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张衡发明的地动仪,在一定程度上预测地震的原理是什么? <#21---->

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从小学教材上撤下张衡地动仪是合理的,符合科学的。

古人习惯上说“上知天文,下知地理”,张衡是一位伟大的天文学家,既然史书上也记载了张衡“地动仪”,所以我们就觉得应该是存在过,而且验证过的。实践嘛,这不是实践吗?可是,这真未必。理由有三:一是,范晔《后汉书》关于地动仪的记载是孤证,不见于其他材料佐证。地动仪没有历史发展过程,出现得太突兀,极有可能只是一个传说。二是,张衡本人著述存者不少,如今又有学者集成了张衡的文集,然而文献之中并不支持张衡做过地动(地震)研究;相反,张衡著述里可以看出他对地动并没有超出当时水平的认识。第三,从现在我们对地震之震动认识来说,《后汉书》所载装置,是无法证明地震方向的,(当然,更不要说预报了),因为地震波有p波(上下震动),s波(横波),建筑、物体倒塌方向跟地震波传来的方向关系并不是唯一的。

这有点像我们今天看科学家们一样,对于大多数人来说,还是要问专业方面的问题,而不能认为“科学家”就应该懂所有的问题。比如就我来说,我觉得很多问题我可以知道,或者经过搜索、查询资料之后可以懂一些。刚刚有个朋友问我,青藏高原在地壳运动里的方向是什么样的,我本来不知道,然而搜索一下,结果第一条出来的就是一篇直接相关的论文,于是我就知道了“青藏高原在地壳结构里向北东方向移动”。可是你要是问我量子纠缠究竟是怎么实现的?虽然我本科学物理,然而我必须承认我没有看懂关于实现纠缠这部分的说明。

张衡懂很多学问,天文做得很好,当官也是个能干的官儿(所以并不得意)。然而对于地动,他所知可能并不比当时其他人更多,至少在他著述里并没有体现出来。他的奏章里涉及到地震消息。

对于张衡来说,他关于天文学有很多成就,我们了解的浑天说文字描述主要出于他之手。当然,浑天说并不是他首先提出的,在他之前扬雄(西蜀扬子云)就是从盖天转而相信浑天的,扬雄认为是“落下闳营之,鲜于妄人度之,耿中丞象之,几乎!几乎!莫之能违也。”也就是说,浑天说在西汉武帝时就有了。浑天仪象在张衡之前也有了。

张衡制作了非常精巧的浑天仪,用水力推动,可以相当精确地模拟周天运行。比如唐代李淳风著《隋书·天文志》时记载:

大家注意到没,这里也提到了“地动仪”,可是就如我们之前说的,同样“上知天文下知地理中间还能算未来”的李淳风,竟然也没有给出关于地动仪的更多信息。

地震的测量,无论是方位还是震级,都是非常严格的定量工作。而且必须排除假信号。你在家里跳一跳,邻居家地面的震动就可能比远方地震造成的震动还要强烈。所以地震信息不仅仅是知道震动方向就行了。更何况张衡地动仪也并不能感知方向。墙外有匹马跑过你也报告,跟千里之外地震报告,不是同等紧急的。

所以如果要制造地动仪,张衡必须要解决如何排除假信号的问题,这就是涉及到了对地震究竟是什么,地震波究竟是什么样的基础理解;而这些理解又离不开文艺复兴以来对地理学、物理学、地质学等学科进展。张衡时代是不具备这些条件的。



总结一下(也见我其他的回答,和 奥卡姆剃刀等人的回答)

张衡地动仪不符合我们对地震的科学认识,从原理上来说不可能实现,更不可能像史书上说的一样验证。还也不符合张衡时代对地震的认识,张衡本人是从政治角度去解读地震的(见张衡文集)。

有人说,不符合现在的科学认识,是否可能张衡的认识更加高明呢?那就更不可能了。你看看穿越文,哪一位挟带“更高明认识”的穿越者过去之后不是改天换地的,不是造枪造炮,就是开疆拓土。张衡所有论著里面,没有表明他具有超越时代背景的“更高明”认识,即便是天文学知识,当时普遍的错误认识在他的著述里仍然存在。

我们当然承认张衡是一位优秀的天文学家,对于天文学认识是有突破的,但这种突破依然是建立在时代背景上的进步,而不是横空出世的、令人震惊的认识。实际上,从亚里士多德到伽利略,从牛顿到爱因斯坦,我们都可以把握他们学术思想的进步脉络。对于张衡的天文学认识也是如此。

对于张衡的地动仪,从原理、历史、背景各方面,都不符合我们对于历史发展的认识。因此,在缺少进一步证据的情况下,我们只能遗憾地认为张衡的地动仪可能只是一个传说。(比如可能是他设计的天文仪器被人误会了?这只是猜测了。)

古人很多有记载的发明创造都被流传了下来,有的至今还在发挥着不可替代的重要作用。

张衡发明的地动仪在《后汉书·张衡传》中只有196个字关于地动仪的大概构造和在洛阳检测到千里之外的甘肃陇西地震的记载,没有画图,现世也没有流传下来的样板。我们今天看到的张衡地动仪只是现代人们根据出土古书中那196个字的记载而复原的,由于失传,张衡地动仪到底什么样谁也不知道。

由于迄今为止对张衡地动仪的史料记载只有那196个字,而且这个地动仪不是用来预测地震的,只是感知震后大概地域方位的地动仪。也就是说,地震发生后,根据张衡地动仪的感知指示,大概知道哪个方位发生了地震,具体是哪儿并不能指明,关于震中、震级那就更不能感知和指示了。

张衡地动仪的发明其实是震灾发生后的方位指示仪,并不是现在越传越神的地震预测仪。如果真能预测地震,肯定也不至于只有不到200字的文献记载,且更不可能失传。

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