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2024-08-03
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更新時(shí)間：2024-08-04 00:01:40作者：佚名
地震儀是誰發(fā)明的（地動儀從課本中刪除）。本站來告訴相關(guān)信息，希望對您有所幫助。
張衡是我國古代著名科學(xué)家。張衡所發(fā)明的地動儀早已失傳，上世紀(jì)50年代所嘗試復(fù)原的地動儀模型并不成功，因此近年來這受到了一些人的質(zhì)疑乃至否定。受此影響，現(xiàn)在的中學(xué)歷史教科書正文中已不再提到張衡。我們究竟應(yīng)該如何看待張衡和他的科學(xué)貢獻(xiàn)？現(xiàn)在的歷史教科書中對他的忽略是否恰當(dāng)？
要數(shù)在世界科學(xué)史上的巨星，東漢的張衡（字平子，公元78-139年）是極其耀眼的一顆。與古希臘托勒密、阿基米德等科學(xué)家相比，他在科學(xué)上的地位一點(diǎn)也不遜色。他的好友崔瑗評價(jià)他是“道德漫流，文章云浮，數(shù)術(shù)窮天地，制作侔造化，奇技偉藝，磊落煥炳?！苯袢斯舴Q譽(yù)他是“如此全面發(fā)展之人物，在世界史上亦所罕見。”張衡在科學(xué)上貢獻(xiàn)，成就于他的時(shí)代，也超越了他的時(shí)代。
圖1. 張衡（78-139），字平子，南陽西鄂人（圖源：著名畫家蔣兆和）
地動儀的爭論
說到張衡，最引人關(guān)注，也是引起爭論最多的，就是他創(chuàng)制的“候風(fēng)地動儀”。近年來對張衡地動儀的無端懷疑，加上網(wǎng)絡(luò)媒體上各種對地動儀復(fù)原的不正確報(bào)導(dǎo)的推波助瀾，導(dǎo)致在中學(xué)課本正文中刪去了張衡的名字。這是對張衡乃至對中國古代科學(xué)的重大誤讀。
關(guān)于張衡地動儀，《后漢書》中有明確的記載?？煽偸怯幸恍耙晒拧睂W(xué)者，認(rèn)為歷史記載不可靠，甚至是造假，他們因?yàn)樽约簭?fù)原不出來地動儀就認(rèn)為張衡也沒有做出來過。這不是極度的“現(xiàn)代科學(xué)主義”自負(fù)，就是“歷史虛無主義”的無知。
張衡地動儀的關(guān)鍵構(gòu)件“都柱”，就是簡單的立柱。人們往往以為這樣靈敏的柱子根本立不起來，立起來了也會因?yàn)楦鞣N輕微的干擾而傾倒，而且是“亂倒”，于是就下結(jié)論說張衡的地動儀不可能觀測地震。這好像很符合常識，所以使人輕信。但常識畢竟還是常識，不是科學(xué)。對地動儀立柱的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，不僅證明立柱可以立起來，而且不會亂倒，“立柱驗(yàn)證”完全可行。
前中國科學(xué)院南京天文儀器研制中心天文儀器研究員，著名天文儀器專家胡寧生先生，在88歲的高齡，自費(fèi)制作模型，親自動手實(shí)驗(yàn)，分析力學(xué)上的細(xì)節(jié)，證明張衡地動儀“立柱模型”科學(xué)可靠，復(fù)原了張衡地動儀的科學(xué)原理。這樣的研究成果，在當(dāng)今“疑古”的時(shí)尚中，竟然得不到應(yīng)有的關(guān)注。好在他的研究成果2020年己經(jīng)在《中國科技史雜志》上正式發(fā)表。胡寧生先生以他多年從事天文儀器研究而獲得的機(jī)械力學(xué)經(jīng)驗(yàn)，以嚴(yán)肅科學(xué)的態(tài)度，證明張衡地動儀不是“神話”，而是歷史上的科學(xué)的真實(shí)。
圖2. 張衡地動儀復(fù)原示意圖（圖源：胡寧生）
張衡地動儀也不局限于是一種技術(shù)上的發(fā)明，它的背后是科學(xué)的思維、細(xì)致的觀察和務(wù)實(shí)的科學(xué)應(yīng)用。
首先，張衡認(rèn)為地震是地下陰氣受逼引起迸發(fā)而造成的，而“氣之動”即為“風(fēng)”，這是張衡把它的地動儀叫做“候風(fēng)”地動儀的原因。
其次，張衡地動儀所用的動物形象具有象征意義，即龍象征風(fēng)，蟾蜍象征地下的陰氣，但同時(shí)也當(dāng)是基于對地震現(xiàn)象的觀察。我們知道，地震發(fā)生之前，蟾蜍這樣的生活在地下的動物往往先有警覺而做出異常的行為。張衡對這些現(xiàn)象肯定是有所觀察的，這就是地動儀用蟾蜍承接銅丸的原因。今人評價(jià)張衡，有時(shí)受“后見之明”的影響，認(rèn)為張衡研究“候氣”、“風(fēng)角”是搞“迷信”，殊不知這在張衡的時(shí)代，正是科學(xué)思維的邏輯。而張衡在研究“風(fēng)角”的同時(shí)，又明確有反對“圖讖”之類的迷信，可見在張衡的思想里，理性的探索與非理性的迷信的界限還是明確的。
最后，地震在古代被認(rèn)為是重大的災(zāi)異，在漢代董仲舒構(gòu)建的“天人合一”災(zāi)異論說中，像地震這樣的災(zāi)異自然要受到重視，因?yàn)檫@是國家治理的一部分。據(jù)《后漢書》記載，從公元96年到125年的30年中，就有23年發(fā)生過較大的地震。張衡地動儀的發(fā)明，正是滿足了當(dāng)時(shí)社會政治的需求，從中可以看到張衡這樣的科學(xué)家的的社會責(zé)任感。
張衡在科學(xué)方面的成就
秦漢時(shí)代是中國古代科學(xué)典范的形成時(shí)期，之前具體性的科學(xué)經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)以陰陽五行理論為基礎(chǔ)的宇宙觀的整合，擺脫了神話巫術(shù)的束縛，成為理論與觀察相結(jié)合的理性探索。張衡在天文學(xué)方面的成就，是漢代天文學(xué)發(fā)展的寫照。
漢以前的天文學(xué)的歷史可謂久矣，但是只是到了漢武帝時(shí)期，通過“太初改歷”，使古代天文學(xué)具備了“范式”，使天文歷法成為一種數(shù)字化的宇宙模型，不僅包括了對日月五星的運(yùn)動的推算，而且包括了對人類社會歷史變遷的研究，用司馬遷的話說是“究天人之際，通古今之變”的大學(xué)問。太初改歷過程中的天文觀測、宇宙論之爭和理論構(gòu)建，正是張衡在天文學(xué)上創(chuàng)新發(fā)明的時(shí)代背景。
關(guān)于恒星，司馬遷說“唐都分天部”，他在《史記·天官書》中，綜述了漢代的星空，把星空描述為“天人對應(yīng)”的體系，與古希臘的星座體系形成鮮明的對比。
東漢的張衡無疑是秉承了這個(gè)傳統(tǒng)。他在《靈憲》中寫道：“星也者，體生于地，精成于天，列居錯(cuò)跱，各有逌屬。在野象物，在朝象官，在人象事，于是備矣。”天上的星星，就是地上事物的宣氣，天地在本質(zhì)上是對應(yīng)的。張衡所定的星官體系，是超越了《天官書》的?！短旃贂访鑼?0多個(gè)星官，800多顆恒星。而《靈憲》說：“中外之官，常明者百有二十四，可名者三百二十，為星二千五百大大，而海人之占未存焉?！彼^“海人之占”，很可能是指中原地區(qū)不可見而在南海地區(qū)可見的南天恒星。
圖3. 漢代星圖（圖源：西漢交通大學(xué)漢墓）
關(guān)于行星運(yùn)動，《太初歷》（即《三統(tǒng)歷》）以對行星周期性運(yùn)行的觀測為基礎(chǔ)，建立了行星運(yùn)動的計(jì)算模型?！度y(tǒng)歷》已經(jīng)把金星和水星與火星、火星和土星區(qū)分開來，采取不同的數(shù)字模型，張衡則在《靈憲》中對這兩類行星做了進(jìn)一步區(qū)分，認(rèn)為前者“附于月”，后者“附于日”，相當(dāng)于現(xiàn)代天文學(xué)中對“內(nèi)地行星”與“外地行星”的區(qū)分。張衡還進(jìn)一步認(rèn)識到，行星運(yùn)運(yùn)的快慢與其在天上的高度（也就是離開地的距離）有關(guān)，即所謂“近天則遲，遠(yuǎn)天則速”，這也是符合行星運(yùn)動實(shí)際情況的科學(xué)論斷。
張衡《靈憲》中還提出了關(guān)于月食成因的理論。他的月食理論，打破了之前的“月照天下，食于蟾蜍”的神話說話，采用自然主義的陰陽理論來進(jìn)行解釋，提出了“暗虛”的理論：“月光生于日之所照，魄生于日之所蔽，當(dāng)日則光盈，就日則光盡也。眾星被耀，因水轉(zhuǎn)光。當(dāng)日之沖，光常不合者，蔽于地也。是謂暗虛。在星星微，月過則食?！奔丛率呈怯扇展庖虻卣诒味纬傻摹鞍堤摗痹斐傻摹＿@是對月食成因的科學(xué)解釋。
在天文宇宙論方面，張衡更是當(dāng)時(shí)先進(jìn)的“渾天說”的代表。關(guān)于宇宙論的“渾蓋之爭”，在西漢時(shí)期就已開始。西漢思想家揚(yáng)雄就經(jīng)歷了從支持“蓋天說”到支持“渾天說”的思想轉(zhuǎn)變，寫出了著名的“難蓋天八事”，從天文觀測和哲學(xué)思辨的角度，指出的“蓋天說”的不可信和“渾天說”的優(yōu)越性。而關(guān)于渾天說，他說，“或問渾天。曰：落下閎營之，鮮于妄人度之，耿壽昌象之?！边@說明在太初改歷的時(shí)候，從民間招募上來的天文學(xué)家落下閎就已經(jīng)使用基于渾天說的天文儀器—渾儀來進(jìn)行天文測量了。張衡則對渾天說進(jìn)行了高度的概括，他在《渾天儀注》中說，“渾天如雞子，地如雞子中黃”，形象地描述了渾天說的模型，與現(xiàn)代天文學(xué)的天球相當(dāng)。
神話、巫術(shù)也是古代人們認(rèn)識世界的方式，其中也不乏類似于科學(xué)幻想的成份。秦漢時(shí)代，古代的思維可以說是經(jīng)歷了從神話到自然主義科學(xué)的轉(zhuǎn)變。神話傳說堯帝時(shí)生長一種叫做“蓂莢”的植物，初一生長一葉，初二生長一葉，直到十五共生長十五葉，之后就一天落一葉，直到三十落完。
圖4. 神話中的“蓂莢”（圖源：漢畫像石）
張衡正是從這樣的神話中獲得了靈感，創(chuàng)制了他稱之為“瑞輪蓂莢”的“自動化日歷”。照著同樣的思路，他還創(chuàng)制了水運(yùn)渾天儀象，開創(chuàng)了中國古代制造水運(yùn)自動化天文儀象的傳統(tǒng)。這一傳統(tǒng)在唐宋時(shí)期得到進(jìn)一步的發(fā)展，直到北宋的蘇頌制造出集天文觀測、演示和報(bào)時(shí)系統(tǒng)為一體的自動化天文臺而達(dá)到頂峰，李約瑟稱之為“世界上最早的天文鐘”。張衡把神話的想象變成了科學(xué)的現(xiàn)實(shí)。
圖5. 張衡水運(yùn)渾象及自日歷復(fù)原（圖源：中國歷史博物館）
張衡在科學(xué)上的成就還有很多，比如在數(shù)學(xué)上對圓周率和球的體積都有研究，這里限于篇幅，不再細(xì)述。最后要說的是，張衡不僅是偉大的科學(xué)家，也是偉大的文學(xué)家和思想家。他的《四愁詩》，開創(chuàng)了中國古代“七言詩”的新風(fēng)；他的《二京賦》《南都賦》，以一種包舉宇內(nèi)的氣度，描寫了帝鄉(xiāng)的山川河流、物產(chǎn)礦藏、手工農(nóng)業(yè)、民俗風(fēng)情等，具有極強(qiáng)的文化感染力；他的《思玄賦》，更是一部星空的暢想曲，把天上星星的秩序與人間社會的秩序融為一體。沒有博大的人文情懷，張衡不可能寫出這樣的詩賦。而他的這種人文思想，恰恰構(gòu)成了他的科學(xué)思想的基礎(chǔ)?！暗赖侣?，文章云浮”，正是張衡博大人文精神的恰當(dāng)評價(jià)。
張衡是中國古代科學(xué)的座標(biāo)。世人只有充分認(rèn)識張衡，才能充分認(rèn)識中國古代的科學(xué)，才能從中那里獲得科學(xué)原創(chuàng)力的啟發(fā)。世人從事科學(xué)研究，當(dāng)以張衡為典范。
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作者簡介：孫小淳，中國科學(xué)院大學(xué)人文學(xué)院教授。
文稿編輯：趙宇豪
來源： 光明網(wǎng)