张衡地动仪被疑真实性 专家复原神器揭奥秘

地震学家冯锐和公元1951年，考古学家王振铎复原并制造的“张衡地动仪”模型。
点击此处查看全部科技图片

《发现之旅》栏目拍摄节目现场。
点击此处查看全部科技图片

　　北京科影厂《发现之旅》供稿

　　　　一、惊世骇俗

　　在中国历史博物馆，摆放着一件，古代的神秘仪器“地动仪”。传说有一天，趴在仪器上的八条巨龙，突然受到大地的振动，龙口内所含铜丸，突然掉落。数日后快马来报，龙

头所指方向，天崩地裂。然而，这个流传了1800年的神奇传说，却遭到现代科技界的质疑。

　　公元138年，陇西大地。一骑快马在路上飞奔。突然，天空电闪雷鸣，大地剧烈震颤，紧接着房倒屋塌伤者惨嚎，死者尸横遍地，悲恸天地。

　　张衡缓步走向地动仪，仪中有异响，片刻一珠从龙嘴出，下坠入蛙口。张衡惊觉，蜡烛微跳，茶水不动，旁观众人互相对望。张衡从蛙口中取出

　　马上人汗流浃背，身背公文疾驰而过，直奔都城洛阳。

　　这是世界上第一部架设在世界各地，可进行台网观测的地震仪器。它是由现代地震学之父，英国人米尔恩于公元1894年制造的。

　　但是这部制造于中国东汉时期，公元132年，人类历史上最早，可以感应地震的仪器。竟不可思议的比世界同类技术提前了1700多年。创造这一科学奇迹的人，是中国天才的科学家张衡。

　　然而历史也有遗憾。自从公元132年张衡造出了地动仪，仅在公元138年记录了一次陇西地震后，“地动仪”就仿佛一阵烟尘般，消失在历史的深壑。据史学家推算在西晋末年。不知什么原因“地动仪”彻底消失无踪了。

　　对地动仪存在的记录仅见于西晋文人范晔所著《后汉书，张衡传》中，张衡地动仪成为千古不解的迷团。

　　公元1951年，考古学家王振铎历经数年，考证研究终于复原并制造的“张衡地动仪”模型，为我们提供了一个直面中国古代科技文明的窗口。在教育、科技、文化领域里，张衡的辉煌就等同于中国的辉煌，冲击着每一个人，也震撼了世界。于是数以亿计的中国人，便毫不犹豫的把这一模型认定为1800年前张衡亲手制造的。

　　地震学家冯锐从事地震研究四十年，在他的书架上，有一本书《张衡科学与宗教》，是奥地利学者雷利伯所写。书中惊世骇俗的言论，令中国人根本无法接受。

　　冯锐：这个人的观点就是说比较尖锐了，他忽然谈到这个问题，就是说张衡这个地动仪，中国人把它视为国宝、视为国粹，说在中国的历史博物馆还有这个东西，可是它是不科学的。

　　冯锐：我的眼睛就说怎么回事，说是不科学的，说这个仪器是不能科学的工作，而且它失传，是因为它不科学，所以它失传，再进一步说，因此它失传了，所以张衡地动仪也没给后人任何启发、思想作用什么都没有，因此后来意大利、法国，这个后来发展的地动仪器跟张衡无关系，因此在历史上有张衡没张衡，历史是一样的，

　　时光流转，1800年转瞬即逝。历年来在河南地区的遗迹发掘中，也从未找到张衡地动仪的蛛丝马迹，甚至连支言片语的信息也没有。

　　冯锐：而且还谈到，就是说这个中国人把这个张衡看成国粹，完完全全是一种民族的想往，不是一种完美的现实。这句话我觉得真是很让我吓一跳，因为他的观点太尖锐、太犀利了，

　　我们知道，张衡地动仪的的确确鼓舞教育了几代中国人，在中国人心里，他的科学性，和真实存在性都是不容置疑的。但是这来自国外无情的质疑竟然有理有据，言之咄咄。令人一时竟不知如何应对。这对每一个中国人来说，都仿佛是一个难以接受和容忍的侮辱。

　　因为科学是没有国界的，但是做出科学成就的人是有国界的，为这个科学成果引以为自豪的民族是有国界的。

　　“自豪”这种情感，对于从事地震研究四十年的地震学家冯锐来说，仿佛来得更加强烈。这不是对冯锐一个人的挑战，而是对中国学术界提出的挑战。冯锐，将怎样解开这流传了1800年的地动仪传说之迷。

　　《防灾博览》杂志编辑武玉霞，在修订冯锐写的地震科普文章“地震没地震抬头看吊灯”，冯锐为了加强文章的分量，在文章中加进了一段，张衡地动仪是世界上最早验震器的内容。

　　我想最早的验震器是张衡，所以我们写第一个地震谚语的要提到张衡才比较合理。

　　当武玉霞看到这里时，发现张衡地动仪的工作原理，和冯锐文章里论述的地震理完全相反。

　　武玉霞：最后一段结尾的时候，就写到了张衡地动仪作为验震器最早的一个仪器，但那时候还没有提到张衡地动仪，就觉得那个波是不对的，如果说按照他那个就是不对，

　　地动仪的内部，是一根直立的棍子，地震来时，靠棍子的随机倾倒触发机关吐丸。而吊灯验震是靠悬挂摆动方式，这两种运动方式完全不同，到底是怎么回事？问题不搞清，文章不能发表。武玉霞马上找到冯锐，希望得到满意的答案。

　　武玉霞：在长期的生活实践中，地震来了，最简单的一个方法，就是好多人把啤酒瓶子上放在比较平面的桌面上，或者窗台上，它作为一个报警器在用，如果说稍微有一点动静的时候，瓶子就倒了，人们就知道是地震了。

　　冯锐：那么这个办法是不好的，因为人走路啊，关门啊、车马一走，咣珰咣了一声，所以我们不能判断是地震引起的，还是非地震引起的。

　　倒立的酒瓶和倒立的棍子原理完全一样，由于这种方法无法区分振动波，因此现代地震仪器根本不会采用。

　　“中有都柱”这是范晔在后汉书中对张衡地动仪内部最重要结构的描述。为什么地动仪的内部会是一个完全错误的原理，冯锐无法理解。

　　冯锐：可是我们把地动仪找了材料以后，一看，哎哟。结果传统模型，就是大家都习惯这个模型，它里面是一个棍，就这么托着，恰恰是我们说不要做那个，像啤酒瓶不能这么放，是这个东西。

　　后汉书对地动仪检验地震的描述，是这样写的。“寻其方面乃知震之所在。”也就是说，龙头吐丸后，可以按照龙头方向确定地震从何而来。很显然，“张衡地动仪”完全能够精确的发现来自任何方向的地震。地动仪能够这样准确，这绝不是随便乱倒的酒瓶子可以做到的。

　　冯锐：这个就有点，这个矛盾就暴露出来了。这个就带来了一个原理的问题

　　于是冯锐根据后汉书中，唯一的定量条件“圆径八尺”做了一个计算。希望算出矛盾的症结到底是什么？

　　冯锐：那么仔细看的时候，我就要必须从物理上来分析它，首先一看，这八个蟾蜍是分开的，好，没关系我可以把它剥开，这个龙的位置不过是的同乱轨迹，落点的位置而已，没关系把它拿开，龙没关系，龙在我的眼睛里头，它就是个质量，那么这个外壳一个柱子这两个是分开没关系的，把这个东西再分开两半，这是个外壳，因为它没关系嘛，这是个柱子，把这个壳去掉它，这样就是它了，把这个东西我做个计算，算一算它。

　　冯锐：按照梁思诚先生他写中国建筑史里头，他专考证了汉朝的柱子，高度和这个比，一般三点几到五点几，是矮胖矮胖的，这么墩墩实实的，是这样的柱子。

　　那么这个粗壮的都柱，带来的直接结果，就是地动仪无法达到灵敏的要求的。

　　这个柱子得细，越细越好，越细越高，这算灵敏，你弄那么大的，它拎不动了，越细越细，很细很细，这样就灵敏了，这样我们一算，要非常细非常细的，就是高度和直径之比1225：1才能达到人没有感觉动，仪器有反应了，什么意思呢？就相当于这个柱子两米高，这个柱子直径1.5毫米才行，这个不对。

　　那么这么细的“都柱”根本没有足够的能量，触发巨龙吐丸。甚至可能连自己站稳都无法做到？

　　这时冯锐在一份资料中查到。这一理论的提出最早始于日本人萩原尊礼，他也是根据后汉书张衡传中的记载，以“地不觉动”为条件，得出了与冯锐相同的结论，果然在实验中，萩原无论如何也无法让直径只有1.5毫米的“都柱”站立起来。于是萩原尊礼只得利用现代技术，设计了用拉簧固定的“都柱”，这个都柱被取名为“倒立棍”。

　　冯锐：比如我们这是一个柱子，如果是这样放的话，那就是这么托住，这样的话它会倒，但是这样倒什么事情都可能倒，你判断不出是不是地震。张衡的地动仪是个验震器，就是说只有地震它才动，不是地震它不动，这个仪器的科技价值是非常高的，

　　然而在日本东京大学的实验室里，即使是这个带弹簧的倒立摆，经过反复试验，始终无法达到“地不觉动，而仪器有感”的临界条件。

　　冯锐认为，如果地动仪真的是倒立摆，那么就只有一个结果，张衡错了。

　　我们说地震没地震，抬头看吊灯，是指这个意思，它应该这样吊，它说如果有这样的，它不动了，地震水平晃动应该它晃动起来了，那么这个原理就跟我们所谈的这个，地震没地震，抬头看吊灯这就矛盾了

　　冯锐和武玉霞非常清楚“倒立棍”是完全错误的。但是要说地动仪错了，那么在后汉书里，记录的地动仪发现陇西地震的实例，怎么解释？怀疑传统模型，就是质疑被国人奉为神明的地震始祖张衡。两人感到惶恐和不安。

　　武玉霞：本来这篇文章里头要谈到张衡地动仪，他的原理的问题，就是对地震波的记录，但是就是因为这块发生了一点问题，然后就把要写的东西给删掉了，

　　冯锐：就是说地震没地震，抬头看吊灯。张衡地动仪也是这样的，可是我们一看，不是这样的，所以我们也不敢写这句话了，不谈这个问题了。

　　谁也没想到，一篇科普论文和一条地震谚语，竟引发了一个令人几乎无法承受的大事件，这是冯锐和武玉霞都无法承受的。

　　冯锐：我作为一个地震学家，那么一直引以为自豪的，是我们张衡是地震仪器的鼻祖，那我觉得是很大的精神上的压力的。这个起码我从感情上是很难接受的。

　　无情的事实摆在冯锐的眼前。奥地利学者雷力伯，认为张衡地动仪是完全错误的。而冯锐的论证结果恰恰也得出了，张衡地动仪存在原理性错误。难道张衡地动仪真的只是我们心中美好愿望吗？

　　但是为什么张衡地动仪会在世界上，流传如此之广，又如此深入人心？(冯锐不敢想象，难道是现代地震理论也有无法解释的缺陷？)冯锐反复思考后汉书中的句子，并反复作着每一步骤的计算。

　　冯锐根据王振铎的论文，推算出陇西地震，触发在京师洛阳的倒立棍倾倒。地震最低烈度应为5度，但是这样的烈度，会使洛阳地面晃动，人畜惊逃。显然这样的结果大大违反了后汉书中的记录“一龙激发，而地不觉动”。

　　王振铎设计的都柱并不合理。

　　冯锐突然意识到，自己对张衡地动仪的看法及外界的否定，都是针对流传最广的王振铎模型。那么还有一种新的可能，不是张衡错了？而是王振铎错了？

　　冯锐继续翻看着王振铎的论文，突然在论文中出现了一个熟悉的名字。日本地震学专家萩原尊礼，原来王振铎的“倒立棍”理论是从日本人萩原那里得来的。

　　1937年3月28日，从东京东南的羽田方向发生地震，在萩原尊礼的实验室里倒立棍突然倾倒，但是令人不解的是“倒立棍”，却不受控制的倒向了错误的的方向，西南。这一结果证明，“倒立棍”根本无法实现“寻其方面，乃知震之所在”。

　　由于王振铎是考古学家，地震知识有限。因此错误的选择了“倒立棍”作为地动仪的“都柱”。然而正确的“都柱”到底应该是什么样子？它是怎样工作的？这一切在《后汉书》中，却没有更详细的描述了。冯锐唯一肯定的是，张衡地动仪是只对应地震的科学仪器。绝不可能是“倒立棍”这样不稳定的结构。

　　冯锐：我们看那个后汉书有一段讲到，“如有地动，尊则振，龙机发，吐丸”，那么这个过程是符合悬垂的工作原理的，是有特征的。

　　地动在先，然后樽振，续而机发，吐丸。这是一套有着先后顺序的机械连锁动作。四者有着一环紧扣一环的联动因果关系。如果这一推测成立，那“振”字，就是证明 “悬垂摆”是张衡地动仪工作原理的证据。

　　冯锐：第二我们后来看看史书， 发现那个时候对记载的地震，经常用摇，地面震动就是摇，包括皇帝下诏书上写的，地摇京师，人已经注意到了地面是摇晃的，还有一个后来我们发现后汉记是这样记录的，地动摇樽，它写的更清楚了，是地动摇樽，这不是写的很清楚了吗。

　　如果后汉书没有写错，那么张衡地动仪原理就应该像悬挂的吊灯般晃动。

　　“悬垂摆理论”是现代地震学之父英国人，米尔恩创立的，距今只有100多年。而1800年前，张衡就不可思议的理解并利用了“悬垂摆原理”。这是后人无法想象的，难道张衡是个超人或者神仙。

　　冯锐思索着，张衡是怎样思考的？

　　生活启发了科学，于是从这一天开始，自然科学家冯锐，一头扎进了完全陌生的领域，考古学。开始查证汉代的物质基础，亲身体会是什么东西触动了，生活在汉朝的张衡，产生了这伟大的灵感。

　　在大量出土的汉代石刻和文物中，冯锐兴奋的发现了很多悬挂物。

　　对冯锐来说，这无异于是一次心灵之旅，仿佛自己能够触碰到先人的精神世界。那个时代的张衡也许还不能准确的描述地震波的性质和惯性原理。因此在后汉书中，也就没有详细描述都柱的运动方式。但古人却巧妙的用“樽则振，龙机发”这六个字，把地动仪机械联动的先后顺序写的清清楚楚。

　　冯锐：人都有感了，动摇京师，那么这些悬挂是一定晃动的，所以我们判断如果是采取悬挂摆这种办法，是有汉代的物质条件，不会出大格的问题。那么张衡就有可能会受到这个东西的启发。

　　“张衡地动仪”如果工作过，“悬垂摆”是他唯一正确的选择。这同时也就说明了，摆在国家历史博物馆中，“张衡地动仪”的确存在着致命的错误。原理错误必然影响结构，结构的变化必然影响外观的改变。张衡地动仪到底应该是什么样子？没有人知道。但冯锐坚信1800年前，真正的“张衡地动仪”和现在的模型必定有着巨大的不同。

　　武玉霞：如说我们最初发现这个问题，其实心里也挺矛盾，也还是挺有压力的，首先就是无论我们的工作做的多么的细致，你的计算多么的严谨，那么你想推翻掉这个东西的话，那么可能受到的这种社会的阻力是挺大的。

　　虽然悬垂摆原理，得到了肯定的结论，但是要想改变深刻影响了中国人的王振铎模型谈何容易。

　　不但现在的教科书里仍然在沿用着，这个模型。甚至国家级馈赠的礼物也仍然还是这个模型。甚至国家地震局的标志也还在使用这个模型。可以想象对这个模型任何细微的改变都可能引发令人难以预料的结果。这不是一个科学家可以承受的。

　　都柱是什么样子？怎样验震？如何吐丸？等一系列神秘而诱惑的问题，吸引着冯锐欲罢不能。但是由于没有经费的支持，地动仪研究在一年后被迫停了下来。2003年冯锐在论文中无奈的写道：

　　冯锐：我们现在还没有能力对张衡地动仪的悬垂摆的原理的施关发机，牙机巧制，做出更具体的复原，那么就像在我们赞美断臂的维纳斯雕像一样，宁可去欣赏它的超越时代的缺憾美，而把这个古典文化这个无穷魅力留给后代。我们不要给他加胳膊了。

　　揭开“张衡地动仪” 真相之谜。对任何人来说，都具有着无穷魅力。而冯锐最大的缺憾是不懂历史和考古，面对着充满诱惑的挑战，难道他真的只能把这深深地遗憾和无奈留给后人吗？

　[1]　[2]　[3]　[4]　[下一页]