一代奇才科圣张衡的故事

汉顺帝永和三年(138年)三月一日，放置于京城洛阳、刚刚发明的地动仪，西方的"龙嘴"突然张开，铜球落到蟾蜍嘴里，测知洛阳以西方向发生了地震。几天以后信使飞马来报，陇西(今甘肃省兰州市西北)发生地震，金城、陇西"二郡山岸崩!"

《后汉书·五行志》：【陷地地震裂，城郭、室屋多坏，压杀人。】那么，地动仪真的能测知地震吗?其工作原理又是怎样的呢?

张衡(78 —139)，字平子，南阳西鄂(今河南南阳)人，出身于名门望族。其祖父「张堪」自小被人称为圣童，且一生为官清廉，民间有歌谣传唱：【张君为政，乐不可支。】由于张衡的父亲很早便去世了，于是在张衡幼年的时候家境已经衰落，甚至还要靠亲友们的救济度日。

和帝永元十二年(100年)，张衡受聘于南阳郡太守鲍德门下当主簿，掌管文书工作，其间他致力于探讨天文、阴阳、历算等学问。

卸任主簿后，张衡回到家乡。这期间大将军「邓骘」"奇其才"，多次辟他为幕僚，但张衡始终不就。但根据张衡一生的出入进退来看，有一点可以肯定：决不是张衡不想做官。

事实上安帝尚幼，邓骘以大将军兼舅舅的身份辅政，大权在握。而东汉后期，人们对这种架空皇权的现象十分不满，张衡在《陈事疏》中就曾劝顺帝要掌握【刑德八柄】，做到【威自上出】，这可能就是张衡不肯应邓骘之辟的原因。

在家的三年中，张衡逐字逐句地琢磨《太玄经》义，为研究天文、历算等自然科学铺垫了基础，他在文学、绘画等方面，也达到了很高的造诣，因此被时人誉为"南阳通人"。

张衡的名气越来越大，永初五年(111年)，安帝诏拜张衡为郎中，三年之后迁为尚书侍郎，一年后再迁为太史令，在九卿之一太常手下掌管"天时、星历"。张衡本【善机巧，尤致思于天文、阴阳、历算】，先前的积累终于找到了用武之地，除了太史令的日常工作外，【遂乃研核阴阳，妙尽璇机之正。】

安帝建光元年(121 年)，张衡转为公车司马令，这是卫尉的属官，实际地位比太史令高。但 5 年之后，即顺帝永建元年(126 年)又转为太史令。当时人都认为这【非进取之势也】

张衡的学习不受仕途的局限，天文、地理、气象、历算等无所不学，尤其爱好文学。在游学期间结识的好友「崔瑗」曾评价他说：『没有他不学的学问，没有他不请教的老师，为一物不知以为耻，听到有教益的话他就非常高兴。』

最后，张衡决定【庶前训之可钻，聊朝隐乎柱史。』"朝隐"是张衡在怀才不遇时，所提出的一种新的处世策略：进，可以以此为阶升官加爵，实现兼济天下之志；退，可以修身养性，独善其身；持中，可以借职务之便继续实现人生的价值。

这是在新的形势下，糅合儒、道两家人生哲学的产物，较之退隐自然要优越得多。张衡更加孜孜不倦、将势就势，利用"太史令"之职继续进行天文学研究。

东汉时期，中原一带经常发生地震，据史书记载，从公元 92 年到 139 年，京城洛阳等地先后发生过 20 次地震，其中 6 次是破坏性较大的地震。

张衡目睹地震后的惨状，痛心不已，在完成太史令的本职工作之余，他还收集各地的地震情况，记录各地震情，并立志研制出能够预测地震的仪器，解救黎民于水火。经过多年的研究和反复的试验，张衡终于于阳嘉元年(132 年)，制成了当时世界上第一架观测和记录地震的仪器：《候风地动仪》。

据《后汉书·张衡传》记载，候风地动仪：以精铜铸成，圆径八尺，"形似酒樽"，上有隆起的圆盖，仪器的外表刻有篆文以及山、龟、鸟、兽等图形。

仪器的内部中央立着一根铜质"都柱"，柱旁有八条通道，称为"八道"，道中安有"牙机"。仪体外部周围铸有八条龙，头朝下，尾朝上，按东、南、西、北、东南、东北、西南、西北八个方向布列。

龙头和内部通道中的发动机关相连，每个龙头嘴里都衔有一个铜球。对着龙头，八个蟾蜍蹲在地上，个个仰头张嘴，准备承接铜球。当某个地方发生地震时，地动仪内部的"都柱"就发生倾斜，触动牙机，使发生地震方向的龙头张开嘴，吐出铜球，球落到铜蟾蜍的嘴里，发出很大的声响。

"地动仪"研制出来以后，张衡将其安置在都城洛阳，起初满朝文武，都不相信这台地动仪能够测出地震的方向，并对张衡处处诘难非议，直至和顺三年，准确测出了陇西约里氏6.5级的地震后，朝野上下才"众服其妙"。

一些科技史著作声称，张衡制造的"候风地动仪"，比西方第一台地震仪：意大利人「路吉·帕米里」制造于 1856 年，早了 1700 多年!

但是张衡发明的"候风地动仪"没有能够流传下来，史书中对它的记录，仅见于西晋「范晔」所著的《后汉书·张衡传》中短短的 196 个字，于是，张衡的地动仪成了千古不解的谜团，我们今天看到的地动仪，是考古学家「铎」多年考证研究后，于 1951 年制作的仿制品。

那么，张衡发明的候风地动仪，真的可以预测地震吗?它的科学依据是什么呢?

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，只不过能比驿卒更早地通知京城的人，古人于是就认为它能够预测地震。

其次，根据"地震波"的传播机理，候风地动仪是不太可能做到"验之以事，合契若神"的。地震发生时，从震源会发出两种波：一种是纵波(又称 P 波)，它引起的物体震动方向，和波的前进方向一致!

另一种叫横波(S 波)，它引起的物体震动方向，和波的前进方向垂直。

纵波的速度比横波快，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，因为它只是从震源直直地，向着地震波接收处地面传播而来的 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，那么有许多别的和地震无关的震动，比如在它附近跺脚，便能引起它的反应，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。

更何况，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，候风地动仪并不能预测地震。

据学者考证，张衡在当时已经利用了"力学"上的惯性原理，同时他对地震波的传播和方向性也有所了解!这些成就在当时来说是十分了不起的，张衡的这一伟大发明确属难能可贵，也足以奠定了他"科圣"的历史地位!

这期间他曾多次上书：做《应间》的同时，即上《顺帝封事》，永建五年(130 年)上《陈事疏》；阳嘉元年上《论贡举疏》、《请禁绝图谶疏》，二年上《京师地震对策》、《论举考廉疏》。

这些策疏大都言辞犀利，用语直率，有时甚至直接批评皇帝。大概是张衡这些切直无掩的疏谏，终于使顺帝，发现了这个多年滞留史官的张衡颇具政治才能，于是将他提升为侍中，其职能是【掌侍左右，赞导众事，顾问应对】，即做皇帝的高级顾问。

永和元年(136 年)，张衡出任河间相。这时的河间王是章帝的孙子「刘政」，他骄奢无束，不遵典宪，且河南又多豪强共为不轨，是个很难治理的地方。张衡所以被委任此相，可能是朝中权贵怕他留朝于己不利，企图借此置张衡于死地。

但是张衡已体认到惩办豪强上符天理、中遵典宪、下合人情，定会得到上天的福佑。因而他把这最后的从政理民，当作实现政治理想的大好时机，【衡下车，治威严，整法度，阴知奸党名姓。一时收禽，上下肃然，称为政理】《后汉书·张衡传》。三年后他请求致仕但未获恩准，被："征拜尚书"，当年， 62 岁的张衡寿终于任上。

一代奇才张衡，除了追求科学致力福泽百姓，对於仕途也秉守原则，莫怪呼能在科学上能有如此造诣，发明了连後世都惊叹的工艺杰作地动仪!