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第9章 杰出的汉代发明家张衡

张衡,字平子,南阳西鄂(今河南南阳县石桥镇)人。他是我国东汉时期伟大的天文学家,为我国天文学的发展作出了不可磨灭的贡献。与此同时,他在数学、地理、绘画和文学等方面,也表现出了非凡的才能和广博的学识。

张衡是东汉中期浑天说的代表人物之一,他指出月球本身并不发光,月光其实是日光的反射。他还正确地解释了月食的成因,并且认识到宇宙的无限性和行星运动的快慢与距离地球远近的关系。

张衡观测记录了两千五百颗恒星,创制了世界上第一架能比较准确地表演天象的漏水转浑天仪,第一架测试地震的仪器——候风地动仪,还制造出了指南车、自动记里鼓车、飞行数里的木鸟等等。

张衡共著有科学、哲学和文学著作三十二篇,其中天文著作有《灵宪》和《灵宪图》等。

为了纪念张衡的功绩,人们将月球背面的一环形山命名为“张衡环形山”,将小行星1802命名为“张衡小行星”。

20世纪中国著名文学家、历史学家郭沫若对张衡的评价是:“如此全面发展之人物,在世界史中亦所罕见,万祀千龄,令人景仰。”

公元78年(东汉章帝建初三年),张衡诞生在山清水秀、风景优美的石桥镇(今河南省南阳县城北五十里的地方)。他少年时期,由于父亲的早逝,家里生活相当清苦。贫困的生活,不仅没有影响他求知欲望,反而更加激发他刻苦忘我的学习。他十多岁的时候,就读了很多书,写一手好文章,当时很有名望。一天,一个地方官来劝诱张衡:“我看你才学出众,想推荐你去做‘孝廉博士子弟’怎么样?”十七岁的张衡,拒绝了地方官的推荐。他想:我绝不能成天呆在家乡读那些古文经传,更不能去追求做官发财,我要历尽千辛万苦到实践中去探求科学真理。于是,他收拾好行装,离开家乡,踏上了游览名都大城、访师求学、探索科学真理的征途。

公元94年,他首先来到关中观览西京(长安)名胜。他跋山涉水,往来游息于渭河平原上,观览了太华、终南间的风云景色、名山大川。他接触了关隘和城镇,考察关中的民间风俗习惯,土质和物产以及古代的遗迹,当代的事物,尤其是对长安城郊的宫阙规模、市井制度、远近商贾货财的集散、富豪、游侠、王侯的故事等等,都有较深切的认识。他积累了丰富的、新鲜的文学素材。他的不朽名篇《温泉赋》就是在游览的途中,在骊山脚下写出来的。

公元95年,十八岁的张衡,来到了喧闹的洛阳城。张衡在游学长安、洛阳期间,为了增长科学文化知识,他不辞辛苦,求师访友,结识了许多著名学者和优秀青年,有擅长辞赋文学、弹琴吹笛的音乐家马融;有谦虚勤朴名闻当世的贤士窦章;有学识渊博、潜研时务、有三十多篇政论名著的王符;有学习过天文、数学、历数等学问的崔瑗。这些有为的青年,对张衡都有很深的影响。特别是他和崔瑗友情较深,经常在一起研究问题,交换心得,结下浓厚友谊。后来张衡进一步研究天文、物理等科学,是受了崔瑗的影响。五年来的游学生活使张衡找到了科学的大门。

张衡摸到了科学的大门,于是更用功了。他读书认真刻苦,善于从古籍里吸取精华。从公元108年到111年,张衡一直在自己的家里夜以继日地专心进修学业。一天夜晚,已经是五更天了。月落星稀,即将破晓,张衡还在聚精会神地钻研着扬雄的《太玄经》,他看到书里面涉及好多有关天文、历法、数学的知识。他读着读着,发现这样一段话,第九篇称:“阈无谓之宇,辟宇谓之宙。日月往来,一寒一暑。律则成物,历则编时。律历交替,圣人以谋。”张衡顿觉心里豁然开朗。茫茫无际的宇宙在吸引着他,他开始对天文、数学、历法等科学理论的学习和研究。他一边忘我的读书,一边刻苦实践,制造科学仪器,对天文现象进行详细的观察和长期的测量。当时了解张衡的人,对他刻苦好学,坚韧不拔的毅力,很是佩服。他的朋友崔瑗曾称赞他的学习态度“如川之逝,不舍昼夜”。这对张衡是多么恰如其分的称赞啊!

而《二京赋》的写作,更是感人。公元97年,二十岁的张衡,根据长安洛阳游学时,从各方面搜集来的资料,开始了他的名著《二京赋》的写作。

一天天,一年年,一晃三年了,远离家乡的游学生活,使张衡十分窘困,不谋求一个职位,他已经无法生存,但他仍然坚持写作《二京赋》,从没有间断。恰巧,这个时候,有位黄门侍郎鲍德到南阳郡去做太守,邀请张衡去助理郡政,为了维持生活,为了学习和写作,张衡于公元100年应邀做了南阳的主簿官,这时他已经二十三岁了。张衡经过十年艰苦创作,写了又改,改了又写,不断补充,洋洋万言、内容丰富、辞藻瑰丽的《二京赋》终于在公元107年完成。《二京赋》文词里,表现了张衡横溢的才华和朴素的唯物论观点,斥责了大城市里统治阶级荒淫奢侈的生活,震动了当时的文坛。

公元119年(汉安帝元初六年)2月的一天,京师洛阳突然高温酷热,雷雨骤降,不大一会儿,上空出现了一道道灼亮的闪光,随之又有隆隆的响声,接着大地摇晃,天旋地转,山崩地裂,房屋倒塌,压死了无数黎民百姓。这是当时发生的一次大地震,京师洛阳和其他四十二个郡国地区,都或轻或重地遭到了地震的袭击。这年冬天,又发生了第二次大地震,地震范围波及八个郡国的地方。东汉时候,中国发生地震次数比较多,从公元92年以后,我国当时几乎连年发生地震。根据《后汉书》的记载,从公元96年到125年的30年中,就有23年发生过较大的地震。张衡一生遇到过好多次地震,据统计,从公元92年到139年间,京师洛阳和陇西共发生地震二十次,其中大约有六次是破坏性地震。当时人民群众对这些地震现象,由于缺少认识,怀着非常神秘和恐惧心理。张衡亲眼见到了地震给人民带来的灾难和痛苦,决心研究地震。他认为地震是可以预测可以认识的自然现象。于是苦心琢磨,下决心制造出一种能够用来观测地震的仪器,预防地震,解除人民的痛苦。

张衡当时在洛阳工作,对地震有不少亲身的感受和体验,积累了许多第一手资料。另外,公元115年(东汉安帝元初二年),他作了太史令(掌管天象学、历数学和传习学问的官职)后,使他更有条件进一步开展地震科研活动,地震发生后,上报都由他记录。为了掌握各地震情,他也更感到需要仪器来观测。这促使张衡常年累月孜孜不倦地研究这个问题。他特别注重从实践中学习提高,一面不断地翻阅前人留下的资料,一面又注意总结劳动人民的实践经验。他破除迷信,一连苦苦钻研了六年,这位五十五岁的科学家,终于研制成功了世界上第一台观测地震的仪器——地动仪。这是我国地震学系统研究的开端。地动仪是用青铜铸成的,圆柱有八尺,形状像个酒坛子,其表面装饰着各样篆文、山、龟、鸟兽等纹饰。顶上有凸起的盖子,周围铸有八个龙头,按照东、西、南、北、东北、东南、西北、西南八个方面排列着。每一个龙嘴里都衔着一粒小铜球,地上对准龙嘴,蹲着八个铜蛤蟆,昂着头,张着大嘴巴。仪器内部中间设有都柱(即中枢机械),柱的外边通着八条道,每条道上都有发动机关。哪个方向发生了地震,传来了地震的震波,哪个方向的龙嘴就张开吐出钢球,“当啷”一声落在铜蛤蟆的嘴里,看守的人听到响声,跑去一看,便立刻就知道地震发生的日期和地震的方向。

张衡在理论和实践上,都达到了当时最高的成就。他不断观察天象,摸索日月星辰运行的规律,用了七八年的功夫。经过无数次的研究、观察、测验,到公元117年,制造成功了世界上第一架自动的天文仪器——浑天仪。张衡担任太史令工作,先后两次,共计14年,他把研究的成果写成一本书,叫做《灵宪》,对天体星象、日月星辰的观测都有详细的分析和说明,并且画出了我国最早的星图。他的《灵宪》和浑天仪都是我国古代天文学方面极其重要的科学成就。尤其是浑天仪提供了极其优秀的观测天象的方法,对以后天文学的研究起到了很大的启发作用,为地动仪的发明,打下了良好的基础。

公元92年以后,连年发生大地震,经常发生大风灾。有一次,狂风大作,天昏地暗,飞沙走石,大风拔树三万多棵,对百姓生命财产造成很大威胁。张衡针对风灾,在发明地动仪的同时,还感到需要观测气象,创造一种风向计,防止风暴袭击,起到科学预报作用。他在五丈高的竿上,立起一只衔花的铜鸟,随风而转,可以看出风向,这就是候风仪,一般和地动仪混称为候风地动仪,又叫相风铜鸟。这和西方装置在屋顶上的候风鸡相似,不过,西方在12世纪时才有候风鸡的记载,比张衡的创造晚1000多年。候风地动仪的制造成功,是张衡的卓越成就。

张衡的发明创造并不是一帆风顺的,而是突破重重的阻力才得以实现的。地动仪研制成功的消息传开,洛阳城里的百姓都兴高采烈,奔走相告,可是无视科学的统治阶级,那些高官厚禄、养尊处优、不关心百姓生命财产的封建官僚们,为了麻痹人民,加强对农民的统治和剥削,却把自然灾害说成天意,极力炮制一种谶纬神学(谶纬是汉朝统治阶级向人民施行欺骗的一种极端荒诞迷信的东西,它在东汉时已成为皇帝崇信的重要国典之一),宣传迷信,由于张衡反对谶纬神学,因而朝廷对张衡恨之入骨。一次,几个谶纬神学的信奉者,恶毒攻击张衡,说:“你发明地动仪是‘屠龙之术’、‘雕虫小技’。”张衡愤怒地斥责他们:“你们这些虚伪之徒,歪曲历史。附和谶纬,献媚权贵,逢迎求荣,借以窃取个人利禄。”他们听了张衡切中要害的揭露,恼羞成怒,猖狂攻击:“你的候风地动仪算不了什么发明,没有大用,做水运浑象,徒劳无益!”张衡听了这些谬论,哈哈大笑,反击道:“你们这些不学无术的笨蛋,靠谶纬吃饭,是一伙守株待兔的歹徒!”张衡连夜奋笔疾书一篇《应间赋》,批驳这些流言蜚语,他毫不退缩,追求科学真理的信心反而增强了,决心在斗争中前进。

公元138年3月1日,地动仪上头朝西那条龙嘴里的铜球,突然“当啷”一声,落了下来,但洛阳城却十分平静,没有地震感觉,连酒杯里的酒都纹丝不动。于是,封建官僚们议论纷纷,认为攻击张衡的时机已到,他们狂吠张衡是吹牛,造谣说候风地动仪不准。可是.张衡却坚信说:“咱们等事实说话吧。”过了几天骑马送信的驿官,果然从千里以外的陇西,带来了甘肃兰州、临洮地区发生地震的消息,正是候风地动仪指示的方向,在铁的事实面前,那些封建官僚等反对的人,哑口无言!但在封建社会里,科学总是得不到应有的重视,这架仪器早已失传了,直到我国解放后,才把它复原出来。

不管反科学的封建统治阶级如何反对张衡的卓越发明,这一伟大发明的价值,却永远不能被泯灭。1800多年以前,张衡的地动仪,已能测出千里以外的地震,这是多么了不起的成就呀!地动仪里面摆的构造设计,可能在隋唐时期传到了波斯(今伊朗)和日本。

公元139年,这位年纪六十二岁的老科学家,怀着晚年政治生活中不满当朝统治的悲愤,在洛阳与世长辞。

河南石桥西南的鄂城寺,相传就是东汉时西鄂县城旧址,鄂城寺东侧的夏村寨,就是张衡旧宅所在地,现在叫作平子读书台,这一古迹说明了祖国人民对张衡的敬仰与纪念。

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