回首張衡的地動儀

來源: 2018-10-10 06:56:47 [] [舊帖] [給我悄悄話] 本文已被閱讀: 次 (14932 bytes)
70年“設計”無數款地動儀,教科書還是得改
-馬前卒- 發布於 2018-10-10 14:47:37 舉報
閱讀數:19617
張衡挖坑後人填,雖然1951年就有複原地動儀的政治任務,但換了幾十種設計,始終未能成功。

???

近日,關於張衡地動儀的爭議再度升溫:

複原工作再啟動 張衡地動儀被曆史課本刪除

2017年秋天投入使用的統編本初中曆史教科書七年級上冊中,關於張衡和候風地動儀的內容,被刪除。那個被印在教材上影響了幾代中國人、由王振鐸複原、以“直立杆”為理論基礎製作的地動儀模型,開始淡出當代青少年的視野。

實際上,近年來,王振鐸所造的地動儀模型一直非議不斷。為複原出更具科學性、更接近史籍記載中的候風地動儀,早在2003年,中國科學院教授馮銳就重啟了“張衡地動儀”探索證明之路。2009年9月20日,中國科技館新館開幕,新的地動儀模型與觀眾見麵。

目前,關於地動儀的探索複原工作一直在繼續。

據人教社的回應,張衡等人物都並未“消失”。關於張衡和地動儀的內容,統編版小學道德與法治教材五年級上冊專門設置了“古代科技 耀我中華”一課,介紹扁鵲、張仲景、華佗、李時珍、孫思邈等著名醫學家,張衡、祖衝之、畢昇、蔡倫等古代科技巨人及科技成就。其中,還專門講述了張衡和他發明的地動儀,指出其對科技的重大貢獻,同時設計學習活動,引導學生追求真理,獻身科技,“要像張衡一樣,善於觀察,善於思考,做一個有心人”。教材中還設置相關欄目,介紹國際上用張衡、祖衝之的名字命名了月球上的環形山。

雖然地動儀並未完全退出課本,但從曆史書轉進到德育課,從強調科技水平變成道德說教:“要像張衡一樣,善於觀察,善於思考,做一個有心人”,似乎說明地動儀的“複原”工作並不順利,很可能最新的設計圖依然無法實現古書中傳說的功能。

“複原”古代設備,為什麽要設計呢?因為……我們常見的地動儀完全是19-20世紀的產物。

1. 張衡挖坑後人填

一提到張衡地動儀,大家腦中浮現的都是下麵的模樣:

其實,這是1951年設計複原的地動儀模型。當時中央要求製作一係列能代表古代文明高度的器物複原,候風地動儀便是其中之一。文化部文物局博物館處處長王振鐸接下了這個任務。1951年王振鐸做出了張衡候風地動儀1:10木製模型,該模型一出,便成為宣傳我國曆史文明高度的經典標誌之一:

1953年“偉大的祖國”係列郵票 幣製為舊版人民幣1953年“偉大的祖國”係列郵票 幣製為舊版人民幣

王振鐸敢接這個任務,倒也有點曆史淵源——他從民國時期就曾鑽研張衡候風地動儀的複原,1936年曾按懸垂擺原理做過一版地動儀設計,但可實現性較差。解放後,在任務壓力下,王振鐸按照日本萩原尊禮在1937年複原地動儀的直立杆原理,參照服部三一在1875年繪製的外形,製作了今天眾所周知的地動儀模型。

1936王振鐸懸垂擺模型(左)與1963王振鐸倒立擺模型(右)1936王振鐸懸垂擺模型(左)與1963王振鐸倒立擺模型(右)

王振鐸1951版地動儀傳播如此之廣,甚至成為了我國地震學會的徽記:

然而,這版內外皆從日本學來的地動儀根本動不起來。尤其尷尬的是,在1988年我國將複原地動儀模型送到日本奈良展覽時,解說員要用木棍捅“龍口”,才能讓銅丸落下。用中國地震學奠基人傅承義院士的話說,“房梁下吊塊肉都比你那個模型強”。

輸給一塊肉也不要緊,因為別人不見得更強。19世紀後期以來,中國、日本、英國很多學者都對曆史記載的地動儀進行了複原討論,提出了一個又一個假想。僅在近幾十年,就有若幹遠比王振鐸1951年版更複雜的設計——雖然無非是一塊肉和兩塊肉的區別。

史書上記載的簡單,所以人民群眾也低估了地動儀的門檻,幾十年來也不斷有民間高手公布自己的設想:

1936王振鐸懸垂擺模型(左)與1963王振鐸倒立擺模型(右)1936王振鐸懸垂擺模型(左)與1963王振鐸倒立擺模型(右)

近年來,中國地震局地球物理研究所的馮銳等人在多方協作下,提出了鏈式懸掛的新模型,並通過振動台進行了有效性模擬驗證:

2. 追之不及

1875年日本人服部一三根據《後漢書·張衡傳》開始地動儀複原工作,開始了“追趕漢朝”的努力,100多年過去了。在全球學者努力下,用現代地震理論倒推古代技術,終於出現一版能通過振動台模擬的地動儀,是不是快追上張衡了?

不行。

首先這一版模型也還沒經過地震“實戰”測試,其次製造中應用了許多現代才有的加工技術,如曲狀滾珠深孔構造,最多隻能算是原理測試。

其次,馮銳新版地動儀其實是一台近代地震儀,應用相同懸擺錘原理工作。而《後漢書·張衡傳》原文是“中有都柱”,而非“中懸都柱”。古書還說要有固定的八個方向顯示地震,這也是約束立柱而不是懸擺的方案。就算用馮版方案造出了地動儀,恐怕也很難和古書記載對應。

一百多年來全球複原地動儀屢戰屢敗並非偶然。之前一兩千年,在中國多個朝代的無數聰明人,也前仆後繼地跪在了地動儀麵前。

在《北齊書》與《北史》中,提到了信都芳撰《器準》,臨孝恭撰《地動銅儀經》,都有研究地動儀的記錄。但信都芳隻是論述原理,臨孝恭是個玩占卜的,且這二位的著作失傳較早,連宋朝學者都不知道其中的內容。

宋末元初的周密傾慕古人,也花費心血用於琢磨地動儀,最後覺得很扯。周密在《齊東野語》中,直接質問為何渾天儀能代代相傳,隔壁的地動儀就不行?古書上說,地動儀原理是所謂陰陽二氣的“候風”,震源離京都那麽遠,陰陽二氣有足夠的能量推動儀器?

靈台遺跡平麵圖,渾天儀隔壁就是地動儀靈台遺跡平麵圖,渾天儀隔壁就是地動儀

到了清朝乾嘉年間,學者考據之風盛行,在整理、重現古代科技資料方麵取得了巨大成就。何琇在《樵香小記》中提出了與周密相似的質問,畢竟數千裏外的“氣”觸發裝置,怎麽看也沒有可行性。阮元在《續略人傳》序中,直接用“地動天不動之儀”來試圖解釋地動儀。之後就是中外科學家的各種現代設計了。

3. 原始材料的糾結

地動儀之所以難造,是因為後世學者都想按照古文獻記載來設計。乍一看,後漢書已經繪聲繪色詳細描述了地動儀原理,還可以精確定位時間、地點、事件,可信度似乎應該很高。然而用多個漢朝文獻互相比對,張衡地動儀的故事似乎原本就有問題,需要後人不斷“打補丁”才能勉強說通。

《後漢書·張衡傳》有關地動儀原文如下:

陽嘉元年,複造候風地動儀,以精銅製成,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,旁行八道,施關發機;外有八龍,首銜銅丸,下有蟾蜍,張口承之。其牙機巧製,皆隱在樽中,覆蓋周密無際。如有地動,樽則振,龍機發,吐丸而蟾蜍銜之,振聲激揚,伺者因此覺知。雖一龍發機,而七首不動,尋其方向,乃知震之所在,驗之以事,合契若神,自書典所記,未之有也。嚐一龍發機,而地覺不動,京師學者,鹹怪其無征;後數日驛至,果地震隴西,於是皆服其妙。自此以後,乃令史官記地動所從方起。

按史料,地動儀製成後被安置在洛陽。東漢末年洛陽曆經戰火洗劫,到了公元418年,劉裕北伐攻占長安,獲取了張衡渾天儀、土圭等天文儀器,卻唯獨沒有地動儀,這說明在範曄寫《後漢書》之前,地動儀已經失傳,範曄可能隻是從口耳相傳的故事中,選出了這麽一段技術描述。

按照範曄描述,地動儀測量隴西地震的“皆服其妙”事件,對應的是公元138年龍溪地震,這一點李約瑟也讚同。然而按《後漢書·本紀》與《後漢書·五行誌》記載,這次地震洛陽有明顯震感,並非“地覺不動”。

更尷尬的是,在嘉陽元年(公元132年)地動儀製成後,《後漢書》中記載的地震有30次,京師洛陽就有20次,再無地動儀參與觀測的記錄。

有人給張衡的故事做注解,稱 “皆服其妙”是在張衡死後的公元143年:

地動儀事件表地動儀事件表

然而如果這樣就得麵臨更尷尬的事實,公元143年才“皆服其妙”,那138年地震,地動儀居然沒有反應?

地動儀如果是一個有效的儀器,必定會增加中央政府對地方地震信息的掌握。然而,把《後漢書·五行誌》中的地震記載與地方史料比對,在地動儀製成的陽嘉元年之後,地方地震隻有20%被中央機關記載,比造出地動儀之前還低(嘉陽元年前高於35%),難道地震儀是個催眠儀器?

4. 漢朝自然科學和社會科學

曆史事件不能脫離曆史背景而存在,地動儀的考據,也必須結合漢朝文化來分析。

漢朝是中國最早的穩定統一王朝,還不是完全的世俗政權,文化上繼承了先秦很多神秘主義元素,如讖緯學,甚至因此讓王莽當了皇帝。按照讖緯理論,天地災變和人間王朝的人事變動很有關係。朝廷上強勢的一方經常以地震為借口,逼迫其他權貴辭職甚至自殺。對於漢朝高官來說,地震觀測絕不是簡單的自然科學研究,往往是發起朝堂鬥爭的號角。

和帝永元四年六月丙辰,郡國十三地震。《春秋漢含孳》曰:“女主盛,臣製命,則地動坼,畔震起,山崩淪。”是時,竇太後攝政,兄竇憲專權,將以是受禍也。後五日,詔收憲印綬,兄弟就國,逼迫皆自殺。

——《後漢書》誌第十六·五行四

對於後世讀者來說,張衡是漢朝的科學家、工程師和文學家。但對於當時的人來說,他的身份是世家子弟、“省部級”高官。官場浮沉幾十年,張衡必然非常清楚地震觀測對政壇的衝擊。如果說他僅僅為了滿足自己的好奇心就製造地動儀,這也不是一個合邏輯的說法。所以,從目前的地動儀複原工作來看,漢朝史料對地動儀的記載很可能是以訛傳訛的神話,或是有更深層次的權貴鬥爭背景,總之不是一份純粹而可靠的技術文件。

當然,雖然地動儀查無實據,但張衡自己是真實的曆史人物,在文學、哲學和科學方麵的探索不可忽視。所以,把張衡從技術史中請出來,歸入道德教育內容,也算是恰如其分的安排。

文學城《文革網上博物館》即將上線,征文活動啟動,進入論壇,講述你身邊的文革歲月往事>>

所有跟帖: 

服部一三、1851-1929。1875年畢業於羅格斯大學理學係。1880年因譲畫工畫過張衡的候風地動儀図並贈給東京大學而 -飯盛男- 給 飯盛男 發送悄悄話 飯盛男 的博客首頁 飯盛男 的個人群組 (267 bytes) () 10/10/2018 postreply 08:07:54

根拠日語wikipedia介紹、中國複原品従外観上従內部構造上是和日本複原品不同的 -飯盛男- 給 飯盛男 發送悄悄話 飯盛男 的博客首頁 飯盛男 的個人群組 (336 bytes) () 10/10/2018 postreply 08:16:26

wikipedia上介紹説地動儀復原工作上、今村明恒和石本巳四雄2位作了不少努力 -飯盛男- 給 飯盛男 發送悄悄話 飯盛男 的博客首頁 飯盛男 的個人群組 (0 bytes) () 10/10/2018 postreply 08:23:43

870年之前、有地動儀這個東西的新聞就傳到日本了 -飯盛男- 給 飯盛男 發送悄悄話 飯盛男 的博客首頁 飯盛男 的個人群組 (0 bytes) () 10/10/2018 postreply 08:26:30

不相信複製地動儀很難。讓學機械的學生做,做不成不讓畢業。 -泥中隱士- 給 泥中隱士 發送悄悄話 泥中隱士 的博客首頁 泥中隱士 的個人群組 (0 bytes) () 10/10/2018 postreply 22:30:26

加跟帖:

  • 筆名:      密碼: 保持登錄狀態一個月,直到我退出登錄。
  • 標題:
  • 內容(可選項): [所見即所得|預覽模式] [HTML源代碼] [如何上傳圖片] [怎樣發視頻] [如何貼音樂]
回到頂部