小时候的历史教科书上,有一幅张衡地动仪的插图帘,旁边文字讲述着东汉科学家张衡设计出这一伟大的科学仪器,比西方早了近2000年。

可到了21世纪,教科书却把这幅插图和相关文字删去了,这是咋回事呢?其实,不是张衡的地动仪是假的,而是咱们现在看到的地动仪模型有问题。

张衡生活在距今近2000年的东汉,他发明的地动仪在魏晋南北朝就失传了,如今实物难寻,只有《后汉书》里留下一段记载:“以精铜铸成,员径八尺,合盖隆起,形似酒尊,外有八龙,首衔铜丸,下有蟾蜍,张口承之。”原来,地动仪整体像酒尊,直径八尺,外有八条龙,下有八只蟾蜍,模样跟我们记忆中的图片差不多。



但地动仪作为仪器,关键不在外观,而是内在原理。史书记载,曾有一次地动仪有反应,可洛阳当地没震感,很多人就觉得它没用。没想到几天后消息传来,千里之外的陇西发生了地震。这说明地动仪不仅能感知地震,还特别灵敏,人察觉不到的震感它也能监测到。如此高的灵敏度,光靠八条龙和八只蟾蜍显然实现不了,内部构造才是重点。可史书偏偏没记载地动仪内部原理。

既然没出土实物,史书也没确切记载,那咱们看到的地动仪从哪来的呢?是学者王振铎尝试复原的。王振铎先生是科技史专家,复原过不少古代科技成果,像记里鼓车、水运仪象台等。

张衡地动仪的原理说起来不算复杂,主要是感应水平地震波,方法有悬垂摆和直立杆两种。悬垂摆就像吊灯,房屋晃动时它最先且大幅感应到;直立杆如同立在桌上的铅笔,桌子晃动它也能察觉。王振铎复原的地动仪用的是直立杆原理,中间有根立柱,地震时立柱晃动倒下,龙口中铜球就掉落。



王振铎先生的复原成果被《人民画报》报道,可后来教科书删掉了《人民画报》文章里 “这是1951年设计完成,根据《后汉书・张衡传》记载及考古材料复制” 这段话,直接把复原图片当成张衡的地动仪,这种做法太不严谨,误导性强,被删也在情理之中。

而且,王振铎先生的复原本身也有不严谨之处。前面说陇西地震洛阳无震感,地动仪却能感知,直立杆原理真能做到吗?理论上可以,但科学测算,杆的直径和长度比例要达到1:1000,直径10厘米的话,高度得100米,地动仪根本满足不了这空间需求。



后来,中国地震台的冯锐先生依据悬垂摆原理重新复原地动仪。它外形和以往相似,内部不是直立杆,而是悬挂着上小下大的柱子,地震时柱子水平晃动,铜球掉落。这台复原地动仪在东汉灵台遗址实验测量,能感知3到5毫米的地震波,达到了陇西地震洛阳无感却被监测到的情况。

不过,冯锐先生的复原成果就一定是张衡的地动仪吗?也不一定。冯锐先生在论文里写:“新模型不是终极、唯一结论,只是反映目前研究水平和对史料的理解,是追索历史原物的尝试。”确实,不管怎么复原,我们都很难知道张衡地动仪真实模样。但冯锐先生的工作证明,以两千多年前中国的科技水平,设计制造出地动仪是有可能的,地动仪的记载并非无稽之谈!

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