世界遥遥领先

世界遥遥领先——地动仪

地震，这个潜伏在地下的凶恶的“敌人”，一旦发起“脾气”来，就可以使山崩石坠，地形改观，河流改道，桥梁崩塌，房屋毁坏，人畜伤亡，有时还间接造成水灾和火灾等次生灾害，给人们生命财产带来巨大的损失。强烈地震来势猛烈，仅在几分种，甚至在短短的几秒钟内即可完成，令人防不胜防。那么，对地震这种自然现象，人们是否能够预先感知到呢？

生活在地面上的人们，为了同这种自然现象作斗争，很早就有了地震的记载。由于我国处在环太平洋地震带与喜马拉雅一地中海地震带之间，是多地震的国家之一。因而我国人民很早就注意地震，并留下了世界上古老而系统的地震记录。晋代出土的《竹书纪年》中记载有帝舜时期“三苗将亡，天雨，夏有冰，地坼及泉”和“夏桀末年社坼裂”的现象，可能是关于地震的最记载。《诗经·小雅·十月之交》把西周时候人们经历的一次强烈地震，做了生动的描述：“烨烨震电，不宁不令，百川沸腾，山冢塌崩，高岸为谷，深谷为陵。”那么，这些地震是怎样产生的呢？自古以来，人们便不断进行探讨，提出了不同的看法。早在春秋战国时期，就有过三种不同的解释。最早是以阴阳说来解释：在我国古代很早就提出了“阴阳”这样一对矛盾是世界万物运动发展的基本动力的观点。在《国语·卷一》载：“幽王二年，西周三川皆震，伯阳父曰：‘周将亡矣！夫天地之气，不失其序，若过其序，民乱之也。阳伏而不能出，阴迫而不能蒸，于是有地震。’”这种看法是从自然界本身存在的矛盾（阴阳不调）来解释自然现象的。春秋时，人们还以天体运动的周期性来解释地震的发生，把地震的发生看成是与某些天体的运行有关系。另外，战国时的庄子认为：“海水三岁一周，流波相薄，故地动。”这是把地震的原因归到海水“流波相薄”，而且每三年循环一次，因而把地震发生看做有周期性。以上这三种解释都是从物质本身的运动出发来解释地震现象，具有朴素的唯物观点。这种解释对后来有很大的影响。

因此，正是在以往不断记录地震，解释地震现象这些知识的基础上，东汉时候杰出的自然科学家张衡发明了世界上第一架观测地震的仪器——地动仪。

张衡，字平子，汉章帝建初三年（公元78年）诞生于南阳郡石桥镇一个没落的官僚家庭，张衡幼年时家境衰落，有时还要靠亲友的接济。贫困的生活对他的成长无疑起了良好的作用。南阳是经济和文化都很发达的地区，有“南都”之称。张衡生长在这样的环境中，加上他自幼刻苦好学，青少年时代就为后来从事科学文化事业奠定了良好的基础。从17岁开始，张衡便离乡游学，考察风俗人情。后来他到了当时的首都洛阳，就读于最高学府——太学。在这里，张衡很快成了一名学识渊博的学者。安帝永初四年（公元111年），34岁的张衡应征进京，先后任郎中、太史令、公车司马令等职。其担任太史令时间最长，前后达14年之久。太史令是主持观测天象、编订历法、候望气象、调理钟律等事务的官员。因此，张衡担任太史令多年，能够接触到大量有关古代记载的地震方面的知识。

当时，地震频繁。据统计，从公元92～139年间，京师（洛阳）和陇西发生地震20次，其中约有6次是破坏性地震。在张衡担任太史令期间，地方上发生的地震上报中央后，都由他记录下来。为了掌握各地发生的地震情报，他感到很需要有仪器来进行观测。正是以上几种情况，促使张衡很关注地震问题，并经年累月，孜孜不倦地进行研究，终于在阳嘉元年（公元132年），制造了世界上第一架地震仪，在人类与地震作斗争的历史上写下了光辉的一页。

关于这架仪器，《后汉书》中记载：“以精铜铸成，圆径八尺”（那时的一尺合现在的23．68厘米），“形似酒樽”（外形象一个酒坛子），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。仪器内部中央立着一根铜质“都柱”（起惯性摆作用），柱旁有八条通道，称为“八道”。道中安有“牙机”（发动机关）。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，八个铜蟾蜍蹲在地上，个个昂头张嘴，准备承接铜球。当某个地方发生地震的时候，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巴，吐出铜球，落到铜蟾蜍嘴时，发出很大声响。于是人们就能知道哪个方向发生了地震。所谓“一龙发机，而七首不动。寻其方向，乃知震之所在。”

张衡设计的地动仪，是他的唯物主义自然学说的形象体现。仪体似卵形，直径和浑象同样大，象征浑天说的天。立有都柱的平底，表示大地，在天之内。仪体上雕刻的山、龟、鸟、兽象征山峦和青龙、白虎、朱雀、玄武二十八宿。乾坤震巽坎离艮兑等八封篆文表示八方之气。八龙在上象征阳，蟾蜍居下象征阴，构成阴阳、上下、动静的辩证关系。都柱居于顶天立地的地位，是按照古代“天柱”的说法作的布局。至于牙机，则采用了杠杆结构。

这台地动仪被命名为“候风地动仪”。“候风”可能是“候气”的意思，反映了当时人们对地震发生原因的认识。古代人们以为地震是地“气”引起的。所谓“气”，包含有一种积聚起来的能量的意思。

张衡地动仪制成后，安置在当时的京都洛阳，并观测到了千里之外的陇西发生的一次6级以上地震。公元138年3月1日这架仪器的西方龙嘴张开，铜球落了下来，测知洛阳之西的某地发生了地震。由于当时洛阳并没有感到地震，所以朝廷内外便纷纷责怪仪器不灵。几天以后，信使骑着驿马送来了陇西地震的消息，才打消了人们的怀疑，“于是皆服其妙”，对张衡和他创造的仪器表示非常敬佩。洛阳距离震中约700千米，张衡地动仪能够感应这次地震，说明它的灵敏程度是相当高的。在当时的技术条件下，陇西地震的实测成功，是一个了不起的成就。

张衡地动仪是科学技术史上一件伟大的发明创造，但由于封建王朝的统治者，只顾压迫剥削劳动人民，根本不管劳动人民身受地震灾害的痛苦，对于科学技术上的发明创造，他们又素不重视，所以张衡在地震方面的研究不可能得到他们的支持。地动仪创造出来后，不仅没有受到应有的推广与发展，就连仪器本身也没有得到保护而留存下来。尽管如此，张衡地动仪是湮没不了的，它灿烂夺目的光辉一直吸引着人们的注意。张衡之后的一些科学技术家对地动仪的装置和原理，不断写过一些著作，进行记载和论述。例如北齐的数学家信都芳著有《器准》一书，详细记载古来各种科技仪器的发明创造，其中就记述了地动仪，并且附有插图。《隋书·经籍志》中有《地动图》一卷，很可能就是《器准》中的单行本。隋代天文数学家临孝恭的专著《地动铜仪经》一卷，也是论述张衡地动仪的。不过这几部著作在唐朝以后都失传了。到了近代，中外科学家对张衡地动仪进行了研究和复原。1959年，中国历史博物馆展出了王振铎复原的张衡地动仪模型，为我们展示了精妙绝伦的测震技术。

由于张衡地动仪是当时世界上一项遥遥领先的伟大发明，它不仅在国内有一定的影响，而且在国外也是很有影响的。张衡地动仪是利用物体的惯性来拾取大地震动波，进行远距离测量的。这个原理到现在仍然沿用。据考察，地动仪里面摆的设计，可能在隋唐时代传到波斯（今伊朗）和日本。在公元13世纪，古波斯才有类似仪器在马拉哈天文台出现。18世纪，欧洲才出现利用水银溢流来记录地震的仪器。