摘要

張衡地動(dòng)儀是人類歷史上的第一臺(tái)驗(yàn)震器，在1700多年前神秘消失，它的外觀和原理長期成為人們心中的謎團(tuán)。有網(wǎng)友指出，歷史教科書中人所熟知的那個(gè)國寶級的張衡地動(dòng)儀不是原作，而是上世紀(jì)50年代才造出來的?？破兆骷曳街圩影l(fā)文，對張衡地動(dòng)儀是否管用提出質(zhì)疑。

張衡原理-簡介

張衡地動(dòng)儀

中國地震學(xué)家和考古學(xué)家宣布，失傳千年的東漢張衡地動(dòng)儀的復(fù)原工作取得了重大進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了地動(dòng)儀的科學(xué)復(fù)原，新的復(fù)原模型已具備驗(yàn)震功能。

張衡地動(dòng)儀是人類歷史上的第一臺(tái)驗(yàn)震器，在1700多年前神秘消失，它的外觀和原理長期成為人們心中的謎團(tuán)。有幸的是，《后漢書·張衡傳》對地動(dòng)儀做了記載，不過總共只有196個(gè)字，“……以精銅鑄成，圓徑八尺，合蓋隆起，形似酒樽，飾以篆文山龜鳥獸之形。中有都柱，傍行八道，施關(guān)發(fā)機(jī)。外有八龍，首銜銅丸，下有蟾蜍，張口承之。其牙機(jī)巧制，皆隱在尊中……”，根據(jù)這一史料，中外科學(xué)家一直試圖復(fù)原它。

通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)研究，中國科學(xué)家認(rèn)定地動(dòng)儀的工作原理應(yīng)該是“懸垂擺原理”，即地動(dòng)儀是利用了一根懸掛柱體的慣性來驗(yàn)震的，而非當(dāng)今歷史教科書所說的在儀器底部簡單地豎立一根直立桿。

由中國科學(xué)院、國家博物館、中國地震局等研究單位的7名地震學(xué)、考古學(xué)、文物學(xué)、機(jī)械工程學(xué)等相關(guān)學(xué)科的專家組成的驗(yàn)收委員會(huì)經(jīng)過認(rèn)真的討論后認(rèn)為，新模型首次把概念模型復(fù)原成了具有驗(yàn)震功能的科學(xué)儀器，邁出了復(fù)原研究的歷史性一步。復(fù)原工作于4月通過了專家的驗(yàn)收。

新復(fù)原地動(dòng)儀模型是按照史料做的重新設(shè)計(jì)，其1/3小樣目前陳列在河南博物院內(nèi)。它以出土的漢代酒樽為基本造型，上部為穹隆的頂蓋，飾以青龍、白虎、朱雀、玄武四神的圖案;下部呈直筒狀，四周有八個(gè)立雕的龍頭，器壁刻有漢代的紋飾;底部的八個(gè)蟾蜍作為儀器的支點(diǎn)，背內(nèi)面外，向上張口，承接龍口吐出的銅丸。這種新的設(shè)計(jì)更加接近漢代風(fēng)格，更接近史料中對地動(dòng)儀的描述。

張衡地動(dòng)儀

此前家喻戶曉的地動(dòng)儀模型是中國歷史博物館科技文物專家王振鐸于1951年設(shè)計(jì)的，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用的是直立桿原理。但是，幾十年來，國內(nèi)外地震學(xué)界一直對這個(gè)模型的科學(xué)性表示懷疑甚至否定，因?yàn)樗⒉荒軝z測地震，更有西方學(xué)者認(rèn)為張衡地動(dòng)儀是因?yàn)闆]有達(dá)到科學(xué)要求才失傳的。

以中國地震臺(tái)網(wǎng)中心研究員馮銳為負(fù)責(zé)人的研究小組，從2002年起便開始了地動(dòng)儀的原理復(fù)原研究，2004年7月與河南博物院合作，收集了大量有關(guān)地動(dòng)儀的史料，還首次利用了《續(xù)漢書》和《后漢紀(jì)》對地動(dòng)儀的記載取得了研制新模型的更多的依據(jù)，不僅證明了地動(dòng)儀的存在及確實(shí)工作過的真實(shí)性，還明確了張衡地動(dòng)儀在現(xiàn)代地震學(xué)起步階段曾經(jīng)起過的重要思想啟迪作用。

研究組利用了唐山、越南、云南等4次實(shí)際地震資料，通過計(jì)算機(jī)的控制，在振動(dòng)臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了相當(dāng)于當(dāng)年隴西地震在洛陽的極其微弱的地面振動(dòng)，然后把新復(fù)原模型放到振動(dòng)臺(tái)上驗(yàn)證。結(jié)果表明，新模型對地震的反應(yīng)良好，對非地震的人為干擾一直未出現(xiàn)誤觸發(fā)。

專家驗(yàn)收委員會(huì)一致認(rèn)為，中國科學(xué)家的研究工作邁出了把張衡地動(dòng)儀復(fù)原成科學(xué)儀器的關(guān)鍵性的一步。馮銳研究員表示，目前的復(fù)原只是階段性成果，整個(gè)工作還沒有結(jié)束，內(nèi)部結(jié)構(gòu)需要優(yōu)化，外觀造型也需要征求公眾意見，以便進(jìn)一步完善，實(shí)現(xiàn)整體的統(tǒng)一。

2010年11月28日，有網(wǎng)友在微博上發(fā)帖，稱歷史教科書中人所熟知的張衡地動(dòng)儀其實(shí)是上世紀(jì)50年代的復(fù)原模型，1800年前的地動(dòng)儀到底是啥模樣早已無據(jù)可查。科普作家方舟子則于2010年12月1日發(fā)文，方舟子稱，2005年我國又制造了一個(gè)新的地動(dòng)儀復(fù)原模型，可2008年的汶川大地震，北京有震感，也沒有聽說在北京展出的該復(fù)原模型監(jiān)測到地震，稱張衡當(dāng)年建造的地動(dòng)儀“很可能和今人復(fù)原的那些模型一樣，僅僅是個(gè)擺設(shè)”。中國地震臺(tái)網(wǎng)中心研究員馮銳對此表示，2005年復(fù)原成功的地動(dòng)儀模型確實(shí)可以監(jiān)測地震。河南博物院目前正和中國地震局洽談張衡地動(dòng)儀復(fù)原的第二期合作，希望能夠研制出和史書記載尺寸相符的張衡地動(dòng)儀復(fù)原模型，探求其到底能否監(jiān)測真實(shí)地震。

張衡原理-質(zhì)疑

網(wǎng)友

國寶張衡地動(dòng)儀只有“59歲” ， 被指測不了地震

1951年復(fù)原的地動(dòng)儀模型廣為人知

2010年11月28日，網(wǎng)友閆濤在微博上發(fā)帖，國寶級的張衡地動(dòng)儀，是上世紀(jì)50年代才造出來的“古董”，王振鐸(中國博物館學(xué)家、中國古代科技史學(xué)家——編者注)根據(jù)古書描寫的196個(gè)字，結(jié)合英國科學(xué)家的地震理論，設(shè)計(jì)發(fā)明了這個(gè)張衡地動(dòng)儀，由于選進(jìn)了教材，國人都以為是東漢貨色。

閆濤的這條微博，引起了網(wǎng)友的廣泛討論，網(wǎng)友討論的內(nèi)容，涉及到中國科學(xué)史的真實(shí)性，甚至有網(wǎng)友懷疑中小學(xué)教材。

很多網(wǎng)友稱，他們之前并不知道，在歷史教科書中和科技館里頻繁亮相的地動(dòng)儀，原來只是一個(gè)“年僅59歲”的復(fù)原模型。他們更不知道，由于存在原理性錯(cuò)誤，這個(gè)復(fù)原模型不能正常工作，一直受到中外科學(xué)家的質(zhì)疑和否定?！逗鬂h書》中記載的“驗(yàn)之以事，合契若神”的候風(fēng)地動(dòng)儀，其實(shí)早已失傳。有網(wǎng)友稱，這樣的事實(shí)大大打擊了人們的信心，甚至有人對“四大發(fā)明”等其他中國古代科技成果提出質(zhì)疑。

在北京某初級中學(xué)教歷史的韓老師說，目前中學(xué)歷史教材里使用的，還是王振鐸復(fù)原的地動(dòng)儀模型圖片，他們一般不會(huì)刻意向?qū)W生說明這是原物還是復(fù)原模型，“連張衡本人的畫像都是后人模擬的”。韓老師說，介紹地動(dòng)儀時(shí)，他們只會(huì)跟學(xué)生講“里面有機(jī)關(guān)，發(fā)生地震就能感受到，珠子就會(huì)掉下來”。

張衡地動(dòng)儀管用嗎?

2005年復(fù)原的模型

網(wǎng)上波瀾未平，科普作家方舟子又在媒體發(fā)飆。他發(fā)文，對張衡地動(dòng)儀是否管用提出質(zhì)疑。

“地動(dòng)儀早已失傳，它是否具有監(jiān)測地震的作用，也成了一個(gè)謎。”方舟子說，國內(nèi)外不少專家根據(jù)《后漢書·張衡傳》的簡單描述，力圖復(fù)原地動(dòng)儀，但所有這些復(fù)原模型沒有一個(gè)能夠真正用于監(jiān)測地震，不過是“藝術(shù)品”。

方舟子稱，2005年，中國地震局專家宣布他們經(jīng)過3年研究，建立了新的地動(dòng)儀復(fù)原模型，并第一次實(shí)現(xiàn)了驗(yàn)震功能?！八麄兟暦Q地動(dòng)儀新模型對河北唐山、云南瀘西、越南孟藝發(fā)生的三次真實(shí)地震進(jìn)行了檢驗(yàn)。但是這三次地震分別發(fā)生于1976年、2000年和2001年，地動(dòng)儀新模型2005年才建成，怎么可能對它們進(jìn)行檢驗(yàn)?zāi)?”方舟子說，后經(jīng)了解得知，原來新的地動(dòng)儀復(fù)原模型檢驗(yàn)的不是真實(shí)發(fā)生的地震，而是實(shí)驗(yàn)室里對真實(shí)地震的模擬。

方舟子說，在新的地動(dòng)儀復(fù)原模型建成后，中國境內(nèi)每年多次發(fā)生5級以上地震，在該地動(dòng)儀復(fù)原模型監(jiān)測范圍之內(nèi)，卻從來沒有聽說該復(fù)原模型監(jiān)測到哪怕一次。2008年的汶川大地震，北京有震感，也沒有聽說在北京展出的該復(fù)原模型檢測到。

方舟子還在文中對《后漢書·張衡傳》所記載的地動(dòng)儀預(yù)報(bào)的隴西地震的真實(shí)性提出質(zhì)疑，稱部分史料相互矛盾，懷疑那次地震是“為了說明地動(dòng)儀的神奇而編造的故事”。

方舟子說，沒有任何記載能夠證明在張衡之后，他發(fā)明的地動(dòng)儀起過作用?！拔覀儾槐貞岩蓮埡庠?jīng)建造出一臺(tái)叫候風(fēng)地動(dòng)儀的儀器，但是沒有證據(jù)能夠證明，也沒有理由讓人信服地動(dòng)儀曾經(jīng)發(fā)揮過驗(yàn)震的功能，它很可能和今人復(fù)原的那些模型一樣，僅僅是個(gè)擺設(shè)?！狈街圩诱f。

張衡原理-回應(yīng)

模型無法監(jiān)測地震

2005版地動(dòng)儀復(fù)原模型是在2004年開始由河南博物院與中國國家地震局聯(lián)手合作，并于2005年研制成功。目前，該復(fù)原模型就在河南博物院天地經(jīng)緯展廳陳列。

河南博物院副院長李宏接受《法制晚報(bào)》表示，2005版的張衡地動(dòng)儀復(fù)原模型本身是無法監(jiān)測實(shí)際地震的。

李宏說，該院展出的張衡地動(dòng)儀復(fù)原模型分為兩部分，其中一個(gè)是張衡地動(dòng)儀1/3大外殼模型，另外是內(nèi)部構(gòu)造模型。李副院長表示，展出的內(nèi)部構(gòu)造模型，是地震專家馮銳所帶的課題組研制的，已經(jīng)通過多次地震復(fù)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)。 李宏表示，2008年四川汶川地震時(shí)，陳列地動(dòng)儀復(fù)原模型的展廳正在閉館裝修，新模型的珠子沒有放進(jìn)去，失去了證明自己的機(jī)會(huì)。

實(shí)際上，在2010年的玉樹地震時(shí)，該復(fù)原模型也未有任何反應(yīng)。原來，在展出的內(nèi)部構(gòu)造模型底下，是需要通電才能模擬地震的振動(dòng)臺(tái)，進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)內(nèi)部構(gòu)造模型才會(huì)有反應(yīng)，但這個(gè)模型本身目前肯定是無法監(jiān)測真實(shí)地震的。

李宏說：“外殼和內(nèi)部構(gòu)造模型都是在我們4層的展廳，按照史書記載，地動(dòng)儀應(yīng)該是與地面連接在一起的，所以僅就這個(gè)復(fù)原模型本身，是肯定不能監(jiān)測真實(shí)地震的?！?/p>

新模型對地震有反應(yīng)

曾參與2005年版地動(dòng)儀模型復(fù)原的中國地震臺(tái)網(wǎng)中心研究員馮銳表示，新的地動(dòng)儀復(fù)原模型對地震是有反應(yīng)的，這一點(diǎn)已得到多名院士專家的鑒定。

“方舟子對地震這個(gè)領(lǐng)域并不了解?！瘪T銳說，他們利用在真實(shí)發(fā)生的地震中記錄下來的地震波波長，以此為依據(jù)控制特殊振動(dòng)臺(tái)，完成對地動(dòng)儀復(fù)原模型的檢驗(yàn)。這是地震的“復(fù)現(xiàn)”，而不是簡單的“模擬”。

馮銳表示，如果要監(jiān)測真實(shí)發(fā)生的地震，須建設(shè)地基等配套設(shè)施，然后將地動(dòng)儀復(fù)原模型放在上面，但這樣的監(jiān)測實(shí)驗(yàn)耗資巨大，選址等問題也不好解決，“我們正在朝這個(gè)方向努力”。

對于方舟子提出質(zhì)疑的隴西地震，馮銳表示，據(jù)史料推測，這次地震發(fā)生在公元134年。馮銳強(qiáng)調(diào)，這些史料都是經(jīng)專業(yè)的歷史地震學(xué)專家審核過的。因年代久遠(yuǎn)，部分史料存在偏差在所難免，但當(dāng)年隴西曾發(fā)生地震的結(jié)論沒有問題。

張衡原理-計(jì)劃

河南博物院副院長李宏表示，實(shí)際上，張衡地動(dòng)儀到底能否監(jiān)測真實(shí)地震，河南博物院一直在朝這個(gè)方向努力。

據(jù)李副院長透露，目前，河南博物院正在和中國地震局洽談張衡地動(dòng)儀復(fù)原的第二期合作，希望能夠研制出和史書記載尺寸相符的張衡地動(dòng)儀復(fù)原模型，大概2米高，占地2-3平方米。直接建造地基，使其能夠與地面連接，從而探求其到底能否監(jiān)測真實(shí)地震。

“實(shí)際上從2005年以后我們就一直想盡快落實(shí)這個(gè)事情，但因?yàn)楦鞣N因素耽擱了。”

此前，馮銳曾表示，如果要監(jiān)測真實(shí)發(fā)生的地震，須建設(shè)地基等配套設(shè)施，然后將地動(dòng)儀復(fù)原模型放在上面，但這樣的監(jiān)測實(shí)驗(yàn)耗資巨大，選址等問題也不好解決。

李副院長還表示，投入的資金肯定要比2005年版的幾十萬元大得多。如果與中國地震局的合作能夠落實(shí)，選址肯定是在河南博物院的院子里。