準(zhǔn)確探知地震：仕途張衡的另類(lèi)“屠龍術(shù)”

程曉杰

漢順帝永和三年(138年)三月一日，放置于京城洛陽(yáng)、張衡剛剛發(fā)明的地動(dòng)儀西方的龍嘴突然張開(kāi)，銅球落到蟾蜍嘴里，測(cè)知洛陽(yáng)以西方向發(fā)生了地震。幾天以后，信使飛馬來(lái)報(bào)，隴西(今甘肅省蘭州市西北)發(fā)生地震，金城、隴西“二郡山岸崩，地陷”(《后漢書(shū)-順帝紀(jì)》)，“地震裂，城郭、室屋多壞，壓殺人”(《后漢書(shū)·五行志》)。那么，地動(dòng)儀真的能測(cè)知地震嗎?它是在怎樣的背景下研制成功的，其工作原理又是怎樣的呢?

張衡(78—13 9)，字平子，南陽(yáng)西鄂(今河南南陽(yáng))人，出身于名門(mén)望族。其祖父張堪自小志高力行，被人稱(chēng)為圣童，且一生為官清廉，民間有歌謠傳唱：“張君為政，樂(lè)不可支?！睆埡獾母赣H很早便去世了，于是在張衡幼年的時(shí)候家境已經(jīng)衰落，有時(shí)甚至還要靠親友們的救濟(jì)度日。

和帝永元六年(94年)，剛滿1 7歲的張衡懷著遠(yuǎn)游的志愿，離開(kāi)家鄉(xiāng)，直奔故都長(zhǎng)安，開(kāi)始了求師問(wèn)業(yè)的旅途。和帝永元十二年(100年)，張衡受聘于南陽(yáng)郡太守鮑德門(mén)下當(dāng)主簿，掌管文書(shū)工作，其間他致力于探討天文、陰陽(yáng)、歷算等學(xué)問(wèn)。

卸任主簿后，張衡回到家鄉(xiāng)。這期間大將軍鄧騭“奇其才”，多次辟他為幕僚，但張衡始終不就。個(gè)中原委，不甚清楚，但根據(jù)張衡一生的出入進(jìn)退來(lái)看，有一點(diǎn)可以肯定：決不是張衡不想做官。

事實(shí)上，這時(shí)安帝尚幼，鄧騭以大將軍兼舅舅的身份輔政，大權(quán)在握。而東漢后期無(wú)論是外戚輔政，還是宦官專(zhuān)權(quán)，朝政都是十分黑暗的。人們對(duì)這種架空皇權(quán)的現(xiàn)象十分不滿，張衡在《陳事疏》中就曾勸順帝要掌握“刑德八柄”，做到“威自上出”，這可能就是張衡不肯應(yīng)鄧騭之辟的原因。

在家的三年中，張衡逐字逐句地琢磨《太玄經(jīng)》義，為研究天文、歷算等自然科學(xué)問(wèn)題鋪墊了理論基礎(chǔ)，不但如此，他在文學(xué)、繪畫(huà)等方面也達(dá)到了很高的造詣，因此被時(shí)人譽(yù)為“南陽(yáng)通人”。

張衡的名氣越來(lái)越大，永初五年(111年)，安帝詔拜張衡為郎中，三年之后遷為尚書(shū)侍郎，一年后再遷為太史令，在九卿之一太常手下掌管“天時(shí)、星歷”。張衡本“善機(jī)巧，尤致思于天文、陰陽(yáng)、歷算”，先前的積累終于找到了用武之地，他自然高興，除了太史令的日常工作外，“遂乃研核陰陽(yáng)，妙盡璇機(jī)之正”。

安帝建光元年(121年)，張衡轉(zhuǎn)為公車(chē)司馬令，這是衛(wèi)尉的屬官，實(shí)際地位比太史令高。但5年之后，即順帝永建元年(126年)又轉(zhuǎn)為太史令。這當(dāng)然是官運(yùn)不亨、失志的表現(xiàn)，所以當(dāng)時(shí)人都認(rèn)為這“非進(jìn)取之勢(shì)也”。

張衡模仿東方朔《答客難》作《應(yīng)間》表達(dá)自己對(duì)此事的看法，他在文中反復(fù)申述了兩點(diǎn)：一是“天爵高懸，得之在命”，“求之無(wú)益，故智者偭而不思”，認(rèn)為應(yīng)該持“得之不休，不獲不吝，不見(jiàn)是而不恬，居下位而不憂”的達(dá)觀態(tài)度，使自己不至于被現(xiàn)實(shí)的重壓所擊倒。二是在仕途不暢、命運(yùn)不達(dá)的情況下也不能自暴自棄而自沉，而要“奉順敦篤，守以忠信”。他在《應(yīng)閑》一文中曾說(shuō)：“一個(gè)人不應(yīng)擔(dān)心自己地位不高，而應(yīng)該擔(dān)心自己道德是否高尚；不應(yīng)當(dāng)為收入菲薄而害羞，而應(yīng)當(dāng)為知識(shí)不廣博而恥辱?！彼裕瑥埡獾膶W(xué)習(xí)內(nèi)容不受仕途所需的局限，天文、地理、氣象、歷算等無(wú)所不學(xué)，尤其愛(ài)好文學(xué)。在游學(xué)期間結(jié)識(shí)的好友崔瑗曾評(píng)價(jià)他說(shuō)：“沒(méi)有他不學(xué)的學(xué)問(wèn)，沒(méi)有他不請(qǐng)教的老師，為一物不知以為恥，聽(tīng)到有教益的話他就非常高興?！?/p>

最后，張衡決定“庶前訓(xùn)之可鉆，聊朝隱乎柱史”。“朝隱”是張衡在懷才不遇時(shí)所提出的一種新的處世策略：進(jìn)，可以以此為階升官加爵，實(shí)現(xiàn)兼濟(jì)天下之志；退，可以修身養(yǎng)性，獨(dú)善其身；持中可以借職務(wù)之便繼續(xù)實(shí)現(xiàn)人生的價(jià)值。這是在新的形勢(shì)下糅合儒、道兩家人生哲學(xué)的產(chǎn)物，較之退隱自然要優(yōu)越得多。正是有著這樣的仕途波折，也正是抱有這樣堅(jiān)定的信念，張衡更加孜孜不倦、將勢(shì)就勢(shì)，利用太史令之職繼續(xù)進(jìn)行天文學(xué)研究。

東漢時(shí)期，我國(guó)中原一帶經(jīng)常發(fā)生地震，據(jù)史書(shū)記載，從公元92年到139年，京城洛陽(yáng)等地先后發(fā)生過(guò)20次地震，其中6次是破壞性較大的地震。張衡目睹地震后的慘狀，痛心不已，在完成太史令的本職工作之余，他還收集各地的地震情況，記錄各地震情，以便能及時(shí)掌握全國(guó)各地的地震情況，并立志研制出能夠預(yù)測(cè)地震的儀器，解救黎民于水火。經(jīng)過(guò)多年的研究和反復(fù)的試驗(yàn)，張衡終于于陽(yáng)嘉元年(132年)制成了了當(dāng)時(shí)世界上第一架觀測(cè)和記錄地震的儀器——候風(fēng)地動(dòng)儀。

據(jù)《后漢書(shū)·張衡傳》記載，候風(fēng)地動(dòng)儀“以精銅鑄成，圓徑八尺”，“形似酒樽”，上有隆起的吲蓋，儀器的外表刻有篆文以及山、龜、鳥(niǎo)、獸等圖形。儀器的內(nèi)部中央立著一根銅質(zhì)“都柱”，柱旁有八條通道，稱(chēng)為“八道”，道中安有“牙機(jī)”。儀體外部周?chē)T有八條龍，頭朝下，尾朝上．按東、南、西、北、東南、東北、西南、西北八個(gè)方向布列。龍頭和內(nèi)部通道中的發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)相連，每個(gè)龍頭嘴里部銜有一個(gè)銅球。對(duì)著龍頭，八個(gè)蟾蜍蹲在地上，個(gè)個(gè)仰頭張嘴，準(zhǔn)備承接銅球。當(dāng)某個(gè)地方發(fā)生地震時(shí)，地動(dòng)儀內(nèi)部的“都柱”就發(fā)生傾斜，觸動(dòng)牙機(jī)，使發(fā)生地震方向的龍頭張開(kāi)嘴，吐出銅球，球落到銅蟾蜍的嘴里，發(fā)出很大的聲響。

地動(dòng)儀研制出來(lái)以后，張衡將其安置在都城洛陽(yáng)，起初滿朝文武都不相信這臺(tái)地動(dòng)儀能夠測(cè)出地震的方向，并對(duì)張衡處處詰難非議，直至和順三年準(zhǔn)確測(cè)出了隴西約里氏6.5級(jí)的地震后，朝野上下才“眾服其妙”。

一些科技史著作聲稱(chēng)，張衡制造的候風(fēng)地動(dòng)儀比西方第一臺(tái)地震儀(意大利人路吉·帕米里制造于1856年)早了1700多年。但是張衡發(fā)明的候風(fēng)地動(dòng)儀沒(méi)有能夠流傳下來(lái)，史書(shū)中對(duì)它的記錄僅見(jiàn)于西晉范曄所著的《后漢書(shū)·張衡傳》中短短的196個(gè)字，于是張衡的地動(dòng)儀成了千古不解的謎團(tuán)，我們今天看到的地動(dòng)儀是考古學(xué)家王振鐸多年考證研究后于1951年制作的仿制品。

那么，張衡發(fā)明的候風(fēng)地動(dòng)儀真的可以預(yù)測(cè)地震嗎?它的科學(xué)依據(jù)是什么呢?

首先，候風(fēng)地動(dòng)儀絕不是地震預(yù)測(cè)儀。它只有在地震發(fā)生之后才起作用，只不過(guò)能比驛卒更早地通知京城的人，古人于是就認(rèn)為它能夠預(yù)測(cè)地震。

其次，根據(jù)地震波的傳播機(jī)理，候風(fēng)地動(dòng)儀是不太可能做到“驗(yàn)之以事，合契若神”的。地震發(fā)生時(shí)，從震源會(huì)發(fā)出兩種波：一種是縱波(又稱(chēng)P波)，它引起的物體震動(dòng)方向和波的前進(jìn)方向一致；另一種叫橫波(S波)，它引起的物體震動(dòng)力向和波的前進(jìn)方向垂直?？v波的速度比橫波快，因此最先到達(dá)地面，形成地震波中的初波。據(jù)初波的震動(dòng)方向就可以知道震源方向。但初波非常微弱，因?yàn)樗皇菑恼鹪粗敝钡叵蛑卣鸩ń邮仗幍孛鎮(zhèn)鞑ザ鴣?lái)的P波，而這部分P波攜帶的能量只占地震波全部能量的一小部分。如果候風(fēng)地動(dòng)儀能敏感到對(duì)“第一哨”初波就做出響應(yīng)，那么有許多別的和地震無(wú)關(guān)的震動(dòng)，比如在它附近跺腳，便能引起它的反應(yīng)，從而讓人

誤把許多不是地震的震動(dòng)也當(dāng)成是地震。但如果要讓候風(fēng)地動(dòng)儀保持一定的“遲鈍”性，它又有可能無(wú)法“感覺(jué)”到地震的初波，直到之后的各種波陸續(xù)傳來(lái)時(shí)才被“驚醒”，可是這些遲來(lái)的波的震動(dòng)方向已經(jīng)完全不能代表震源的方向了。

更何況，記錄一次地震必須有三個(gè)要素：發(fā)震時(shí)刻、震中位置和震級(jí)(地震強(qiáng)度)。候風(fēng)地動(dòng)儀只能記錄震中方向。幾臺(tái)地動(dòng)儀“聯(lián)網(wǎng)”也可測(cè)出震中位置，但它卻無(wú)法記錄發(fā)震時(shí)刻，更無(wú)法記錄震級(jí)。因此，從現(xiàn)代地震學(xué)的角度來(lái)看，候風(fēng)地動(dòng)儀并不能預(yù)測(cè)地震，因?yàn)橹钡浆F(xiàn)在地震預(yù)測(cè)仍是全球性的難題。但是，據(jù)學(xué)者考證，張衡在當(dāng)時(shí)已經(jīng)利用了力學(xué)上的慣性原理，同時(shí)他對(duì)地震波的傳播和方向性也有所了解。所以在當(dāng)時(shí)落后的生產(chǎn)力條件下，這些成就在當(dāng)時(shí)來(lái)說(shuō)是十分了不起的，張衡的這一偉大發(fā)明確屬難能可貴，也足以奠定了他“科圣”的歷史地位。

那么，張衡為何能在當(dāng)時(shí)落后的條件下做出如此出色的科學(xué)成就?

這和他一貫堅(jiān)持唯物主義，反對(duì)唯心主義和迷信思想的個(gè)性是密不可分的。東漢初年，讖緯迷信已鬧得烏煙瘴氣，一般學(xué)者大談“讖緯圖錄”，鬼話連篇，借以謀求富貴。當(dāng)時(shí)地震頻發(fā)，人們對(duì)地震這種自然現(xiàn)象是無(wú)法理解的，于是只好將之歸為天意。如公元92年那次地震，在《后漢書(shū)五行志》中有一段，把地動(dòng)山搖之因歸咎于“竇太后攝政，兄竇憲專(zhuān)權(quán)，將以是受禍也”的記載。朝廷上的一些達(dá)官貴人認(rèn)為地震是天意，想知“龍王”動(dòng)向是癡心妄想，但張衡不相信這一套，他認(rèn)為地震是一種不受任何人旨意影響的自然現(xiàn)象，于是決心造儀器，用人的力量來(lái)測(cè)定地震。

公元133年，張衡特別上奏章揭露圖讖的虛妄，明確提出反對(duì)圖讖、禁絕圖讖的主張。充滿神學(xué)迷信內(nèi)容的讖緯是東漢王朝的國(guó)典，如果有人反對(duì)圖讖，也就等于說(shuō)反對(duì)漢朝的皇權(quán)，就會(huì)被統(tǒng)治者認(rèn)為是“非圣天法”，就會(huì)遭到壓制和迫害。在如此的社會(huì)背景之下，想革故出新，張衡的仕途順?biāo)靿?mèng)注定只能是空中樓閣。

張衡以科學(xué)上的成就而名垂史冊(cè)，但是他彼時(shí)的身份卻應(yīng)該是為民請(qǐng)命，為萬(wàn)世開(kāi)太平的一介官員，但他“聊朝隱乎柱史”，單單致力于科學(xué)這一“屠龍”末學(xué)，如此作為，張衡是不是真有點(diǎn)合本逐末、不務(wù)正業(yè)了呢?

其實(shí)，張衡“聊朝隱乎柱史”的真正目的還在于“且韞犢以待價(jià)”(《應(yīng)間》)，所以他在履職太史、潛心候風(fēng)地動(dòng)儀之時(shí)，仍不忘政治上的進(jìn)取。這期間他曾多次上書(shū)：做《應(yīng)間》的同時(shí)，即上《順帝封事》，永建五年(130年)上《陳事疏》；陽(yáng)嘉元年上《論貢舉疏》、《請(qǐng)禁絕圖讖疏》，二年上“京師地震對(duì)策》、《論舉考廉疏》。這些策疏大都言辭犀利，用語(yǔ)直率，有時(shí)甚至直接批評(píng)皇帝。大概是張衡這些切直無(wú)掩的疏諫終于使順帝發(fā)現(xiàn)了這個(gè)多年滯留史官的張衡頗具政治才能，于是將他提升為侍中，其職能是“掌侍左右，贊導(dǎo)眾事，顧問(wèn)應(yīng)對(duì)”，即做皇帝的高級(jí)顧問(wèn)。

有一次，順帝問(wèn)張衡，當(dāng)今天下人最痛恨的是誰(shuí)?宦官們怕張衡說(shuō)出自己，都用眼睛瞪著他，張衡只好“詭對(duì)而出”，但宦官“恐終其為患，遂共讒之”(《后漢書(shū)·張衡傳》)。這個(gè)事情對(duì)張衡震動(dòng)很大，也使他左右為難：任憑宦奸為非作歹卻只能緘默不語(yǔ)、志意相左；我行我素，又難免有危險(xiǎn)加身。

在這人生的十字路口，張衡需要求得心理平衡，找到繼續(xù)實(shí)現(xiàn)人生價(jià)值的途徑?！端夹x》就是他內(nèi)心從矛盾一平衡選擇再到新的平衡的真實(shí)展現(xiàn)。他在賦中既抨擊了“珍蕭艾于重笥兮，謂惠芷之不香”的反常世道，也抒發(fā)了“奮余榮而莫見(jiàn)兮，播余香而莫聞”的深沉浩嘆，同時(shí)也表現(xiàn)了“恫后辰而無(wú)及”這生不逢時(shí)的苦悶，而且還露出了“畏立辟以危身”的危懼心理。他希冀進(jìn)取，現(xiàn)實(shí)不允許；消極自沉，有悖于心志。痛苦至極，他曾想學(xué)仙遠(yuǎn)遁，然而強(qiáng)烈的人世精神又把他拉回現(xiàn)實(shí)。他也曾一度求之于命運(yùn)，但命運(yùn)只能幫人解脫，卻不能助人重振自我。然而，自我實(shí)現(xiàn)理想的執(zhí)著追求終于使他對(duì)傳統(tǒng)命運(yùn)觀進(jìn)行了積極的改造，從中找到了新的精神支柱。他認(rèn)為命運(yùn)雖然難知，但命運(yùn)卻統(tǒng)屬于天，惡有惡報(bào)，善有善報(bào)，只要自己處義行仁，必不會(huì)有災(zāi)禍加身。消極的宿命論在張衡那里變成了積極的有命論，“茍中情之端直兮，莫吾知而不恧”。他實(shí)現(xiàn)了新的心理平衡，決心“共夙昔而不貳兮，固終始之所服也”，以循道為務(wù)，決不向現(xiàn)實(shí)妥協(xié)，這成為他晚年立身處世的指導(dǎo)思想。

永和元年(136年)，張衡出任河間相。這時(shí)的河間王是章帝的孫子劉政，他驕奢無(wú)束，不遵典憲，且河南又多豪強(qiáng)，共為不軌，是個(gè)很難治理的地方。張衡所以被委任此相，可能是朝中權(quán)貴怕他留朝于己不利，企圖借此置張衡于死地。但是張衡已經(jīng)在心理上體認(rèn)到懲辦豪強(qiáng)上符天理，中遵典憲，下合人情，定會(huì)得到上天的福佑。因而他把這最后的從政理民當(dāng)作實(shí)現(xiàn)政治理想的大好時(shí)機(jī)，“衡下車(chē)，治威嚴(yán)，整法度，陰知奸黨名姓。一時(shí)收禽，上下肅然，稱(chēng)為政理”(《后漢書(shū)張衡傳》)，成為一個(gè)政治家。三年后他請(qǐng)求致仕，但未獲恩準(zhǔn)，被“征拜尚書(shū)”，當(dāng)年，這位62歲的老人壽終于任上。

帶著對(duì)仕途的疲憊，帶著對(duì)故土、對(duì)科學(xué)未完的眷戀，這位一生致力于科學(xué)研究的科學(xué)家走了，逝者如斯，留給我們的是他的科學(xué)精神，即不屈的追尋，追尋人對(duì)自然的超越和主宰，讓人類(lèi)從此不再受災(zāi)難牽連，讓世界從此太平安享。

編輯/趙雪梅