小學生在科技館瞭解地動儀模型知識。 圖/新華社
文 | 孫正凡
近日一則“張衡地動儀被歷史課本刪除”的新聞再度成為熱門話題，人教社曾回應，地動儀相關內容確實從初中七年級歷史教材上撤下，不過是改編進了小學道德與法治教材五年級上冊。然而科學史界主流觀點認為，以往關於張衡“地動儀”的宣傳並不科學，因而在無定論之前，從教材中刪除地動儀，也是秉持實事求是的科學態度。
地動儀歷史記錄太少，工作原理不清
多數報道都指出，以前中小學課本、郵票，包括中國地震學會標誌所使用“地動儀”圖像是出自科學史學者王振鐸在1950年代應當時要求設計製作的，他使用的“直立柱”模型已經被證偽。王振鐸製作一架模型放置在中國歷史博物館，在1976年唐山大地震時都沒有能夠“工作”。
其實關於張衡地動儀的存在和可能的工作方式，都來自於史書上幾百字的描述。最主要的來源是范曄《後漢書·張衡傳》裡196個字：
陽嘉元年，復造候風地動儀。以精銅鑄成，員徑八尺，合蓋隆起，形似酒尊，飾以篆文山龜鳥獸之形。中有都柱，傍行八道，施關發機。外有八龍，首銜銅丸，下有蟾蜍，張口承之。其牙機巧制，皆隱在尊中，覆蓋周密無際。如有地動，尊則振龍，機發吐丸，而蟾蜍銜之。振聲激揚，伺者因此覺知。雖一龍發機，而七首不動，尋其方面，乃知震之所在。驗之以事，合契若神。自書典所記，未之有也。嘗一龍機發而地不覺動，京師學者鹹怪其無徵。後數日驛至，果地震隴西，於是皆服其妙。自此以後，乃令史官記地動所從方起。
後來又在其他8部史書裡發現了關於地動儀的記載58個字。然而，對於地動儀的內部結構，依然僅僅有《張衡傳》裡“中有都柱，傍行八道，施關發機”，文字之含糊讓後人無法掌握它的工作原理。
目前尚無令學界滿意的復原結果
地動儀因為被現代地震學創始人米爾恩(Milne)、英國科技史專家李約瑟認為是人類在地震學領域的首創儀器因而得到廣泛重視，在一般的宣傳中更認為它“比歐洲人發明同類儀器早了一千七百多年”。因此從1875年日本學者服部一三嘗試復原地動儀以來，各國學者們已經提出了不下十種模型，可無一令科學史學界滿意。
直立柱模型
除了已經被否定的王振鐸“直立柱模型”之外，目前較為流行的另一版地動儀復原模型是中國地震局研究員馮銳提出懸垂擺原理。它雖在實驗室經受了人造地震的檢驗，但同樣不曾在真實的地震中派過實際用場。馮銳研究員本人在論文中也承認，他設計模型的基礎根據的是現代地震學原理。
上海交通大學科學史系的創建者、科學史學者江曉原教授指出，既無實物遺存，文獻記載又語焉不詳，在這樣的前提下想要復原地動儀，幾乎是不可能完成的任務。“無論復原模型遵循了哪一種原理，在196字記載中都找不到根據。這些復原模型都未在真實地震中發揮過監測作用，是否管用尚不得而知。更重要的是，即使管用，也不能證明這就是張衡當年的構造和原理。”
懸垂擺原理
中國科學技術大學李志超教授在2004年5月提出復原古器物三條標準：不脫離當時知識和工藝背景;性能滿足史料記錄的水平;對史料每個字都有交代。他對《張衡傳》文本的分析中進一步提出了質疑，文中的記載是非常含糊的“一龍機發”而不是“西龍機發”，這可能說明即使對於這次“隴西地震”，張衡的地動儀也並沒有在使者到來之前指出真實的方位。
展示中國古代科技創造，不必依賴地動儀
地動儀在歷史上曇花一現，令人著迷，又令人生疑。
張衡關於地震的認識，顯然也不可能脫離當時的思想背景，至少不可能比當時其他人高出太多，達到現代地震學的水平。有些科普文章裡說“張衡對地震波的傳播和方向性也一定有所瞭解”，這顯然是誇大其詞，因為現代地震學測定震源的方位和距離，也需要依靠地震網進行多點測量，才能算出結果。即便張衡地動儀能夠工作，也不可能通過放置在洛陽的一臺儀器測量地震方位——地震時物體的傾倒方向非常複雜，並不總是朝向地震波傳來的方向。
更有意思的是，在歷史文獻中保留至今的張衡奏摺《陽嘉二年京師地震對策》中，張衡也絲毫沒有談及他的地震儀，或者監測地震的技術，而是依據中國傳統“天人感應”的思想，認為地震是上天對於朝政昏亂降下的警示，朝廷上下應該“修政恐懼，則轉禍為福矣”。可見張衡對於地震的認識很可能與當時的文化水平一致，企圖用現代地震學知識去塑造“地動儀”，是一種錯誤的穿越。
過去對地動儀的重視，很大程度上是為了強調我們中國古代也有突出的科技貢獻。實際上，張衡本人的科學貢獻並不是地動儀，而是他記載了渾天說對天文現象的認識，還製作了重要天文儀器渾天儀。他是一位多才多藝的古代學者，是中國科學技術史上承上啟下的重要人物，有著突出的貢獻，也不可避免地受到時代的侷限。我們不能把他想象成一位現代科學家，把現代科學知識強加於他。
從王振鐸設計地動儀模型到如今，已經過去了六十多年，如今科學史界對於中國古代的發明創造有了更清醒的認識。在2017年出版的《中國三十大發明》中，就沒有列入地動儀。中華民族歷史上眾多的技術發明和科學發現，為人類文明進步做出了巨大貢獻，這正是我們樹立文化自信的堅實基礎。我們對歷史的認識越是清醒、對古代文明的理解越是客觀，這樣的文化自信也越有力量。
□ 孫正凡(天體物理博士)
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