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张衡的地动仪:一丸铜球落下,京师学者都不信

作者:孟付良    发布时间:2026-10-31 13:20:38

132年,洛阳城南,灵台。太史令的官署在这里。

屋子里摆着一件东西。

铜铸的,圆径八尺,上面收口,鼓起来像个酒尊。尊的外壁上盘着八条龙,龙头朝下,每条嘴里衔着一颗铜丸。龙下面蹲着八只铜蟾蜍,仰着头,张着嘴。

看的人不知道这是干什么用的。

它不响,不动,也不发光。史书上说它「饰以篆文山龟鸟兽之形」,也就是说,外面刻满了纹。纹是装饰,也是遮挡——所有机关都在里面,盖得严丝合缝,从外面看不出一点门道。

造它的人叫张衡。

那一年他五十四岁。

一台酒尊形状的东西

《后汉书·张衡传》写这件仪器,用了不到两百个字。

「以精铜铸成,员径八尺,合盖隆起,形似酒尊。」

「中有都柱,傍行八道,施关发机。」

这十四个字是全部线索。都柱是什么,八道怎么走,关怎么发,三个问题至今没有唯一答案。

「外有八龙,首衔铜丸,下有蟾蜍,张口承之。」

然后是效果:「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。虽一龙发机,而七首不动,寻其方面,乃知震之所在。」

翻成白话:地一动,尊身晃,龙口的机关松开,铜丸掉下来,落进蟾蜍嘴里,声音很响,守着的人听见了。八条龙里只有一条吐丸,其余七条不动,看是哪一条,就知道震在哪个方向。

关键在「寻其方面」四个字。

它不说震中,只说方向。

这一点后来被无数人弄混过。有人以为球往哪边掉,震中就在哪边;其实球只说明那边有震,震中可能在那个方向的几百里外。

张衡地动仪插图:明亮的汉代厅堂内,木台上立着一件酒尊形的巨大铜器,器身八条铜龙衔着小铜丸,台下蹲着八只张口铜蟾蜍,铜面有云纹兽纹,旁边放着竹简卷与水壶(插画)

这台仪器不预报地震。

它做的事是:在洛阳感觉不到的时候,告诉洛阳某个方向出事了。

这就够了。东汉一朝,地震记录上百次,京师一带尤其多。地震在当时被看成天意,是要写进史书、要有人负责的事。能早几天知道方向,对朝廷来说不是小事。

陇西来的驿马

史书记了一次实测。

「尝一龙机发而地不觉动,京师学者咸怪其无征。」

有一天,一条龙吐了丸,洛阳的人一点没觉得晃。京师的学者们当场就不信了——他们说,没有证据,这玩意儿是摆设。

「后数日驿至,果地震陇西,于是皆服其妙。」

后来信了。

过了几天,驿站的人到了,报陇西地震。

陇西在洛阳西边,今天的甘肃一带。这一条对上,仪器指的方向没错。

从那以后,「乃令史官记地动所从方起」——史官开始记录地震的方位。这是中国史书里地震记录系统化的一个起点。

这里要老实说一句:这件事的细节,我们只有《后汉书》一条记载,没有第二份材料互相印证。

张衡的仪器没有实物留下来,也没有图样。它长什么样、里面怎么装,全靠这一段文字。

一个字都没有多的。


一千年后的猜

这台仪器后来失传了。

失传得很彻底。西晋司马彪的《续汉书》、东晋袁宏的《后汉纪》,都记过它,字数比《后汉书》多,说法有出入。再往后,就只剩转抄。

到了二十世纪,人们想把它做出来。

这件事比想的难。

1951年,王振铎做了一个模型:中间一根直立的铜柱,地一动,柱子倒,撞开机关,龙口吐丸。这个模型后来进了教科书,印上了邮票,成了一个时代的集体记忆。

问题是,它不工作。不是不精确,是根本不响——直立的柱子对水平晃动不敏感,人走过去、车碾过去,它可能先倒了;真地震,它又未必倒。

2004年,一个跨学科的团队重新做这件事,地震学家冯锐牵头。团队里有历史、考古、机械、铸造、美术各方面的人。他们把「都柱」改成了悬挂的摆,2005年通过鉴定,2009年新模型在中国科技馆展出。按他们的计算,这台仪器能感应到的地面位移在几毫米量级。陇西那次地震的震中距洛阳五六百公里,洛阳的烈度大约三度——人感觉不到,仪器能。

这是推演,不是复原件。

王振铎那个模型也不是原件。他自己说得很清楚,那是示意,不是复原。后来它被当成真的印进书里,是别人的事。

2009年,新模型在中国科技馆展出,观众可以按按钮,看它在不同震动下的反应:横波来,它吐丸;关门的震动、汽车经过、放炮,它不动。

2017年,统编本初中历史教科书删掉了张衡地动仪的内容。这件事在网上吵了很久。

吵的其实不是张衡有没有造过这台仪器。史料在那儿,四条独立的记载,《后汉书》之外还有《续汉书》《后汉纪》,还有南北朝的《鼎录》。吵的是:我们做的那个模型,能不能代表它。

这两件事应该分开。

造过,是一回事;做不出来,是另一回事。

两件事。

张衡这个人在干什么

要看懂这台仪器,得看张衡别的东西。

他做过两任太史令,前后十四年。中间因为不附权贵,被排挤出京做过几年地方官。太史令管天文、历法、祭祀、记录祥瑞灾异,是个清闲但重要的官。这个位子上的人,天天看天。

117年,他造了一台水运浑天仪。用漏壶的水推动齿轮,让一个铜球每天转一圈,上面刻着星星,转到哪儿,天上就是哪儿。这台仪器也是靠文字传下来的,同样没有实物。

他写过一本书叫《灵宪》,讲天地怎么来的、日月怎么走的、星星有多少。那时关于天地的说法有两家:一家说天像个盖子罩在地上,一家说天是个球,地是球里的一块。张衡是后一家的代表。书里有一句话,后来被引用了无数次:「宇之表无极,宙之端无穷。」

宇宙没有边,时间没有头。

一个能写出这句话的人,去做一台测地震的仪器,不奇怪。他关心的不是「祥瑞」和「灾异」怎么解释,是天到底怎么运转。

他也写赋。《二京赋》写了十年,写长安和洛阳的宫殿、市井、百戏、猎场,是汉赋里最长的一类。晚年有一篇《归田赋》,很短,写他想回乡下。

一个写得出《二京赋》的人,去做铜匠的活,也不奇怪。汉代的士人不觉得这两件事矛盾。

136年,他去做河间相。河间王骄横,地方上豪强不少,他到任之后收了一批人的印,治了几个,风气变了一阵。三年后他请求退休,朝廷调他做尚书,不久病死,年六十二。

他死之后,那台仪器还在灵台。灵台的房子多大,史书有记载:二点二米见方。有人按这个尺寸反推,说「员径八尺」不该是直径——直径一米八五的铜器放不进那间屋子;如果八尺是周长,直径约六十厘米,那就放得下。

这个说法有道理,但没有定论。

一件东西失传了一千八百年,连尺寸都会变成公案。


留下的只有一个方向

地动仪在历史上只起过一次作用,就是陇西那一次。

之后呢?史书没有说它再响过。东汉之后,历朝都有观测地震的记录,但没有人再提这台仪器。它可能在某次战乱里被熔了,可能锈坏了,也可能就烂在仓库里。

欧洲的第一批能记录远处地震的仪器,出现在十九世纪八十年代。米尔恩在日本做出他的地震仪,比张衡晚了大约一千七百五十年。

但那不是同一种东西。米尔恩的仪器记录波形,能算出震中距;张衡的仪器只回答一个问题:哪边。

一个方向,八个可能。

这已经是极限。

以当时的技术,这已经是极限。它不精确,也不可靠,可能响错,可能不响。

但它把「地会动」这件事,从人的感觉里拿出来,交给了一件器物去判断。

这一步比精确更重要。

今天去中国科技馆,能看见那台复原的铜器。八条龙,八只蟾蜍,摆在展柜里,灯光打得很亮。旁边的小牌子上写着它的尺寸和原理。

再往后,事情就走出国界了。1967年,国际天文学联合会把月球背面的一座环形山命名为张衡;1977年,一颗小行星也用了他的名字。一个测地震的人,名字落在月亮上。

没有人知道张衡那台究竟长什么样。我们知道的只有一件事:公元132年的某一天,洛阳城里有一台铜器响了,几天后,西边的驿马带来了地震的消息。

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