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再说张衡的地动仪是否管用

2010-12-15
张衡,地动仪
再说张衡的地动仪是否管用

中青在线-中国青年报 方舟子2010-12-15
《张衡的地动仪管用吗?》(本版2010年12月1日)发表后,有记者询问主持2005年地动仪新复原模型的地震局研究人员的看法,答曰:“方舟子对地震这个领域并不了解。”至于如何不了解,却没有讲出个所以然来。实际上我那篇文章并没有涉及高深的地震学知识,依据的只是事实判断和史料。了解地动仪复原模型的工作原理,只需要掌握物理学和地震学的常识即可,而这些常识恰恰是张衡所不具备的,我们倒是完全可以说:“张衡对地震这个领域并不了解。”为什么地震局研究人员反而如此信任张衡能够研制出管用的地动仪呢?

从张衡留下的文字叙述看,他对地震的认识,并没有超出当时的中国学者。中国古人根据“天人合一”的思想,把地震视为天谴,因此每次较大的地震发生后,皇帝都要罢黜一些官员,甚至下罪己诏做自我批评。正是这个原因使得正史很重视有关地震的记载。在现在看来这是一种迷信,但张衡对此深信不疑,几次借地震发生之机批评时局。张衡首先是个政治家、高官,他研究天象、地震,并非纯粹的科学探讨,而可能是出于政治目的,也就是他说的:“妖星见于上,震裂着于下,天诫详矣。”

中国古人不可能知道地震是地壳板块运动的结果,他们只能是根据阴阳学说来解释地震。张衡被《后汉书》称为“阴阳之宗”,对地震的认识也局限于此。根据阴阳学说,天是阳的、动的,地是阴的、静的,张衡在《灵宪》一文中说:“天体于阳,故圆以动,地体于阴,故平以静。”那么本来是静的大地突然动起来,发生了地震,就是阴阳不和、动静无常,是因为阴气(地气)太盛,侵犯了阳气(天气)。

张衡在制作地动仪时,只能根据他对地震的这些玄虚的认识来设计。地动仪的全称叫“候风地动仪”,候风,就是观测风向,风是气的流动引起的,候风就是为了观测气的变化。地震发生时阴气上泄,而气弥漫宇宙之间无处不在,即使在远离地震的地方感觉不到地动,也能通过观测气的变化知道地动,所以叫“候风地动仪”,这应该就是张衡的设计思路。

对地动仪的描述不足200字,除了无关紧要的外观、装饰描写,与仪器构造、工作原理有关的只有这几句话:“中有都柱,傍行八道,施关发机。外有八龙,首衔铜丸,下有蟾蜍,张口承之。……如有地动,尊则振龙,机发吐丸,而蟾蜍衔之。振声激扬,伺者因此觉知。虽一龙发机,而七首不动,寻其方面,乃知震之所在。”这是很简明的文言文,并不难理解,大意是中间有一根大柱子,周围伸出8条道,装着机关。外面相应地有8条龙,含着铜丸,下面有蛤蟆张嘴对着。地震时龙被震动,机关发动,铜丸掉进了蛤蟆嘴里。只有一条龙的机关被发动,其他7条龙不动,所以能知道地震发生的所在。

这个构造就体现了“候风”的思路。为什么要有8条道?因为古人认为风有8个方向,以八风对应八卦之气。用直立的柱子来监测地震,这是人们首先能够想到的。直到今天,许多人还会无师自通地想到用倒立的瓶子来监测地震。但是这种做法的缺陷是抗干扰能力很差,无法区分是地震引起的震动还是建设、车辆、行人等引起的震动。把地动仪放在僻静的灵台上由专人守候固然可以避免周围的干扰,但是稍远一点地方的干扰仍然是无法避免的。如果地动仪能够监测到几百公里外的地震,那么几公里、几十公里外的干扰也有可能让它出现反应。即便地动仪只对地震发生反应,它也不可能只倒向某个特定的方向。前人的实验表明,这种直立柱在地震发生时会随机倒向任何一个方向。

直柱式的仪器没法用来监测地震,如果改成悬垂摆,抗干扰能力强,倒是可以监测地震,近代地震仪器就是这么设计的。地动仪新复原模型的设计者据此认为地动仪用的就是悬摆式,声称“中有都柱”指的是中间悬挂大柱子,但是那样就应该写成“中悬都柱”才对,否则没有人会读出悬挂的意思。何况,悬摆一晃动起来,各个方向都可能,怎么可能只限于“贴近行的微小侧向位移”(复原者对“傍行”的创造性解释)向8个方向(?如果是立柱,倒是可以设计只倒向8个方向)

张衡没有物理学和地震学知识,也没有做模拟实验的条件,甚至连实验思想都不会有(标志着现代科学诞生的实验思想是在欧洲文艺复兴时期出现的),我们有什么理由相信他制造出了管用的地动仪?非用根据现代科学知识和实验条件替他复原出一个管用的地动仪不可?也许以后通过反复摸索、实验能够制作出一个管用的地动仪模型,也不能证明张衡的地动仪就管用。就像复原者为了说明地动仪管用,牵强附会地挖掘出了一次“陇西地震”,他们对地动仪的复原,也是根据物理学、地震学知识和近代地震仪器,经过反复实验,先入为主地曲解历史记载,却又反过来要说明地动仪与近代地震仪器有继承关系,“张衡的科学思想和成功实践曾经在19世纪末现代地震学起步阶段发挥过重要的思想启迪作用”。中国古人曾经有过许多伟大的发明创造,即使地动仪的作用无法证实或被否定,也不能抹杀中国古代文明的灿烂。地动仪是否管用,与中国古代文明是否灿烂无关,而与历史记载是否可信、学术研究是否严谨有关。

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