地动仪由东汉时期天文学家张衡发明,张衡所处的东汉时代,地震比较频繁。张衡对地震有不少亲身体验,为了掌握全国地震动态,他经过长年研究,终于在阳嘉元年(公元132年)发明了候风地动仪,这也是世界上的第一架地动仪。
汉顺帝阳嘉三年十一月东汉科学家张衡壬寅(公元134年12月13日),地动仪的一个龙机突然发动,吐出了铜球,掉进了那个蟾蜍的嘴里。当时在京师(洛阳)的人们却丝毫没有感觉到地震的迹象,于是有人开始议论纷纷,责怪地动仪不灵验。没过几天,陇西(今甘肃省天水地区)有人快马来报,证实那里前几天确实发生了地震,于是人们开始对张衡的高超技术极为信服。陇西距洛阳有一千多里,地动仪标示无误,说明它的测震灵敏度是比较高的。
后汉书记载为“员径八尺”。“员径八尺”是有不同的解释的。一段时期的主流解释说:“员是通假字。员径实际上是圆径。就是今天说的圆的直径。”尽管这种解释相当流行,但是,在考古发现放置候风地动仪的房基只有九尺宽以后,人们已经不再认为地动仪是一个庞然大物了。
其中,王振铎所复原地动仪采用了“直立杆”的原理:中间有个直立的杆子,地震时的震动会令其倾倒,然后触动某一个方向的开关。这个原理非常简单,跟人们在家里地板上倒立一个啤酒瓶报告地震是一个道理。
然而,“直立杆”实验结果显示一是方向没准;二是不能筛选出地震的震动。“直立杆”结构早在18世纪就已经被严格的地震学计算、实验室试验和地震检验所淘汰,它根本就不具有可行性。而且,国内外学术界早就发现了王振铎模型的致命错误,自1969年后学术界发表了一系列的批评文章,地震学、考古学、历史学的严肃学术刊物和科学论著从不引用这个模型。
中国地震学奠基人傅承义院士曾在1976年当面告诉王振铎先生,确定其设计有致命错误。那么,既然张衡的地动仪原理彻底推翻了,为什么它依然在课本上坚挺地存在着呢?2003年10月,在中共中央政治局常委李长春的指示下,冯锐研究员牵头组织了9个单位的地震学家、历史学家、考古学家、自动化学家、美术家的专题研究组,经过5年的研究,设计出了一个新的复原模型。
随后,地震研究员冯锐研采用了“悬垂摆”原理,简单地说,“直立杆”相当于倒立的啤酒瓶,而“悬垂摆”相当于家里的吊灯。“悬垂摆”对人们的脚步和打夯等垂直震动不敏感,对地震的横向波动敏感,它的抗扰性能更好,在验震方面比“直立杆”更科学。
但是至今没有任何的报道,真假依然让人疑惑。然而一千多年前的张衡,他不可能懂地震横波和纵波等科学概念,不可能懂“倒立摆”“悬垂摆”等科学原理,这样一来,他的地动仪更值得考证了。