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張衡:『另類追求』成就『屠龍術』系列之一 神奇張衡乃『天外來客』?

  二○○四年,河南博物院和國家地震局專家馮銳共同開始了地動儀的復原工作。他們嚴格根據《後漢書》中關於地動儀的記載,完全按照漢代的技術和工藝,成功地復原了地動儀模型,並進行了驗證試驗。這一成功,讓那些認為張衡只是中國人美好想象的說法成為無稽之談。圖為馮銳復原的地動儀。

  『我來了,我看見,我征服!』這是愷撒踏進埃及古城時的豪言。對於張衡的一生來說,這句名言是完全適用的,區別只在於,這位性格溫厚、含蓄內斂的中國古代科學家征服世界的方式,與羅馬獨裁者迥然不同。

  張衡的足跡,幾乎踏遍了其視野中主要的文明巔峰。在河南西南部白河岸邊成長起來的這個人,在他62年的人生旅途中,取得了令人難以置信的成就。

  『夫水所以載舟,亦所以覆舟也』,這句千古名言並不是李世民的原創,而是張衡在《東京賦》中寫下的。他的《西京賦》、《東京賦》氣勢恢弘,是漢大賦的極致;而他抒寫內心情志的《歸田賦》,則開啟了漢賦風格變革之門,後來王粲的《登樓賦》、陸機的《嘆逝》和陶淵明的《歸去來兮辭》,都受到張衡的直接影響。

  『與世殊技,固孤是求』的創新意識,促使張衡進行了五、七言詩歌創作的嘗試,從而引領中國古代詩歌走進一個全新的天地。有專家說:『在漢代乃至整個中國古代文學中,張衡是承接傳統、開啟新風的一個重要的裡程碑。』

  此外,張衡還是地理學家、畫家。他繪制成的《地形圖》,一直流傳到唐朝;他與劉褒、蔡邕等被後人並稱為東漢四大畫家。

  僅憑這些,張衡已足稱偉大,但他在中國歷史上卓然不凡的,是他在科學技術方面的成就。

  他是一位偉大的天文學家,他的渾天學說早在1800多年前就推翻了主張『天圓地方』的『蓋天說』;他指出月亮本身並不發光,月光其實只是日光的反射,同時他還正確地解釋了月食的成因。

  張衡還是一位傑出的數學家,他算出圓周率為10的平方根,為3.16強。五個多世紀後,印度和阿拉伯的數學家纔得出這個數值。

  最讓中國人感到驕傲的,是張衡對地震的研究。他和他的地動儀,成為中國古代科技的象征。他創造的地震觀測理念和制作地動儀的實踐,在1700多年後啟發了英國人米爾恩,而這個人,後來被尊為『現代地震學之父』。

  除了地動儀,張衡還制造了世界上最早的用水力推動的天文儀器——渾天儀;他發明的『瑞輪?莢』,是世界上最早具有機械性質的計時器,這個儀器被後世傳承下來,並演進為世界上最早的天文鍾。在這兩種儀器中,張衡運用了水輪聯動擒縱機構。著名科學史家李約瑟感慨道:『這一切意味著,如果早在公元9世紀有中國人來到歐洲,他就會發現這是一個相當落後的地方。直到1300年以前,也就是但丁時代以前,歐洲還沒有任何種類的擒縱機構。』

  此外,張衡還發明了獨飛木雕和記裡鼓車。他的獨飛木雕『假以羽翮,腹中施機,能飛數裡』;而記裡鼓車『車上載一木人,每走一裡路,木人就自動擊一下鼓』。是世界上最早的計程車。

  張衡活著的時候,這些發明並不為人看重,當時有人嘲笑他:『你能讓木鳥都飛起來,為什麼自己卻「垂翅故棲」,不能(在仕途上)高飛呢?』在那些人看來,張衡很不識時務,也很不務正業,他搞的都是些沒有用處的『屠龍之術』。

  對此,『年薪』只有六百石的張衡回答說:『不患位之不尊,而患德之不崇;不患祿之不夥,而患智之不博。』

  不幸的是,張衡生前的擔懮成為現實,他的發明大多失傳,地動儀也在頻繁的戰亂中消失無蹤。也正因此,世界從沒停止過對他的疑問。

  牛頓說自己是站在巨人的肩膀上,那麼張衡站在哪裡?他橫空出世,難道是『天外來客』?

  地動儀能『動』起來嗎?

  1998年5月1日,河南博物院正式對外開放。位於鄭州市農業路中段的這座現代化的綜合類博物館造型新穎獨特,建築氣度恢弘,收藏文物13萬多件,足以傲視天下。

  但這座大館也有自己的遺憾。河南歷史上天文學家輩出,而博物院受到廣泛贊譽的主體建築的造型,就是以中國現存最早的天文臺遺址——登封元代觀星臺為原型設計的,因此天文學方面的布展應該是重頭戲。但關於大科學家張衡的展示,當時卻出現了讓人頭疼的大問題:他的地動儀是不能不展示的內容,卻找不到合適的展品。歷年來在河南地區的考古發掘中,從未找到張衡地動儀的蛛絲馬跡,要展示的話只能展示模型,那麼選擇什麼樣的模型呢?

  在中國人的心目中,地動儀的形象是很鮮明的:蛋殼狀的青銅器上八條青龍倒掛,地面上對應著八只青銅蟾蜍。這個『地動儀』可說是深入人心,它陳列在中國國家博物館,圖案上了中小學教科書,並成了國家地震局的標志。但很少有人知道,這個並不是張衡的地動儀,而是歷史學家王振鐸先生1951年根據文獻記載復制的,它的出現雖形象地展示了中國古代科技成就,但卻有一個致命的缺陷:它不是科學儀器,不能像文獻記載的那樣,當地震來臨時,青龍會吐出口中的銅丸,掉進蟾蜍的嘴裡,發出激揚的聲響。

  河南博物院副院長田凱當時負責主持陳列工作,他知道這個模型是有問題的,提出想搞一個能『動』起來的地動儀模型。他們多方詢問,卻沒有專家敢承擔這個任務。

  這時候他們也聽說有能『動』的:在內部安裝電動裝置,地面設置踏板,踩到踏板就能啟動開關,讓龍頭吐丸,落進蟾蜍嘴裡。

  田凱對此一笑置之,河南博物院丟不起這人!作為中國的大型博物館,展示是很嚴肅的事情,不能『動』就不『動』,沒必要作秀,弄不好起反作用。於是他們擺出了王振鐸的模型,而用三維動畫進行更形象的展示。

  2003年10月,李長春到河南博物院考察,在不能『動』的地動儀面前,他疑惑地停下了,作為中國古代最輝煌的科技成果,怎麼能徒具一個漂亮的外殼?他指出,要用現代手段展示古代科技成果的原理,宣傳古代科學精神。此後,河南省和國家文物局十分重視,把觀星臺和地動儀的研究、展示作為重要課題,交給河南博物院負責完成。

  田凱知道,這個事情僅靠歷史學家、考古學家是不行的,需要跨學科的研究班子。經過商量,河南博物院在《大河報》等媒體上刊登啟事,在全國范圍內,進行地動儀創意設計招標。

  田凱沒想到的是,此時此刻,北京的一位地震專家,也在為無法破解張衡地動儀之謎而苦惱。

  張衡地動儀子虛烏有?

  2002年,國家地震局專家馮銳在一篇科普文章中講到兩條諺語:『地震不地震,抬頭看吊燈』,『別看瓶子小,地震跑不了,人也受不了』。

  在日常生活中,地震來了,很多人喜歡采用一個簡單方法:把啤酒瓶子放在桌面或窗臺上,作為一個報警器用。但這個辦法不好,人走路、關門有一點震動,瓶子?當就倒了,弄得大家如驚弓之鳥,誰受得了?怎麼纔能辨別到底是不是地震呢?最簡單的辦法是看吊燈。

  一般的震動都是上下的縱波,但地震除了上下震動外,最重要的就是水平晃動。而吊燈不受上下震動的影響,只有水平的震動纔能讓它左右搖擺。所以吊燈這樣的懸掛物,是天然的『驗震器』。『地震不地震,抬頭看吊燈』是有科學道理的。

  講完這些道理,馮銳自然提到世界最早的驗震器是中國漢代張衡的地動儀。他沒想到,這後來引起了《防災博覽》雜志編輯的質疑:『地動儀』的內部,是一根直立的棍子(都柱),就跟啤酒瓶一樣,是不能辨別地震、非地震之間區別的!這下讓馮銳大吃一驚,怎麼『地動儀』采用這樣的原理?!張衡錯了嗎?!

  接受記者采訪時,馮銳先生表示,作為中國地震學家,他一向以張衡地動儀為驕傲,這樣的懷疑讓他在感情上無法接受,也讓他深感不安。

  史書上關於地動儀的記載是很神奇的。『嘗一龍機發而地不覺動,京師學者咸怪其無征。後數日驛至,果地震隴西,於是皆服其妙。』就是說地動儀是很管用的,能准確地測出千裡之外的地震。

  這到底是怎麼回事?是史書記載有誤?對這個問題的關注,使馮銳發現,長期以來,一直有人對張衡的地動儀存在質疑。

  美國地震學者伯爾特認為張衡地動儀模型工作原理不清楚,他畫出了地動儀概念圖,旁邊是一個農民裝束的人,顯然這是他心目中的張衡。奧地利學者雷立柏的觀點更尖銳:中國人把地動儀視為國寶,可它是不科學的,也沒給後人任何啟發,因此在歷史上有張衡沒張衡是一樣的。地動儀只是中國人的一種民族向往,不是一種完美的現實。

  制作科學的驗震器,需要了解地震波的特點,需要透徹地掌握和運用慣性原理。而慣性原理是在伽利略後纔得到確認,現代驗震器更是在19世紀末纔發明的。在現代科學體系產生之前1000多年,張衡是怎麼創制科學的驗震器的?他太超前了,超前得讓人難以置信!而且地動儀失傳了,現在復制的又『動』不了,有人提出質疑也在所難免。但國外這些學者尖銳的觀點,還是深深刺痛了馮銳,如何來證明地動儀的真實性?對馮銳來說,這是一個充滿了誘惑、讓他欲罷不能的問題。

  張衡啟發現代地震學之父

  2004年年初,那則地動儀創意設計招標的啟事,讓河南博物院和馮銳先生等人走到了一起,從此有專項資金和專門的時間來從事這項工作。

  當馮銳了解到,國家博物館展示的地動儀是王振鐸先生復制的,而王振鐸是考古學家,並不懂地震學和物理學,他意識到,錯的可能是王振鐸,不是張衡。而來自國外的質疑,也都是針對這個模型。

  能了解張衡地動儀真實情況的,當時只有《後漢書》所記載的196個字,在歷史學家的幫助下,馮銳又見到了早於《後漢書》的《續漢書》、《後漢紀》中關於地動儀的記載,但總字數也不過區區231字。馮銳逐字逐句地研讀這些文字,並尋求古漢語專家的幫助。『地動搖尊』讓馮銳瞬間恍然大悟,『搖』,就是搖晃,是水平晃動;『尊則振,龍機發,吐丸』,這是一套聯動的機械連鎖動作,這個過程是符合懸垂工作原理的。

  如果史書的記載沒有錯誤,張衡地動儀內的機關,應該是像懸掛的吊燈那樣晃動的!但是『懸垂擺原理』是現代地震學之父、英國人米爾恩在19世紀末創立的,早於他1700多年,張衡就不可思議地理解並利用了這個原理,這確實令人感到不可思議,難道張衡是個超人或者神仙?

  大量翻閱史書,馮銳進一步發現,那時候對地震的記載,經常用『搖』,皇帝詔書上寫的是『地搖京師』,說明人們已經注意到地面是搖晃的,注意到地震的水平晃動特征。

  在查看大量出土的漢代石刻和文物時,馮銳興奮地發現,漢代有很多懸掛物,如編鍾、青銅吊燈、吊桶、吊籃等,這些都是天然的驗震器:在無風的條件下,一般震動它不動,只有地震來了纔晃動。張衡處在地震多發期,史書上記載了洛陽感覺到的許多次地震,而漢代人喜歡蓋高樓,所謂『仙人好樓居』,從漢代石刻上看,三層樓很普遍,而在樓上的各種懸掛物在地震來臨時沒完沒了地晃動,是很容易發現的,而且在人沒有震感的時候,這些懸掛物也會晃動不已。

  這些足以說明,張衡不是什麼『天外來客』,是生活中常見的現象啟發了他!

  在復原地動儀的艱苦過程中,馮銳等人發現曾經有很多人嘗試復制張衡的地動儀,其中有個模型圖是英國人米爾恩做的,頓時他們眼睛一亮:此人可是現代地震學之父,這說明他接觸過張衡的地動儀!在《米爾恩傳記》中,馮銳更是驚奇地發現,米爾恩對張衡做過評價。1876年,米爾恩被邀請到日本研究地震,在那裡他看到了《後漢書》,並將有關張衡的內容翻譯為英文。他在自己居住的房間裡,掛滿了各種懸掛物,以此觀察懸擺對地震的反應。隨後,他設計了地震儀的雛形,跟他自己畫的張衡地動儀非常相似。最終他在1894年設計出世界上第一臺地震儀,逐漸架設於世界各地。

  這一史實的發現,令那些認為張衡對世界地震學從沒有過任何影響、張衡只是中國人美好想象的說法,一瞬間成為無稽之談。

  弄清楚了科學原理,馮銳等人經過艱苦的研究,嚴格根據《後漢書》記載,完全按照漢代的技術和工藝,復原了地動儀模型。

  復原成功後,馮銳調用洛陽地震臺接收到的現代隴西地震記錄,算出模擬的隴西歷史地震的波動效應,在實驗室進行了驗證,結果復原的地動儀像史書記載的那樣,銅丸掉入蟾蜍的口中,發出『當』的一聲。經過18個世紀的漫長歲月,中國人終於又聽到這種激揚的聲響,用張衡的話說,那真的是『金聲玉振』。

  激越悠揚的這一聲響,證明了地動儀具備驗震功能,也令人信服地『驗證』了張衡的真實和偉大,把我們帶回了1800多年前的白河岸邊、洛水之濱……

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