我國(guó)東漢大科學(xué)家張衡

張衡（78—139），字平子。他是中國(guó)東漢時(shí)期偉大的天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家、發(fā)明家、地理學(xué)家、文學(xué)家。他發(fā)明了渾天儀、地動(dòng)儀，為中國(guó)天文學(xué)、機(jī)械技術(shù)、地震學(xué)的發(fā)展作出了杰出的貢獻(xiàn)。

張衡性情很謙虛、淡靜，雖聰明絕世而沒有驕尚的態(tài)度，但也不喜歡和俗人交接。永元年間，當(dāng)?shù)氐墓倮襞e他為孝廉，他不行。公府里征聘他，他也不就。大將軍鄧騭仰慕他的才名，屢次召他，他也沒有答應(yīng)。后來漢安帝聞他的名，拜為郎中，再遷為太史令。因?yàn)樗麩o意做官，所以好幾年都沒有升官。后來離了太史令職改尚書郎。到漢順帝即位，又為太史令。這時(shí)候也許有些人笑他本事不好，不會(huì)高升。所以他做了一篇《答難》來表明他的意志。沒多久，他又遷為侍中，和皇帝很親近。當(dāng)時(shí)政權(quán)完全在太監(jiān)手里，他于是上疏請(qǐng)“勿令刑德八柄不由天子”。他在皇帝跟前，也時(shí)常諷刺左右的人物。有一天，皇帝問他：“天下所痛恨的是什么人？”在旁的太監(jiān)們怕他說自己壞話，鼓起眼睛盯住他。他只得含糊應(yīng)答而出。那群太監(jiān)到底怕他為后患，于是時(shí)時(shí)在皇帝面前說他長(zhǎng)短。后來他外放做河間相，政績(jī)極好。做了3年，他上書告老求歸，征拜為尚書。這便是他在政界的履歷。

他本來是一位文學(xué)家。自少便有文學(xué)天才，做《兩京賦》，“精思傅會(huì)，十年乃成”。一生的精力大半都費(fèi)在文學(xué)上，著有詩(shī)、賦、銘、七言、《靈憲》《應(yīng)閒》 《七辯》《巡誥》《懸圖》等32篇，大部分現(xiàn)在還存。他也研究過經(jīng)學(xué)。少年時(shí)在太學(xué)——當(dāng)時(shí)的國(guó)立大學(xué)里念過書，并且“貫五經(jīng)，通六藝”。

在張衡那時(shí)代，像他一樣對(duì)于科學(xué)的貢獻(xiàn)是很不容易發(fā)生的。因?yàn)椋寒?dāng)時(shí)圖緯五行之說盛行，差不多沒有一門學(xué)問不被其盤踞。張衡雖服膺儒家的經(jīng)典，但是因?yàn)樗健皭u智之不博”，所以他對(duì)于儒者所以為藝成而下的學(xué)問，如天文、歷學(xué)、數(shù)學(xué)、機(jī)械等都盡力去研究。他對(duì)于當(dāng)時(shí)時(shí)髦的圖緯學(xué)極力反對(duì)。當(dāng)他做太史令的時(shí)候，嘗上疏請(qǐng)“收?qǐng)D諱一切禁絕之”;說圖緯是“一卷之書，互異數(shù)事”的，是“欺世罔俗”的。這件事在我們今日看來本無足奇，但是在他那時(shí)候，圖緯是帝王所祖述，儒者所爭(zhēng)學(xué)的。他竟能發(fā)生這大膽的反抗，我們不能不佩服他的勇氣。由此可見，他的治學(xué)精神和當(dāng)時(shí)的儒者完全是兩路的。

他在科學(xué)上的貢獻(xiàn)是什么呢？下面要分開來說。

天體說及對(duì)天象的新解釋

張衡是主張渾天說的。渾天說創(chuàng)于漢武帝時(shí)的落下閎。可惜落下閎的學(xué)說，現(xiàn)在沒有半個(gè)字可考。張衡說天體道：

渾天如雞子。天體圓如彈丸。地如雞子中黃，孤居于內(nèi)。天大而地小，天表里有水。天之包地，猶殼之裹黃。天地各乘氣而立，載水而浮。周天三百六十五度四分度之一，又中分之，則一百八十二度八分之五覆地上，一百八十二度八分之五繞地下。

這種解說，拿現(xiàn)在的眼光來看，淺薄極了。但是比之他以前的天體說，其進(jìn)步真不可以道里計(jì)了！他說“地如雞子中黃”是打破從前“天圓地方”的謬說。他說“地孤居于天內(nèi)”，“乘氣而立”是打破從前“天柱地維”的謬說。又他以為天是半覆地上，半繞地下，越發(fā)和近代的科學(xué)解釋有點(diǎn)接近了。最奇者：他說地是“載水而浮”，和古希臘哲學(xué)家、科學(xué)家推爾士（今譯泰勒斯）竟不約而同。

他說：“地如雞子中黃”，和希臘米利都學(xué)派（希臘最早的哲學(xué)學(xué)派）說“地在天之中心”也有點(diǎn)相似。他解釋月所以有光和圓缺的原故說：

夫日譬猶火，月譬猶水;火則外光，水則含景。故月光生于日之所照，魄（謂月虧也）生于日之所蔽;當(dāng)日則光盈，就日則光盡也。

又以為星之所以有光，也是這個(gè)道理。但是星的光是由月轉(zhuǎn)給它的。所以說：

眾星被耀，因水轉(zhuǎn)光。

星和月的光，既是由于日之直接的或間接的所照，為什么有的時(shí)候他們正“當(dāng)日之沖”卻會(huì)沒有光——即是交蝕呢？他解釋這點(diǎn)，說是因?yàn)椤氨斡诘亍?，所以說：

當(dāng)日之沖，光常不合者，蔽于地也。是謂暗虛，在星，星微;月過則食。

他在2000年前解釋月光、月的圓缺和交蝕等現(xiàn)象，和近代科學(xué)的解釋竟不爽毫厘。這不獨(dú)是張衡在科學(xué)史上的榮耀，也是我國(guó)在文化史上的榮耀呵！

雖是月假日光的道理，在張衡以前的古希臘科學(xué)家泰利斯也曾說過，但張衡對(duì)于月盈缺和交蝕的解釋，實(shí)非泰利斯所能夢(mèng)見。

歷學(xué)及渾天儀

張衡做過兩任太史令，歷學(xué)是他的職掌。他曾和當(dāng)時(shí)的歷家辯論過，又指摘西漢末年天文歷算家劉歆的《三統(tǒng)歷譜》的差謬。但他的歷學(xué)，大半祖述前人，沒有什么發(fā)明。他在我國(guó)歷象界的功勞完全在渾天儀的創(chuàng)造。

渾天儀是什么一件東西呢？《晉書·天文志》說：

張衡置渾象。具內(nèi)外規(guī)，南北極，黃赤道;列二十四氣、二十八宿、中外星官及日、月、五緯。以漏水轉(zhuǎn)之于殿上室內(nèi)。星中出沒與天相應(yīng)。因其闕（疑關(guān)字之訛）戾，又轉(zhuǎn)瑞輪蓂莢于階下，隨月盈虛，依歷開落。

《隋書·天文志》說：

……以四分為一度，周天一丈四尺六寸一分。亦于密室中，以漏水轉(zhuǎn)之。令聞之者閉戶而唱之，以告靈臺(tái)之觀天者。璇璣所加，某星始見，某星已中，某星今沒，皆如合符。

這件儀器是用銅制的。他在鑄造之先，曾用竹片、針等物做了一個(gè)小模型，名為“小渾”。他制造這模型的方法，現(xiàn)在輯本的《渾天儀》還有詳明的記載。我們還可以依他的方法重造一個(gè)。海內(nèi)的儀器制造家何不試試？

候風(fēng)地動(dòng)儀及其他機(jī)械之制造

張衡極精于機(jī)械之制造。他的渾天儀固然是他的天文學(xué)和歷學(xué)的結(jié)晶，也是他機(jī)械精巧的表現(xiàn)。此外他的機(jī)械制造還不止此。

陽嘉元年張衡造了一個(gè)測(cè)驗(yàn)地震的儀器，名“候風(fēng)地動(dòng)儀”，用精銅鑄成。圓徑八尺，上面有突起的蓋，形狀很像一個(gè)酒樽。上刻篆文、山龜、鳥獸等形狀來做裝飾。中間有一條主要的柱。旁邊有8處，可以施放機(jī)關(guān)。外面有8條龍，每龍口里含著一顆銅丸，下面有蟾蜍張口來接。機(jī)器隱在樽的里頭，覆蓋得很周密，沒有一些罅漏。如有地震，樽便受振動(dòng)，龍內(nèi)的機(jī)關(guān)發(fā)動(dòng)，把銅丸吐出，落在下面蟾蜍的口里。銅丸落下的時(shí)候發(fā)生很大的聲響，伺候的人便可曉得。地震時(shí)，只有一條龍的機(jī)關(guān)發(fā)放，其余的一些都不動(dòng)。尋那條龍所指的方向，便曉得地震所在。經(jīng)過事實(shí)的證明，是很應(yīng)驗(yàn)的。有一天，其中一條龍的機(jī)關(guān)發(fā)動(dòng)了，卻沒有覺得地震。于是京師的學(xué)者都怪他靠不住。過了幾天，驛站里的消息傳來，果然是隴西地震。眾人才服他的神妙。

這件儀器的確是科學(xué)界的一大創(chuàng)作?？上膬?nèi)容和他所根據(jù)的原理現(xiàn)在都不可考了。

他又曾制造過一架三輪自轉(zhuǎn)的機(jī)器，正史里雖然沒有記載，但他在《答難》里曾說： “參輪可使自轉(zhuǎn)?！笨上н@件機(jī)器現(xiàn)在也失傳了。

他又嘗制造一個(gè)土圭——測(cè)日影的儀器，但是正史也沒有記載。此外，他制造的儀器，正史里沒有記載的一定不少?？上КF(xiàn)在已無可考了。

張衡的圓周率

魏晉時(shí)期數(shù)學(xué)家劉徽《九章算術(shù)注·少?gòu)V》開立圓術(shù)（已知球體積求球直徑）里曾引張衡的方法。我們從這個(gè)方法里，可以推知他所發(fā)明的圓周率是π= ?。雖然比現(xiàn)在的密率過大，但入算很易。又《開元占經(jīng)》里載張衡的圓周率是π=92/29。這率比密率更大些，或者他的圓周率是從π=92/29改為π= ?，也未可定。但是他怎么樣得到這個(gè)結(jié)果，現(xiàn)在也不可考了。

π= ?的圓周率，印度波羅笈多在他的著作里也有記載。后二百年，亞剌伯的算書也用它，但是張衡還比他先500年至700年。

從上面所述看來，張衡在科學(xué)上的貢獻(xiàn)，真正不少。他不獨(dú)是我國(guó)科學(xué)上的偉大人物，他在世界科學(xué)史也有不朽的位置。

（摘自北京人民出版社《張衡》 ?作者：張蔭麟）