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2008年5月12日發(fā)生汶川8級大地震，無數(shù)人傷亡。人們問：為什么地震就不能預報呢？古往今來，有幾次地震被官方預報過？作為驗證地震發(fā)生的地震儀，西方最早出現(xiàn)的水銀驗震器發(fā)明于1703年，懸垂擺驗震器問世于1783年，比張衡地動儀要晚出現(xiàn)約1700年。于是人們不斷地質(zhì)疑，一千多年前，張衡是否有能力造出如此高科技的地動儀？檢驗地動儀神奇的“隴西地震”是否屬實？

張衡（78-139），字平子，南陽郡西鄂縣（今河南省南陽市石橋鎮(zhèn)）人，祖父張堪做過蜀郡太守。111年張衡被漢安帝所召，出任尚書臺郎中，3年后遷任尚書侍郎；115年，37歲的張衡開始出任太史令，121年調(diào)職公車司馬令，126年復任太史令。128年2月22日，發(fā)生過一次強烈地震，百姓損失慘重，于是，張衡通過4年的努力，地動儀終于研制成功。不過，史書中有關候風地動儀的記載，僅見于《后漢書》。這一段記載只有區(qū)區(qū)196 字，其中描述地動儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)的內(nèi)容更只有“中有都柱，傍行八道，施關發(fā)機”這12個意義隱晦、眾說紛紜的字。以后，北齊的信都芳和隋朝的臨孝恭，也都制造過地動儀，還留下了相關著作，可惜他們的著作都亡佚了。

一.后漢書的記載有問題

《后漢書·張衡傳》說，地動儀建成于陽嘉元年（132年），張衡卒于永和四年（公元139年）。在此期間，《后漢書》只記載發(fā)生過一次隴西地震，那就是永和三年（公元138年）的地震。一般認為地動儀檢測的就是這次地震。但是《后漢書·五行志》說得很清楚，這次的隴西地震在京師是有感的，破壞很嚴重，“裂城廓，室屋壞，壓殺人”，京師學者不會對地動儀的報告感到奇怪，與《張衡傳》的故事矛盾?？梢?，地動儀檢測的不可能是這次地震。其實，138年張衡已經(jīng)不在洛陽了。地動儀問世后, 張衡多次上疏1號統(tǒng)治者遵從禮制、祭天祀地，減少地震的發(fā)生。地震被張衡用來諷議朝臣，有4位權(quán)傾朝野的高官被張衡彈劾丟官。所以，滿朝文武都把張衡和他的地動儀視為洪水猛獸，攻擊張衡的人也越來越多。136年, 張衡終于被趕出洛陽，這也間接導致了地動儀無人問津。既然136年地動儀已經(jīng)無人問津了，監(jiān)測138年的地震就無從談起了。

于是，地動儀新模型的設計者提出新說，認為地動儀檢測的是更早一點的另一次隴西地震，是陽嘉三年十一月壬寅（公元134年12月13日）的漢陽（現(xiàn)在的天水）地震。但是對這次地震《后漢書》并無記載，是設計者根據(jù)幾處文獻牽強附會地推理出來的。

《后漢書·順帝紀》記載陽嘉三年十一月壬寅司徒劉崎、司空孔扶被免職，袁宏《后漢紀》更詳細地說是因災異被免職的，清朝學者惠棟《后漢書補注》引《魯國先賢傳》稱司空孔仲淵在陽嘉三年因地震被免職，于是設計者認為在陽嘉三年十一月壬寅發(fā)生了一次正史漏載的地震，導致兩名高官被免職。明確提到地震的《魯國先賢傳》是已失傳的晉人編寫的野史，不足為憑。事實上，《后漢書·周舉傳》提到司徒劉崎是因為旱災被免職的，而不是因為地震。即便《魯國先賢傳》記載可信，那么它也沒有說地震的發(fā)生地，又如何證明就是《張衡傳》中說的隴西地震呢？

地動儀新模型的設計者從張衡《四愁詩》里找依據(jù)，里面提到：“我所思兮在漢陽，欲往從之隴坂長。”便認為是在思念漢陽發(fā)生的地震。這就更莫名其妙了。《四愁詩》是一首寫相思的詩，有政治寓意，但沒有任何能夠與地震扯上關系的描述。除了“我所思兮在漢陽”，還有“我所思兮在泰山”、“我所思兮在桂林”、“我所思兮在雁門”，非要把它說成地震詩，難道在泰山、桂林、雁門也都發(fā)生過地震？其實張衡不過是用泰山、桂林、漢陽、雁門來代表東南西北罷了。從地動儀建成到張衡去世，《后漢書》共記載發(fā)生過8次地震，這些地震在京師全都有感，所以都不可能是《張衡傳》說的地震。方舟子說，《張衡傳》的故事只是為了說明地動儀的神奇而編造的故事。

二.地動儀不是地震儀

首先，候風地動儀絕不是地震預測儀。它只有在地震發(fā)生之后才起作用，只不過能比從驛卒更早地通知京城的人士罷了。范曄《后漢書·張衡傳》記載：“嘗一龍機發(fā)而地不覺動，京師學者咸怪其無征，后數(shù)日驛至，果地震隴西，于是皆服其妙?！痹瓉?，隴西地震震中位于洛陽西偏北十度的方向，在地動儀正西和北西兩個龍首中，是哪一個吐丸，史料也沒有交代清楚，但是無論哪只龍首吐丸，與實際的震中都有偏差，定位價值并不高。張衡是要靠幾日后的驛報才能知道究竟是哪里發(fā)生了地震。

其次，根據(jù)地震波的傳播機理，候風地動儀不可能做到“驗之以事，合契若神” 的。地震發(fā)生時，從震源會發(fā)出兩種波：一種叫P波，是縱波，它引起的物體震動方向和波的前進方向一致；一種叫S波，是橫波，它引起的物體震動方向和波的前進方向垂直。P波的速度比S波快，因此最先到達地面，形成地震波中的初波。據(jù)初波的震動方向就可以知道震源方向。但初波非常微弱，因為它只能從震源直直地向著地震波接收處地面?zhèn)鞑サ腜波，而這部分P波攜帶的能量只占地震波全部能量的一小部分。如果候風地動儀能敏感到對“第一哨”初波就做出響應，那么足以有許多別的和地震無關的震動，比如在它附近跺腳，能引起它的反應，它的珠子就天天掉，時時刻刻在掉，整天都在掉個不停。從而讓人誤把許多不是地震的震動也當成是地震。但如果要讓候風地動儀保持一定的“遲鈍”性，它又有可能無法“感覺”到地震的初波，直到之后的各種波陸續(xù)傳來時才被“驚醒”，可是這些遲來的波的震動方向已經(jīng)完全不能代表震源的方向了。何況，記錄一次地震必須有三個要素：發(fā)震時刻，震中位置和震級(地震強度)。候風地動儀只能記錄震中方向。幾臺地動儀“聯(lián)網(wǎng)”也可測出震中位置；但它卻無法記錄發(fā)震時刻，更無法記錄震級。因此，從現(xiàn)代地震學的角度來看，候風地動儀并不能記錄地震，不是地震儀。

第三，質(zhì)疑者認為張衡地動儀在原理上根本就不可能實現(xiàn)，有的甚至認為它根本就不存在。中國科學院大學人文學院教師陳天嘉博士認為，張衡地動儀是存在的?！耙跃~鑄成，員徑八尺，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，施關發(fā)機。外有八龍，首銜銅丸，下有蟾蜍，張口承之?！缬械貏?，尊則振龍，機發(fā)吐丸，而蟾蜍銜之。振聲激揚，伺者因此覺知?！笔恰逗鬂h書》中關于地動儀的描述。后世的所有研究都是建立在這段文字的基礎上。多少年來，學界對于這段記載逐字逐句都進行深入分析，僅其中“都柱”的理解，就產(chǎn)生了“立柱”“倒立擺”“懸垂擺”等多種……這么恍恍惚惚記載的東西，沒有確定性，違反了邏輯的同一律，怎么能稱為科學？

陳天嘉還表示，100%還原難度比較大，目前確實沒能實現(xiàn)完全的復原。奧地利人雷立柏曾撰寫《張衡：宗教與科學》的文章，認為中國人對張衡地動儀的情緒是一種宗教式的崇拜，在他看來，地動儀失傳了，就說明它不科學、無實用性，沒有不失傳的道理。

三.王振鐸的“酒桶”地動儀

1800多年后，張衡地動儀又被恢復了，那是1950年代造出來的。在上級指示下，根據(jù)古書描寫的196個字，結(jié)合英國科學家地震理論，設計并發(fā)明張衡地動儀。國人以為那是東漢的文物，事實上那珠子掉不下來的。

現(xiàn)代人對張衡地動儀的復原研究開始于1875年的日本人服部一三、1883年的英國人米爾恩和中國的王振鐸。近代地震學奠基者、英國人米爾恩，曾用立柱做過實驗。但實驗中立柱在受到輕微的震動后就會向四面亂倒，根本不能指示地動方向，后來他提出“懸垂擺理論”。1936年，燕京大學研究生院歷史專業(yè)的學生王振鐸畫出了第一套自己復原的地動儀模型圖稿，他遵從米爾恩1883年《地震和地球的其他運動》一書中闡述的“懸垂擺”的結(jié)構(gòu)原理。也就是從地動儀的上部垂下來一根擺，用以并判明地震方向，并控制相應機關。

1937年日本地震學家萩原尊禮發(fā)布了他復原的張衡地動儀論文。他提出了直立桿原理，也就是在地動儀中間，放置一個倒立的直桿，地震時，直桿倒下，從而觸發(fā)相應的機關。又過了兩年，日本地震學家今村明恒設計的地動儀問世了，他延用了萩原尊禮的直立桿原理，并在直桿的下面放了三個彈簧，因為了有彈簧的復位工作，其原理近似懸垂擺，但問題是，至今還沒有發(fā)現(xiàn)東漢應用彈簧的記載。在今村明恒進行的實驗中，由于直立桿的傾倒方向與地震射線方向垂直，有悖于史書對地動儀的記載，所以，他就沒有做后續(xù)研究。

1951年王振鐸根據(jù)“直立桿”模型的工作原理，做出了張衡地動儀的展覽模型，陳列在中國歷史博物館。然而，“直立桿”實驗結(jié)果顯示：一是方向沒準；二是不能篩選出地震的震動。“直立桿”結(jié)構(gòu)早在18世紀就已經(jīng)被嚴格的地震學計算、實驗室試驗和地震檢驗所淘汰，它根本就不具有可行性。國內(nèi)外學術界早就發(fā)現(xiàn)了王振鐸模型的致命錯誤，自1969年后學術界發(fā)表了一系列的批評文章，地震學、考古學、歷史學的嚴肅學術刊物和科學論著從不引用這個模型。極其推崇張衡的英國學者李約瑟發(fā)現(xiàn)：王振鐸模型與史書的記載不太相符。1984年，美國地震學家博爾特院士，問他的學生、那個總是教中國地震災區(qū)群眾“倒立酒瓶子”的馮銳，“中國人是不是很能喝酒？”在得到了“李白斗酒詩百篇”答復后，大笑著說：“難怪你們的地動儀像個酒桶?！辈柼嘏u1951年的模型：“中國目前最流行的地動儀模型工作原理模糊，模型簡陋粗糙，機械磨擦大大降低了靈敏度，對地震的反應低于居民的敏感，其作用應予以質(zhì)疑，而且利用銅丸的掉落方向來確定震中也是不確定的”。中國地震學奠基人傅承義院士曾在1976年當面告訴王振鐸先生，其設計有致命錯誤，“房梁下吊塊肉都比你那個模型強”。

四.“張衡地動儀”已從教科書中刪除

直柱式的儀器沒法用來監(jiān)測地震，如果改成懸垂擺，抗干擾能力強，倒是可以監(jiān)測地震，近代地震儀器就是這么設計的。地動儀新復原模型的設計者馮銳據(jù)此認為地動儀用的就是懸擺式，聲稱“中有都柱”指的是中間懸掛大柱子，但是那樣就應該寫成“中懸都柱”才對，否則沒有人會讀出懸掛的意思。何況，懸擺一晃動起來，各個方向都可能，怎么可能只限于“貼近行的微小側(cè)向位移”（復原者對“傍行”的創(chuàng)造性解釋）向8個方向（如果是立柱，倒是可以設計只倒向8個方向）？

2003年10月在常委李長春的指示下，地震研究員馮銳牽頭組織了9個單位的地震學家、歷史學家、考古學家、自動化學家、美術家的專題研究組，經(jīng)過5年的研究，設計出了一個新的復原模型。馮銳用的是“懸垂擺”原理。簡單地說：“直立桿”相當于倒立的啤酒瓶，而“懸垂擺”相當于家里的吊燈?！皯掖箶[”對人的腳步和打夯等垂直震動不敏感，對地震的橫向波動敏感，它的抗擾性更好，在驗震方面比“直立桿”科學。

馮銳復原的地動儀于2009年9月初小學開學不久，安裝在北京市重點學校史家小學。2009年9月20日，中國科技館新館開幕，地動儀在新館與觀眾見面，并在震動儀模擬的地震波中進行吐丸的工作。觀眾可以親自動手按下按鈕，觀察在不同波型下地動儀的不同反應——只有橫波到來它才吐丸，其他來自縱波的震動，都無法使地動儀有任何反應。這就排除了其它干擾，如很重的關門、汽車過境的震動、巨大的炮聲等。2010年開幕的世博會將張衡地動儀新模型列為展品之一，中國政府也將馮氏原理的張衡地動儀，納入“中國古代機械成就展”這一全球巡展之中。

但學界對這一版本的模型同樣存在質(zhì)疑，認為其關鍵之處與原始文獻記載不能密合。一千多年前的張衡，他不可能懂地震橫波和縱波等科學概念，不可能懂“倒立擺”“懸垂擺”等科學原理，這樣一來，張衡的地動儀更值得質(zhì)疑與考證了。方舟子說：2008年的汶川大地震，北京有震感，馮銳復原的地動儀竟然沒有檢測到。2010年玉樹地震時，該復原模型也沒有任何反應。

于是，馮銳多次與人民教育出版社溝通，希望能糾正教科書上的夸大宣傳。2010年1月24日，馮銳接到時任教育部長袁貴仁的電話，袁貴仁表示仔細閱讀馮銳修改教科書的建議和相關資料后，原則同意修改“張衡地動儀”這一章節(jié)。并在2010年秋季教改出臺以后，“張衡地動儀”已不再是歷史課本中的內(nèi)容；在2017年秋天投入使用的統(tǒng)編本初中歷史教科書七年級上冊中，原本關于張衡和候風地動儀的內(nèi)容，已被完全刪除。

注：本文轉(zhuǎn)載自凱迪社區(qū)地動儀被歷史教科書刪除一文。