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失传1800年专家破译张衡地动仪密码

  作为世界最早准确检验出地震的科学仪器,地动仪和发明者张衡一直是中国古代科技文明的象征。

  事实上,早在1800年前,地动仪就已失传,现存的只是根据196字的史书记载还原的模型。可孰料,这些复原模型却从未像史书记载的那样,在地震时指示方向、吐出铜丸,只能成为供人欣赏的展览品。
这甚至成为某些外国人嘲弄的笑柄!

  中国地震学家以此自勉,破译古籍“天书”,成功还原了地动仪检验地震的功能。

  古文明象征竟错成“笑柄”

  对175公里外的唐山大地震竟毫无反应;在日本展出时更闹出笑话———工作人员为展示地动仪吐丸竟用木棍拨动铜丸。纷纷质疑声中,地震学家发现地动仪复原模型竟存在“致命”错误!

  日本展出闹笑话

  为展示吐丸,工作人员就用木棍将龙口内铜丸拨出,引发质疑四起

  1976年,河北唐山发生了里氏7.8级强烈地震,举世震惊。当时距唐山175公里的北京也有强烈震感,很多建筑物出现裂缝。然而,北京历史博物馆的地动仪却没有任何反应,这让专家们疑惑不解。

  此后,又发生一件让人哭笑不得的事。1988年,中国历史博物馆应邀在日本奈良举办了中国古代科学技术展览。开幕式上,因工作人员实在想不出办法通过震动让地动仪龙口内的铜丸掉落在蟾蜍的口里,就专门用木棍将龙口内的铜丸拨出进行展示。一时间,质疑声四起,象征着中国古代先进科技的地动仪成为了调侃的对象。

  真品已失传1800年

  最被人所熟知的地动仪,其实是1951年的复原模型

  关于地动仪的记载,最为人熟知的就是《后汉书·张衡传》的描述:“形似酒尊,中有都柱”。影视作品当中,司南、地动仪等形象经常出现,这就使人们产生了一种地动仪是出土文物的错觉。

  然而真正由张衡制造的地动仪,早在1800年前就失传了。现在所有地动仪都是据史料复原的模型。

  复原模型中最被人所熟知的是有点像啤酒桶的地动仪。1951年,国家历史博物馆的王振铎研究员完成了对地动仪的复原工作。1952年,随即被编入全国中小学教科书,这就是至今仍被很多人误认为是出土文物的地动仪。

  复原模型存原理性错误

  直立都柱,根本无法区分地震和其他震动

  全世界共有13种张衡地动仪,分别来自不同的国家,且原理不同、造型各异。在中国,由王振铎复原的地动仪模型深入人心。然而2002年,地震学家冯锐吃惊地发现:这个引以为豪的地动仪,竟然存在着原理性错误。地动仪模型的都柱是一根直立的细杆,但即使是地动仪旁边有所震动,它也会倒下,这种结构根本无法准确区分出地震和其他震动。

  1951年复原模型错误,让张衡和地动仪受到普遍质疑。奥地利学者雷利柏很尖锐地提出,张衡地动仪不是一个科学仪器,张衡根本没有对地震学发展起过任何作用。

  还原地动仪破译196字古书

  真正的张衡地动仪会是什么样?目前所有记载仅仅只是《后汉书》中的196个字,它们就像密码一样,把张衡和他的地动仪锁在尘封的历史中。

  悬垂摆原理

  考古发现汉代已有吊灯,张衡地动仪的灵感就来自这里

  在各国的地动仪模型中,一种与直立棍不同的思路引起了冯锐的注意。 “地震没地震,抬头看吊灯”,就是因为高高悬垂的吊灯对地面的水平运动非常敏感,会因为惯性不停摇摆。19世纪,现代地震学鼻祖米尔恩把“中有都柱”译成“中间有一根柱子,这根柱子是悬挂起来的”。

  但1800年前的东汉,张衡怎么可能会想到利用悬垂摆的原理来发明地动仪呢?考古发现汉代就已经有吊灯。作为测震仪器,悬挂物有四个优点:第一,地震时才动;第二,十分灵敏;第三,频繁晃动,很容易被人发现;第四,《后汉书》中记载,“地动摇尊”,然后“尊则震,龙机发,吐丸,蟾蜍张口衔之”,说明悬挂物观测的是水平运动。

  巧设“机”“关”

  “机”“关”各指一物,后者就是古代的门闩

  复原最关键的是设计内部结构,其中最重要的就是都柱,史书记载,都柱感受到地震波后发生共振,引发地震方向的龙头吐丸,其余7个龙头不动。地动仪是怎样做到的呢?

  史料中只有“施关发机”4个字,根据这句话,冯锐在都柱下设计了8个方向的凸起,直接触击龙头吐丸,可是动量太小,无法让都柱摆动。就算都柱能动,8个触点相隔45度,都柱运动的惯性也无法做到“一龙发机七首不动”。

  冯锐重读古书,几个关键字引起了他的注意,“施关发机,机关巧制,皆隐在尊中”。“机关”究竟是什么意思?冯锐发现“施”为动词,“关”是名词,“发”是动词,“机”又是名词,也就是说,“机”和“关”是两个物体。

  “机”很容易理解,“关”究竟是什么东西,冯锐做了大量的研究工作,最终了解“关”就是古代的门闩。古人为解决物体运动的动量不足,常常采用小的触发机构来放大动量,这个触发机构就叫做关。

  原来,地动仪能够准确验震的最大秘密就在于这个灵敏的触发机构“关”,它处在都柱下方一个极小的锥形小台上,地震方向微弱的地震波传来,都柱和樽体发生相对位移,小球便会脱离都柱,滚落道中。道的尽头,正是连接龙头的杠杆结构“机”,小球触碰到机,龙口吐丸。

  重现人间

  史料证实,公元134年陇西地震让地动仪声名远扬

  冯锐据《后汉书》推断,发生在公元134年的陇西地震,震中位于现在甘肃天水附近,距离京师洛阳600公里,洛阳地震烈度为3度到4度……在如此精确的数据下,复原后的地动仪在地震波的方向上吐丸正确,复原工作获得了成功。此后,研究人员又多次在真实的地震中检验了复原后的地动仪并取得成功。

  冯锐向世人证明了这个世界上最早的验震器绝非神话,它真的存在过、工作过。毫不夸张地说,张衡地动仪正是现代地震学得以发展的基础,重新复原地动仪,不仅回答了国内外的质疑,也重新连接起这些失落的环节,让张衡和他的地动仪获得新的生命。(央视十套《百科探秘》)

  地动仪失传1800年之谜

  令人费解的是,地动仪像流星一样,只留下了短暂的光辉后便悄无声息了。

  冯锐解释,公元132年张衡发明地动仪后,接连发生了几次地震,举朝震惊。公元134年的陇西地震,是张衡生平的辉煌顶峰,也是他悲剧的开始。当自然现象和政权斗争结合在一起,就算是天才的张衡也无法解释,频频发生地震究竟是谁的错。

  在张衡那个年代,地震被认为是因为用人不当上天的惩戒。每次地震后,都会有高官被撤职。《后汉书》详细记录了公元134年地震后,朝廷高官被罢免的事件,这与记载中地动仪起作用的时间也最为接近。

  冯锐发现,也恰恰是在这次地震之后,张衡为官的道路走向了没落。

  根据现有史料,公元132年地动仪问世,在公元133年和公元134年成功测震之后,便退出了历史舞台,没有人希望看到地动仪再测出地震,这个科学仪器已经成为那个时代的不祥之物。

  公元139年,张衡郁郁而终。东汉末年到西晋时期,战火连绵,公元190年,董卓一把大火烧毁了洛阳,张衡地动仪也因此失传。 (来源:《成都商报》)
(责任编辑:娓娓)

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