有关张衡地动仪,你为什么觉得被教科书骗了?

2019-01-25 14:04

  来源:科普中央厨房 | 北京科技报

  文/记者 刘辛味 图文编辑/陈永杰

  采访专家:

  新媒体编辑/吕冰心

  冯锐(中国地震台网中心研究员,《地动仪科学复原》课题组组长)

  中学课本里的张衡地动仪一直伴随着各种争议,为什么人们会混淆考古发现与复原模型?是根据什么原理复原的?地动仪能不能预测地震?

  日前,一则关于“张衡地动仪从教材中删除”的新闻曾引发热议。其实除了张衡地动仪,很多中国古代科技成就都入选了中学课本,有一些也产生过争议。张衡地动仪的复制品为何不能预测地震?指南针的始祖“司南”到底能不能指南?蔡伦是造纸术的发明人还是改进者?让我们一起来考证一下。(更多精彩内容请看“中学课本里的中国古代科技”专题)

▲画家绘制的张衡制作地动仪的想象图(供图 冯锐)

  在历史上,汉朝的张衡曾经发明了一个名为地动仪的装置,这在史书上有明确记载,不过因为历史的原因,今天我们看不到地动仪的的实物,后经过相关专家努力,张衡地动仪复制品终于出现。

  但围绕张衡地动仪的争议一直不断。张衡地动仪复制品为何不能预测地震?史书记载的有关地动仪预测的陇西地震是否存在?

  张衡地动仪蜚声中外也争议不断

  最早关注到地动仪的不是中国人。1875年日本学者服部一三(I。 Hattori)首次尝试了复原张衡的地动仪。同年,英国矿物学家米尔恩(John Milne)受邀前往日本任教,在到达日本前途经中国多个城市,了解了中国文化,也知道了日本学者的地动仪复原。后来米尔恩从地质矿物研究转向了地震研究,并尝试复原张衡地动仪。

  米尔恩指出张衡地动仪是一种验震器(Seismoscope),是指只对地震有反应的仪器,而非对一般振动都有反应的报警器。这让地动仪有了非凡的意义。1883年,他出版了世界首部地震学专著,把中国史书中关于地动仪的内容翻译成了英文,并介绍了他自己的模型,产生了很大影响。

▲张衡(图片来自网络)

  1889年,一位德国天文学家在做天文观测时,偶然监测到了日本熊本发生的地震。这次发现不仅证实了地震波的存在,而且是首次在远距离记录了地震的数据。他用的工具本来是测量重力变化的水平摆倾斜仪,米尔恩之后对这种仪器进行了改造——世界上第一台现代地震仪诞生了。后来现代地震学逐步发展起来,米尔恩更是被誉为现代地震学的奠基人。

  米尔恩和英国科技史专家李约瑟对地动仪的推崇,让人们知道了原来中国早在1700多年就已经记录了远处的地震,肯定了地动仪的存在。史书记载公元132年是张衡完成建造地动仪的时间,132年也被公认为人类首台地震仪器诞生的年份。

  影响中国几代人,在教科书中的地动仪模型是我国科技家、文物学复原专家王振铎1951年在前人研究的基础上复原的。复原目的也有为了配合宣传中国古代文化和博物馆陈列的需要,最终复原出的模型影响力前所未有。在很长时间以来都是我国古代科技成就的标志之一。

  但是,从实际应用到科学原理上,此复原模型在学界一直有争议。尤其是功能上不能验震,成了很多人否定地动仪复原模型的主要原因。另外,由于旧版的教科书中没有说明这是复原模型,让很多人误认为是考古发现。实际上,地动仪早已失传。教学与宣传的不足甚至让人误认为地动仪能够“预测地震”,了解实际情况后让人大呼“被教科书骗了几十年”。

  对于地动仪的复原研究从未停止。到2000年为止,国内外一共出现了13种张衡地动仪复原模型,遗憾的是都不能检验地震。这一问题让地动仪的复原上升到了国家层面,“地动仪是中国古代科技的典范,把它工作原理直观展演出来”。

  2003年,来自国内9个权威机构,包括历史、考古、地震、机械、美术学等35位专家组成团队合作开始进行《地动仪科学复原》课题研究。

  2008年,他们制成复原模型通过了国家验收。目前没有记录新模型在真实地震情况下起到了作用,但至少在实验室里,它经受住了专业地震实验(包括模拟现实地震)的检验。

  文献中的地动仪是否真的存在?

  很长时间以来,学者复原地动仪只能参考范晔《后汉书•张衡传》中的196个字。这让很多人质疑地动仪的真实性。其实,学界本身就有“孤证不立”的约定俗成。《地动仪科学复原》课题组组长、中国地震台网中心研究员冯锐认为,“文字不丰富是历史研究的普遍特点。稀少不能成为定论的依据。”

  《地动仪科学复原》课题组进行深入文献挖掘后,发现了在东汉末年至范晔成书之前的320余年间,东汉史书共13部,至今有幸留下9部。虽然有的史书不完整,但其中有4部史书《续汉书》、《后汉纪》、《后汉书•顺帝纪》和《鼎录》丰富了地动仪的描述,将文字量扩充至254个字。

▲《续汉书》、《后汉纪》、《后汉书•顺帝纪》和《鼎录》丰富了有关地动仪的描述(供图 冯锐)

  除了找到新的文献,他们还发现了考古旁证。历史上,张衡曾在洛阳南郊的“灵台”进行观测,这是中国最早的国家天文台。早在1975年,中国社会科学院考古研究所就对这里进行过考古挖掘,发现了放置地动仪的房间。复原团队在2003年后对灵台的地震地质条件做了3次现场踏勘,发现房间地面处理较为特殊,刚刚能容下“圆径八尺”的地动仪,而且高台地基对地震波有结构性放大的作用,对测震有利。

责编:陶文冬
分享:

推荐阅读