提起中国古代科学家，很多人马上会想到东汉多才多艺的大学者张衡。而提起张衡，人们马上会想到他发明的地动仪。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的艺术品，张衡的发明也因此深入人心，以致近年来每有大地震，总能见到有人指责地震局：“张衡的地动仪都能预报地震，你们这些地震专家怎么这么无能？”当然，张衡的地动仪不能也不是为了用于预报地震，而是要能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。
地动仪早已失传，它是否真能起到检测地震的作用，也就成了一个谜。一百多年来，国内外不少专家根据范晔《后汉书·张衡传》上的简单描述，设计了各种模型，力图复原地动仪。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。但是所有这些所谓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三年的研究，建立了新的地动仪复原模型，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新模型对河北唐山、云南泸西、越南孟艺发生的三次真实地震进行了检验，听上去颇令人信服。但是这三次地震分别发生于1976、2000和2001年，而地动仪新模型在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。在该地动仪模型建成以后，中国境内每年都多次发生5级以上地震，在该地动仪的检测范围（实验用的“越南孟艺地震”是4.9级），却没有听说该地动仪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检测到（否则如此大事在其设计者于2010年发表的有关地动仪的论文中不会不提）。所以，该地动仪模型的验震功能实际上并没有经过真实地震的检验。
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的验震功能，不能不让人怀疑张衡的地动仪是否真的管用。《后汉书·张衡传》认为它是管用的，记载了这么一个著名的故事：有一次地动仪的机关发动，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，地动仪建成于阳嘉元年（公元132年），张衡卒于永和四年（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，压杀人”，京师学者不会对地动仪的机关发动感到奇怪，与《张衡传》的故事矛盾。可见地动仪检测的不可能是这次地震。
于是地动仪新模型的设计者提出新说，认为地动仪检测的是更早一点的另一次陇西地震，而且时间、地点很具体，是阳嘉三年十一月壬寅（公元134年12月13日）的汉阳（现在的天水）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。明确提到地震的《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。可见《鲁国先贤传》写错了。
退一步说，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。这可就令人莫名其妙了。《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”，还有“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。
从地动仪建成到张衡去世，《后汉书》共记载发生过8次地震，但是这些地震在京师全都有感，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》所说的陇西地震是在京师学界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的神奇而编造的故事。中国古代的史书本来就是史实、传说乃至神话混杂的。也没有任何记载能够证明在张衡之后其地动仪起过作用。我们不必怀疑张衡曾经建造出一台叫候风地动仪的仪器，但是没有证据能够证明、也没有理由让人信服地动仪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，仅仅是个无用的摆设。
2010年11月29日
再说张衡的地动仪是否管用
《张衡的地动仪管用吗？》发表后，有记者询问主持2005年地动仪新复原模型的地震局研究人员的看法，答曰：“方舟子对地震这个领域并不了解。”至于如何不了解，却没有讲出个所以然来。实际上我那篇文章并没有涉及高深的地震学知识，依据的只是事实判断和对史料的解读。要了解地动仪复原模型的工作原理，只需要掌握物理学和地震学的一些常识即可，而这些常识恰恰是张衡所不具备的，我们倒是完全可以说：“张衡对地震这个领域并不了解。”那么为什么地震局研究人员反而如此信任张衡能够研制出管用的地动仪呢？
从张衡留下的文字叙述看，张衡对地震的认识，并没有超出当时的中国学者的地方。中国古人根据“天人合一”的思想，把地震视为天谴，是上天对时局的示警，因此每次较大的地震发生后，皇帝都要罢黜一些官员，甚至下罪己诏做自我批评。正是这个原因使得所谓的正史很重视有关地震的记载。在现在看来这当然是一种迷信，但张衡对此深信不疑，几次借地震发生之机上疏批评时局。张衡首先是个政治家、高官，他研究天象、地震，并非纯粹的科学探讨，而是出于政治目的，也就是他说的：“妖星见于上，震裂着于下，天诫详矣。”
中国古人不可能知道地震是地壳板块运动的结果，他们只能是根据万能的阴阳学说来解释地震是如何发生的。张衡被《后汉书》称为“阴阳之宗”，对地震的认识也局限于此。根据阴阳学说，天是阳的、动的，地是阴的、静的，所以张衡在《灵宪》一文中说：“天体于阳，故圆以动，地体于阴，故平以静。”那么本来是静的大地突然动起来，发生了地震，就是阴阳不和、动静无常，是因为阴气（地气）太盛，侵犯了阳气（天气）。
张衡在制作地动仪时，只能根据他对地震的这些玄虚的认识来设计。地动仪的全称叫“候风地动仪”，候风，就是观测风向，风是气的流动引起的，所以候风就是为了观测气的变化。地震发生时阴气上泄，而气弥漫宇宙之间无处不在，即使在远离地震的地方感觉不到地动，也能通过观测气的变化知道地动，所以叫“候风地动仪”，这应该就是张衡的设计思路。
《后汉书》对地动仪的描述不足200字，除了无关紧要的外观、装饰描写，与仪器构造、工作原理有关的只有这几句话：“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。……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。”这是很简明的文言文，并不难理解，大意是中间有一根大柱子，周围伸出八条道，装着机关。外面相应地有八条龙，含着铜丸，下面有蛤蟆张嘴对着。地震时龙被震动，机关发动，铜丸掉进了蛤蟆嘴里。只有一条龙的机关被发动，其他七条龙不动，所以能知道地震发生的所在。
这个构造就体现了“候风”的思路。为什么要有八条道？因为古人认为风有八个方向，以八风对应八卦之气。用直立的柱子来监测地震，这是人们首先能够想到的。直到今天，许多人还会无师自通地想到用倒立的瓶子来监测地震。但是这种做法的缺陷是抗干扰能力很差，无法区分是地震引起的震动还是建设、车辆、行人等引起的震动。把地动仪放在僻静的灵台上由专人守候固然可以避免周围的干扰，但是稍远一点地方的干扰仍然是无法避免的，如果地动仪能够监测到几百公里外的地震，那么几公里、几十公里外的干扰也有可能让它出现反应。即便地动仪只对地震发生反应，它也不可能只倒向某个特定的方向。前人的实验表明，这种直立柱在地震发生时会随机倒向任何一个方向。
直柱式的仪器没法用来监测地震，如果改成悬垂摆，抗干扰能力强，倒是可以监测地震，近代地震仪器就是这么设计的。地动仪新复原模型的设计者据此认为地动仪用的就是悬摆式，声称“中有都柱”指的是中间悬挂大柱子，但是那样就应该写成“中悬都柱”才对，否则没有人会读出悬挂的意思。何况，悬摆一晃动起来，各个方向都可能，怎么可能只限于“贴近行的微小侧向位移”（复原者对“傍行”的创造性解释）向八个方向？（如果是立柱，倒是可以设计只倒向八个方向）
张衡没有物理学和地震学知识，也没有做模拟实验的条件，甚至连实验思想都不会有（标志着现代科学的诞生的实验思想是在欧洲文艺复兴时期出现的），我们有什么理由相信他制造出了管用的地动仪？非要根据现代科学知识和实验条件替他复原出一个管用的地动仪不可？也许以后通过反复摸索、实验能够制作出一个管用的地动仪模型，也不能就证明了张衡的地动仪就管用。就像复原者为了说明地动仪管用，牵强附会地挖掘出了一次“陇西地震”，他们对地动仪的复原，也是根据物理学、地震学知识和近代地震仪器，经过反复实验，先入为主地曲解历史记载，却又反过来要说明地动仪与近代地震仪器有继承关系，“张衡的科学思想和成功实践曾经在19世纪末现代地震学起步阶段发挥过重要的思想启迪作用”。中国古人曾经有过许多伟大的发明创造，即使地动仪的作用无法证实或被否定，也不能抹杀中国古代文明的灿烂。所以地动仪是否管用，与中国古代文明是否灿烂无关，而与历史记载是否可信、学术研究是否严谨有关。
2010年12月13日
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