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专家解读张衡地动仪

时间:2009-11-25 17:44来源:北京科技报 编辑者:月影茶香 点击:
发明于公元132年的“张衡地动仪”是人类历史上的第一架地震仪器,但早已失传。1951年,我国考古学家王振铎历经数年考证研究,复原并制作了一件木质的“张衡地动仪”展览模型,收在中国历史博物馆,遂广为流传。很多人误以为这一模型是出土的1800多年前的地动

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课题组复原的张衡地动仪
课题组复原的张衡地动仪

      近日,“张衡地动仪科学复原”课题组完成了外型的设计和小样铸造,不久,公众将能看到目前最贴近史料又能工作的地动仪复原模型小样。

 

      发明于公元132年的“张衡地动仪”是人类历史上的第一架地震仪器,但早已失传。1951年,我国考古学家王振铎历经数年考证研究,复原并制作了一件木质的“张衡地动仪”展览模型,收在中国历史博物馆,遂广为流传。很多人误以为这一模型是出土的1800多年前的地动仪原件。

 

      王振铎采用的是“直立杆原理”,就像一个倒置的啤酒瓶,但细细的直立杆既不能工作也不能测震。人们只能将其视为能测地动的报警器,无法将其看成是一种地震验震器。

 

      从1969年以后,包括中国、日本、美国、英国等国的学者对这个模型发表了一系列的严肃批评文章和谈话,其中,包括国内外著名的科学院院士傅承仪、英国的李约瑟等人的批评与否定。

 

      近现代的西方学者甚至表示,张衡地动仪之所以失传,是因为它没有达到科学的要求,它不是个科学的东西。也有学者表示“孤证不立”,由于中国对于张衡地动仪的宣传依据,只有《后汉书·张衡传》上记载的196个字。仅凭此条史料来进行复原和宣传是不可靠的。

 

      1978年,美国地震学者博尔特在自己的新书中也提出王振铎模型的工作原理不清,并附上了一张自己想象的“张衡地动仪”概念图,不可思议的是,博尔特在地动仪旁边还画上一个身着农民装束的人,而这个人也正是西方人心目中的张衡。到2000年为止,国内外一共出现了13种张衡地动仪复原模型,各国采用各自的模型进行解释,尽管都属于概念性的模型,同样不能验震工作。

 

      2003年10月,中共中央政治局常委李长春,视察河南博物馆时,停在“张衡地动仪”的面前。他很是疑惑,作为中华历史上如此辉煌的技术为什么只有一个外壳而不能工作?“地动仪是中国古代科学的典范,要把工作原理直观展演出来……”他的话,给了大家极大的鼓舞。

 

      而当时中国地震局冯锐研究员负责的课题组自2002年就已经开展了张衡地动仪的工作原理研究。他们根据“悬挂摆原理”,使复原模型成为了真正的验震器,并在2005年4月通过了专家鉴定和国家验收。

 

      冯锐解释,地震波引起的地面震动是以水平晃动为主的,而爆炸等引起的地面震动是上下抖动的,这是判断非地震的地动和地震的最特征性区别。课题组的专家们分析了大量史料和出土文物,并做了严格的地震学计算和试验研究。

 

      得到结论:张衡地动仪是真实的、科学的。所利用的“悬垂摆原理”,最直观的表现就是人们常常看到的吊灯,这是一种天然的验震器。在地震时,由于岩层的剪切错动会造成地面强烈的水平运动,悬挂物体就会随之摆动,且非常敏感。特别重要的是,史料的文字中已经清楚地写下了“地动摇尊,尊则振,龙机发”的动作过程。

 

      在研究过程中研究人员注意到,汉代的生活中已经普遍出现了悬挂物,比如编钟、吊锤、吊桶、吊灯、吊壶等。地震来时,这些悬挂在上面的物体就会突然地不停摆动,很容易引起人们的警觉,具备了诞生科学思想的物质基础。

 

      关于张衡地动仪的历史证据,冯锐告诉《北京科技报》,文字上并不像外界所传的仅在南北朝的范晔《后汉书·张衡传》中才能够找到,其实在《后汉书·顺帝纪》中也有文字记述。更令人震惊的是,早在东晋的袁宏的《后汉纪》以及西晋时的司马彪的《续汉书》中都有对张衡地动仪的记载。

 

      这两篇史料要早于《后汉书》约70年到150年,即在张衡去世后的100多年就已经记载下来了,其文字的质量和信息更加准确、完整和细致。目前整理出来的文字量,已从196个增加到238个。

 

      考古文物上,史料所描述的穹隆形顶盖的酒樽已经出土,地动仪置放在灵台的位置已经被发掘所明确。地震学上,还确认了是对公元134年12月13日陇西地震(今甘肃天水一带)的反应。这些新成果充分地释然了对于“孤证”的质疑。

 

      冯锐教授还谈到,张衡地动仪是人类历史上的第一个验震器,把它复原成直立杆的报警器就降低了它的科学地位和历史贡献。它应该是一种 “只有地震我才动,不是地震我不动”的仪器。对人有感觉的人为干扰的地动可以做到 “我不动”;对人没有感觉的微弱地震波,“我吐珠”。这才体现出张衡的伟大。否则“复原文物”所蕴含的科学价值和社会影响就会丧失。

 

      但张衡地动仪毕竟是人类的原始性测震仪器,低的也不能抬高,否则自受其辱。比如把蟾蜍接丸的方向认定是地震方向,就说过了头。问题出自《后汉书》中“寻其方面,乃知震之所在”的这句话。这个“方面”二字并非方向,而是由相差180度的正负两个方向,是构成具有方位性质的平面。简单说,就是东边发生的地震,在东、西两个方向上的其中任何一个铜丸的掉落,都是对的。因为地震波的初始振动会同时出现背离震中和指向震中的空间分布。这几个不准确的文字仅出现在《后汉书》中,早期的史料中是没有的。

 

      “地动仪能够预测地震的说法更将张衡地动仪神化了。这主要的原因是人们对于古文的误解,以及在流传中人们以讹传讹的结果。”冯锐说。《后汉书》中有句话:“尝一龙机发,而地不觉动,京师学者,咸怪其无征,后数日驿(骑马送信的人)至,果地震陇西。”这段话指送信的人是在震后几天才报告的,但在流传的过程中,被传成地动仪的龙珠先掉下,过了几日,陇西果然发生了地震。验证也就因此被误传成了预报。

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