张衡的地动仪只是传说？

沈慈七

在西方科学史中，人类真正开始以仪器观测地震的历史，要从19世纪算起。然而距今1800多年前，中国东汉博物学家张衡制造了候风地动仪（古时称地震为地动），它非常神奇，可以检测到地震发生的方位，被誉为世界上第一台地震检测仪器。这一直被认为是中国古代科学的伟大成就。

神奇的地动仪

公元78年，张衡生于河南南阳，为当地大姓豪绅子弟。他自幼聪敏好学，游历多地，在文学、算学、天文、地理、机械制造等方面都颇有建树。公元112年，34岁的张衡经举荐入京，进入朝廷做了郎中，后升迁至太史令，主要观测天象、编订历法（东汉太史令不担负修史职分）。在此期间，他改进并重造了一台浑天仪，以水驱动而演示天象；他还著書立说，写了中国第一本描述天体运行的书《灵宪》，提到月亮本身不发光，只是反射太阳光而已，并解释了月食的成因，这种解释即使在今天也非常科学。

张衡发明候风地动仪的故事记载在《后汉书》里，根据记载，这个地动仪发明于公元132年，用精铜铸成，形似酒樽，直径约2米，周身刻以山龟鸟兽的篆文，作为装饰形象，内部则是“中有都柱，傍行八道，施关发机”。这八道分别对应八个方位，每个方位均对应一条口含铜珠的龙首，龙首下方各有一只张着大嘴的蟾蜍与其对应。任何一方如有地震发生，该方向龙口所含铜珠即会掉下，落入蟾蜍口中。由此，人们便可知哪里发生了地震。

张衡时任太史令，他发明了这台精妙的仪器后，就命名为候风地动仪，字面上理解就是“以风观测地动的仪器”，或者可理解为“地震的风标”。当时，人们相信地震与空气运动有关，与上天的启示有关。张衡就认为地震是上天启示“天子”的征兆，用来警告朝廷失政，奸臣弄权，那么检测地震自然就能警示朝廷，匡正社稷。

这种看法与中国传统观念息息相关。“平天下”是所有士子的终极目标，征战沙场，求学为官，以及技艺发明都为此目标而服务。所以，张衡发明地动仪主要目的不是测量地震，而是为了通过自然灾难来警告朝廷。

《后汉书》还记载道：曾经有一条龙的铜珠突然掉下，落入蟾蜍之嘴，然“地不觉动”，洛阳的朝臣们因此觉得地动仪不足信，但是几天之后，一骑快马驶入京城（洛阳），消息送达，果然陇西（今甘肃省内，距洛阳700千米）发生了地震，于是众人都服其神妙。

地动仪只是传说？

然而，这个地动仪的原理究竟是什么，史书上也记载不详，导致一些科技史专家对其是否真的存在过产生怀疑。

关于地动仪的全部描述，《后汉书》仅仅用了196个字，其中关于外观的描述占据了很多篇幅，而描写内部构造的，却只有几个字。“中有都柱，傍行八道，施关发机”基本就是地动仪的内部构造了。在这个结构中，最关键的部分是中间那根柱，它最先感受到地震波，然后经过一系列力学传导，最终“施关发机”触动龙嘴，从而掉落铜珠。科学家推测，这根柱必定是一个非常灵敏的摆。当远处的地震波传来，轻微的震感连人尚且感觉不到时，什么样的机械构造使得这根摆能感觉得到，并且有足够的能量触发机关？它灵敏到了什么程度？这是对地动仪机械构造的疑惑，至今没有答案。

另外一个疑惑，就是关于地动仪检测陇西地震的实例。《后汉书》作者是范晔，写于公元440年左右（南北朝初期），此时东汉早已灭亡，张衡也已去世300年了。《后汉书》问世之前，关于此次地震检测的记录，不见于其他任何史料。《后汉书》的参考资料大部分来源于《续汉书》，这部书写于公元300年左右。作者司马彪在《续汉书》记载了地动仪的构造，但关于检测陇西地震的记录，却丝毫不见。

《后汉书》在记载地动仪神奇预测陇西地震之事时，并未提到具体年份。根据文献记载，在公元132—139年间中国共发生过7次地震，其中138年在陇西发生了一次破坏性的大地震，很多学者以为地动仪检测到的就是这次地震。但当时洛阳也具有强烈的震感，并不是《后汉书》所说的那样，洛阳“地不觉动”，地动仪检测的显然不是指这次地震。

另有学者提出，公元134年陇西也发生过一次震级不算大的地震，恰是这次地震，京都洛阳没有震感，却被地动仪检测到了。只是，这次地震并无文献明确记载，学者是根据《后汉书》间接推测出来的。这唯一的一次实例究竟是真实的还是范晔虚构的，只能存疑。

第三个疑惑，就是今天复制的地动仪没有一个对地震有反应。在中国，著名的古代科技史学家王振铎分别于20世纪30年代和50年代，利用不同的机械原理，复制过两个候风地动仪，但这两个地动仪对检测地震没有丝毫反应。1976年中国发生了毁灭性的唐山大地震，造成数十万人死亡，震感极其强烈，北京都能明显感觉到。当时王振铎复制的第二个地动仪就放在北京，但它对唐山大地震没有丝毫反应。

2005年，在退休的地球物理学家冯锐领导下，中国科学院研究团队再次复制出一个候风地动仪，现在陈列于北京科技馆，向公众展出。但是，它仍然没有检测到一次地震，包括2008年四川汶川大地震。

在英国，伦敦自然历史博物馆也收藏了一个候风地动仪，这是借鉴王振铎，在其第一个地动仪的基础上，由英国广播公司电视节目组于20世纪70年代制造的。同样，这个地动仪也没有检测到一次地震。当然，这或许不太意外，毕竟英国很少发生地震。

然而，这表明关于地震的独特发明，不仅使中国人着迷，也使世界其他国家的人着迷，那么这是否也表明，恰恰是这种着迷，使地动仪“诞生”并广为流传呢？

从历史上看，神秘的地动仪成了张衡永久而辉煌的“遗产”，但它始终是个谜。一方面，纵观整个中国历史，关于地动仪及其检测地震的记载仅此一例，之后它就消失在历史的长河，无影无踪。另一方面，现代地震学家对地动仪的机械原理及其构造，至今无法达成一致意见。也许，张衡的地动仪仅仅是个传说。