张衡-准确探知地震：张衡的另类“屠龙术”

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2010年4月14日7时49分，青海省玉树县发生里氏7.1级地震。“5.12”以来，地震一直是人们谈论的话题，如今，各地更是“地震谣言”漫天飞。面对死难的同胞，我们感到悲痛；面对不止的谣言，我们感到无奈。到底有没有一直方法能做到地震的预警呢，人们不禁想起了历史上发明地动仪的张衡。那么，地动仪是在怎样的背景下研制成功的，其工作原理又是怎样的呢？又是什么原因让政坛上的张衡转而致力于科学这一“屠龙”末学呢？
　　汉顺帝永和三年（138年）三月一日，放置于京城洛阳

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、张衡刚刚发明的地动仪西方的龙嘴突然张开，铜球落到蟾蜍嘴里，测知洛阳以西方向发生了地震。几天以后，信使飞马来报，陇西（今甘肃省兰州市西北）发生地震，金城、陇西“二郡山岸崩，地陷”（《后汉书·顺帝纪》），“地震裂，城郭、室屋多坏，压杀人”（《后汉书·五行志》）。那么，地动仪真的能测知地震吗？它是在怎样的背景下研制成功的，其

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工作原理又是怎样的呢？

　　张衡（78—139），字平子，南阳西鄂（今河南南阳）人，出身于名门望族。其祖父张堪自小志高力行，被人称为圣童，且一生为官清

廉，民间有歌谣传唱：“张君为政，乐不可支。”由于张衡的父亲很早便去世了，于是在张衡幼年的时候，家境已经衰落，有时甚至还要靠亲友们的救济度日。

　　和帝永元六年（94年），刚满17岁的张衡怀着远游的志愿，离开家乡，直奔故都长安，开始了求师问业的旅途。和帝永元十二年（100年），张衡受聘于南阳郡太守鲍德门下当主簿，掌管文书工作，其间他致力于探讨天文、阴阳、历算等学问。

　　卸任主簿后，张衡回到家乡。这期间大将军邓骘“奇其才”，多次辟他为幕僚，但张衡始终不就。个中原委，不甚清楚，但根据张衡一生的出入进退来看，有一点可以肯定：决不是张衡不想做官。

　　事实上，这时安帝尚幼，邓骘以大将军兼舅舅的身份辅政，大权在握。而东汉后期无论是外戚辅政，还是宦官专权，朝政都是十分黑暗的。人们对这种架空皇权的现象十分不满，张衡在《陈事疏》中就曾劝顺帝要掌握“刑德八柄”，做到“威自上出”，这可能就是张衡不肯应邓骘之辟的原因。

在家的

三年中，张衡逐字逐句地琢磨《太玄经》义，为研究天文、历算等自然科学问题铺垫了理论基础，不但如此，他在文学、绘画等方面也达到了很高的造诣，因此被时人誉为“南阳通人”。

　　张衡的名气越来越大，永初五年（111年），安帝诏拜张衡为郎中，三年之后迁为尚书侍郎，一年后再迁为太史令，在九卿之一太常手下掌管“天时、星历”。张衡本“善机巧，尤致思于天文、阴阳、历算”，先前的积累终于找到了用武之地，他自然高兴，除了太史令的日常工作外，“遂乃研核阴阳，妙尽璇机之正”。

　　安帝建光元年（121年），张衡转为公车司马令，这是卫尉的属官，实际地位比太史令高。但5年之后，即顺帝永建元年（126年）又转为太史令。这当然是官运不亨、失志的表现，所以当时人都认为这“非进取之势也”。

　　张衡模仿东方朔《答客难》作《应间》表达自己对此事的看法，他在文中反复申述了两点：一是“天爵高悬，得之在命”，“求之无益，故智者偭而不思”，认为应该持“得之不休，不获不吝，不见是而不惛，居下位而不忧

”的达观态度，使自己不至于被现实的重压所击倒。二是在仕途不畅、命运不达的情况下也不能自暴自弃而自沉，而要“奉顺敦笃，守以忠信”。他在《应闲》一文中曾说：“一个人不应担心自己地位不高，而应该担心自己道德是否高尚；不应当为收入菲薄而害羞，而应当为知识不广博而耻辱。”所以，张衡的学习内容不受仕途所需的局限，天文、地理、气象、历算等无所不学，尤其爱好文学。在游学期间结识的好友崔瑗曾评价他说：“没有他不学的学问，没有他不请教的老师，为一物不知以为耻，听到有教益的话他就非常高兴。”

　　最后，张衡决定“庶前训之可钻，聊朝隐乎柱史”。“朝隐”是张衡在怀才不遇时所提出的一种新的处世策略：进，可以以此为阶升官加爵，实现兼济天下之志；退，可以修身养性，独善其身；持中可以借职务之便继续实现人生的价值。这是在新的形势下糅合儒、道两家人生哲学的产物，较之退隐自然要优越得多。正是有着这样的仕途波

折，也正是抱有这样坚定的信念，张衡更加孜孜不倦、将势就势，利用太史令之职继续进行天文学研究。

　　东汉时期，我国中原一带经常发生地

震，据史书记载，从公元92年到139年，京城洛阳等地先后发生过20次地震，其中6次是破坏性较大的地震。张衡目睹地震后的惨状，痛心不已，在完成太史令的本职工作之余，他还收集各地的地震情况，记录各地震情，以便能及时掌握全国各地的地震情况，并立志研制出能够预测地震的仪器，解救黎民于水火。经过多年的研究和反复的试验，张衡终于于阳嘉元年（132年）制成了当时世界上第一架观测和记录地震的仪器—候风地动仪。

据《后汉书·张衡传》记载，候风地动仪“以精铜铸成，圆径八尺”，“形似酒樽”，上有隆起的圆盖，仪器的外表刻有篆文以及山、龟、鸟、兽等图形。仪器的内部中央立着一根铜质“都柱”，柱旁有八条通道，称为“八道”，道中安有“牙机”。仪体外部周围铸有八条龙，头朝下，尾朝上，按东、南、西、北、东南、东北、西南、西北八个方向布列。龙头和内部通道中的发动机关相连，每个龙头嘴里都衔有一个铜球。对着龙头，八个蟾蜍蹲在地上，个个仰头张嘴，准备承接铜球。当某个地方发生地震时，地动仪内部的“都柱”就发生倾斜，触动牙机，使发生地震方向的龙头张开嘴，吐出铜球，球落到铜蟾蜍的嘴里，发出

很大的声响。

　　地动仪研制出来以后，张衡将其安置在都城洛阳，起初满朝文武都不相信这台地动仪能够测出地震的方向，并对张衡处处诘难非议，直至和顺三年准确测出了陇西约里氏6.5级的地震后，朝野上下才“众服其妙”。

　　一些科技史著作声称，张衡制造的候风地动仪比西方第一台地震仪（意大利人路吉·帕米里制造于1856年）早了1700多年。但是张衡发明的候风地动仪没有能够流传下来，史书中对它的记录仅见于西晋范晔所著的《后汉书·张衡传》中短短的196个字，于是张衡的地动仪成了千古不解的谜团，我们今天看到的地动仪是考古学家王振铎多年考证研究后于1951年制作的仿制品。

　　那么，张衡发明的候风地动仪真的可以预测地震吗？它的科学依据是什么呢？
首先，候风地动仪绝不是地震预测仪。它只有在地震发生之后才起作用，只不过能比驿卒更早地通知京城的人，古人于是就认为它能够预测地震。

　　其次，根据地震波的传播机理

，候风地动仪是不太可能做到“验之以事，合契若神”的。地震发生时，从震源会发出两种波：一种是纵波（又称P波），它引起的物体震动方向和波的前进方向一致；另一种叫横波（S波），它引起的物体震动方向和波的前进方向垂直。纵波的速度比横波快，因此最先到达地面，形成地震波中的初波。据初波的震动方向就可以知道震源方向。但初波非常微弱，因为它只是从震源直直地向着地震波接收处地面传播而来的P

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波，而这部分P波携带的能量只占地震波全部能量的一小部分。如果候风地动仪能敏感到对“第一哨”初波就做出响应，那么有许多别的和地震无关的震动，比如在它附近跺脚，便能引起它的反应，从而让人误把许多不是地震的震动也当成是地震。但如果要让候风地动仪保持一定的“迟钝”性，它又有可能无法“感觉”到地震的初波，直到之后的各种波陆续传来时才被“惊醒”，可是这些迟来的波的震动方向已经完全不能代表震源的方向了。

　　更何况，记录一次地震必须有三个要素：发震时刻、震中位置和震级（地震强度）。候风地动仪只能记录震中方向。几台地动仪“联网”也可测出震中位置，但它却无法记录发震时刻，更无法记录震级。因此

，从现代地震学的角度来看，候风地动仪并不能预测地震，因为直到现在地震预测仍是全球性的难题。但是，据学者考证，张衡在当时已经利用了力学上的惯性原理，同时他对地震波的传播和方向性也有所了解。所以在当时落后的生产力条件下，这些成就在当时来说是十分了不起的，张衡的这一伟大发明确属难能可贵，也足以奠定了他“科

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圣”的历史地位。

　　那么，张衡为何能在当时落后的条件下做出如此出色的科学成就？
这和他一贯坚持唯物主义，反对唯心主义和迷信思想的个性是密不可分的。东汉初年，谶纬迷信已闹得乌烟瘴气，一般学者大谈“谶纬图录”，鬼话连篇，借以谋求富贵。当时地震频发，人

们对地震这种自然现象是无法理解的，于是只好将之归为天意。如公元92年那次地震，在《后汉书·五行志》中有一段，把地动山摇之因归咎于“窦太后摄政，兄窦宪专权，将以是受祸也”的记载。朝廷上的一些达官贵人认为地震是天意，想知“龙王”动向是痴心妄想，但张衡不相信这一套

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，他认为地震是一种不受任何人旨意影响的自然现象，于是决心造仪器，用人的力量来测定地震。

　　公元133年，张衡特别上奏章揭露图谶的虚妄，明确提出反对图谶、禁绝图谶的主张。充满神学迷信内容的谶纬是东汉王朝的国典，如果有人反对图谶，也就等于说反对汉朝的皇权，就会被统治者认为是“非圣天法”，就会遭到压制和迫害。在如此的社会背景之下，想革故出新，张衡的仕途顺遂梦注定只能是空中楼阁。

　　张衡以科学上的成就而名垂史册，但是他彼时的身份却应该是为民请命，为万世开太平的一介官员，但他“聊朝隐乎柱史”，单单致力于科学这一“屠龙”末学，如此作为，张衡是不是真有点舍本逐末、不务正业了呢？

　　其实，张衡“聊朝隐乎柱史”的真正目的还在于“且韫椟以待价”（《应间》），所以他在履职太史、潜心候风地动仪之时，仍不忘政治上的进取。这期间他曾多次上书：做《应间》的同时，即上《顺帝封事》，永建五年（130年）上《陈事疏》；阳嘉元年上《论贡举疏》、《请禁绝图谶疏》，二年上《京师地震对策》、《论举考廉疏》。这些策疏大都言辞犀利，用语直率，有时甚至直接批评皇帝。大概是张衡这些切直无掩的疏谏终于使顺帝发现了这个多年

滞留史官的张衡颇具政治才能，于是将他提升为侍中，其职能是“掌侍左右，赞导众事，顾问应对”，即做皇帝的高级顾问。

　　有一次，顺帝问张衡，当今天下人最痛恨的是谁？宦官们怕张衡说出自己，都用眼睛瞪着他，张衡只好“诡对而出”，但宦官“恐终其为患，遂共谗之”（《后汉书·张衡传》）。这个事情对张衡震动很大，也使他左右为难：任凭宦奸为非作歹却只能缄默不语、志意相左；我行我素，又难免有危险加身。

　　在这人生的十字路口，张衡需要求得心理平衡，找到继续实现人生价值的途径。《思玄赋》就是他内心从矛盾—平衡—选择—再到新的平衡的真实展现。他在赋中既抨击了“珍萧艾于重笥兮，谓惠芷之不香”的反常世道，也抒发了“奋余荣而莫见兮，播余香而莫闻”的深沉浩叹，同时也表现了“恫后辰而无及”这生不逢时的苦闷，而且还露出了“畏立辟以危身”的危惧

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心理。他希冀进取，现实不允许；消极自沉，有悖于心志。痛苦至极，他曾想学仙远遁，然而强烈的入世精神又把他拉回现实。他也曾一度求之于命运，但命运只能帮人解脱，却不能助人重振自我。然而，自我实现理想

的执着追求终于使他对传统命运观进行了积极的改造，从中找到了新的精神支柱。他认为命运虽然难知，但命运却统属于天，恶有恶报，善有善报，只要自己处义行仁，必不会有灾祸加身。消极的宿命论在张衡那里变成了积极的有命论，“苟中情之端直兮，莫吾知而不恧”。他实现了新的心理平衡，决心“共夙昔而不贰兮，固终始之所服也”，以循道为务，决不向现实妥协，这成为他晚年立身处世的指导思想。

　　永和元年（136年），张衡出任河间相。这时的河间王是章帝的孙子刘政，他骄奢无束，不遵典宪，且河南又多豪强，共为不轨，是个很难治理的地方。张衡所以被委任此相，可能是朝中权贵怕他留朝于己不利，企图借此置张衡于死地。但是张衡已经在心理上体认到惩办豪强上符天理，中遵典宪，下合人情，定会得到上天的福佑。因而他把这最后的从政理民当作实现政治理想的大好时机，“衡下车，治威严，整法度，阴知奸党名姓。一时收禽，上下肃然，称为政理”（《后汉书·张衡传》），成为一个政治家。三年后他请求致仕，但未获恩准，被“征拜尚书”，当年，这位62岁的老人寿终于任上。

　　带着对仕途的疲惫，带着对故土、对科学未完的眷恋，这位一生致力于科学研究的科学家走了，逝者如斯，留给我们的是他的科学精神，即不屈的追寻，追寻人对自然的超越和主宰，让人类从此不再受灾难牵连，让世界从此太平安享。

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