古代的地震理論與地震觀測儀

我國是一個多地震國家，從古至今，見諸史籍記載的地震現象就達八千多次。千百年來，我們的祖先為防止地震對人類社會造致的災害，曾對地震這種自然現象進行了長期連續的認真觀測記錄，并總結積累了不少識別地震先兆和避免地震災害的知識經驗。它們是一份十分寶貴的科學歷史遺產。現在，國際學術界幾乎無不公認中國是16世紀以前對地震現象觀測最為精確、記錄積累地震資料最為豐富的國家。

我國最早的詩歌總集《詩經》中，就有著有關地震的敘述：

燁燁震電，不寧不令。百川沸騰，山冢崒崩。高岸為谷，深谷為陵。

意思是說，當地震發生的時候，其吼聲如電閃雷鳴。它造致江河為之沸騰，山崩地裂，河流被塌方、滑坡和泥石流阻塞；高山瞬間變為深谷，而原來的深谷卻轉眼變成了丘陵。

由于受到社會歷史條件和科學技術水平限制，古人對地震形成的原因往往借助于天文現象和陰陽五行學說來加以解釋。如東漢時的思想家、文學理論家王充（公元27—約79年）在其所著《論衡·變虛》篇中，曾將地震現象和天象聯系起來，認為它們之間有著因果關系。當他觀測到的星辰運動自認為有變異時，曾經引用了春秋時期齊國的太卜和通曉天文的大夫晏嬰（？—前500年）的一段對話。晏子對太卜說：我看見鉤星（水星）運行到二十四宿東宮蒼龍的心宿與房宿之間，預示著大地將要發生地震！

再如先秦時期的史書《國語》卷一“西周三川皆震伯陽父論周將亡”篇（為我國歷史上最早關于陰陽學說的文獻）中有這樣記載：

（周）幽王二年（公元前780年），西周三川皆震。伯陽父曰：“周將亡矣！夫天地之氣，不失其序；若過其序，民亂之也。陽伏而不能出，陰迫而不能烝，于是有地震。”

這段文字，記載了周幽王二年，在西周的涇水、渭水和洛水三江流域發生的一次地震。這次地震屬于破壞性大地震，古人為之驚恐萬狀，認為是征兆著王朝的盛衰。周朝大夫伯陽父驚呼：“周將亡矣！”古人根據陰陽五行學說進行了解釋：天地乃陰陽二氣，陽之氣輕而清，上浮為之天；陰之氣重而濁，下沉為之地。（天）陽和（地）陰按尊卑之序各處其位，不能錯亂顛倒，否則“民亂之也”，是被人所攪亂的。人怎么攪亂？根據天人感應，君上倒行逆施，君不君，臣不臣，朝綱紊亂；以下犯上，君臣錯位，陰陽倒置，陽氣伏在下面不能透露，被陰氣壓迫得不能蒸發，于是地震就要發生！

古人根據天象和陰陽學說，認為天和地是最根本的陰陽概念，地震是因為天和地錯位，陰和陽之間相互矛盾著的對立勢力失去平衡導致的結果。古人通過自然界本身所存在的矛盾來解釋自然現象，雖然并不科學，卻仍不失為一種原始樸素的唯物觀點。但伯陽父將地震這種自然現象歸之為“民亂之也”，將地震和王朝盛衰的社會現象牽強附會地聯系起來；晏子則將地震與天象變化聯系，企圖從中找出因果關系，均屬于唯心主義天命觀。這也表明當時的唯物主義觀點尚處于萌芽時期。

北宋時期的思想家王安石（公元1019－1086年）以改革變法為己任。他認為“天行有常”，天象運行也是一種自然現象。它們按照一定軌道或規律運行：“天地與人，了不相關，薄蝕（指日月蝕，這里泛指天象變化）、震搖（指地震），皆有常數，不足畏忌”（《司馬溫公傳家集》）。

古人在對地震現象進行長期觀測，積累并總結出豐富的地震資料和知識的基礎上，為謀求對地震這種突發自然現象及時掌握并加以防范，以減輕災害損失，遂研究創制出了用以觀測地震的科學儀器——地動儀。它的設計創制者，則是對地震現象持有唯物觀點，認為人們是可以掌握地震動態和探索其運行規律的東漢科學家張衡。

張衡（公元78—139年），宇平子，南陽西鄂（今河南南陽）人，是東漢時期著名的科學家、思想家和文學家，東漢安帝（公元107—125年）和順帝（公元126—144年）時期，曾兩度擔任太史令，掌管天象觀測和制訂歷法；在宇宙天體觀上力主渾天學說。其在《渾天儀圖注》一書中，對西漢以來的渾天學說有關天地體系或結構的觀點作出了極其精辟的表述。他設計制造了第一臺利用銅壺滴漏以水力為動力運轉的渾天象，類似今天的天球儀。渾象所演示的天象變化與實際天象運行完全吻合。他還創制了一種活動日歷，叫做“瑞輪蓂莢”，實際上是一臺自動日歷，對古代天文學作出了重大貢獻。

張衡是我國古代杰出的科學家。在他的一生中，曾經歷過不少地震、山崩的災害，僅在東漢和帝永元元年（公元89年）起始的50年中，京師洛陽和隴西等地就曾發生過33次地震和13次山崩、泥石流等災害現象；其中大約有6次屬于破壞性地震，特別是漢安帝元初六年（公元112年），一年之中，就發生了兩次大地震：山體動搖，江河之水皆為之鼓蕩，停泊之舟多覆溺，大震前后還發生過一系列微震和余震，房屋大批倒塌，人畜傷亡慘重。張衡是河南南陽人，又在首都洛陽任職，對當時的許多地震，有不少屬于親身體驗。同時，他擔任太史令官職多年，不但掌管天文歷法，而且各地發生了地震上報朝廷后，都由他記錄下來。他因此掌握了不少大震前的先兆現象，如震區出現的灼亮閃光，如雷鳴轟吼的地聲，水位和氣象的異常變化，動物的異常反應等等。他在掌握了大量地震資料的基礎上，通過長期的研究實踐，得出了人們可以掌握地震動態的科學結論。在古代交通不便，信息不靈的情況下，為了及時掌握各地方發生地震的信息情報，他感到很有必要創制出一套儀器來對地震現象進行觀測和監控。他經過積年累月的艱辛、孜孜不倦的探索研究，終于在東漢順帝陽嘉元年（公元132年），設計創制了世界上第一臺地震觀測儀，定名為候風地動儀，為人類及時掌握地震災害譜寫了科學技術史上的光輝篇章。

《后漢書·張衡列傳》記載說：

陽嘉元年，復造候風地動儀。以精銅鑄成，員（圓）徑八尺。合蓋隆起，形似酒尊，飾以篆文；山、龜、鳥、獸之形。中有都柱，傍行八道，施關發機。外有八龍，首銜銅丸，下有蟾蜍，張口承之。其牙機巧制，皆隱在尊中，覆蓋周密無際。如有地動，尊則振龍機發吐丸，而蟾蜍銜之，振聲激揚，伺者因此覺知。雖一龍發機，而七首不動。尋其方向，乃知震之所在。驗之以事，合契若神。自《書》典所記，未之有也。

嘗一龍機發而地不覺動。京師學者咸怪其無征。后數日驛至，果地震隴西，于是皆服其妙。

地動儀系由精銅材料鑄造而成，其圓徑為八尺。罩在儀器頂部的儀蓋降凸起，外形像一個酒壇子。壇周圍裝飾有山、龜、鳥、獸等圖案。儀器內部安裝有一根都柱，類似慣性運動的擺；在擺的周圍和儀體相連接的八個方位安裝有八組杠桿機械，以操縱啟閉開關。外周相應雕刻設置了八條騰飛的龍，盤踞在儀體的八個方位。每個龍頭嘴中都含有一個小銅球；龍頭下面相對應地都安放了一只蟾蜍，張口向上，隨時等候吞含從龍口中落下的銅丸。地動儀的牙機，類如齒輪，其制作相當精巧，隱藏在儀器腹內。頂蓋與儀體合攏非常嚴實，沒有一點縫隙。如果什么地方發生了較強地震，儀器接收到震波，其都柱偏側觸動龍頭的杠桿，就會使處在那個方位的龍嘴張開，銅球當啷一聲自動落入蟾蜍口中。這樣，根據儀器方位的機制，觀測人員根據銅球“振聲激揚”，就知道在什么時間、什么方位地區發生了地震。經過其后所發生的地震實況加以驗證，地動儀所指的方向和地震實際發生的方向幾乎完全吻合。

地動儀制成后，被安置在首都洛陽。東漢順帝永和三年（公元138年），隴西發生了一次六級以上的地震，儀器從相應方位的龍口中掉下了一顆銅球；但位于京城的人們卻沒有震動感覺，便紛紛懷疑和責備地動儀不靈驗。可是，不數日，郵驛從遠離洛陽千里以外的隴西（今甘肅南部）傳來地震情報，證明這一天確實發生了地震，大家才佩服驚嘆地動儀的神妙。

張衡創造科學儀器，利用地震波來測知地震。地動儀能相當靈敏地遙感地震波的信息。這是一項偉大的發明，開創了人類使用科學儀器測知地震的歷史篇章；同時也宣告了一切唯心主義天命觀或天人感應論將地震現象神秘化觀點的破產。

作者：四川省文史研究館館員

四川省社會科學院研究員