局。張衡首先是個政治家、高官,他研究天象、地震,並非純粹的科學探討,而可能是出於政治目的,也就是他說的:「妖星見於上,震裂著於下,天誡詳矣。」

 

中國古人不可能知道地震是地殼板塊運動的結果,他們只能是根據陰陽學說來解釋地震。張衡被《後漢書》稱為「陰陽之宗」,對地震的認識也局限於此。根據陰陽學說,天是陽的、動的,地是陰的、靜的,張衡在《靈憲》一文中說:「天體於陽,故圓以動,地體於陰,故平以靜。」那麼本來是靜的大地突然動起來,發生了地震,就是陰陽不和、動靜無常,是因為陰氣(地氣)太盛,侵犯了陽氣(天氣)。

 

張衡在製作地動儀時,只能根據他對地震的這些玄虛的認識來設計。地動儀的全稱叫「候風地動儀」,候風,就是觀測風向,風是氣的流動引起的,候風就是為了觀測氣的變化。地震發生時陰氣上洩,而氣瀰漫宇宙之間無處不在,即使在遠離地震的地方感覺不到地動,也能通過觀測氣的變化知道地動,所以叫「候風地動儀」,這應該就是張衡的設計思路。

 

對地動儀的描述不足200字,除了無關緊要的外觀、裝飾描寫,與儀器構造、工作原理有關的只有這幾句話:「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。……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。」這是很簡明的文言文,並不難理解,大意是中間有一根大柱子,周圍伸出8條道,裝著機關。外面相應地有8條龍,含著銅丸,下面有蛤蟆張嘴對著。地震時龍被震動,機關發動,銅丸掉進了蛤蟆嘴裡。只有一條龍的機關被發動,其他7條龍不動,所以能知道地震發生的所在。

 

這個構造就體現了「候風」的思路。為什麼要有8條道?因為古人認為風有8個方向,以八風對應八卦之氣。用直立的柱子來監測地震,這是人們首先能夠想到的。直到今天,許多人還會無師自通地想到用倒立的瓶子來監測地震。但是這種做法的缺陷是抗幹擾能力很差,無法區分是地震引起的震動還是建設、車輛、行人等引起的震動。把地動儀放在僻靜的靈臺上由專人守候固然可以避免周圍的幹擾,但是稍遠一點地方的幹擾仍然是無法避免的。如果地動儀能夠監測到幾百公裡外的地震,那麼幾公裡、幾十公裡外的幹擾也有可能讓它出現反應。即便地動儀只對地震發生反應,它也不可能只倒向某個特定的方向。前人的實驗表明,這種直立柱在地震發生時會隨機倒向任何一個方向。

 

直柱式的儀器沒法用來監測地震,如果改成懸垂擺,抗幹擾能力強,倒是可以監測地震,近代地震儀器就是這麼設計的。地動儀新復原模型的設計者據此認為地動儀用的就是懸擺式,聲稱「中有都柱」指的是中間懸掛大柱子,但是那樣就應該寫成「中懸都柱」才對,否則沒有人會讀出懸掛的意思。何況,懸擺一晃動起來,各個方向都可能,怎麼可能只限於「貼近行的微小側向位移」(復原者對「傍行」的創造性解釋)向8個方向(?如果是立柱,倒是可以設計只倒向8個方向)

 

張衡沒有物理學和地震學知識,也沒有做模擬實驗的條件,甚至連實驗思想都不會有(標誌著現代科學誕生的實驗思想是在歐洲文藝復興時期出現的),我們有什麼理由相信他製造出了管用的地動儀?非用根據現代科學知識和實驗條件替他復原出一個管用的地動儀不可?也許以後通過反覆摸索、實驗能夠製作出一個管用的地動儀模型,也不能證明張衡的地動儀就管用。就像復原者為了說明地動儀管用,牽強附會地挖掘出了一次「隴西地震」,他們對地動儀的復原,也是根據物理學、地震學知識和近代地震儀器,經過反覆實驗,先入為主地曲解歷史記載,卻又反過來要說明地動儀與近代地震儀器有繼承關係,「張衡的科學思想和成功實踐曾經在19世紀末現代地震學起步階段發揮過重要的思想啟迪作用」。中國古人曾經有過許多偉大的發明創造,即使地動儀的作用無法證實或被否定,也不能抹殺中國古代文明的燦爛。地動儀是否管用,與中國古代文明是否燦爛無關,而與歷史記載是否可信、學術研究是否嚴謹有關。

 

 

 

 

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    文/麥穗小魚說起張衡,最為大家津津樂道就是地動儀。張衡所處的漢朝東漢時代,地震比較頻繁。張衡對地震有不少親身體驗,為了掌握全國地震動態,他經過長年研究,終於在陽嘉元年(公元132年)發明了候風地動儀,這也是世界上的第一架地動儀。
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  • 張衡地動儀是否只是擺設?中科院院士:房梁上掉塊肉更切合實際
    但非常可惜的是,張衡所創造的地動儀並沒有流傳下來,而是消失在了歷史的長河之中。據考證,張衡地動儀早就在公元200年左右就已經消失了,這也讓人們不禁懷疑,張衡地動儀在歷史上是否是真實存在的,是不是只是一個構想或傳說。
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    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?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。
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  • 張衡地動儀不如房梁上的一塊肉?地動儀被移出教科書
    除此之外,還有一件事引起了廣泛的討論,那就是張衡地動儀被移出了課本。張衡的地動儀為何被移出課本?原因也很簡單,因為此前的仿造模型不具有張衡地動儀的預測功能,而張衡的地動儀又消失在了歷史長河中。因此真正的張衡地動儀究竟能否預測地震,就成了疑問,最終課本將其剔除。
  • 張衡的地動儀為什麼被踢出歷史書?
    地動儀是古人智慧的結晶,跟司馬光砸缸、鑿壁偷光一樣,是非常經典的歷史故事,讓同學們感嘆古人智慧、仰慕我們祖先光輝燦爛的文化。記得小時候,歷史書的封面,就是張衡的地動儀,不過這個部分如今從課本上刪除了。張衡經過長年研究,在陽嘉元年(公元132年)發明了世界上第一架地震儀,比西方早一千七百多年。地動儀外表像一個酒罈子,周圍向前八條龍,指向八個方位,每條龍嘴裡有一顆珠子,如果某個地方發生地震,對應方位的珠子就會掉落,地上的蛤蟆就用來盛放珠子。也就是說,地動儀是用來判斷已經發生的地震方向,在信息傳遞不便的古代,可以及時安排救災等事宜,不是用來預測地震。
  • 張衡的地動儀真的不存在嗎?用科學來說明真相!
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  • 教科書上「張衡地動儀」只是擺設?中科院教授:就沒有實際作用!
    教科書上「張衡地動儀」只是擺設?中科院教授:根本就沒有實際作用!地震作為一個自然災害,帶給了我們很多慘重的損失和教訓,我們的防震演習從沒停止過,探測地震的儀器也越來越先進。不只是現在,在古代就已經有了預測地震的儀器,就是張衡的地動儀。但由於地震儀早已經不存在,我們現在對於地震儀的作用是否真實提出了質疑。歷史是通過先人記載的,很多我們只能夠通過推敲來辨別真假,即使這樣,難免歷史的撰寫者會帶有主觀色彩和被客觀因素影響,我們也無法進行百分百正確的科學考證。
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    直到2016年時,課本的正文、課後活動及知識拓展部分仍然沒有張衡與地動儀的出現。這樣的情況直到2018年時才有所改善,課本中提到了張衡與地動儀,卻刪除了其中的正文介紹。對此,人民教育出版社解釋道:張衡及內容其實並未從統編教材中刪除,只是在教材的編排上做了調整,相關內容都可以在統編版小學五年級上冊的法治教材中找到,而這也是引起大眾誤會的原因之一。