张衡原理

拼音：zhāng héng yuán lǐ

摘要

张衡地动仪是人类历史上的第一台验震器，在1700多年前神秘消失，它的外观和原理长期成为人们心中的谜团。有网友指出，历史教科书中人所熟知的那个国宝级的张衡地动仪不是原作，而是上世纪50年代才造出来的。科普作家方舟子发文，对张衡地动仪是否管用提出质疑。

张衡原理-简介

张衡地动仪

中国地震学家和考古学家宣布，失传千年的东汉张衡地动仪的复原工作取得了重大进展，实现了地动仪的科学复原，新的复原模型已具备验震功能。

张衡地动仪是人类历史上的第一台验震器，在1700多年前神秘消失，它的外观和原理长期成为人们心中的谜团。有幸的是，《后汉书·张衡传》对地动仪做了记载，不过总共只有196个字，“……以精铜铸成，圆径八尺，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。其牙机巧制，皆隐在尊中……”，根据这一史料，中外科学家一直试图复原它。

通过严谨的科学研究，中国科学家认定地动仪的工作原理应该是“悬垂摆原理”，即地动仪是利用了一根悬挂柱体的惯性来验震的，而非当今历史教科书所说的在仪器底部简单地竖立一根直立杆。

由中国科学院、国家博物馆、中国地震局等研究单位的7名地震学、考古学、文物学、机械工程学等相关学科的专家组成的验收委员会经过认真的讨论后认为，新模型首次把概念模型复原成了具有验震功能的科学仪器，迈出了复原研究的历史性一步。复原工作于4月通过了专家的验收。

新复原地动仪模型是按照史料做的重新设计，其1/3小样目前陈列在河南博物院内。它以出土的汉代酒樽为基本造型，上部为穹隆的顶盖，饰以青龙、白虎、朱雀、玄武四神的图案;下部呈直筒状，四周有八个立雕的龙头，器壁刻有汉代的纹饰;底部的八个蟾蜍作为仪器的支点，背内面外，向上张口，承接龙口吐出的铜丸。这种新的设计更加接近汉代风格，更接近史料中对地动仪的描述。

张衡地动仪

此前家喻户晓的地动仪模型是中国历史博物馆科技文物专家王振铎于1951年设计的，其内部结构采用的是直立杆原理。但是，几十年来，国内外地震学界一直对这个模型的科学性表示怀疑甚至否定，因为它并不能检测地震，更有西方学者认为张衡地动仪是因为没有达到科学要求才失传的。

以中国地震台网中心研究员冯锐为负责人的研究小组，从2002年起便开始了地动仪的原理复原研究，2004年7月与河南博物院合作，收集了大量有关地动仪的史料，还首次利用了《续汉书》和《后汉纪》对地动仪的记载取得了研制新模型的更多的依据，不仅证明了地动仪的存在及确实工作过的真实性，还明确了张衡地动仪在现代地震学起步阶段曾经起过的重要思想启迪作用。

研究组利用了唐山、越南、云南等4次实际地震资料，通过计算机的控制，在振动台上实现了相当于当年陇西地震在洛阳的极其微弱的地面振动，然后把新复原模型放到振动台上验证。结果表明，新模型对地震的反应良好，对非地震的人为干扰一直未出现误触发。

专家验收委员会一致认为，中国科学家的研究工作迈出了把张衡地动仪复原成科学仪器的关键性的一步。冯锐研究员表示，目前的复原只是阶段性成果，整个工作还没有结束，内部结构需要优化，外观造型也需要征求公众意见，以便进一步完善，实现整体的统一。

2010年11月28日，有网友在微博上发帖，称历史教科书中人所熟知的张衡地动仪其实是上世纪50年代的复原模型，1800年前的地动仪到底是啥模样早已无据可查。科普作家方舟子则于2010年12月1日发文，方舟子称，2005年我国又制造了一个新的地动仪复原模型，可2008年的汶川大地震，北京有震感，也没有听说在北京展出的该复原模型监测到地震，称张衡当年建造的地动仪“很可能和今人复原的那些模型一样，仅仅是个摆设”。中国地震台网中心研究员冯锐对此表示，2005年复原成功的地动仪模型确实可以监测地震。河南博物院目前正和中国地震局洽谈张衡地动仪复原的第二期合作，希望能够研制出和史书记载尺寸相符的张衡地动仪复原模型，探求其到底能否监测真实地震。

张衡原理-质疑

网友

国宝张衡地动仪只有“59岁” ， 被指测不了地震

1951年复原的地动仪模型广为人知

2010年11月28日，网友闫涛在微博上发帖，国宝级的张衡地动仪，是上世纪50年代才造出来的“古董”，王振铎(中国博物馆学家、中国古代科技史学家——编者注)根据古书描写的196个字，结合英国科学家的地震理论，设计发明了这个张衡地动仪，由于选进了教材，国人都以为是东汉货色。

闫涛的这条微博，引起了网友的广泛讨论，网友讨论的内容，涉及到中国科学史的真实性，甚至有网友怀疑中小学教材。

很多网友称，他们之前并不知道，在历史教科书中和科技馆里频繁亮相的地动仪，原来只是一个“年仅59岁”的复原模型。他们更不知道，由于存在原理性错误，这个复原模型不能正常工作，一直受到中外科学家的质疑和否定。《后汉书》中记载的“验之以事，合契若神”的候风地动仪，其实早已失传。有网友称，这样的事实大大打击了人们的信心，甚至有人对“四大发明”等其他中国古代科技成果提出质疑。

在北京某初级中学教历史的韩老师说，目前中学历史教材里使用的，还是王振铎复原的地动仪模型图片，他们一般不会刻意向学生说明这是原物还是复原模型，“连张衡本人的画像都是后人模拟的”。韩老师说，介绍地动仪时，他们只会跟学生讲“里面有机关，发生地震就能感受到，珠子就会掉下来”。

张衡地动仪管用吗?

2005年复原的模型

网上波澜未平，科普作家方舟子又在媒体发飙。他发文，对张衡地动仪是否管用提出质疑。

“地动仪早已失传，它是否具有监测地震的作用，也成了一个谜。”方舟子说，国内外不少专家根据《后汉书·张衡传》的简单描述，力图复原地动仪，但所有这些复原模型没有一个能够真正用于监测地震，不过是“艺术品”。

方舟子称，2005年，中国地震局专家宣布他们经过3年研究，建立了新的地动仪复原模型，并第一次实现了验震功能。“他们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。但是这三次地震分别发生于1976年、2000年和2001年，地动仪新模型2005年才建成，怎么可能对它们进行检验呢?”方舟子说，后经了解得知，原来新的地动仪复原模型检验的不是真实发生的地震，而是实验室里对真实地震的模拟。

方舟子说，在新的地动仪复原模型建成后，中国境内每年多次发生5级以上地震，在该地动仪复原模型监测范围之内，却从来没有听说该复原模型监测到哪怕一次。2008年的汶川大地震，北京有震感，也没有听说在北京展出的该复原模型检测到。

方舟子还在文中对《后汉书·张衡传》所记载的地动仪预报的陇西地震的真实性提出质疑，称部分史料相互矛盾，怀疑那次地震是“为了说明地动仪的神奇而编造的故事”。

方舟子说，没有任何记载能够证明在张衡之后，他发明的地动仪起过作用。“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，仅仅是个摆设。”方舟子说。

张衡原理-回应

模型无法监测地震

2005版地动仪复原模型是在2004年开始由河南博物院与中国国家地震局联手合作，并于2005年研制成功。目前，该复原模型就在河南博物院天地经纬展厅陈列。

河南博物院副院长李宏接受《法制晚报》表示，2005版的张衡地动仪复原模型本身是无法监测实际地震的。

李宏说，该院展出的张衡地动仪复原模型分为两部分，其中一个是张衡地动仪1/3大外壳模型，另外是内部构造模型。李副院长表示，展出的内部构造模型，是地震专家冯锐所带的课题组研制的，已经通过多次地震复现实验。 李宏表示，2008年四川汶川地震时，陈列地动仪复原模型的展厅正在闭馆装修，新模型的珠子没有放进去，失去了证明自己的机会。

实际上，在2010年的玉树地震时，该复原模型也未有任何反应。原来，在展出的内部构造模型底下，是需要通电才能模拟地震的振动台，进行模拟实验时内部构造模型才会有反应，但这个模型本身目前肯定是无法监测真实地震的。

李宏说：“外壳和内部构造模型都是在我们4层的展厅，按照史书记载，地动仪应该是与地面连接在一起的，所以仅就这个复原模型本身，是肯定不能监测真实地震的。”

新模型对地震有反应

曾参与2005年版地动仪模型复原的中国地震台网中心研究员冯锐表示，新的地动仪复原模型对地震是有反应的，这一点已得到多名院士专家的鉴定。

“方舟子对地震这个领域并不了解。”冯锐说，他们利用在真实发生的地震中记录下来的地震波波长，以此为依据控制特殊振动台，完成对地动仪复原模型的检验。这是地震的“复现”，而不是简单的“模拟”。

冯锐表示，如果要监测真实发生的地震，须建设地基等配套设施，然后将地动仪复原模型放在上面，但这样的监测实验耗资巨大，选址等问题也不好解决，“我们正在朝这个方向努力”。

对于方舟子提出质疑的陇西地震，冯锐表示，据史料推测，这次地震发生在公元134年。冯锐强调，这些史料都是经专业的历史地震学专家审核过的。因年代久远，部分史料存在偏差在所难免，但当年陇西曾发生地震的结论没有问题。

张衡原理-计划

河南博物院副院长李宏表示，实际上，张衡地动仪到底能否监测真实地震，河南博物院一直在朝这个方向努力。

据李副院长透露，目前，河南博物院正在和中国地震局洽谈张衡地动仪复原的第二期合作，希望能够研制出和史书记载尺寸相符的张衡地动仪复原模型，大概2米高，占地2-3平方米。直接建造地基，使其能够与地面连接，从而探求其到底能否监测真实地震。

“实际上从2005年以后我们就一直想尽快落实这个事情，但因为各种因素耽搁了。”

此前，冯锐曾表示，如果要监测真实发生的地震，须建设地基等配套设施，然后将地动仪复原模型放在上面，但这样的监测实验耗资巨大，选址等问题也不好解决。

李副院长还表示，投入的资金肯定要比2005年版的几十万元大得多。如果与中国地震局的合作能够落实，选址肯定是在河南博物院的院子里。