在现代,我们大多数人都知道想要精确预测到地震的来临,那是相当困难的,即使能提前几秒预测到地震的来临,那也能拯救很多生命。而张衡能够在1800年前,就能预测到地震,更是令人觉得神乎其神。 从19世纪70年代开始,伴随着近代科技的兴起,国内外许多学者竞相"复原"地动仪,包括上世纪50年代王振铎重制的地动仪,这一版地动仪曾经写入了教科书,还印上了邮票,可谓是名噪一时,但这一版地动仪无法预测地震,被有些人称为只是一件精美的"工艺品",甚至怀疑张衡的地动仪也不过只是一件摆设品。 中科院院士傅承义对于"王氏地动仪"也持怀疑态度,在一次讲座中半开玩笑说道:"房梁下吊块肉都比那个强。"的确,一个未经证实的事物,很容易遭到人们的质疑和反对,为了保持学术的严谨性,张衡的地动仪也被移出了教科书,这最多也只能说明后人的复原模型存在错误,并不能怀疑张衡的地动仪不存在。 要澄清张衡地动仪真实性这个历史疑案,我们需要以科学、辩证的眼光认真去看待,不能被社会的一些不良舆论所带偏。 首先,需弄懂地动仪的发明原因。地动仪研制时期正值东汉中期,社会流行"天人感应学说",倡导"君权神授"。社会上发生自然灾害,那就是帝王没有把国家治理好,典型的自然灾害就是地震旱涝。因此,朝廷需要一样东西充当"千里眼和顺风耳"来监察全国。公元117年,张衡研制成功了新的浑天仪,用以观天;公元132年,张衡地动仪诞生,用以察地。这样京城就可以做到观天察地。 不过,地动仪原模型的失传,也得归咎于"天人感应学说"。本来发生地震,要惩处一批无辜官员,有了地动仪,直接牵涉到更多的官员,必然会遭到反对。地震本是自然原因,非得从人类身上找理由,无异于南辕北辙,使得一项伟大发明失传,真是令人扼腕叹息。 震源会发出横波和纵波,地动仪主要感知得也是这两种波,根据那个时候的技术基础,现代比较流行的说法有四种可能的结构方案,分别是:直立杆(摆)、悬垂摆、倒立摆和斜立摆。 直立杆方案是最早为人们所设想的方案,王振铎先生和地震局黄浩华研究员1999年改进的模型都是直立杆型。该方案优点是原理清楚,结构简单,其缺点是灵敏度不高,抗干扰能力低,加大长径比才可以提高灵敏度,但直立就比较困难。 直立杆方案 悬垂摆方案结构简单,原理清楚,可以达到一定的灵敏度,抗干扰能力较强。但要符合史书记载的结构,并达到其灵敏度指标,困难很大。现代地震学之父米尔恩做过,但后来放弃了。 倒立摆方案是一种"头重脚稳"型的摆,采用一根青铜杆,上连惯性质量,下连稳定底座。其灵敏度高,目前认为是相对来说比较接近于史书记载的水平。 斜立摆方案具有固有周期长,灵敏度高,调整方便,抗干扰强。但是依然装调困难,动量小,难以有效触发机关。 总结:由以上分析我们可以知道,张衡地动仪是可实现的,是人类历史上第一次应用惯性原理构建的科学仪器,比西方的近现代地震仪早了有1700年,绝不是一件普通"精美的工艺品"。历史虽然久远,但原理正确、结构精妙,不仅能代表中国古代的科技水平,而且在世界史上也是少有的科技杰作。后来张衡地动仪的失传与当时的社会有很大的关系,但也不应该抹杀其历史科技地位,更不应该怀疑其历史存在的真实性。