中国古代地震仪是谁发明的（地动仪是张衡发明的吗）

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编者按：

日前，一个是关于“教科书中删去了张衡地震仪”这个消息引起了激烈的讨论。其实除了张衡地动仪，许多中国古代科技成果被选入中学课本，其中一些是有争议的。为什么张衡地动仪的复制品不能地震预报？指南针的始祖“司南”到底能不能引导？蔡伦是造纸术的发明者还是改进者？大家一起考证一下吧。（请看更多精彩内容“中学课本中的中国古代科技”专题：http://t.cn/E515waP）

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文/记者 刘辛味 图形编辑/陈永杰

新媒体编辑器/陈炫之

采访专家：

冯锐（中国地震台网中心研究员，《地震仪的科学恢复》团体领袖）

▲画家张衡制作了一张假想地震仪图（供图 冯锐）

在历史上，汉朝的张衡曾经发明了一种叫做地动仪的装置，这在史书上有明确记载，然而，由于历史原因，今天我们看不到真正的地震仪，经过有关专家的努力，张衡地动仪的复制品终于出现了。

然而，围绕张衡地动仪的争议一直不断。张衡地震仪复制品为什么不能地震预报？史书记载地震仪预测的陇西地震存在吗？

最早注意到地震仪的并不是中国人。1875日本学者服部哲13（I. Hattori）第一次尝试复原张衡地震仪。同年，英国矿物学家米尔恩（John Milne）应邀赴日任教，到达日本，途经中国多个城市，了解中国文化，我也知道日本学者对地动仪的恢复。后来，米尔恩从地质矿产研究转向地震研究，并试图恢复张衡地动仪。

米尔恩指出，张衡地动仪是地动仪的一种（Seismoscope），指的是只对地震有反应的仪器，而不是对一般振动做出反应的报警器。这赋予了地震仪非同寻常的意义。1883年，他出版了世界上第一部地震学专著，将中国史书中关于地动仪的内容翻译成英文，并推出了自己的模型，影响很大。

▲张衡（图片来自互联网）

1889年，一位德国天文学家正在进行天文观测，无意中监测到日本熊本地震。这一发现不仅证实了地震波的存在，而且，这是第一次远距离记录地震数据。他的工具最初是水平摆倾斜仪，用来测量重力的变化，米尔恩后来改装了这台仪器——世界上第一台现代地震仪诞生了。后来，现代地震学逐渐发展起来，米尔恩被认为是现代地震学的创始人。

米尔恩和英国科技史专家李约瑟对地动仪赞不绝口，让人知道中国在早期1700远处的地震已经被记录了很多年，肯定了地动仪的存在。史书记载公元132那是张衡在1960年完成制造地动仪的时间，132也是公认的第一台地震仪器诞生的年份。

影响中国几代人，教科书上地震仪模型是中国科学家、文物修复专家王振铎1951在前人研究的基础上恢复了。修复的目的也是为了满足弘扬中国古代文化和博物馆陈列的需要，最终还原的模型，影响力前所未有。长期以来，它一直是中国古代科技成就的标志之一。

但是，从实际应用到科学原理，这种修复模式在学术界一直存在争议。特别是，它在功能上不能检测地震，成为很多人否定地动仪恢复模式的主要原因。另外，因为老教材里没有说这是恢复模式，很多人误以为是考古发现。实际上，地震仪早已失传。缺乏教学和宣传甚至让人误以为地动仪可以“地震预报”，了解实际情况让人大呼过瘾“被教科书骗了几十年”。

地震仪复原的研究从未停止。到2000年为止，出现在国内外13张衡地震仪复原模型，不幸的是，没有地震可以测试。这个问题把地震仪的恢复提高到了国家水平，“地动仪是中国古代科技的典范，直观展示其工作原理”。

2003年，从家里9权威机构，包括历史、考古、地震、机械、学艺术等35一队专家开始合作《地震仪的科学恢复》主题研究。

2008年，他们制作了回收模型，并通过了国家验收。目前还没有新模型在真实地震情况下发挥作用的记录，但至少在实验室里，经受住了专业的地震实验（包括模拟真实的地震）的检验。

很久，学者们只能参考叶凡恢复地震仪《后汉书?张衡传》中的196个字。这让很多人质疑地动仪的真实性。其实，学术界本身就有“孤独综合症站不住脚”按照惯例。《地震仪的科学恢复》团体领袖、中国地震台网中心研究员冯锐认为，“缺少丰富的人物形象是历史研究的普遍特征。稀缺性不能作为结论的依据。”

《地震仪的科学恢复》经过课题组深入的文献挖掘，它发现于东汉末年至叶凡成书之前320余年间，东汉史书13部，到目前为止幸运的留下来9部。虽然有些历史书不完整，但是有4部史书《续汉书》、《后汉纪》、《后汉书?顺帝纪》和《鼎录》丰富了地动仪的描述，将文本数量扩展到254个字。

▲《续汉书》、《后汉纪》、《后汉书?顺帝纪》和《鼎录》丰富了地动仪的描述（供图 冯锐）

除了发现新的文献，他们还发现了考古环境证据。历史上，张衡在洛阳南郊“灵台”进行观察，这是中国最早的国家天文台。早在1975年，中国社会科学院考古研究所在这里进行了考古发掘，找到了放置地震仪的房间。恢复小组在20031998年以后，对灵台的地震地质条件进行了研究3地下侦察，发现房间的地板处理比较特别，刚好能装下“圆直径八英尺”地震仪，此外，高平台基础可以在结构上放大地震波，这对地震测量是有益的。

早期争议的另一个焦点是“陇西地震”存在吗。《后汉书》在首都提到的（洛阳）人们没有反应，接到陇西地震的消息后，也就是验证了陇西地震。人们从132张衡死于139我在一本古书里找到的7次级地震记录。仅仅138年明确指出“金城-陇西”地震，让人以为地震仪在测试这次地震。但是其他史书记载的地震现象和其他史书记载的不一样《后汉书》中不符，这些记录都是洛阳地区的激烈反应。

对于这个问题，冯瑞的团队扩大了探索史料的范围，结合历史背景，古书名、张衡的生平和诗歌，地震仪测试的结论是134年陇西地震。作为一名专业地震学家，冯瑞的团队对地震事件进行了严格的分析“经验后验”，即根据地震波场的可重复特性，在相同观测精度的情况下，其他类似事件可用于比较。他们对比了清朝的详细记录5陇西二次地震，震级范围和烈度衰减都在合理区间——洛阳人没什么感觉或者只是有感觉。并查看了现代地震的记录，理论计算134年度地震数据，符合历史叙事。

▲冯锐复制地震仪（供图 冯锐）

当然，现在的技术还很难还原古地震。有科技史的研究人员认为，用清朝和现代的数据不能反映当时的情况。但至少多种证据表明了地动仪的真实性。

因为地震仪的丢失，有的人觉得无效，成了摆设。冯瑞结合汉代的社会背景，给出了否定的答案。他发现，在地动仪出现后的时代，皇帝的政治思想是“本朝论”，由于地震，高级官员将被撤职。这已经发生了12第二，地动仪发明后，张衡本人也受到牵连，被排除在北京之外，“随着张衡政治地位的下降，地震仪的丢失是不可避免的。”

地震仪是一种利用惯性来测试地震的装置，学术界没有分歧。但是对于恢复地震仪来说，最有争议的问题是地震仪原理的恢复，这就是为什么地动仪能让龙口里的球在感受到地震后顺着方向掉下去。百年研究工作集中在史料上8个字，“中都煮，棒吧岛”。冯锐介绍，这里有两层意思，首先，按照老话说“都柱”味之珠；第二，至少一端有水平移动的自由度。

一百多年来，中外学者提出了几十种修复方案，在核心原则上，实际上只有权利“都柱”解释后期设计的四个方案——直立杆、倒立摆、钟摆和自由柱。王振铎的模型采用了立杆，它就像一支笔尖朝下的铅笔，但这种模型在各种震动的影响下会随机倒下，无法达到检测地震的目的。本来这个设计早就被学术界抛弃了，近年来，有学者进行了尝试“复活”直立杆，仅作为学术讨论，还没有完全核实。

▲张衡地震仪的立柱模型

倒立摆模型最初是日本人设计的，在立杆的基础上下部装有弹簧，理论上，它可以探测地震，但汉代的技术水平还达不到制造弹性钢的水平，被学术界否定。自由专栏是中国学者李志超提出的，将多个铜球放在一根柱子下面，也因为灵敏度低被淘汰了。

▲冯瑞抄袭了地动仪的工作原理（供图 冯锐）

论物理学，悬挂物可以更好的验证地震波的水平运动，因此，提出了钟摆模型，这也是米尔恩最初的提议。如今中国科技馆中地震仪利用的正是冯锐设计的悬垂摆模型，关键在于“检验地震”上，这个模型已经通过了实验室的多项专业测试。这个团队已经通过了考证，重新设计了更符合古文的外观，这个复原的地震仪变成了“终极版”。尽管这一方案仍有争议，比如用现代知识还原古代科技，这是不合理的，但是自从冯瑞的团队2012完成于1：1铸造出青铜地动仪的原型后，没有大规模的恢复工作。

“真实”地震仪仍是个迷。

参考：

冯锐, 武玉霞. 张衡地动仪的诞生[J]. 中国地震, 2013, 29(2):179-197.

冯锐. 地震仪的历史真实性和科学价值[J]. 现代物理知识, 2011(1):59-63.

冯锐, 武玉霞. 张衡地动仪原理复原研究[J]. 中国地震, 2003, 19(4):358-376.

冯锐. 地震仪的发明和历史传承[J]. 科学, 2014, 66(4):45-49.

李强. 评锋锐张福元恒地震仪的设计理念[J]. 自然历史研究, 2008, 27(3):378-387.

冯锐, 朱涛, 武玉霞, et al. 张衡地动仪的科学性及其历史贡献[J]. 自然历史研究, 2006(b12):1-15.

武玉霞, 朱涛. 张衡地动仪的遗失[J]. 中国地震, 2007, 23(1):93-103.

冯锐. 科学,张衡地动仪被激活了[J]. 物理, 2009, 38(7):476-488.

张正严, 关增建. 对冯瑞《富源地震仪》几个问题的评论[J]. 自然辩证法杂志, 2015, 37(1).

出品：科普中央厨房

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