70年“设计”无数款地动仪，教科书还是得改
本帖最后由 maximefr 于 2018-10-12 09:33 编辑马前卒- 发布于 2018-10-10 14:47:37
张衡挖坑后人填，虽然1951年就有复原地动仪的政治任务，但换了几十种设计，始终未能成功。
近日，关于张衡地动仪的争议再度升温：
复原工作再启动 张衡地动仪被历史课本删除
2017年秋天投入使用的统编本初中历史教科书七年级上册中，关于张衡和候风地动仪的内容，被删除。那个被印在教材上影响了几代中国人、由王振铎复原、以“直立杆”为理论基础制作的地动仪模型，开始淡出当代青少年的视野。
实际上，近年来，王振铎所造的地动仪模型一直非议不断。为复原出更具科学性、更接近史籍记载中的候风地动仪，早在2003年，中国科学院教授冯锐就重启了“张衡地动仪”探索证明之路。2009年9月20日，中国科技馆新馆开幕，新的地动仪模型与观众见面。
目前，关于地动仪的探索复原工作一直在继续。
据人教社的回应，张衡等人物都并未“消失”。关于张衡和地动仪的内容，统编版小学道德与法治教材五年级上册专门设置了“古代科技 耀我中华”一课，介绍扁鹊、张仲景、华佗、李时珍、孙思邈等著名医学家，张衡、祖冲之、毕昇、蔡伦等古代科技巨人及科技成就。其中，还专门讲述了张衡和他发明的地动仪，指出其对科技的重大贡献，同时设计学习活动，引导学生追求真理，献身科技，“要像张衡一样，善于观察，善于思考，做一个有心人”。教材中还设置相关栏目，介绍国际上用张衡、祖冲之的名字命名了月球上的环形山。
虽然地动仪并未完全退出课本，但从历史书转进到德育课，从强调科技水平变成道德说教：“要像张衡一样，善于观察，善于思考，做一个有心人”，似乎说明地动仪的“复原”工作并不顺利，很可能最新的设计图依然无法实现古书中传说的功能。
“复原”古代设备，为什么要设计呢？因为……我们常见的地动仪完全是19-20世纪的产物。
1. 张衡挖坑后人填
一提到张衡地动仪，大家脑中浮现的都是下面的模样：
其实，这是1951年设计复原的地动仪模型。当时中央要求制作一系列能代表古代文明高度的器物复原，候风地动仪便是其中之一。文化部文物局博物馆处处长王振铎接下了这个任务。1951年王振铎做出了张衡候风地动仪1：10木制模型，该模型一出，便成为宣传我国历史文明高度的经典标志之一：
1953年“伟大的祖国”系列邮票 币制为旧版人民币1953年“伟大的祖国”系列邮票 币制为旧版人民币
王振铎敢接这个任务，倒也有点历史渊源——他从民国时期就曾钻研张衡候风地动仪的复原，1936年曾按悬垂摆原理做过一版地动仪设计，但可实现性较差。解放后，在任务压力下，王振铎按照日本萩原尊礼在1937年复原地动仪的直立杆原理，参照服部三一在1875年绘制的外形，制作了今天众所周知的地动仪模型。
1936王振铎悬垂摆模型（左）与1963王振铎倒立摆模型（右）1936王振铎悬垂摆模型（左）与1963王振铎倒立摆模型（右）
王振铎1951版地动仪传播如此之广，甚至成为了我国地震学会的徽记：
然而，这版内外皆从日本学来的地动仪根本动不起来。尤其尴尬的是，在1988年我国将复原地动仪模型送到日本奈良展览时，解说员要用木棍捅“龙口”，才能让铜丸落下。用中国地震学奠基人傅承义院士的话说，“房梁下吊块肉都比你那个模型强”。
输给一块肉也不要紧，因为别人不见得更强。19世纪后期以来，中国、日本、英国很多学者都对历史记载的地动仪进行了复原讨论，提出了一个又一个假想。仅在近几十年，就有若干远比王振铎1951年版更复杂的设计——虽然无非是一块肉和两块肉的区别。
史书上记载的简单，所以人民群众也低估了地动仪的门槛，几十年来也不断有民间高手公布自己的设想：
1936王振铎悬垂摆模型（左）与1963王振铎倒立摆模型（右）1936王振铎悬垂摆模型（左）与1963王振铎倒立摆模型（右）
近年来，中国地震局地球物理研究所的冯锐等人在多方协作下，提出了链式悬挂的新模型，并通过振动台进行了有效性模拟验证：
2. 追之不及
1875年日本 人服部一三根据《后汉书·张衡传》开始地动仪复原工作，开始了“追赶汉朝”的努力，100多年过去了。在全球学者努力下，用现代地震理论倒推古代技术，终于出现一版能通过振动台模拟的地动仪，是不是快追上张衡了？
不行。
首先这一版模型也还没经过地震“实战”测试，其次制造中应用了许多现代才有的加工技术，如曲状滚珠深孔构造，最多只能算是原理测试。
其次，冯锐新版地动仪其实是一台近代地震仪，应用相同悬摆锤原理工作。而《后汉书·张衡传》原文是“中有都柱”，而非“中悬都柱”。古书还说要有固定的八个方向显示地震，这也是约束立柱而不是悬摆的方案。就算用冯版方案造出了地动仪，恐怕也很难和古书记载对应。
一百多年来全球复原地动仪屡战屡败并非偶然。之前一两千年，在中国多个朝代的无数聪明人，也前仆后继地跪在了地动仪面前。
在《北齐书》与《北史》中，提到了信都芳撰《器准》，临孝恭撰《地动铜仪经》，都有研究地动仪的记录。但信都芳只是论述原理，临孝恭是个玩占卜的，且这二位的著作失传较早，连宋朝学者都不知道其中的内容。
宋末元初的周密倾慕古人，也花费心血用于琢磨地动仪，最后觉得很扯。周密在《齐东野语》中，直接质问为何浑天仪能代代相传，隔壁的地动仪就不行？古书上说，地动仪原理是所谓阴阳二气的“候风”，震源离京都那么远，阴阳二气有足够的能量推动仪器？
灵台遗迹平面图，浑天仪隔壁就是地动仪灵台遗迹平面图，浑天仪隔壁就是地动仪
到了清朝乾嘉年间，学者考据之风盛行，在整理、重现古代科技资料方面取得了巨大成就。何琇在《樵香小记》中提出了与周密相似的质问，毕竟数千里外的“气”触发装置，怎么看也没有可行性。阮元在《续略人传》序中，直接用“地动天不动之仪”来试图解释地动仪。之后就是中外科学家的各种现代设计了。
3. 原始材料的纠结
地动仪之所以难造，是因为后世学者都想按照古文献记载来设计。乍一看，后汉书已经绘声绘色详细描述了地动仪原理，还可以精确定位时间、地点、事件，可信度似乎应该很高。然而用多个汉朝文献互相比对，张衡地动仪的故事似乎原本就有问题，需要后人不断“打补丁”才能勉强说通。
《后汉书·张衡传》有关地动仪原文如下：
阳嘉元年，复造候风地动仪，以精铜制成，圆径八尺，合盖隆起，形似酒樽，饰以篆文、山龟、鸟兽之形。中有都柱，旁行八道，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，皆隐在樽中，覆盖周密无际。如有地动，樽则振，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，而七首不动，寻其方向，乃知震之所在，验之以事，合契若神，自书典所记，未之有也。尝一龙发机，而地觉不动，京师学者，咸怪其无征；后数日驿至，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。
按史料，地动仪制成后被安置在洛阳。东汉末年洛阳历经战火洗劫，到了西元418年，刘裕北伐攻占长安，获取了张衡浑天仪、土圭等天文仪器，却唯独没有地动仪，这说明在范晔写《后汉书》之前，地动仪已经失传，范晔可能只是从口耳相传的故事中，选出了这么一段技术描述。
按照范晔描述，地动仪测量陇西地震的“皆服其妙”事件，对应的是西元138年龙溪地震，这一点李约瑟也赞同。然而按《后汉书·本纪》与《后汉书·五行志》记载，这次地震洛阳有明显震感，并非“地觉不动”。
更尴尬的是，在嘉阳元年（西元132年）地动仪制成后，《后汉书》中记载的地震有30次，京师洛阳就有20次，再无地动仪参与观测的记录。
有人给张衡的故事做注解，称 “皆服其妙”是在张衡死后的西元143年：
地动仪事件表地动仪事件表
然而如果这样就得面临更尴尬的事实，西元143年才“皆服其妙”，那138年地震，地动仪居然没有反应？
地动仪如果是一个有效的仪器，必定会增加中央政府对地方地震信息的掌握。然而，把《后汉书·五行志》中的地震记载与地方史料比对，在地动仪制成的阳嘉元年之后，地方地震只有20%被中央机关记载，比造出地动仪之前还低（嘉阳元年前高于35%），难道地震仪是个催眠仪器？
4. 汉朝自然科学和社会科学
历史事件不能脱离历史背景而存在，地动仪的考据，也必须结合汉朝文化来分析。
汉朝是中国最早的稳定统一王朝，还不是完全的世俗政权，文化上继承了先秦很多神秘主义元素，如谶纬学，甚至因此让王莽当了皇帝。按照谶纬理论，天地灾变和人间王朝的人事变动很有关系。朝廷上强势的一方经常以地震为借口，逼迫其他权贵辞职甚至自杀。对于汉朝高官来说，地震观测绝不是简单的自然科学研究，往往是发起朝堂斗争的号角。
和帝永元四年六月丙辰，郡国十三地震。《春秋汉含孳》曰：“女主盛，臣制命，则地动坼，畔震起，山崩沦。”是时，窦太后摄政，兄窦宪专权，将以是受祸也。后五日，诏收宪印绶，兄弟就国，逼迫皆自杀。
——《后汉书》志第十六·五行四
对于后世读者来说，张衡是汉朝的科学家、工程师和文学家。但对于当时的人来说，他的身份是世家子弟、“省部级”高官。官场浮沉几十年，张衡必然非常清楚地震观测对政坛的冲击。如果说他仅仅为了满足自己的好奇心就制造地动仪，这也不是一个合逻辑的说法。所以，从目前的地动仪复原工作来看，汉朝史料对地动仪的记载很可能是以讹传讹的神话，或是有更深层次的权贵斗争背景，总之不是一份纯粹而可靠的技术文件。
当然，虽然地动仪查无实据，但张衡自己是真实的历史人物，在文学、哲学和科学方面的探索不可忽视。所以，把张衡从技术史中请出来，归入道德教育内容，也算是恰如其分的安排。
侯气，候风，是汉代最主要的理论。
这篇文章，让我想起共振碗、转经碗。
要知古人記載之妙
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