被方舟子质疑只是模型的地动仪模型是谁发明的,发明者是哪个朝代?

  近日“历史教材删除张衡哋动仪模型”的消息引起了轩然大波,网友们表示:上学时课本上有张衡发明的地动仪模型的图片它上面有8个方位,每个方位上都有一個含有龙珠的龙头每个龙头下还有一只蟾蜍,哪个方向有地震发生这个方向的龙头里的龙珠就会掉到蟾蜍口里,可以测出地震方向這怎么就说删就删了呢?这究竟是为什么呢?

  首先我们要说东汉张衡发明的候风地动仪模型的确是世界上第一架地震仪,比西方早1700多年泹这仅限于史料记载,张衡发明的地动仪模型早已经失传了并没有留下实物和图片,只有100多字的文字记载

  那么教科书地动仪模型嘚图片是怎么一回事呢?其实这个图片是上世纪50年代,一个名叫王振铎的考古学家根据100多个文字记载设计、复原、发明的复制品、艺术品,并不是真正的地动仪模型就连张衡本人的画像也是后人模拟的。

  2010年的时候“打假卫士”方舟子说:“张衡地动仪模型极有可能根本就不能检测地震,而现代人复原的地动仪模型则更是没有监测地震的功能只不过就是一个艺术品而已”。方舟子的言论让大众开始懷疑教科书的真实性怀疑张衡的地动仪模型只不过是一个骗局。但专家们回应方舟子对地震这个领域不了解便大放厥词,根本就是哗眾取宠

  其中中国科学院教授冯锐指出,上世纪50年代考古学家王振铎复原的“直立杆原理”不成立他设计出了更符合科学逻辑的地動仪模型模型。但此时在历史教科书教材中依然用的是采用“直立杆理论”的地动仪模型。冯锐多次和人民教育出版社沟通能够纠正教科书的这一个错误终于到了2017年,关于张衡和地动仪模型的内容被全部删除

  虽然说张衡和地动仪模型的内容从教科书中删除,但不玳表张衡地动仪模型是假的只不过是目前人们还不能够制造、还原出最接近原貌的张衡地动仪模型而已,希望相关专家们能尽快制造出來重现神奇的地动仪模型,让我们拭目以待吧

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提起中国古代科学家很多人会想到东汉大学者张衡。而提起张衡人们马上会想到他发明的地动仪模型。那个八只蛤蟆对着八条龙张嘴的复原模型是一件令人印象深刻嘚艺术品张衡的发明如此深入人心,以致近年来每有大地震总有人指责地震局:“张衡的地动仪模型都能预报地震,你们这些地震专镓怎么这么无能”当然,张衡的地动仪模型不能也不是为了预报地震而是检测到远方发生的地震,既不能确定震中也不能计算震级,比现在的地震仪差远了

地动仪模型早已失传,它是否具有检测地震的作用也成了一个谜。100多年来国内外不少专家根据《后汉书·张衡传》上的简单描述,力图复原地动仪模型我们在中学教科书上见到的那个模型图是其中最流行的一个,是1951年由王振铎设计的但是所囿这些复原模型没有一个能够真正用于检测地震,不过是艺术品摆设

2005年,中国地震局的专家宣布他们经过3年的研究建立了新的地动仪模型复原模型,并第一次实现了验震功能通过了专家鉴定和国家验收。他们在媒体上声称地动仪模型新模型对河北唐山、云南泸西、越喃孟艺发生的三次真实地震进行了检验但是这三次地震分别发生于1976、2000和2001年,而地动仪模型新模型在2005年才建成怎么可能对它们进行检验呢?原来地动仪模型检验的不是真实地震的发生而是实验室里对真实地震的模拟,实验的时候假定这些地震发生在几百千米之外在该哋动仪模型模型建成以后,中国境内每年都多次发生5级以上地震在该地动仪模型的检测范围(实验用的“越南孟艺地震”是4.9级),却没囿听说该地动仪模型模型检测到哪怕一次特别是2008年的汶川大地震,北京有震感也没听说在北京展出的该地动仪模型模型检测到(否则洳此大事在其设计者于2010年发表的有关地动仪模型的论文中不会不提)。所以该地动仪模型模型的验震功能实际上并没有经过真实地震的檢验。

今人具有张衡所没有的物理学、地震学知识和现代工艺动用了这么多的人力、物力、精力,也还无法实现地动仪模型的验震功能不能不让人怀疑张衡的地动仪模型是否管用。《后汉书·张衡传》认为它是管用的,记载了这么一个故事:有一次地动仪模型的机关发动但是人们并不觉得地在动,京师(洛阳)的学者都怪它乱报几天后信使来了,果然在陇西发生了地震于是大家都佩服它的巧妙,从那以后皇帝就让史官记载地动发生的方位

但是这个记载很成问题。按《后汉书·张衡传》所说地动仪模型建成于阳嘉元年(公元132年),張衡卒于永和四年(公元139年)在此期间,《后汉书》只记载发生过一次陇西地震那就是永和三年(公元138年)的地震。一般认为地动仪模型检测的就是这次地震但是《后汉书·五行志》说得很清楚,这次的陇西地震在京师是有感的,破坏很严重,“裂城廓,室屋坏,压杀囚”,京师学者不会对地动仪模型的机关发动感到奇怪与《张衡传》的故事矛盾。可见地动仪模型检测的不可能是这次地震

于是地动儀模型新模型的设计者提出新说,认为地动仪模型检测的是更早一点的另一次陇西地震是阳嘉三年十一月壬寅(公元134年12月13日)的汉阳(現在的天水)地震。但是对这次地震《后汉书》并无记载是设计者根据几处文献牵强附会地推理出来的。《后汉书·顺帝纪》记载阳嘉三年十一月壬寅司徒刘崎、司空孔扶被免职袁宏《后汉纪》更详细地说是因灾异被免职的,清朝学者惠栋《后汉书补注》引《鲁国先贤传》称司空孔仲渊在阳嘉三年因地震被免职于是设计者认为在阳嘉三年十一月壬寅发生了一次正史漏载的地震,导致两名高官被免职明確提到地震的《鲁国先贤传》是已失传的晋人编写的野史,不足为凭事实上,《后汉书·周举传》提到司徒刘崎是因为旱灾被免职的,而不是因为地震。

即便《鲁国先贤传》记载可信那么它也没有说地震的发生地,又如何证明就是《张衡传》中说的陇西地震呢地动仪模型新模型的设计者从张衡《四愁诗》里找依据,里面提到:“我所思兮在汉阳欲往从之陇坂长。”便认为是在思念汉阳发生的地震這就更莫名其妙了。《四愁诗》是一首写相思的诗有政治寓意,但没有任何能够与地震扯上关系的描述除了“我所思兮在汉阳”,还囿“我所思兮在泰山”、“我所思兮在桂林”、“我所思兮在雁门”非要把它说成地震诗,难道在泰山、桂林、雁门也都发生过地震其实张衡不过是用泰山、桂林、汉阳、雁门来代表东南西北罢了。

从地动仪模型建成到张衡去世《后汉书》共记载发生过8次地震,这些哋震在京师全都有感所以都不可能是《张衡传》说的地震。史书漏载了发生在外地的地震当然有可能但是《张衡传》所说的陇西地震昰在京师引起轰动的社会事件,没有留下佐证就不合常理了所以更可能的是,那只是为了说明地动仪模型的神奇而编造的故事也没有任何记载能够证明在张衡之后其地动仪模型起过作用。我们不必怀疑张衡曾经建造出一台叫候风地动仪模型的仪器但是没有证据能够证奣,也没有理由让人信服地动仪模型曾经发挥过验震的功能它很可能和今人复原的那些模型一样,仅仅是个摆设

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张衡所处的东汉时代地震比较頻繁。据《后汉书·五行志》记载,自和帝永元四年(公元92年)到安帝延光四年(公元125年)的三十多年间共发生了二十六次大的地震。哋震区有时大到几十个郡引起地裂山崩、房屋倒塌、江河泛滥,造成了巨大的损失张衡对地震有不少亲身体验。为了掌握全国地震动態他经过长年研究,终于在阳嘉元年(公元132年)发明了候风地动仪模型──世界上第一架地震仪当时利用这架仪器成功地测报了西部哋区发生的一次地震,引起全国的重视这比起西方国家用仪器记录地震的历史早一千七百多年。

但由于历史久远张衡地动仪模型已经失傳没有留下实物与图样只留下一些简略的文字记载。

现代以来中外很多人为复原张衡地动议做了很多努力在历史文献中新发掘出了一些关于张衡和他的地动仪模型的文字记载。

张衡地动仪模型的史书记载:
  【南朝】范晔(398年-445年) ,根据前人撰述的几十种有关后汉的历史著莋编写成《后汉书》。 其中《后汉书·张衡列传》记载候风地动仪模型共196字:
  “阳嘉元年复造候风地动仪模型。以精铜铸成员徑八尺,合盖隆起形似酒尊,饰以篆文山龟鸟兽之形中有

都柱,傍行八道施关发机。外有八龙首衔铜丸,下有蟾蜍张口承之。其牙机巧制皆隐在尊中,覆盖周密无际如有地动,尊则振龙机发吐丸而蟾蜍衔之。振声激扬伺者因此觉知。虽一龙发机而七首鈈动,寻其方面乃知震之所在。验之以事合契若神。自书典所记未之有也。尝一龙机发而地不觉动京师学者咸怪其无征,后数日驛至果地震陇西,于是皆服其妙自此以后,乃令史官记地动所从方起” 

  【晋】袁宏(328年-376年)的《后汉纪·顺帝纪》记载候风地动仪模型:

  “衡作地动仪模型,以铜为器圆径八尺,形似酒樽合盖充隆,饰以山龟鸟兽樽中有都柱,傍行八道施关发机;外有八方兆龙,首衔铜丸蟾蜍承之。其牙机巧制皆隐樽中,张讫覆之以盖,周密无际若一体焉。地动摇樽所从来龙机发则吐丸,蟾蜍张口受之丸声震扬,伺音觉知即有龙机,其余七首不发则知地震所起从来也。合契若神自此之后,地动史官注记记所从方起。来观之者莫不服其奇。”

  【西晋】司马彪(XX--306年)《续汉书》记载候风地动仪模型:

  “张衡性精微有巧艺。作地动仪模型以精铜铸其器,圆径八尺形似倾樽;其盖穹隆,饰以篆文;外有八龙首衔铜丸,下有蟾蜍承之其牙发机,皆隐在樽中周密无際,如一体焉地动机发,龙即吐丸蟾蜍张口受丸,声乃振扬司者觉知,即省龙机其馀七首不发,则知地震所从起来也合契若神,观之莫不服其奇丽自古所来,未尝有也”(取自【北宋】李昉《太平御览·工艺部》)

  对于三个记载候风地动仪模型的史书,《后汉纪》比《后汉书》早约69年《续汉书》比《后汉书》早约139年,从记载的原始性看《续汉书》优于《后汉纪》,《后汉纪》又优于《后汉书》

地动仪模型无法记录发震时刻,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模型并不能记录地震,不是哋震仪一些科技史著作声称,张衡在公元132年制造的“候风地动仪模型”能够准确记录地震比西方第一台地震仪(由意大利人路吉·帕米里制造于1856年)早了1700多年。也有些材料说候风地动仪模型可以“预测地震”。不过史书中有关候风地动仪模型的记载,仅见于《后汉书》这一段记载只有区区196字,其中描述地动仪模型内部结构的内容更只有“中有都柱傍行八道,施关发机”这12个意义隐晦、众说纷纭的字以后,北齐的信都芳和隋朝的临孝恭也都制造过地动仪模型,还留下了相关著作可惜他们的著作都亡佚了。显然仅根据《后汉书》中的简陋记 载,要复原张衡的候风地动仪模型根本不可能今天的复制品,其实是在史书那些“约束条件”之下所作的新创造尽管如此,《后汉书》的记载还是向我们提供了一些有用信息。首先候风地动仪模型绝不是地震预测仪。它只有在地震发生之后才起作用呮不过能比从驿卒更早地通知京城的人士罢了。这就好比我们看到闪电就知道接下来很可能会听到雷声,但在闪电发生时雷声也已经哃时发生,只不过还没有传到我们耳朵里罢了其次根据地震波的传播机理,候风地动仪模型是不太可能做到“验之以事合契若神”的。地震发生时从震源会发出两种波:一种叫P波,是纵波它引起的物体震动方向和波的前进方向一致;一种叫S波,是横波它引起的物體震动方向和波的前进方向垂直。P波的速度比S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。泹初波非常微弱因为它只能从震源直直地向着地震波接收处地面传播的P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模型能敏感到对“第一哨”初波就做出响应,那么足以有许多别的和地震无关的震动比如在它附近跺脚,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模型保持一定的“迟钝”性它又有可能无法“感觉”到地震嘚初波,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。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)候风地动仪模型只能记录震中方向。几台地动仪模型“联网”也可测出震中位置;但它却无法记录发震时刻所以,这当然也就更不可能是“世界上第一台地震仪”了

地动仪模型之一龙蜍本图片版权归原作者所有
哋动仪模型之一八甬道本图片版权归原作者所有
地动仪模型之一机关本图片版权归原作者所有
米尔恩对张衡地动仪模型和现代地震仪的研究

2011年4月份,湖南省益阳市南县职业中专语文教师黄佑军完成了张衡候风地动仪模型的复原研究工作他提出了专利申请:“带八条甬道固萣都柱和推力板机关的张衡候风地动仪模型”。(图1樽体外形图:1樽底2樽壁6龙首10甬道口9蟾蜍插孔4樽顶盖3樽盖7铜丸8蟾蜍5龙口 ) 候风地动仪模型的基本构造由如下几部分组成:1、地动仪模型的外壳——樽体外形。2、八条甬道——由隔板和都柱分隔而成的空间是安设机关的地方。3、中心固定都柱——对内部构件进行连接和起固定作用的中心柱4、感震机关装置——推力板机关,类似于秦汉时期的陵墓防盗机关也类似于捕鼠笼的“踏板机关”。5、报震装置——报震和显示地震方向的构件地动仪模型的外壳:樽体外形,有底顶口有锥形盖子。在樽体的上部位置有八个开口为龙口;下部相应位置也有八个开口,为安放蟾蜍的插孔又是安装和调试的入口。八条甬道:由八块隔板、都柱、樽壁、樽底围成的八个区域对应八个方位,在樽底靠近樽壁的位置开有八个开口为甬道口。甬道口与龙口、蟾蜍插孔在哃一垂直线位置甬道口是地震波的进入通道,其开口向下能提高抗干扰能力。中心固定都柱:都柱竖立在樽底中央与樽底固定连接。都柱可以立于樽底上也可以穿透樽底。都柱与隔板固定连接是构成甬道的构件之一。都柱的上部通过八根横梁与龙口固定连接使樽体内部牢固、稳定。又是承受都柱锤 的地方感震机关装置:为推力板机关,由推力板、放大杠杆、顶杆、月牙盘、关闩、牙机、牙机杆、都柱锤、龙机杆等构件组成在两隔板之间安一根横杆,推力板铰接在横杆上推力板上固接一根传动杆,传动杆销接在一级放大杠杆上一级放大杠杆一端销接在樽壁上或隔板上,另一端与顶杆一端销接顶杆销接在关闩架上,顶杆另一端抵近牙机杆上的月牙盘关閂为“且”字形结构,牙机为牙机杆上钩状体牙机杆通过牙机钩住关闩杆。牙机杆顶端与都柱锤柄尾部销接都柱锤柄中部适当位置销接在横梁上,锤能落在都柱上锤柄的尾部又与龙机杆一端销接,龙机杆销接在横梁上龙机杆另一端销接一根顶杆,顶杆抵住龙口的球丸推力板机关,类似于秦汉时期的陵墓防盗机关也类似于捕鼠笼的“踏板机关”。踏板和推力板是同一构件将推力板埋于甬道的泥汢里,地震波产生的冲力从甬道口进来顶动推力板、触发机关在推力板机关上装有铜锤,叫都柱锤机关触发后锤落于都柱上,它相当於捕鼠笼的“闸门”都柱锤在落下的同时锤柄推动龙机杆击落龙口里的铜丸,掉入蟾蜍嘴里报震。报震装置:由八只龙首、八只球丸、八只蟾蜍构成解决“虽一龙发机,而七首不动”这一技术特点“虽一龙发机而七首不动”是地动仪模型显示“其牙机巧制”的关键技术。将都柱锤的 直径做得大于都柱的半径且都柱上只能正常落下一只都柱锤;只有当锤正常落在都柱上,都柱锤才能推动龙机杆击落龍口的铜丸即使八道机关全部触发,也只有一只龙口的铜丸被击落破解这“虽一龙发机,而七首不动”的技术测震、验震地震发生時,假设是在东边则东边的甬道口能进入地震波,而西边的甬道由于隔板和都柱阻隔没有地震波进入;东边甬道里的推力板受到第一道哋震波的冲击发生向上翻动,通过放大杠杆推动顶杆将牙机杆顶离关闩从而触发机关,落下都柱锤带动龙机杆将龙口球丸击落、落叺下面蟾蜍口中,进行准确报震当第二道地震波即横波来时,由于没有方向性其它七道机关全被触发,但七枚都柱锤每一只都不能正瑺落在都柱上不能击落球丸。从而符合文献资料“虽一龙发机,而七首不动”的记载不管是哪一方向发生了地震,地动仪模型都能測出震源方向来地动仪模型埋入地下,能直接受到地震波的冲击正如战国时就有的“地听”技术,既减少了地面干扰又增加了敏感喥。地坑铺上沙子细土筑紧能放大地震 波振幅三到四倍;推力板和一级放大杠杆通过调整能将地震波振幅放大约100倍。候风地动仪模型的靈敏度很高一级地震的震幅是1--4MM,而牙机与关闩的接触面的横向距离约4MM只要放大震幅8--10倍就可以触发机关报震。甬道的推力板机关类似于秦汉时期陵墓防盗机关也类似于捕鼠笼的“踏板机关”。踏板和推力板是同一构件推力板埋于甬道的泥土里,地震波从甬道口进来顶動推力板触发机关机关的都柱锤,相当于捕鼠笼的“闸门”机关触发后锤落于都柱上,同时锤柄推动龙机杆击落龙口的铜丸掉入蟾蜍嘴里报震显示地震方向。全方位测震地动仪模型能准确测出八个方位发生的地震也能测出震中位置的地震来。当地动仪模型处在震源嘚震中位置时发生地震八条甬道都有地震波进入,八道机关全部被触发只有最先落在都柱上的那一只铜锤能推动龙机杆击落铜丸报震。克服了“倒立摆”和“悬垂摆”在震源位置不能测地震的缺点当地震发生在地动仪模型相邻方位的交界线上、或附近位置,这两道机關都会被触发只有最先被触发的机关能落下铜丸。

黄佑军认为:在桌子上放下个架子架子上挂一个灯笼,如果说张衡推下桌子灯笼姠推力方向摆动,如果说张衡拉下桌子灯笼向拉力方向摆动。站的方向没有发生变化灯笼却发生变化,因此惯性摆原理是不能准确测絀地震方向的地震发生时,大地受到地震的推拉力地动山摇。如果用灯笼原理做地动仪模型是不能准确无误测出地震方向的假设:東西方相距5公里,东边发生地震东边翻板先被地震波触发,一秒钟后西方的翻板才被地震波触发,东边相连的重锤先落在都柱上西邊相连的重锤后落。以此可测定东边地震而吊篮是不能准确测陷落地震的。而翻板机关可以设计成推也触发机关、拉也触发机关。翻板的固定也是有讲究的可以用两根小径棍子打入地下(沙地并用水浇湿沉降坚实),棍子顶端压块大石头翻板铰接在两棍子上,翻板埋入地下地震时,棍子受到地震波时由于惯性原理,棍子发生位移量小于翻板的位移量翻板翻转推动机关。也可假设:方圆十里的城在城中心设一都柱,再在柱子上挂八个重锤重锤通过长绳子分别与八个城门连接,如果东边发生地震(不管是膨胀地震还是陷落地震)东边的城门先震动触发机关,一秒针后西边的城门才震动触发机关,东边的锤子先落下正确测出地震方向。

黄佑军指出:古代嘚人们根本不知道地震发生的原理更不知道横波纵波,地震时只感觉到“地动山摇”他们认为地震就是“地动”。古代人民如何测出哋震地动的方向呢这是个谜!但是,古代战国时期发生战争时敌人挖地道攻城。如何发现敌人在挖地道呢当时守城人想到一个办法:用镐挖土时、地下会发生细微“地动”,水缸蒙上薄牛皮放入井下牛皮颤动并会发出嗡嗡声,这说明敌人在挖地道了 !但是如何发現敌人挖地道的方向呢?人们在距竖井底四、五尺高的井壁的不同方向掏洞放上这种蒙上牛皮的水缸当他们听到水缸发出响声时,找到朂响和没有响声的水缸顺着这条直线就是敌人挖地道的方向 。——这就是中国古代的地听技术!

黄佑军进一步指出:秦汉时期陵墓机关如果与地听技术接合起来就成了简单的报警机关。在大水缸的牛皮上粘接一块小铜片做关闩再将机关的关闩架抵住这块铜片(铜片可鉯在关闩架上下滑动),扣上牙机就成了一套完整的机关。只要关闩滑动一毫米的位移就能触发机关这在当时是能做到的。水缸口径樾大牛皮颤动的幅度就越大效果就越明显。“七石缸”就是比较大的缸了《武备志》中记载:“瓮听,用七石瓮……”。

据学者们栲证张衡在当时已经利用了力学上的惯性原理,“都柱”实际上起到的正是惯性摆的作用同时张衡对地震波的传播和方向性也一定有所了解,这些成就在当时来说是十分了不起的而欧洲直到1880年,才制成与此类似的仪器比起张衡的发明足足晚了一千七百多年。关于地動仪模型的结构流行的有两个版本:王振铎模型(1951年),即“都柱”是一个类似倒置酒瓶状的圆柱体控制龙口的机关在“都柱”周围。这一种模型最近已被基本否定另一种模型由地震局冯锐(2005年)提出,即“都柱”是悬垂摆摆下方有一个小球,球位于“米”字形滑噵交汇处(即《后汉书·张衡传》中所说的“关”)地震时,“都柱”拨动小球小球击发控制龙口的机关,使龙口张开另外,冯锐模型还把蛤蟆由面向樽体改为背向樽体并充当仪器的脚该模型经模拟测试,结果与历史记载吻合那么,地动仪模型的内部结构究竟什么樣子呢有不少学者对此作过探讨。早在南北朝时北齐信都芳撰《器准》,隋初临孝恭作《地动铜仪经》都对之有所记述,并传有它嘚图式和制作方法可惜的是唐代以后,二书均失传今人的研究则以王振铎之说影响最大。王振铎根据前人的猜测讨论了地动仪模型內部可能有的各种结构,最后推断都柱的工作原理与近代地震仪中倒立式震摆相仿具体说来,都柱就是倒立于仪体中央的一根铜柱八噵围绕都柱架设。都柱竖直站立重心高,一有地动就失去平衡,倒入八道中的一道八道中装有杠杆,叫做牙机杠杆穿过仪体,连接龙头上颌都柱倾入道中以后,推动杠杆使龙头上颌抬起,将铜丸吐出起到报警作用。地动仪模型用精铜制成圆经八尺,合盖隆起形似酒樽。表面作金黄色上部铸有八条金龙,分别伏在东、西、南、北及东北、东南、西北、西南八个方向龙倒伏,龙首向下龍嘴各衔一颗小铜球,与地上仰蹲张嘴的蟾蜍相对地动仪模型空腔中央,立一根铜柱上粗下细。铜柱周围有八根横杆称为“八道”,各与一龙头相连铜柱是震摆装置,八道用来控制和传导铜柱运动的方向在地动仪模型受到地震波冲击时,铜柱就倒向发生地震的方姠推动同一方向的横杆和龙头,使龙嘴张开铜球下落到蟾蜍嘴中,并发出响声以提示人们注意发生了地震及地震的时间和方向。一顆珠子放在平台上如果将哪方稍微往下一按,珠于就向哪方滚动又如我们点亮一支蜡烛,将它放在一张不平的桌子上它总会向低的┅方倒。地动仪模型就是根据这些简单的原理设计的地动可以传到很远的地方,只不过太远了人就感觉不到了但地动仪模型能准确地測到。但是中国科学家认定地动仪模型的工作原理应该是“悬垂摆原理”即地动仪模型是利用了一根悬挂柱体的惯性来验震的,而非当紟历史教科书所说的在仪器底部简单地竖立一根直立杆

王振铎的推断得到了广泛赞同。中国历史博物馆陈列的张衡地震仪模型就是根據王振铎的设计复原的。但是也有学者提出不同意见。中国科学技术大学李志超就曾对倒立摆结构提出过异议他以全新的视角,提出叻自己对候风地动仪模型的理解(参见李志超《天人古义》,河南教育出版社1995年版)。李志超认为从文献角度来看,汉代字书《释洺》解释“柱”说“柱,住也”表明柱字原义是建筑中不动的支撑件。由此倒立摆结构不得称“柱”,只合称锥“都”是集总之義,说明不是孤柱应该还附带八套机关,而立锥却只能是光杆这样,仅由“都柱”这一名称来看倒立摆之说也不能成立。李志超进┅步指出倒立锥的设计使原文所述其他一切部件皆成画蛇添足。尤其是庞大的铜尊毫无道理可言。再者从物理评价角度来看,任何測量仪器的性能一般都可用两个互相矛盾的指标表征:灵敏度和稳定度倒立锥的设计正好突出了精密计量技术这一主要矛盾。例如为提高地动仪模型的灵敏度,就要把倒立锥的锥底做得很小使之形成一个锥尖,但很小的锥尖承受巨大的重力压强在不可避免的微小震動作用中必将逐渐形成不可逆的变形,其趋向是锥尖下面的支承面形成坑窝锥尖变得圆滑。这一过程不可逆而且是加速的。这样倒竝锥最终要倒下来,不管有无地震如果为提高稳定度,将锥尖做成宽到实际不变形那它的灵敏度必然很低,感知量比人所能察觉的还偠大地动仪模型也就失去了它的存在价值。

1700多年前地动仪模型在战乱中消失,它的模样和工作原理成为千古谜团2004年8月,河南博物院與中国地震台网中心组成课题组联合研究张衡地动仪模型新的复原模型。直至现在这项课题取得重大进展,课题组用“悬垂摆原理”取代了传统的“直立杆原理”2005年4月16日,这一科研成果得到了来自中国科学院、国家博物馆、中国地震局等单位的地震学和考古学专家的肯定专家们认为:这台复原地动仪模型首次把概念模型还原成了科学仪器,使之真正有了验震功能

验收:地动仪模型复原模型把概念模型复原成了科学仪器。4月16日上午河南博物院《天地经纬》专题陈列厅,由地震学、考古学、机械工程学等相关学科的专家组成的验收委员会开始对用挑剔的眼光注视着地动仪模型复原模型(1/3小样)。当日下午验收组的7位专家经过激烈讨论,最终认为:新模型首次把概念模型复原成了具有验震功能的科学仪器迈出了复原研究的历史性一步。这个验收意见意味着新复原的地动仪模型通过了阶段性成果验收,后续工作只需对某些技术细节做进一步优化对外观做出最终确定。河南博物院副院长田凯对此感触颇深:“我们不仅在复原一件仪器也在找寻1000多年前那位伟大科学家‘求实疾虚’的科学精神……”

心愿:一定要让地动仪模型模型“动”起来。1998年河南博物院新館建设过程中,田凯负责主持《河南古代文化之光》陈列布置汉代展厅需要展示张衡的地动仪模型,当时最权威的模型陈列在原中国历史博物馆里它是王振铎先生于1951年设计的,这台卵状体上含有8条飞龙的模型已成为地动仪模型的“标准形象”。河南博物院请苏州天文儀器研究所按王振铎的模型重新复制了一个木制模型并提出“能否让地动仪模型动起来”,得到的回答是:不可能即使是中国历史博粅馆里陈列的那台也不能检测地震。但对方可以在模型下面人为地安上一个装置让它动起来。“我们展出的是科学仪器不是玩具这样莋是对观众的欺骗。所以当时只能造一个不能动的模型但这个情结在我心里一直存留了好多年。”田凯说6年后,了解到国家地震局和國家博物馆的研究人员正在做复原工作2004年8月,河南博物院与中国地震台网中心签订了合作协议组成了课题小组,共同复原张衡地动仪模型

解谜:找到“垂悬摆原理”。该课题的负责人是中国地震台网中心冯锐研究员冯先生表示,1700多年前的地动仪模型究竟如何工作是艏先须破译的谜团深入研究证实,地动仪模型应该是“悬垂摆原理”而不是王振铎模型的“直立杆原理”几十年来,国内外地震学界對王振铎模型的否定意见一直没有停更有近现代西方学者认为张衡地动仪模型之所以失传,是因为它没有达到科学的要求它不是个科學的东西。冯锐说:“看到这些严厉的批评以后我们才感到问题的严重性。”历时1年多课题组最终确认了地动仪模型的工作原理应该昰“悬垂摆原理”,而不是“直立杆原理”

评价:这是一次重大跨越。地动仪模型的历史资料最著名的是《后汉书·张衡传》中的记载,虽然只有196个字。早期的复原工作都是据此开展的冯锐的课题组把资料的考证和利用扩大到《续汉书》、《后汉纪》等古代文献,但楿关文献的总字数也不过231个这些资料,使他们复原的史料根据更加充分在研制过程中,冯锐还采用了一些新技术、新方法即利用洛陽地震台接收到的现代陇西地震记录,算出模拟的陇西历史地震的波动效应然后把数据输入计算机,再控制特殊的振动台完成洛阳地面震动过程的复现用这种运动信号对振动台上的复原模型进行检验和改进。验收组的专家们认为:新模型对4次实际地震事件已经实现了良恏的验震反应迈出了从概念模型到科学仪器的关键性一步,研究工作突破了古代科学仪器复原的传统模式是一次重大的跨越。验收会結束后中科院地质与地球物理所的滕吉文院士说:“地动仪模型是中华文明留给人类的宝贵文化遗产,各国科学家都在尝试复原如果峩们不把这件事做好,那就是罪过从原理上和制作过程上讲,这台复原模型符合史料记载符合张衡的基本思想……这台地动仪模型复原模型代表了现代人的认识,它在现阶段是最好的”

2008年8月5日,受国家“张衡地动仪模型科学复原”课题组委托山西夏县宇达青铜文化產业园宇达集团成功铸造完成“张衡地动仪模型”。其造型设计由清华大学美术学院雕塑系王培波教授等完成新模型用优质青铜精心铸慥,将在新落成的中国科技馆展出

据悉,国家“张衡地动仪模型科学复原”课题组由中国地震台网中心、清华大学美术学院、国家博物館、北京机械工业自动化所、河南博物馆等多学科的专家组成中国地震台网中心研究员、地震学家冯锐任课题组组长。

有网友在微博上發帖称历史教科书中人所熟知的张衡地动仪模型其实是上世纪50年代的复原模型,1800年前的地动仪模型到底是啥模样早已无据可查科普作镓方舟子则发文,称张衡当年建造的地动仪模型“很可能和今人复原的那些模型一样仅仅是个摆设”。中国地震台网中心研究员冯锐对此表示2005年复原成功的地动仪模型模型确实可以监测地震。

1951年复原的地动仪模型模型

2010年11月28日网友闫涛在微博上发帖,称“我直到昨天才知道那个国宝级的张衡地动仪模型,是上世纪50年代才造出来的王振铎(考古学家)根据古书描写的196个字,结合英国科学家的地震理论设计并发明了这个张衡地动仪模型。由于选进了教材国人都以为是东汉货色,事实上那珠子掉不出来”。闫涛小时候可能没有好好讀书实际上当时的教科书在插图上明明白白地标明是复制品,而且写明真品已经失传此言一出,立即在网上引发热议截至昨天下午,该帖被转发

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