程曉杰

漢順帝永和三年(138年)三月一日，放置于京城洛陽、張衡剛剛發(fā)明的地動儀西方的龍嘴突然張開，銅球落到蟾蜍嘴里，測知洛陽以西方向發(fā)生了地震。幾天以后，信使飛馬來報，隴西(今甘肅省蘭州市西北)發(fā)生地震，金城、隴西“二郡山岸崩，地陷”(《后漢書-順帝紀》)，“地震裂，城郭、室屋多壞，壓殺人”(《后漢書·五行志》)。那么，地動儀真的能測知地震嗎?它是在怎樣的背景下研制成功的，其工作原理又是怎樣的呢?

張衡(78—13 9)，字平子，南陽西鄂(今河南南陽)人，出身于名門望族。其祖父張堪自小志高力行，被人稱為圣童，且一生為官清廉，民間有歌謠傳唱：“張君為政，樂不可支?！睆埡獾母赣H很早便去世了，于是在張衡幼年的時候家境已經(jīng)衰落，有時甚至還要靠親友們的救濟度日。

和帝永元六年(94年)，剛滿1 7歲的張衡懷著遠游的志愿，離開家鄉(xiāng)，直奔故都長安，開始了求師問業(yè)的旅途。和帝永元十二年(100年)，張衡受聘于南陽郡太守鮑德門下當主簿，掌管文書工作，其間他致力于探討天文、陰陽、歷算等學問。

卸任主簿后，張衡回到家鄉(xiāng)。這期間大將軍鄧騭“奇其才”，多次辟他為幕僚，但張衡始終不就。個中原委，不甚清楚，但根據(jù)張衡一生的出入進退來看，有一點可以肯定：決不是張衡不想做官。

事實上，這時安帝尚幼，鄧騭以大將軍兼舅舅的身份輔政，大權在握。而東漢后期無論是外戚輔政，還是宦官專權，朝政都是十分黑暗的。人們對這種架空皇權的現(xiàn)象十分不滿，張衡在《陳事疏》中就曾勸順帝要掌握“刑德八柄”，做到“威自上出”，這可能就是張衡不肯應鄧騭之辟的原因。

在家的三年中，張衡逐字逐句地琢磨《太玄經(jīng)》義，為研究天文、歷算等自然科學問題鋪墊了理論基礎，不但如此，他在文學、繪畫等方面也達到了很高的造詣，因此被時人譽為“南陽通人”。

張衡的名氣越來越大，永初五年(111年)，安帝詔拜張衡為郎中，三年之后遷為尚書侍郎，一年后再遷為太史令，在九卿之一太常手下掌管“天時、星歷”。張衡本“善機巧，尤致思于天文、陰陽、歷算”，先前的積累終于找到了用武之地，他自然高興，除了太史令的日常工作外，“遂乃研核陰陽，妙盡璇機之正”。

安帝建光元年(121年)，張衡轉為公車司馬令，這是衛(wèi)尉的屬官，實際地位比太史令高。但5年之后，即順帝永建元年(126年)又轉為太史令。這當然是官運不亨、失志的表現(xiàn)，所以當時人都認為這“非進取之勢也”。

張衡模仿東方朔《答客難》作《應間》表達自己對此事的看法，他在文中反復申述了兩點：一是“天爵高懸，得之在命”，“求之無益，故智者偭而不思”，認為應該持“得之不休，不獲不吝，不見是而不恬，居下位而不憂”的達觀態(tài)度，使自己不至于被現(xiàn)實的重壓所擊倒。二是在仕途不暢、命運不達的情況下也不能自暴自棄而自沉，而要“奉順敦篤，守以忠信”。他在《應閑》一文中曾說：“一個人不應擔心自己地位不高，而應該擔心自己道德是否高尚；不應當為收入菲薄而害羞，而應當為知識不廣博而恥辱?！彼?，張衡的學習內容不受仕途所需的局限，天文、地理、氣象、歷算等無所不學，尤其愛好文學。在游學期間結識的好友崔瑗曾評價他說：“沒有他不學的學問，沒有他不請教的老師，為一物不知以為恥，聽到有教益的話他就非常高興。”

最后，張衡決定“庶前訓之可鉆，聊朝隱乎柱史”?！俺[”是張衡在懷才不遇時所提出的一種新的處世策略：進，可以以此為階升官加爵，實現(xiàn)兼濟天下之志；退，可以修身養(yǎng)性，獨善其身；持中可以借職務之便繼續(xù)實現(xiàn)人生的價值。這是在新的形勢下糅合儒、道兩家人生哲學的產(chǎn)物，較之退隱自然要優(yōu)越得多。正是有著這樣的仕途波折，也正是抱有這樣堅定的信念，張衡更加孜孜不倦、將勢就勢，利用太史令之職繼續(xù)進行天文學研究。

東漢時期，我國中原一帶經(jīng)常發(fā)生地震，據(jù)史書記載，從公元92年到139年，京城洛陽等地先后發(fā)生過20次地震，其中6次是破壞性較大的地震。張衡目睹地震后的慘狀，痛心不已，在完成太史令的本職工作之余，他還收集各地的地震情況，記錄各地震情，以便能及時掌握全國各地的地震情況，并立志研制出能夠預測地震的儀器，解救黎民于水火。經(jīng)過多年的研究和反復的試驗，張衡終于于陽嘉元年(132年)制成了了當時世界上第一架觀測和記錄地震的儀器——候風地動儀。

據(jù)《后漢書·張衡傳》記載，候風地動儀“以精銅鑄成，圓徑八尺”，“形似酒樽”，上有隆起的吲蓋，儀器的外表刻有篆文以及山、龜、鳥、獸等圖形。儀器的內部中央立著一根銅質“都柱”，柱旁有八條通道，稱為“八道”，道中安有“牙機”。儀體外部周圍鑄有八條龍，頭朝下，尾朝上．按東、南、西、北、東南、東北、西南、西北八個方向布列。龍頭和內部通道中的發(fā)動機關相連，每個龍頭嘴里部銜有一個銅球。對著龍頭，八個蟾蜍蹲在地上，個個仰頭張嘴，準備承接銅球。當某個地方發(fā)生地震時，地動儀內部的“都柱”就發(fā)生傾斜，觸動牙機，使發(fā)生地震方向的龍頭張開嘴，吐出銅球，球落到銅蟾蜍的嘴里，發(fā)出很大的聲響。

地動儀研制出來以后，張衡將其安置在都城洛陽，起初滿朝文武都不相信這臺地動儀能夠測出地震的方向，并對張衡處處詰難非議，直至和順三年準確測出了隴西約里氏6.5級的地震后，朝野上下才“眾服其妙”。

一些科技史著作聲稱，張衡制造的候風地動儀比西方第一臺地震儀(意大利人路吉·帕米里制造于1856年)早了1700多年。但是張衡發(fā)明的候風地動儀沒有能夠流傳下來，史書中對它的記錄僅見于西晉范曄所著的《后漢書·張衡傳》中短短的196個字，于是張衡的地動儀成了千古不解的謎團，我們今天看到的地動儀是考古學家王振鐸多年考證研究后于1951年制作的仿制品。

那么，張衡發(fā)明的候風地動儀真的可以預測地震嗎?它的科學依據(jù)是什么呢?

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，只不過能比驛卒更早地通知京城的人，古人于是就認為它能夠預測地震。

其次，根據(jù)地震波的傳播機理，候風地動儀是不太可能做到“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：一種是縱波(又稱P波)，它引起的物體震動方向和波的前進方向一致；另一種叫橫波(S波)，它引起的物體震動力向和波的前進方向垂直。縱波的速度比橫波快，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，因為它只是從震源直直地向著地震波接收處地面?zhèn)鞑ザ鴣淼腜波，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，那么有許多別的和地震無關的震動，比如在它附近跺腳，便能引起它的反應，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。

更何況，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，候風地動儀并不能預測地震，因為直到現(xiàn)在地震預測仍是全球性的難題。但是，據(jù)學者考證，張衡在當時已經(jīng)利用了力學上的慣性原理，同時他對地震波的傳播和方向性也有所了解。所以在當時落后的生產(chǎn)力條件下，這些成就在當時來說是十分了不起的，張衡的這一偉大發(fā)明確屬難能可貴，也足以奠定了他“科圣”的歷史地位。

那么，張衡為何能在當時落后的條件下做出如此出色的科學成就?

這和他一貫堅持唯物主義，反對唯心主義和迷信思想的個性是密不可分的。東漢初年，讖緯迷信已鬧得烏煙瘴氣，一般學者大談“讖緯圖錄”，鬼話連篇，借以謀求富貴。當時地震頻發(fā)，人們對地震這種自然現(xiàn)象是無法理解的，于是只好將之歸為天意。如公元92年那次地震，在《后漢書五行志》中有一段，把地動山搖之因歸咎于“竇太后攝政，兄竇憲專權，將以是受禍也”的記載。朝廷上的一些達官貴人認為地震是天意，想知“龍王”動向是癡心妄想，但張衡不相信這一套，他認為地震是一種不受任何人旨意影響的自然現(xiàn)象，于是決心造儀器，用人的力量來測定地震。

公元133年，張衡特別上奏章揭露圖讖的虛妄，明確提出反對圖讖、禁絕圖讖的主張。充滿神學迷信內容的讖緯是東漢王朝的國典，如果有人反對圖讖，也就等于說反對漢朝的皇權，就會被統(tǒng)治者認為是“非圣天法”，就會遭到壓制和迫害。在如此的社會背景之下，想革故出新，張衡的仕途順遂夢注定只能是空中樓閣。

張衡以科學上的成就而名垂史冊，但是他彼時的身份卻應該是為民請命，為萬世開太平的一介官員，但他“聊朝隱乎柱史”，單單致力于科學這一“屠龍”末學，如此作為，張衡是不是真有點合本逐末、不務正業(yè)了呢?

其實，張衡“聊朝隱乎柱史”的真正目的還在于“且韞犢以待價”(《應間》)，所以他在履職太史、潛心候風地動儀之時，仍不忘政治上的進取。這期間他曾多次上書：做《應間》的同時，即上《順帝封事》，永建五年(130年)上《陳事疏》；陽嘉元年上《論貢舉疏》、《請禁絕圖讖疏》，二年上“京師地震對策》、《論舉考廉疏》。這些策疏大都言辭犀利，用語直率，有時甚至直接批評皇帝。大概是張衡這些切直無掩的疏諫終于使順帝發(fā)現(xiàn)了這個多年滯留史官的張衡頗具政治才能，于是將他提升為侍中，其職能是“掌侍左右，贊導眾事，顧問應對”，即做皇帝的高級顧問。

有一次，順帝問張衡，當今天下人最痛恨的是誰?宦官們怕張衡說出自己，都用眼睛瞪著他，張衡只好“詭對而出”，但宦官“恐終其為患，遂共讒之”(《后漢書·張衡傳》)。這個事情對張衡震動很大，也使他左右為難：任憑宦奸為非作歹卻只能緘默不語、志意相左；我行我素，又難免有危險加身。

在這人生的十字路口，張衡需要求得心理平衡，找到繼續(xù)實現(xiàn)人生價值的途徑?！端夹x》就是他內心從矛盾一平衡選擇再到新的平衡的真實展現(xiàn)。他在賦中既抨擊了“珍蕭艾于重笥兮，謂惠芷之不香”的反常世道，也抒發(fā)了“奮余榮而莫見兮，播余香而莫聞”的深沉浩嘆，同時也表現(xiàn)了“恫后辰而無及”這生不逢時的苦悶，而且還露出了“畏立辟以危身”的危懼心理。他希冀進取，現(xiàn)實不允許；消極自沉，有悖于心志。痛苦至極，他曾想學仙遠遁，然而強烈的人世精神又把他拉回現(xiàn)實。他也曾一度求之于命運，但命運只能幫人解脫，卻不能助人重振自我。然而，自我實現(xiàn)理想的執(zhí)著追求終于使他對傳統(tǒng)命運觀進行了積極的改造，從中找到了新的精神支柱。他認為命運雖然難知，但命運卻統(tǒng)屬于天，惡有惡報，善有善報，只要自己處義行仁，必不會有災禍加身。消極的宿命論在張衡那里變成了積極的有命論，“茍中情之端直兮，莫吾知而不恧”。他實現(xiàn)了新的心理平衡，決心“共夙昔而不貳兮，固終始之所服也”，以循道為務，決不向現(xiàn)實妥協(xié)，這成為他晚年立身處世的指導思想。

永和元年(136年)，張衡出任河間相。這時的河間王是章帝的孫子劉政，他驕奢無束，不遵典憲，且河南又多豪強，共為不軌，是個很難治理的地方。張衡所以被委任此相，可能是朝中權貴怕他留朝于己不利，企圖借此置張衡于死地。但是張衡已經(jīng)在心理上體認到懲辦豪強上符天理，中遵典憲，下合人情，定會得到上天的福佑。因而他把這最后的從政理民當作實現(xiàn)政治理想的大好時機，“衡下車，治威嚴，整法度，陰知奸黨名姓。一時收禽，上下肅然，稱為政理”(《后漢書張衡傳》)，成為一個政治家。三年后他請求致仕，但未獲恩準，被“征拜尚書”，當年，這位62歲的老人壽終于任上。

帶著對仕途的疲憊，帶著對故土、對科學未完的眷戀，這位一生致力于科學研究的科學家走了，逝者如斯，留給我們的是他的科學精神，即不屈的追尋，追尋人對自然的超越和主宰，讓人類從此不再受災難牽連，讓世界從此太平安享。

編輯/趙雪梅