張衡的地動儀只是傳說？

沈慈七

在西方科學史中，人類真正開始以儀器觀測地震的歷史，要從19世紀算起。然而距今1800多年前，中國東漢博物學家張衡制造了候風地動儀（古時稱地震為地動），它非常神奇，可以檢測到地震發生的方位，被譽為世界上第一臺地震檢測儀器。這一直被認為是中國古代科學的偉大成就。

神奇的地動儀

公元78年，張衡生于河南南陽，為當地大姓豪紳子弟。他自幼聰敏好學，游歷多地，在文學、算學、天文、地理、機械制造等方面都頗有建樹。公元112年，34歲的張衡經舉薦入京，進入朝廷做了郎中，后升遷至太史令，主要觀測天象、編訂歷法（東漢太史令不擔負修史職分）。在此期間，他改進并重造了一臺渾天儀，以水驅動而演示天象；他還著書立說，寫了中國第一本描述天體運行的書《靈憲》，提到月亮本身不發光，只是反射太陽光而已，并解釋了月食的成因，這種解釋即使在今天也非常科學。

張衡發明候風地動儀的故事記載在《后漢書》里，根據記載，這個地動儀發明于公元132年，用精銅鑄成，形似酒樽，直徑約2米，周身刻以山龜鳥獸的篆文，作為裝飾形象，內部則是“中有都柱，傍行八道，施關發機”。這八道分別對應八個方位，每個方位均對應一條口含銅珠的龍首，龍首下方各有一只張著大嘴的蟾蜍與其對應。任何一方如有地震發生，該方向龍口所含銅珠即會掉下，落入蟾蜍口中。由此，人們便可知哪里發生了地震。

張衡時任太史令，他發明了這臺精妙的儀器后，就命名為候風地動儀，字面上理解就是“以風觀測地動的儀器”，或者可理解為“地震的風標”。當時，人們相信地震與空氣運動有關，與上天的啟示有關。張衡就認為地震是上天啟示“天子”的征兆，用來警告朝廷失政，奸臣弄權，那么檢測地震自然就能警示朝廷，匡正社稷。

這種看法與中國傳統觀念息息相關?！捌教煜隆笔撬惺孔拥慕K極目標，征戰沙場，求學為官，以及技藝發明都為此目標而服務。所以，張衡發明地動儀主要目的不是測量地震，而是為了通過自然災難來警告朝廷。

《后漢書》還記載道：曾經有一條龍的銅珠突然掉下，落入蟾蜍之嘴，然“地不覺動”，洛陽的朝臣們因此覺得地動儀不足信，但是幾天之后，一騎快馬駛入京城（洛陽），消息送達，果然隴西（今甘肅省內，距洛陽700千米）發生了地震，于是眾人都服其神妙。

地動儀只是傳說？

然而，這個地動儀的原理究竟是什么，史書上也記載不詳，導致一些科技史專家對其是否真的存在過產生懷疑。

關于地動儀的全部描述，《后漢書》僅僅用了196個字，其中關于外觀的描述占據了很多篇幅，而描寫內部構造的，卻只有幾個字。“中有都柱，傍行八道，施關發機”基本就是地動儀的內部構造了。在這個結構中，最關鍵的部分是中間那根柱，它最先感受到地震波，然后經過一系列力學傳導，最終“施關發機”觸動龍嘴，從而掉落銅珠。科學家推測，這根柱必定是一個非常靈敏的擺。當遠處的地震波傳來，輕微的震感連人尚且感覺不到時，什么樣的機械構造使得這根擺能感覺得到，并且有足夠的能量觸發機關？它靈敏到了什么程度？這是對地動儀機械構造的疑惑，至今沒有答案。

另外一個疑惑，就是關于地動儀檢測隴西地震的實例?！逗鬂h書》作者是范曄，寫于公元440年左右（南北朝初期），此時東漢早已滅亡，張衡也已去世300年了?！逗鬂h書》問世之前，關于此次地震檢測的記錄，不見于其他任何史料?！逗鬂h書》的參考資料大部分來源于《續漢書》，這部書寫于公元300年左右。作者司馬彪在《續漢書》記載了地動儀的構造，但關于檢測隴西地震的記錄，卻絲毫不見。

《后漢書》在記載地動儀神奇預測隴西地震之事時，并未提到具體年份。根據文獻記載，在公元132—139年間中國共發生過7次地震，其中138年在隴西發生了一次破壞性的大地震，很多學者以為地動儀檢測到的就是這次地震。但當時洛陽也具有強烈的震感，并不是《后漢書》所說的那樣，洛陽“地不覺動”，地動儀檢測的顯然不是指這次地震。

另有學者提出，公元134年隴西也發生過一次震級不算大的地震，恰是這次地震，京都洛陽沒有震感，卻被地動儀檢測到了。只是，這次地震并無文獻明確記載，學者是根據《后漢書》間接推測出來的。這唯一的一次實例究竟是真實的還是范曄虛構的，只能存疑。

第三個疑惑，就是今天復制的地動儀沒有一個對地震有反應。在中國，著名的古代科技史學家王振鐸分別于20世紀30年代和50年代，利用不同的機械原理，復制過兩個候風地動儀，但這兩個地動儀對檢測地震沒有絲毫反應。1976年中國發生了毀滅性的唐山大地震，造成數十萬人死亡，震感極其強烈，北京都能明顯感覺到。當時王振鐸復制的第二個地動儀就放在北京，但它對唐山大地震沒有絲毫反應。

2005年，在退休的地球物理學家馮銳領導下，中國科學院研究團隊再次復制出一個候風地動儀，現在陳列于北京科技館，向公眾展出。但是，它仍然沒有檢測到一次地震，包括2008年四川汶川大地震。

在英國，倫敦自然歷史博物館也收藏了一個候風地動儀，這是借鑒王振鐸，在其第一個地動儀的基礎上，由英國廣播公司電視節目組于20世紀70年代制造的。同樣，這個地動儀也沒有檢測到一次地震。當然，這或許不太意外，畢竟英國很少發生地震。

然而，這表明關于地震的獨特發明，不僅使中國人著迷，也使世界其他國家的人著迷，那么這是否也表明，恰恰是這種著迷，使地動儀“誕生”并廣為流傳呢？

從歷史上看，神秘的地動儀成了張衡永久而輝煌的“遺產”，但它始終是個謎。一方面，縱觀整個中國歷史，關于地動儀及其檢測地震的記載僅此一例，之后它就消失在歷史的長河，無影無蹤。另一方面，現代地震學家對地動儀的機械原理及其構造，至今無法達成一致意見。也許，張衡的地動儀僅僅是個傳說。