课本中的“张衡地动仪”最近成了舆论关注的焦点。

先是有报道称，2017年投入使用的统编本初中历史教材七年级上册中，关于张衡地动仪的内容被删除。随后，人教社否认该消息，称课本中对地动仪有专门介绍。这引起了网友对地动仪的讨论。

张衡的“候风地动仪”究竟长啥样？后人到底能不能复原出地动仪？带着这些问题，记者向上海交通大学科学史教授关增建求证。

“这事很有意思，也是我们所关注的。”今天，关增建特意在交大开了一场《张衡侯风地动仪面面观》的学术报告，并举行师生开放性讨论交流，这段并不为大多数人知晓的地动仪复原历史展现在人们面前。

张衡最早被外国人pick到

张衡地动仪在公元132年被造好后，在当时的首都洛阳工作了几年，到公元139年张衡去世后就没有了下落。专家推测很可能在东汉末年的战乱中，地动仪已被熔化而铸成了兵器。

▲张衡

直到公元1886年，张衡地动仪才出现在英国人米尔恩（John Milne）写的《地震及其它地球运动》一书中。之后，张衡地动仪就开始受到国际地震学者的注意。

张衡地动仪在《后汉书》中留下了这样的记载：

“阳嘉元年，复造候风地动仪。以精铜铸成，员径八尺，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，而七首不动，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。”

冯锐在《对地动仪传统模型的质疑》说过，对古代科学仪器的复原不同于一般的文物复原，史料考证十分重要，但必须开展严格的专业分析和科学试验，否则很容易遗漏、误解文字底层所蕴藏的技术内容，降低、甚至完全失去复原模型所应具备的科学价值。

关增建也说，对地动仪的复原必须符合两个原则，一是复原本身要符合历史文献的描述，二是要在实用性上既要符合科学原理，也不能超越当时的技术水平。

后者比前者更为重要。

在张衡地动仪的复原上，日本人服部一三迈出了第一步，他于1875年把《后汉书·张衡传》文字记载变成了猜想图形。其后，1883年米尔恩、1917年吕彦直、1936年王振铎、1937-1939年荻原尊礼和今村明恒都提出了自己的模型。不过值得注意的是，这些都属典型的概念模型，概念模型只有升华到科学复原阶段才能更深刻、更准确地反映原物的价值。

▲服部一三的复原模型中的蛤蟆，其形象可能来自于法国卢浮宫外的喷泉，这是蛤蟆造型对王振铎先生影响很大。

#FormatImgID_3#地动仪上的龙和蛤蟆都有问题地动仪的争议从来没有间断过。关增建表示，复原地动仪有几十种之多，但是引起较大反响的有王振铎、冯锐和李志超提出的三种模型。

刻在几代中国人头脑中的、也是教科书上的那张地动仪模型图，是1951年代古代科技史学家王振铎根据古籍复原得出的。（PS：这位老先生还复原了指南车，司南，虽然也不能指南……）在这款复原模型中采用了“直立杆原理”，即在仪器中间树立一条长长的细杆，依靠地震时杆子的倾倒触发龙口的机关，导致小球落入蟾蜍之口，发出声响，报告地震。

然而这和《后汉书》中所描述的“中有都柱，傍行八道”并不匹配。

“都者，大也，总也。”关增建说，这表明地动仪中间是一根很粗大的柱子，上面汇总有许多东西，单一的细杆，不能称“都柱”。柱子的倾倒也很难用“傍行”来说明。为了掩饰这一矛盾，王振铎把“都柱”解释为“独柱”，即只有一根柱子，这应该曲解了原文本意。而且，单一细杆的设计，放大了仪器设计中灵敏度与稳定度之间的矛盾，使得仪器的操作变得极为困难。

2006年，冯锐等人在《自然科学史研究》上发表《对地动仪传统模型的质疑》的文章，系统陈述了王振铎复原地动仪存在的主要问题，一是直立杆工作原理不正确，使该模型不能验震；二是与工作原理有着直接关系的外部基形不合理，与史料所述和出土汉代酒尊的形制不符；三是对龙和蟾蜍的造型处理上不符合史书。

▲冯锐复原地动仪

冯锐还认为地动仪采用的是“悬垂摆原理”，即地动仪是利用了一根悬挂柱体的惯性来验震的。2009年，正式开馆的中国科技馆新馆展示了新的地动仪模型。该模型即是中国科学院教授冯锐团队复原的。

然而，“悬垂摆原理”虽然能够测报地震，

但与文献的切合程度仍然有问题。古代没有把悬着的摆称为“柱”的，更谈不上是“都柱”。器体下面巨大的缝隙，也与原文“覆盖周密无际”不合。

1994年，科技史家李志超提出了自由杆模型。他的模型从原理上解释了地动仪为何要有庞大的体量，说明了为何要有巨大的柱子，并且柱子上延伸出了八套杠杆体系， 符合“都柱”原意。从文献考据的角度，李志超的复原，是迄今所有复原方案中与古文献记载最切合的，技术难度上也没有逾越东汉时的科技水平。李志超对候风地动仪本身是否能做到测报“地动而人不觉”程度的地震，是否每次都能准确报出震源方向等问题的解说，都令人信服。李志超复原方案现存问题是尚未经过原尺寸模型情况下的地震测试，其测报效果尚待实践的证实。

从质疑地动仪到关注张衡对地动仪的质疑引发了人们对张衡的关注。在史书记载中，张衡是世界科技史罕见的兼具科技和文学的通才。

在科技成就方面，张衡著有《灵宪》这一天文著作，其中他已认识到月光其实是日光的反射光，他还创造出能比较准确地演示天象的漏水转动浑天仪。

张衡在数学和地理上也有贡献，他在科学、哲学和文学上共有著作三十二种。文学著作则以《东京赋》和《西京赋》最为著名。

在精密机械学方面，张衡尤为专长，共创作了候风地动仪、指南车、浑仪和前述的漏水转动浑天仪。值得重视的是，文献中提到张衡还造过一种能飞行数里的木鸟，如真是那样，张衡还是世界航空之父了。

▲张衡制造的浑天仪。

这样的人真的存在吗？

关增建认为，在教材上把明显存在问题的王振铎先生的地动仪复原图删除是应该的，但对地动仪乃至对张衡的质疑是不应该的。“我们不能因为我们无法复原地动仪，而认为它不存在。”他说。事实上，2013年，中国科学院南京天文仪器厂厂长胡宁生在理论上和实验上都证明了张衡地动仪中用立柱来验震是可行的，并在2014年出版了《张衡地动仪的奥秘》一书，此事并未受到国人的注意。

他还认为，李志超老先生提出方案后就退休了，无人替他做验证实验，但是就他看来，这一方案无论从外观还是科学原理上都是说得通的，是最接近史书中描述的地动仪的一款复原模型。

》》那些无法复原的科学故事

历史上流传的科学故事无法复原的并不只有地动仪一个。

《爱迪生救妈妈》的故事里说因为灯光昏暗，爱迪生想出用镜子聚光的方法保障了手术成功。但这个故事其实是杜撰的，现在这篇课文已经被删除了。近来还有人对阿基米德的两项科技成就提出质疑：一项是传说阿基米德曾设计制造过一台能吊起整艘敌船的庞大起重机，该机器能吊起敌船再将船摔碎。但分析以后，觉得阿基米德时代尚无能力用金属来制造大型起重机，而要用木材制造那么大的起重机是不大可能的，而要开动那大起重机也是人力或畜力所不能胜任的。况且敌兵会让别人去捆他们的船吗？其实要破坏一条船只要在船底凿一个漏洞就可以了，大可不必兴师动众把船摔碎的；

第二项质疑涉及阿基米德科技水平之高的代表作，即他曾让全城妇孺和老人手持各自家中的铜镜，然后众人一齐用镜子把阳光去照射带头的敌船，结果那敌船就被阳光点燃，船队只好落荒而逃。事后罗马统帅马塞拉斯还苦笑地说，我们整个船队和阿基米德一人作战，但我们败给了他的智慧。然而分析和计算后，发觉那个烧船事件是不可能的，因为即使用几百面效率更高的现代平面镜，集中将阳光照射到一处，其温度仍达不到木头或帆布的起燃点[6]。以后查到2006年美国有一电视节目——Discovery的“流言终结者”说，在美国已做过几次用多面镜子以点燃木板的实验，然而都未成功，因此可知流传了二千年的阿基米德用镜子点燃敌船的故事纯系后人杜撰。

作者：沈湫莎

编辑：沈湫莎

责任编辑：任荃

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