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辟谣:地动仪能预言地震?假的,严重虚假宣传

时间:2021-05-14 00:00:00|来源:|编辑:网络|点击:

2008年5月12日发生汶川8级大地震,无数人伤亡。人们问:为什么地震就不能预报呢?古往今来,有几次地震被官方预报过?作为验证地震发生的地震仪,西方最早出现的水银验震器发明于1703年,悬垂摆验震器问世于1783年,比张衡地动仪要晚出现约1700年。于是人们不断地质疑,一千多年前,张衡是否有能力造出如此高科技的地动仪?检验地动仪神奇的“陇西地震”是否属实?

张衡(78-139),字平子,南阳郡西鄂县(今河南省南阳市石桥镇)人,祖父张堪做过蜀郡太守。111年张衡被汉安帝所召,出任尚书台郎中,3年后迁任尚书侍郎;115年,37岁的张衡开始出任太史令,121年调职公车司马令,126年复任太史令。128年2月22日,发生过一次强烈地震,百姓损失惨重,于是,张衡通过4年的努力,地动仪终于研制成功。不过,史书中有关候风地动仪的记载,仅见于《后汉书》。这一段记载只有区区196 字,其中描述地动仪内部结构的内容更只有“中有都柱,傍行八道,施关发机”这12个意义隐晦、众说纷纭的字。以后,北齐的信都芳和隋朝的临孝恭,也都制造过地动仪,还留下了相关著作,可惜他们的著作都亡佚了。

一.后汉书的记载有问题

《后汉书·张衡传》说,地动仪建成于阳嘉元年(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报告感到奇怪,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。其实,138年张衡已经不在洛阳了。地动仪问世后, 张衡多次上疏1号统治者遵从礼制、祭天祀地,减少地震的发生。地震被张衡用来讽议朝臣,有4位权倾朝野的高官被张衡弹劾丢官。所以,满朝文武都把张衡和他的地动仪视为洪水猛兽,攻击张衡的人也越来越多。136年, 张衡终于被赶出洛阳,这也间接导致了地动仪无人问津。既然136年地动仪已经无人问津了,监测138年的地震就无从谈起了。

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,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。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。这就更莫名其妙了。《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,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。方舟子说,《张衡传》的故事只是为了说明地动仪的神奇而编造的故事。

二.地动仪不是地震仪

首先,候风地动仪绝不是地震预测仪。它只有在地震发生之后才起作用,只不过能比从驿卒更早地通知京城的人士罢了。范晔《后汉书·张衡传》记载:“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。”原来,陇西地震震中位于洛阳西偏北十度的方向,在地动仪正西和北西两个龙首中,是哪一个吐丸,史料也没有交代清楚,但是无论哪只龙首吐丸,与实际的震中都有偏差,定位价值并不高。张衡是要靠几日后的驿报才能知道究竟是哪里发生了地震。

其次,根据地震波的传播机理,候风地动仪不可能做到“验之以事,合契若神” 的。地震发生时,从震源会发出两种波:一种叫P波,是纵波,它引起的物体震动方向和波的前进方向一致;一种叫S波,是横波,它引起的物体震动方向和波的前进方向垂直。P波的速度比S波快,因此最先到达地面,形成地震波中的初波。据初波的震动方向就可以知道震源方向。但初波非常微弱,因为它只能从震源直直地向着地震波接收处地面传播的P波,而这部分P波携带的能量只占地震波全部能量的一小部分。如果候风地动仪能敏感到对“第一哨”初波就做出响应,那么足以有许多别的和地震无关的震动,比如在它附近跺脚,能引起它的反应,它的珠子就天天掉,时时刻刻在掉,整天都在掉个不停。从而让人误把许多不是地震的震动也当成是地震。但如果要让候风地动仪保持一定的“迟钝”性,它又有可能无法“感觉”到地震的初波,直到之后的各种波陆续传来时才被“惊醒”,可是这些迟来的波的震动方向已经完全不能代表震源的方向了。何况,记录一次地震必须有三个要素:发震时刻,震中位置和震级(地震强度)。候风地动仪只能记录震中方向。几台地动仪“联网”也可测出震中位置;但它却无法记录发震时刻,更无法记录震级。因此,从现代地震学的角度来看,候风地动仪并不能记录地震,不是地震仪。

第三,质疑者认为张衡地动仪在原理上根本就不可能实现,有的甚至认为它根本就不存在。中国科学院大学人文学院教师陈天嘉博士认为,张衡地动仪是存在的。“以精铜铸成,员径八尺,合盖隆起,形似酒樽,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。……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。”是《后汉书》中关于地动仪的描述。后世的所有研究都是建立在这段文字的基础上。多少年来,学界对于这段记载逐字逐句都进行深入分析,仅其中“都柱”的理解,就产生了“立柱”“倒立摆”“悬垂摆”等多种……这么恍恍惚惚记载的东西,没有确定性,违反了逻辑的同一律,怎么能称为科学?

陈天嘉还表示,100%还原难度比较大,目前确实没能实现完全的复原。奥地利人雷立柏曾撰写《张衡:宗教与科学》的文章,认为中国人对张衡地动仪的情绪是一种宗教式的崇拜,在他看来,地动仪失传了,就说明它不科学、无实用性,没有不失传的道理。

三.王振铎的“酒桶”地动仪

1800多年后,张衡地动仪又被恢复了,那是1950年代造出来的。在上级指示下,根据古书描写的196个字,结合英国科学家地震理论,设计并发明张衡地动仪。国人以为那是东汉的文物,事实上那珠子掉不下来的。

现代人对张衡地动仪的复原研究开始于1875年的日本人服部一三、1883年的英国人米尔恩和中国的王振铎。近代地震学奠基者、英国人米尔恩,曾用立柱做过实验。但实验中立柱在受到轻微的震动后就会向四面乱倒,根本不能指示地动方向,后来他提出“悬垂摆理论”。1936年,燕京大学研究生院历史专业的学生王振铎画出了第一套自己复原的地动仪模型图稿,他遵从米尔恩1883年《地震和地球的其他运动》一书中阐述的“悬垂摆”的结构原理。也就是从地动仪的上部垂下来一根摆,用以并判明地震方向,并控制相应机关。

1937年日本地震学家萩原尊礼发布了他复原的张衡地动仪论文。他提出了直立杆原理,也就是在地动仪中间,放置一个倒立的直杆,地震时,直杆倒下,从而触发相应的机关。又过了两年,日本地震学家今村明恒设计的地动仪问世了,他延用了萩原尊礼的直立杆原理,并在直杆的下面放了三个弹簧,因为了有弹簧的复位工作,其原理近似悬垂摆,但问题是,至今还没有发现东汉应用弹簧的记载。在今村明恒进行的实验中,由于直立杆的倾倒方向与地震射线方向垂直,有悖于史书对地动仪的记载,所以,他就没有做后续研究。

1951年王振铎根据“直立杆”模型的工作原理,做出了张衡地动仪的展览模型,陈列在中国历史博物馆。然而,“直立杆”实验结果显示:一是方向没准;二是不能筛选出地震的震动。“直立杆”结构早在18世纪就已经被严格的地震学计算、实验室试验和地震检验所淘汰,它根本就不具有可行性。国内外学术界早就发现了王振铎模型的致命错误,自1969年后学术界发表了一系列的批评文章,地震学、考古学、历史学的严肃学术刊物和科学论著从不引用这个模型。极其推崇张衡的英国学者李约瑟发现:王振铎模型与史书的记载不太相符。1984年,美国地震学家博尔特院士,问他的学生、那个总是教中国地震灾区群众“倒立酒瓶子”的冯锐,“中国人是不是很能喝酒?”在得到了“李白斗酒诗百篇”答复后,大笑着说:“难怪你们的地动仪像个酒桶。”博尔特批评1951年的模型:“中国目前最流行的地动仪模型工作原理模糊,模型简陋粗糙,机械磨擦大大降低了灵敏度,对地震的反应低于居民的敏感,其作用应予以质疑,而且利用铜丸的掉落方向来确定震中也是不确定的”。中国地震学奠基人傅承义院士曾在1976年当面告诉王振铎先生,其设计有致命错误,“房梁下吊块肉都比你那个模型强”。

四.“张衡地动仪”已从教科书中删除

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冯锐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8个方向(如果是立柱,倒是可以设计只倒向8个方向)?

2003年10月在常委李长春的指示下,地震研究员冯锐牵头组织了9个单位的地震学家、历史学家、考古学家、自动化学家、美术家的专题研究组,经过5年的研究,设计出了一个新的复原模型。冯锐用的是“悬垂摆”原理。简单地说:“直立杆”相当于倒立的啤酒瓶,而“悬垂摆”相当于家里的吊灯。“悬垂摆”对人的脚步和打夯等垂直震动不敏感,对地震的横向波动敏感,它的抗扰性更好,在验震方面比“直立杆”科学。

冯锐复原的地动仪于2009年9月初小学开学不久,安装在北京市重点学校史家小学。2009年9月20日,中国科技馆新馆开幕,地动仪在新馆与观众见面,并在震动仪模拟的地震波中进行吐丸的工作。观众可以亲自动手按下按钮,观察在不同波型下地动仪的不同反应——只有横波到来它才吐丸,其他来自纵波的震动,都无法使地动仪有任何反应。这就排除了其它干扰,如很重的关门、汽车过境的震动、巨大的炮声等。2010年开幕的世博会将张衡地动仪新模型列为展品之一,中国政府也将冯氏原理的张衡地动仪,纳入“中国古代机械成就展”这一全球巡展之中。

但学界对这一版本的模型同样存在质疑,认为其关键之处与原始文献记载不能密合。一千多年前的张衡,他不可能懂地震横波和纵波等科学概念,不可能懂“倒立摆”“悬垂摆”等科学原理,这样一来,张衡的地动仪更值得质疑与考证了。方舟子说:2008年的汶川大地震,北京有震感,冯锐复原的地动仪竟然没有检测到。2010年玉树地震时,该复原模型也没有任何反应。

于是,冯锐多次与人民教育出版社沟通,希望能纠正教科书上的夸大宣传。2010年1月24日,冯锐接到时任教育部长袁贵仁的电话,袁贵仁表示仔细阅读冯锐修改教科书的建议和相关资料后,原则同意修改“张衡地动仪”这一章节。并在2010年秋季教改出台以后,“张衡地动仪”已不再是历史课本中的内容;在2017年秋天投入使用的统编本初中历史教科书七年级上册中,原本关于张衡和候风地动仪的内容,已被完全删除。

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