大科学家张衡在科学上有哪些贡献？

讲到科学，我们中国真是"瞠乎其后"了。就物质的科学说，现在我国简直找不出一个创造家。这是何等可耻啊!但是，我们只要努力，不要自馁。试拿我们的科学史和西方的科学史一比较，在十三四世纪以前，我国也未尝"独后于人"。倘若现在我们能努力去继续从前的光荣，那么，在过了一千几百年后的我国科学史里，近世所占的几页是毫不相干的。我们努力啊!现在把我们的科学史抄出几页来和大家看看，或者也可以鼓起我们的勇气去努力。

这里所抄出的几页，是讲我国第一位科学家在科学上的贡献。我还要先声明：我介绍这位科学家，是用"传"的体裁。因为要使读者了解他"整个的人"，所以对于他生平的行历，虽然和科学没有关系，也要说说。

一

我国的第一位大科学家是谁?曰：张衡。

张衡别字平子，后汉南阳西鄂人，即现在河南邓县，生于章帝建初三年(纪元七八年)。他的家族是当时累代著名的大姓。他的祖父张堪曾做过蜀郡的太守。

他性情很谦虚，淡静，虽聪明绝世，而没有骄尚的态度，但也不喜欢和俗人交接。他生平"不患位之不尊，而患德之不崇；不耻禄之不夥，而耻智之不博"(用《答难》中自述语)。

因为如此，所以从前中国一般读书人的做官热，他简直没有。永元间，当地的官吏举他为孝廉，他不行；公府里征聘他，他也不就。当时有一位炙手可热的大将军邓骘，仰慕他的才名，屡次召他，他也没有答应。后来安帝闻他的名，拜为郎中--一位近侍的官吏，品秩和前清的侍郎差不多。再迁为太史令，是一个掌理史事和历法的职任。因为他无意做官，所以好几年都没有升官。后来离了太史令职改官尚书郎。到顺帝即位又为太史令。这时候也许有些人笑他本事不好，不会高升。所以他做了一篇《答难》来表明他的意志。我们从这篇文章里，可以看出他的人格。没几久，他又迁为侍中，和皇帝很亲近。当时政权完全在太监手里，他于是上疏请"勿令刑德八柄不由天子。"他在皇帝跟前，也常时讽刺左右的人物。有一天皇帝问他："天下所痛恨的是什么人?"在旁的太监们怕他说自己坏话，鼓起眼睛盯住他。他只得含糊答应而出。那群太监到底怕他为后患，于是时时在皇帝面前说他长短。后来他外放做河间相，政绩极好。做了三年，他上书告老求归，征拜为尚书。这便是他在政界的履历。

他本来是一位文学家，自少便有文学天才。他做《两京赋》，"精思傅会，十年乃成"。一生的精力大半都费在文学上。著有诗、赋，箴，铭，《七言》、《应间》、《七辩》、《训诂》、《悬》等三十二篇，大部分现在还存。我们试把他的《两京赋》、《思玄》等篇一读，便晓得他在我国文学史上的位置了。

他也研究过经学。少年时在太学--当时的国立大学里念过书，并且"通《五经》，贯六艺"，曾著过一部《周官训诂》，这部书现在已不存。据他的同时人崔瑗说是"不能有异于诸儒"。也许他对于这种学问未尝有深刻的研究。他又想补《易》说的缺漏，但是后来到底没有做成。

他对于汉代的掌故也很留心。永初中，两位姓刘的人在东观里司理著作，撰集一部《汉纪》，因为想定汉家礼仪，上疏请使张衡帮助他们。可是没多久这两人竟死了。衡常时叹息，想把它完成，到了做侍中的时候，便上疏请"得专事于东观，毕力于纪记。"书上后，皇帝没有答应。他又上书指摘、班固所记的错失十余事； 又陈述他所主张汉史的体例。他所指摘和主张有价值与否，另为一问题，但是可以证明他尝有志于史学了。

二

上面所说，还没有半个字表现他在科学史上的位置。我为这位科学家做传，说了一大堆和科学没有关系的话，读者一定觉得讨厌。现在我要归入本题了。

在那时代，像张衡一样对于科学的贡献是很不容易发生的。因为：

一、当时"图纬五行"之说--科学的大对头--盛行，差不多没有一门学问不被它盘踞。

二、当时政府所提倡，学问界所趋向，全在"古文派"的儒家。一般读书人，个个都向半伪的经典的一家师说里讨生活，永世不会望见师说以外的天日，那些艺成而下的东西，更不必说了。

张衡虽服膺儒家的经典，但是因为他平生"耻智之不博"，所以他对于儒者所以为艺而下的学问，如天文、历学、数学、机械等都尽力去研究。他对于当时时髦的图纬学极力反对。当他做太史令的时候，尝上疏请"收图纬一切禁绝之"，说图纬是"一卷之书，互异数事"的，是"欺世罔俗"的。这件事在我们今日看来本无足奇。但是在他那时候，图纬是帝王所祖述，儒者所争学的(《后汉书·张衡传》言："光武善谶，及显宗、肃宗，因祖述焉。自中兴之后，儒者争学图纬")，他竟能发生这大胆的反抗，我们不能不佩服他的勇气。由此可见，他的治学精神，和当时的儒者，完全是两路的。因为如此，他挨当时人们的痛骂不少，所以他在《答难》里说："尝见谤于鄙儒。"后来还要劳范蔚宗在他的传里替他辩护，说他不是一个"艺成而下"的人!

他在科学上的贡献是什么呢?下面要分开来说。在分述之前，请先说说他关于科学的遗著。

一、《灵宪》一卷，《灵宪图》一卷。《灵宪》是他的天文学著作，《灵宪图》是一部天文图。这两部书，《隋书·经籍志》都有记载。到《唐书·经籍志》，《灵宪》便亡了。过了宋代，《灵宪图》也亡了。《灵宪》一书，后人从类书和引用他的书里辑出首尾相续的还有一千五百多字。

二、《浑天仪》一卷，这部书是他的浑天仪器的说明书，隋唐志都有著录，到宋便亡了。现在也有辑本。

三、《算罔书》一卷，这书《隋志》尚存，《唐志》便亡了。现在无只字可考。

我们根据这些残阙的遗著，和《后汉书》里头的《张衡传》、《律历志》，以及《晋书》、《隋书》的《天文志》中关于张衡的记载，和《九章注》所引张衡的算法，大略还可以考见张衡在科学上的贡献。

三

1.张衡的天体说及天象的新解释。

张衡是主张浑天说的。浑天说创于汉武帝时之落下闳。可惜落下闳的学说，现在没有半个字可考。张衡说天体道：

浑天如鸡子。天体圆如球，如弹丸。地如鸡子中黄，孤居于内。天大而地小，表里有水。天之包地，犹壳之裹黄。天地各乘气而立，载水而浮。周天三百六十五度四分度之一，又中分之，则一百八十二度八分之五覆地上；一百八十二度八分之五绕地下。"(《浑天仪》)

这种解说，拿现在的眼光来看，浅薄极了。但是比之他以前的天体说，其进步真不可以道里计了!

他说地如鸡子中黄，是打破从前"天圆地方"的谬说；他说"地孤居于天内"、"乘气而立"，是打破从前"天柱地维"的谬说；又他以为是半覆地上、半绕地下，越发和近代的科学解释有点接近了。最奇者，他说地是"载水而浮"，和希腊的泰利斯(Thales)竟不约而同(参看W.T.Sedgwick and H.W.Tyler的A Short History of Science，P.45)；他说"地如鸡子中黄"，和希腊Milesian说地在天之中心，也有点相似(参看同书页四十六)。

他解释月所以有光和圆缺的缘故说：

夫日譬犹火，月譬犹水；火则外光，水则含影。月光生于日之所照，魄(谓月亏也)生于日之所蔽；当日则光盈，就(此字疑有误)日则光尽也。"(《灵宪》)

又以为：日之所以有光，也是这个道理，但是星的光是由月转给它的，所以说："众星被耀，因水转光。"(《灵宪》)

星和月的光，既是由于日之直接的或间接的所照，为什么有的时候他们正"当日之衡"却会没有光--即是交蚀--呢?他解释这点，说是因为"蔽于地"，所以说：

当日之冲，光常不合者，蔽于地也。是为暗虚，在星，星微，月过则蚀。(《灵宪》)

他在二千年前，解释月光，月的圆缺，和交蚀等现象，和近代科学的解释，竟不爽毫厘。这不独是张衡在科学史上的荣耀，也是我国在文化史上的荣耀啊!虽是月假日光的道理，在张衡以前的泰利斯也尝说过(参看A Short History of Science，P.44)，但张衡对于月盈缺和交蚀的解释，实非泰利斯所能梦见。

2.历学及浑天仪。

张衡做过两任太史令，历学是他的职掌。他曾和当时的历家辩论过。他的历学，大半祖述前人，没有什么发明。他在我国历象界的功劳，完全在浑天仪的创造。

浑天仪是什么一件东西呢?这件仪器，是用铜制的，他在铸造之先，曾用竹片针......等物做了一个小模型，名为"小浑"。他制造这模型的方法，现在辑本的浑天仪还有详明记载。我们还可以依他的方法重造一个。海内的仪器制造家何不试试?

3.候风地动仪及其他机械之制造。

张衡极精于机械之制造。他的浑天仪，固然是他的天文和历学的结晶，也是他机械精巧的表现。此外他的机械制造还不止此。

阳嘉元年(公元一三二)张衡造了一个测验地震的仪器，名"候风地动仪"， 用精铜铸成，圆径八尺，上面有突起的盖，形状很像一个酒樽。上刻篆文、山龟、鸟兽等形状来做装饰。中间有一条主要的柱。旁边有八处，可以施放机关。外有八条龙，每条龙口里含着一颗铜丸，下面有蟾蜍张口来接。机器隐在樽的里头，覆盖得很周密，没有一些罅漏。如有地震，樽便受振动，龙内的机关发动，把铜丸吐出，落在下面蟾蜍的口里。铜丸落下的时候，发生很大的声响，伺候的人便可晓得。地震时，只有一条龙的机关发放，其余的一些都不动。寻那条龙所指的方向，便晓得地震所在。经过事实的证明，是很应验的。有一天，其中一条龙的机关发动了却没有觉得地震。于是京师的学者，都怪他靠不住。过了几天，驿站里的消息传来，果然是陇西地震。众人才服他的神妙。

这件仪器的确是科学界的一大创作。可惜它的内容，和它所根据的原理，现在都不可考了。

他又曾制造过一架三轮自转的机器，可惜这种机器，现在也失传了。

他又尝制造一个土圭--测日影的仪器。但是正史也没有记载。此外他制造的仪器，正史里没有记载的一定不少。可惜现在已无可考了。

四

从上面所述看来，张衡在科学上的贡献，真正不少。他不独是我国科学史上的第一个人物，他在世界科学史也有不朽的位置。可惜他的学业，几千年来，竟没有人继续下去，也没有发生什么影响，并且连他苦心孤诣的发明，也和他的生命一齐死灭。这不独是我国文化的损失，也是世界文化的损失啊!