候風(fēng)地動(dòng)儀 千載震歌頌，古今尋影行

李少俠

陽嘉元年，復(fù)造候風(fēng)地動(dòng)儀。以精銅鑄成，員徑八尺，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(guān)發(fā)機(jī)。外有八龍，首銜銅丸，下有蟾蜍，張口承之。其牙機(jī)巧制，皆隱在尊中，覆蓋周密無際。如有地動(dòng)，尊則震，龍發(fā)機(jī)，吐丸而蟾蜍銜之。震聲激揚(yáng)，伺者因此覺知。雖一龍發(fā)機(jī)，而七首不動(dòng)，尋其方向，乃知震之所在。

一一《后漢書·張衡傳》

緣起

東漢年間，地震頻發(fā)，震區(qū)時(shí)至數(shù)十郡。地裂、地陷、山崩、水涌，生靈涂炭。

時(shí)逢迷信思想盛行，統(tǒng)治者宣傳天有意志，稱鬼神能降禍降福。學(xué)者們大談“讖緯圖錄”，鬼話連篇，借以謀求富貴。

太史令張衡不信鬼神，而信科學(xué)與真理。那時(shí)，通訊技術(shù)并不發(fā)達(dá)，于是他開始收集各地的地震情況，記錄各地震情。他立志研制出能夠報(bào)告地震的儀器，可以及時(shí)通知官府開展賑災(zāi)行動(dòng)，解救黎民于水火。

張衡鉆研多年，在陽嘉元年（公元132年），候風(fēng)地動(dòng)儀終被制成。

張衡制造的候風(fēng)地動(dòng)儀是世界上第一架用以觀測和記錄地震的儀器。

根據(jù)中國博物館學(xué)家兼古代科技史學(xué)家王振鐸的復(fù)原模型，它是一個(gè)由精銅制成的大酒桶形容器，上有圓蓋隆起，儀器的外表刻有篆文以及山、龜、烏、獸等圖形。儀器外部周圍有八個(gè)頭朝下、口銜銅丸的龍頭，按正東、東南、正南、西南、正西、西北、正北、東北八個(gè)方位布列。對著龍頭，八個(gè)銅制蟾蜍蹲在地上，個(gè)個(gè)昂頭張嘴，準(zhǔn)備承接銅球。

儀器的內(nèi)部中央有一根銅質(zhì)，名為“都柱”。由“都柱”向周圍各有八條通道，稱為“八道”。此外，儀器內(nèi)裝有機(jī)關(guān)，與體外龍頭相連。一旦發(fā)生地震，儀器隨之振動(dòng)，機(jī)關(guān)便被觸發(fā)，龍口打開，銅丸落入銅蛙之口，發(fā)出清脆聲響，可使掌管人知曉并判明地震來源的方向。

候風(fēng)地動(dòng)儀的形狀、紋飾、篆文等等，并非僅起美觀裝飾作用。它們各有不同意義。

其形狀，是當(dāng)時(shí)渾天學(xué)說的體現(xiàn)。

渾天說認(rèn)為，天地渾為一體，天圓如雞蛋，地如包在里面的蛋黃，日、月、星辰都在蛋殼上不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)。候風(fēng)地動(dòng)儀體似酒樽（卵形），象征渾天說的天；立有都柱的平底，表示大地，被籠罩在天內(nèi)。

紋飾與篆文，則與《周易》有關(guān)。

《周易》日：“在天成象，在地成形。”作為地震儀器，與“地”有關(guān)的山龜鳥獸之形便被雕于其上。而且，山龜鳥獸等紋飾可象征青龍、白虎、朱雀、玄武，它們是古代傳說中守護(hù)四方的神獸，承載了民間期望。

而篆文，即象文，指《周易》中的八卦——乾、坤、震、巽、坎、高、艮、兌，表八方之氣。由“飾以篆文”句推測，該儀器的外部，鑄有“乾”等八字，以應(yīng)儀器體外八條口銜銅丸的龍所代表的方位。

另外，蟾蜍寓意吉祥與幸福，龍?bào)w現(xiàn)尊貴與權(quán)力。八龍?jiān)谏舷笳麝?，蟾蜍居下象征陰，?gòu)成陰陽上下的動(dòng)靜辯證關(guān)系。而都柱則象征天柱，居于預(yù)天立地之地位，代表古代人類對于天神的崇敬。

緣空

初問世的候風(fēng)地動(dòng)儀，屢遭非議。

因?yàn)殛P(guān)于它的說法過于玄妙，滿朝文武無人相信這個(gè)古怪的玩意兒能夠測出地震的方向，甚至對張衡處處詰難。

張衡無視非議，將其安置于都城洛陽南的靈臺。

從現(xiàn)代地震學(xué)的角度來看，直到現(xiàn)在，地震預(yù)測仍是全球性的難題。候風(fēng)地動(dòng)儀也確實(shí)不能預(yù)測地震，但在通訊技術(shù)落后的古代，它能比驛卒更早地通知京城地震發(fā)生的消息，古人便認(rèn)為它能夠“預(yù)測”地震。

候風(fēng)地動(dòng)儀的原理是什么？這是個(gè)流傳千年的問題。

王振鐸認(rèn)為，地動(dòng)儀內(nèi)的“都柱”是一個(gè)類似倒置酒瓶狀的圓柱體，控制龍口的機(jī)關(guān)在“都柱”周圍。哪個(gè)方向有地震發(fā)生，哪個(gè)方向的“都柱”便會倒下，觸發(fā)機(jī)關(guān)，龍嘴落球。這一說法流行很久，甚至被記錄在歷史教科書里。歷經(jīng)數(shù)年的考證研究，王振鐸終于制作復(fù)原了“張衡地動(dòng)儀”模型。數(shù)以億計(jì)的中國人，毫不猶豫地把這一模型認(rèn)定為1800年前張衡親手制造的那一個(gè)。

然而，如果從物理角度加以分析，便會發(fā)現(xiàn)種種問題。

首先，“尋其方面乃知震之所在”，也就是說，龍頭吐丸后，可以按照龍頭方向確定地震從何而來，這絕非隨意亂倒的柱子可做到。再有，根據(jù)《后漢書·張衡傳》中“地不覺動(dòng)”的記載，需要有一根高度和直徑之比為1225：1的柱子才能達(dá)到這樣的靈敏度。也就是說，如果柱子高兩米，其直徑便只能有1.5毫米。而這么細(xì)的“都柱”，根本沒有足夠的能量，能夠觸發(fā)巨龍吐丸。

由于存在著原理性錯(cuò)誤，王振鐸復(fù)原的候風(fēng)地動(dòng)儀模型不能正常工作。因此，候風(fēng)地動(dòng)儀一直受到中外科學(xué)家的質(zhì)疑和否定。甚至有人說，被視為中國國寶、國粹的候風(fēng)地動(dòng)儀之所以失傳，是因?yàn)樗鼪]有達(dá)到科學(xué)的要求，它不是個(gè)科學(xué)的東西。

“歷史教科書中為人所熟知的張衡地動(dòng)儀其實(shí)是上世紀(jì)50年代的復(fù)原模型，1800年前的地動(dòng)儀到底是什么模樣早已無據(jù)可查，很可能和今人復(fù)原的那些模型一樣，僅僅是個(gè)擺設(shè)。”這些年，在網(wǎng)絡(luò)上，類似這樣的一些說法，也開始甚囂塵上。

張衡地動(dòng)儀的的確確鼓舞教育了幾代中國人，在我們心里，他的科學(xué)性和真實(shí)存在性都不容置疑。這樣的質(zhì)疑，更像是種難以讓我們接受與容忍的侮辱。但是，這些無情的聲音卻有理有據(jù)，言之咄咄，竟令人不知如何抗辯。

緣法

兩年過去。

公元134年12月13日，隴西大地（今甘肅省天水地區(qū)）天空忽作電閃雷鳴，大地劇烈震顫，房倒屋塌，傷者慘嚎，死者尸橫遍地，悲慟天地。

與此同時(shí)，千里之外的洛陽城內(nèi)，人們各自忙碌，放置候風(fēng)地動(dòng)儀的靈臺像往常一樣安靜。

突然，儀有異響，片刻一珠從西面龍嘴掉出，下墜入蛙口。看管之人立刻向朝廷報(bào)告了消息。然而，室內(nèi)蠟燭微跳，茶水不動(dòng)，并無異象。眾學(xué)者議論紛紛，更加懷疑候風(fēng)地動(dòng)儀的功能。唯有張衡眺望西方，眉頭緊鎖。

數(shù)日后，有快馬來報(bào)，龍頭所指方向，天崩地裂。

科學(xué)沒有國界，但是取得科學(xué)成就的人有國界，為科學(xué)成果引以為自豪的民族有國界。

張衡是地震儀器的鼻祖，這一點(diǎn)，一直令無數(shù)中國地震學(xué)家引以為豪?！昂蝻L(fēng)地動(dòng)儀的原理有問題”這一說法，無疑給他們帶來了巨大的精神壓力。

然而，如果候風(fēng)地動(dòng)儀真的只是個(gè)徹頭徹尾的騙局，那么它為何如此深入人心、影響之廣呢？中國科學(xué)院教授、地震學(xué)家馮銳難以接受這種說法，他開始反復(fù)思考后漢書中的句子，并反復(fù)作著每一步驟的計(jì)算。

馮銳突然意識到，自己對張衡地動(dòng)儀的看法及外界的否定，都是基于流傳最廣的王振鐸模型。那么是否還有一種新的可能，不是張衡錯(cuò)了，而是王振鐸錯(cuò)了？王振鐸作為考古學(xué)家，地震知識有限，才會提出不可能實(shí)現(xiàn)的“倒立柱”理論。

根據(jù)文獻(xiàn)，地動(dòng)在先，然后尊振，續(xù)而機(jī)發(fā)，吐丸。這是一套有著先后順序的機(jī)械連鎖動(dòng)作。四者有著一環(huán)緊扣一環(huán)的聯(lián)動(dòng)因果關(guān)系。如果這一推測成立，那“振”字則可證明，“懸垂擺”振動(dòng)，才是候風(fēng)地動(dòng)儀工作的原理。如果后漢書沒有寫錯(cuò)，那么，候風(fēng)地動(dòng)儀的工作原理，應(yīng)是類似于懸掛的吊燈會因地震而晃動(dòng)一樣的道理。換句話說，候風(fēng)地動(dòng)儀如果工作過，“懸垂擺”是他唯一正確的選擇。

那么也就是說，真正的候風(fēng)地動(dòng)儀，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，很有可能完全不是中國人所熟悉的樣子。

這是一次重大跨越。候風(fēng)地動(dòng)儀的復(fù)原工作重新開展。

馮銳所擁有的條件只有兩個(gè)。第一，是被很多史學(xué)家評論為“孤證”的《后漢書·張衡傳》中僅有的196個(gè)漢字：第二，就是馮銳用兩年的時(shí)間得出的，張衡地動(dòng)儀是“懸垂擺”原理的結(jié)論。要用這些少得可憐的資料，做成一個(gè)看得見、摸得著、能驗(yàn)震、還符合漢朝特點(diǎn)的儀器，可謂難上加難。而且，復(fù)原工作還要經(jīng)常涉及到古代歷史、文學(xué)、美學(xué)，這是個(gè)自然科學(xué)以外的全新領(lǐng)域。

《后漢書》中必定隱藏著科學(xué)的玄機(jī)，馮銳必須利用這唯一的條件，找到更多的定量參數(shù)。他做到了。

“一龍激發(fā)而地不覺動(dòng)”，他得到了地震波的加速度；“尊則振”，他得到了尊體的位移量；“后數(shù)日驛至”，他得到了文獻(xiàn)中震區(qū)的距離，再從更多歷史文獻(xiàn)中推知震級；他還通過計(jì)算得到了懸垂擺的擺動(dòng)周期。馮銳以這四個(gè)定量參數(shù)為基礎(chǔ)，加上隱藏在字里行間的秘密，排除種種困難，終于重新設(shè)計(jì)出了符合記載的四大神秘結(jié)構(gòu)——柱、道、關(guān)機(jī)、丸。他開始尋找更多資料，不斷修正候風(fēng)地動(dòng)儀的外觀，緊緊把握漢朝文化的歷史原型，只為重現(xiàn)傳說中古老神器的輝煌。

地動(dòng)儀的復(fù)原工作，對有40年地震研究經(jīng)歷的馮銳來說，仿佛突然打開了一扇塵封的大門。2004年7月，候風(fēng)地動(dòng)儀外形的設(shè)計(jì)工作，基本完成。

涅槃

悲劇始于，張衡聯(lián)地震和政治于一體。

他稱，地震為皇家政策失誤之報(bào)應(yīng)，為朝中大臣弄權(quán)所致，乃上天震怒之兆。張衡上書漢順帝，要求其必須改變執(zhí)政方略，上天方可降福于人間。

大臣司空王龔被免職：漢順帝劉保被迫下詔，向天下人請罪。張衡之舉，犯官場之大忌。

此后，朝中人人視張衡為妖魔，視地動(dòng)儀為不詳之物。未久，張衡被貶出京到河間為官，命運(yùn)步入凄涼晚景。

他寫詩，“我所思兮在漢陽，欲往從之隴坂長，側(cè)身西望涕沾裳。”詩中的“漢陽”“隴坂”都是指隴西。直到臨死前，張衡都還在懷念地動(dòng)儀在公元134那年創(chuàng)造的輝煌。

張衡死后不久，地動(dòng)儀受到人為破壞，這個(gè)震撼了一個(gè)時(shí)代的發(fā)明，至此失傳。

外形復(fù)原初步完成，馮銳加快了步伐。為了讓候風(fēng)地動(dòng)儀成功工作，他每天要看無數(shù)資料。某天，他在讀《米爾恩傳記》時(shí)，驚奇地發(fā)現(xiàn)了這個(gè)現(xiàn)代地震學(xué)奠基人對中國的描述，以及對張衡的評價(jià)。

1880年，米爾恩在日本成立全世界第一個(gè)地震學(xué)學(xué)會時(shí)發(fā)言，說人類歷史上的第一個(gè)地震儀，是中國人張衡發(fā)明的；1894年，米爾恩在張衡思想的影響下，設(shè)計(jì)出世界上第一臺地震儀，架設(shè)于世界各地。

馮銳從這些文字中，看到了驕傲，看到了自豪。中國漢朝的科學(xué)家張衡在公元2世紀(jì)所創(chuàng)造的地震觀測理念，的的確確影響并啟發(fā)了相隔1700年后18世紀(jì)的英國人米爾恩，使他建立起現(xiàn)代地震學(xué)。

這一發(fā)現(xiàn)，令那些認(rèn)為“張衡對世界地震學(xué)從沒有過任何影響，張衡只是中國人美好想象”的說法，在一瞬間，化為無稽之談。

在范曄的《后漢書》及《續(xù)漢書》中，對地動(dòng)儀結(jié)構(gòu)的描寫幾乎完全一樣，都是“施關(guān)發(fā)機(jī)”四個(gè)字。馮銳憑借自己多年的地震研究經(jīng)驗(yàn)及對物理學(xué)的造詣，在“都柱”的設(shè)計(jì)上傾盡智慧。但是，卻始終無法實(shí)現(xiàn)文獻(xiàn)中的“一龍發(fā)機(jī)，而七首不動(dòng)”。

這成為了整個(gè)復(fù)原中最難的環(huán)節(jié)，如果沒有合理的解決方案，那么張衡地動(dòng)儀的科學(xué)復(fù)原，將宣告失敗。馮銳和他的課題組開始尋找祖先留下來的更早版本的文獻(xiàn)。

在古漢語專家盧兆蔭的幫助下，他們找到了7篇記錄張衡地動(dòng)儀的文章，共計(jì)236個(gè)字。馮銳把自己關(guān)在辦公室里，字斟句酌，推敲古漢語玄妙的含義，試圖體會古人用詞的目的。

后漢書在“施關(guān)發(fā)機(jī)”的后面寫，“其牙發(fā)機(jī)，皆隱在尊中”。這個(gè)“皆”字，引起了馮銳的注意。以這隱藏在文字中的懸機(jī)，對照前一句的“施關(guān)發(fā)機(jī)”，莫非“施”“發(fā)”是動(dòng)詞，而“關(guān)”“機(jī)”，是不同兩個(gè)結(jié)構(gòu)？

明確了這一點(diǎn)，意味著原來設(shè)計(jì)的“關(guān)機(jī)”裝置徹底作廢，也就是說，原有的基礎(chǔ)上，要增加一個(gè)重要的裝置“關(guān)”。

“關(guān)”有兩個(gè)寓意：一是門栓；二是大路交匯的地方。經(jīng)過耐心思索，馮銳意識到“關(guān)”指地動(dòng)儀所有結(jié)構(gòu)聯(lián)動(dòng)裝置的樞紐。馮銳簡化了“都柱”的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，將“關(guān)”設(shè)計(jì)成一個(gè)小球，處在“都柱”下方、“八道”的中央交匯處、“機(jī)”則被簡化成一個(gè)扣住銅丸的直臂。當(dāng)“都柱”晃動(dòng)，施加能量給關(guān)，小球掉進(jìn)八道滾動(dòng)，觸發(fā)“機(jī)”，最終吐丸。

“中有都柱，傍行八道，施關(guān)發(fā)機(jī)，如有地動(dòng)，尊則振，龍機(jī)發(fā)，吐丸，而蟾蜍銜之，振聲激揚(yáng)?！蔽墨I(xiàn)中記錄的功能終于實(shí)現(xiàn)。馮銳卻沒有停止，為了最精準(zhǔn)地復(fù)原候風(fēng)地動(dòng)儀，他重新翻閱史料，對參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

2005年3月30日，馮銳終于帶著重新計(jì)算的結(jié)果，走進(jìn)了自動(dòng)化所的實(shí)驗(yàn)室，最后的試驗(yàn)正式開始。唐山地震，云南地震，越南地震，河北地震……連續(xù)7天168小時(shí)的強(qiáng)干擾試驗(yàn)，候風(fēng)地動(dòng)儀的復(fù)原模型，沒有一次誤觸發(fā)。

2005年4月16日，由地震學(xué)、考古學(xué)、機(jī)械工程學(xué)等相關(guān)學(xué)科的7位專家組成的驗(yàn)收委員會宣布：新模型首次把概念模型復(fù)原成了具有驗(yàn)震功能的科學(xué)儀器，邁出了復(fù)原研究的歷史性一步。馮銳復(fù)原模型，得到了考古界、科技界的一致認(rèn)可。

千年之前，面對神秘而恐怖的大地嘶吼，張衡用智慧的巨臂扼住了自然的咽喉。而這龍珠震落的鏗然之聲，最終卻淹沒在一場政治的風(fēng)潮中，沒能在華夏大地上引發(fā)一場全新的科技變革。

千年之后，馮銳透過歷史迷霧，跨越學(xué)科壁壘，穿越千載與古人對話，最終追索到這古代神器的蹤影。這是革新，也是回歸。

千載震歌，終于重振云霄。