张衡地动仪为什么被历史教科书除名?究竟是什么地方出错了?

侯风地动仪应该是大家熟悉的著名古代科学成就之一,因为在教科书中就有一副侯风地动仪的配图,并且有一段侯风地动仪精确预测地震的描述,所以一直以来,我们对古人的智慧简直佩服得五体投地!

但2018年的一条新闻却让大家实在有些尴尬,因为我们已经膜拜了半个多世纪的侯风地动仪,居然早已在教科书被删除,一时间流言四起,让它当年的发明者张衡即刻沦为了骗子的行列,事实果真是这样吗?

地动仪无法预测唐山大地震

侯风地动仪是东汉张衡所发明,是世界上最早的地震仪,后汉书中记载,该仪器制造后放置于洛阳,曾预测到有地震发生,官员上报之后在京师周围并无地震,但数日后八百里快马来报,陇西(甘肃南部)地区发生地震,众官员无不佩服!

比较可惜的是现代侯风地动仪并不张衡所研制的,而是考古学家王振铎根据后汉书中的196个字,花了5年时间,结合地震理论,在1951年时成功复制出了地动仪!

王振铎

1972年2月尼克松总统访华时曾参观侯风地动仪,对此赞不绝口!但比较郁闷的是在1976年唐山大地震时,侯风地动仪居然啥事情的都没发生,这让地动仪的有效性和技术受到了广泛质疑,日、美、荷、奥等国地震学家都发表一系列的论文,认为它存在巨大的原理缺陷!判定它的灵敏度,还不如人直接去感受。

更令人尴尬的是,1988年地动仪在日本奈良展出时,有学者对灵敏度提出了质疑,而现场解说人员并不知道如何验证,只能用木棍捅了捅铜球,让它落入了蟾蜍口中,结果闹出大笑话!

所以,张衡是个骗子?

既然地动仪无法“预测”地震,那么张衡就是个骗子,这并没有冤枉张衡,不是吗?但后汉书中明明白白的记载着,张衡的地动仪确实预测了甘肃南部的地震!

《后汉书·张衡列传》对地动仪的描述:
  阳嘉元年,夏造候风地动仪。以精铜铸成,员径八尺,合盖隆起,形似酒尊,饰以篆文山龟鸟兽之形。中有都柱,傍行八道,施关发机......寻其方面,乃知震之所在。验之以事,合契若神。自书典所记,未之有也。尝一龙机发而地不觉动,京师学者咸怪其无征,后数日驿至,果地震陇西,于是皆服其妙。自此以后,乃令史官记地动所从方起。

这里有几个可能,不是《后汉书·张衡列传》所载有误就是就是王振铎错误理解,最后导致了复制品就是一个废物!两者哪个可能性比较大?个人认为两者都有可能,但后者可能性更大,因为张衡制造的地动仪毁于战乱!在南北朝与隋朝也有文献记载了“候风地动仪”的详细结构,但很可惜在唐代也不知所踪!

因为准确的说,张衡的地动仪在理论上是可行的,这个地震已并非是“预测”而是监测,地震后比八百里加急更快获知到地震的信息,这是因为地震波的传播速度远远快于快马

地震波分为纵波和横波,传播速度因介质不同而略有差异,纵波速度大致范围为5.5~7千米/秒,横波速度大致范围为3.2~4.0千米/秒。

所以只要能将破坏力大、影响范围广的横波检测出来并产生动作,那么地动仪即可准确复原,或者说至少具有监测的实际意义,2008年,中国地震局地球物理研究所的冯锐在中国物理学会主办的《物理》期刊上发表了题为“Science brings back Zhang Heng’s seismometer to life”的论文。

以“悬垂摆技术”代替了原来王振铎五十年前复制地动仪的技术,准确度上完胜王振铎的地动仪,并且经受住了实验室的检测,以各种震动方式检测时,王锐的理论制造的地动仪只对地震能产生的破坏性横波产生反应,而其它震动则无动于衷!

不过有意思的是王锐的新版地动仪被方舟子打假,认为它在2008年的512大地震中毫无反应,王锐同样是一个骗子!而王锐则解释道,这个模型从理论与实验中都成功解决了地震监测的问题,但要监测实际地震,那么距离震级与震源深度等等都密切相关,总不能让仅仅在原理上通过设备无限制的上纲上线要求它能监测地球上所有地震,即使现代地震检测,也是通过一系列地震监测网来实现的!

当然这个机械式监测的新版地动仪,也并不太具备实际价值,但至少有一点可以证明,张衡并不是一个骗子,他是一个实实在在的科学家!