曾经作为联合国知识产权组织的重要展品-景泰蓝张衡地动仪被撤下

日内瓦知识产权大厅内的景泰蓝张衡地动仪模型

联合国知识产权组织是一个致力于促进使用和保护人类智力作品的国际组织，中国在1980年加入，当时中国政府赠送了一个用景泰蓝工艺制作的张衡地动仪模型，这个代表着古代科技最高水平的张衡地动仪模型被放在瑞士日内瓦联合国知识产权组织大厅内展览，同时被展览的还有代表着现代人类所能达到的最高科技水平——美国登月时带回来的一块石头。

景泰蓝作为国礼其实由来已久，在1793年大英帝国使节团来中国进行文化交流访问，使臣马格尔尼代表大英帝国将天文地理音乐钟献给了乾隆皇帝，乾隆回赠的就是一件宫廷景泰蓝花瓶。景泰蓝那精湛典雅的纹饰技巧，金碧交辉的迷人色泽，动人心弦的华美气韵，流光溢彩的艺术韵律和独树一帜的民族风格，让人念念不忘，因此才能成为国礼。

可是由于多位外国学者在学术期刊上多次发表文章质疑和批评张衡的地动仪并不能有效的验震，最终代表着古代科技最高水准的景泰蓝张衡地动仪模型被联合国知识产权组织于展厅内撤下。

下面我从张衡的经历，人品，志向来分析，他不可能做出一个无效的地动仪。

张衡通五经，贯六艺，尤善天文，阴阳，历算。

东汉时期属于地震多发期。那时的人们认为：地震是上天对失职官员的惩罚，因此每次大地震后常有官员被革职查办，甚至于皇帝要对自己下“罪已诏”减轻来自上天的震怒。

在这样的形势下，地动仪就应运而生了。张衡发明的地动仪并不是要预防地震，它的功能是使朝庭能（早于信使）及早得知国内发生了地震。

张衡地动仪

张衡在5岁的时候就对天上的星星产生了好奇心，他常常整晚的不睡觉去数天上的星星，可是他数了一年也没数清楚有几颗星星，因为他发现星星会移动，他的父亲对他说：“数星星不能一个一个的数，要一群一群的数。”随后指出哪一个是牛郎星，哪一个是织女星。还告诉张衡北斗星是天上的英雄，能给人指明方向。后来张衡和几个孩子去山上打柴，到天黑时迷路了，他就按照天空中北斗星的指向而找到了回家的路。

张衡在10岁的时候因为聪慧而被舅舅送到学馆去学习五经和赋，后来张衡逐渐对五经产生厌烦，开始非常关心农业生产，山河地势，商旅往来，他还广泛的阅览各种学派书籍，他主张学习不能死记硬背，强加灌输，要学习各派学识，相互比较，评论得失，才能得到真实的学问。

张衡所处东汉时期朝政日益腐败，豪强势力大肆兼并土地，百姓疾苦交加，张衡遂用10年时间写出了著名的《二京赋》：他批评统治阶级残害百姓，追求享乐，以奢侈为荣，他还要求统治者要关心百姓，提倡节俭，以缓和社会矛盾。

张衡在三十岁时开始精心研究西汉末年大文豪杨雄的《太玄经》，杨雄曾自信的评价自己所著《太玄经》：“太玄五千文，枝叶扶疏，独说数十万言，深者入黄泉，高者出苍天，大者含元气，细者入无间。”

《太玄经》由于内容繁杂，后世少有钻研者，张衡对知识要求博学多闻，遂对《太玄经》做了详细的研究和分析，从中接触到了前人的唯物论和无神论思想。启发了张衡对自然现象规律的追求和感悟。从此展开对天文，历法，算术等科学理论的学习。

他的算术著作《算罔论》还把《周髀算经》中圆周率的算法“径一周三”更加精确的算到了3.1632，得出了圆周率等于10的平方根的简便算法。

他的浑天仪制作的更是巧夺天工，震烁古今，后人因此称之为木圣

近代仿制的浑天仪

公元117年春天，张衡在灵台顶层造了一间小密室，把他的浑象放在里面，在密室顶端有一只龙形的漏壶，龙嘴里不停的吐水，冲动一只水轮，水轮带动一只小齿轮，小齿轮又联动其相连的齿轮，带动了浑象上的一根铜轴，经过一昼夜刚好能转动一圈。

浑象的主体是一只空心铜球，周长一丈四尺六寸一分，直径四尺六寸，球的外面有一个铜圈保护，铜圈上刻着度数，球上有相对两点，代表北极和南极，一根铜轴穿过两点。这个铜轴北高南低，与地面成36度交角。轴的北端指向天上的北极星。铜球上刻着二十八宿，中外星官，黄赤道，南北极，二十四节气，恒显圈，恒隐圈。并用一只木雕的架子套在球的中部，使铜球上面的一半露出来，下面一半遮住。

张衡制作的漏壶中带有标尺，尺上刻有十大格，一百小格，每小格称一刻。每刻14分24秒，漏完一百个小格就为一昼夜。现在的每刻15分钟中的刻就是据此而来。

张衡还指出月光是太阳光的反射，月食是地球遮住了阳光所致，他阐明了冬季夜长，夏季夜短，春分，秋分等历法的起因，他算得浑象转动一周天为三百六十五度又四分之一，与现在的地球绕太阳一周365天5小时48分46秒相差无几。

张衡为人从容淡静，品德高尚，一生无半句流言蜚语，死后获无数赞誉美言。

在张衡为官时曾有人劝他不要钻研那些难而无用的技术，应该“卑体屈己，美言。”以求多福，张衡回答：“君子不患位之不尊，而患徳之不崇，不耻禄之不伙，而耻知之不博。”这四句掷地有声的话语，表明了他不贪慕功名势力，而是追求高尚的品德情操，求索知识的渊博。

他的知己好友-东汉文学家崔瑗在其墓碑上题词：“数术穷天地，制作侔造化，于惟张君，资质懿丰，徳茂材羡，高明显荣，焉所不学，亦何不师，一物不知，实以为耻，包罗品类，禀授无形。”

西晋文学家夏侯湛为张衡题词：“奕奕张生，秉德淑清，研深综理，思俊才英，实掌天地，幽赞神明，冠曩兴美，倾汉流声，匪唯天象，亦垂人文。”

已故中国科学院院长，著名的文学家，史学家郭沫若先生曾为张衡墓碑题词：“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。”

可见身后的赞誉才是张衡一生为人的真实写照。如此一位品德高尚，知识渊博，精于算术，还擅长机械制造之人，怎么能做出一个不合格的东西向别人展示呢？况且古人对名誉看的比生命还重要，张衡如何肯不顾声誉去做造假之事，当真是无稽之谈。

在张衡去世之后，他的地动仪也随之神秘的消失了，在南宋史学家范晔的《后汉书-张衡传》里对地动仪有196个字的记载，现存的各种复原地动仪都是据此记载而造。

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，榜行八道，施关发机，外有八龙，首衔铜丸，下有蟾蜍，张口承之，其牙机巧制，皆引在尊中，覆盖周密无际，如有地动，尊则振龙，机发吐丸，而蟾蜍衔之，振声激扬，伺者因此觉知，虽一龙发机，而七首不动，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。

国外张衡地动仪能否准确验震而引起的一些风波

1882年，在日本工作的近代地震学之父英国人约翰·米尔恩也作了立柱验震的实验，但他却不能实验成功，因此他提出——张衡地动仪中只有采用悬摆来验震才可能成功。

继米尔恩之后，多国的地震学者也作了立柱验震的实验，但他们也无一能够成功。他们失败之处是：一、对很灵敏的立柱，他们根本就无法使它站住，他们发现那会比要站鸡蛋更难；二是，对不太灵敏而能勉强站住的立柱，在它的底板受轻震后，那立柱会各向乱倒而并不倒向应有的来震方向。他们都不能解释以上二个失败现象的原因，只好对之束手无策。于是他们就异口同声地说，立柱验震是不可能的！

从1969年起，国外刊物上就陆续出现了一些对张衡地动仪措辞严厉的责疑文章。在北京工作的奥地利学者雷立柏在他的中文书《张衡·科学与宗教》中写道：“许多汉语书中都赞扬了张衡地动仪。它能成为华夏科学创造力的模范和象征的原因，主要是因为他的地动仪被视为“国宝”和“国粹”。但张衡地动仪没有一个精确的理论伴随着它，因此地动仪更多地象征着中国人的想往而并不是代表一个完美的现象。它是华夏科学停滞特点的典型表现”。

国内复制张衡地动仪的一些风波

20世纪50年代由我国考古学家王振铎复制成功的张衡地动仪模型。在很长时间内被视为国宝，不但被印到历史教科书上，还发行了邮票，一直被国内外公认为是古代中国伟大的科技发明典范。

直立杆式地动仪

由于王振铎复原地动仪的时候，中柱采用了“直立杆”，当时王振铎曾经仔细的考量了“中有都柱”这四个字的含义，因为在古代的历史文献中“都柱”应该是一根立着的柱子，所以王振铎复制的地动仪模型也是直立杆式中柱。经过测试也是不能灵敏有效的验震。

悬垂摆式地动仪

地震专家冯锐在2005年也复制出了和国外相同理论的悬垂摆式地动仪，通过了验震测试，并且申请了专利，据此冯锐向教育部上书，要求改写历史教科书中的张衡地动仪。教育部因张衡地动仪有争论而把张衡和他的地动仪所有的教学内容，在2017年从七年级历史教材中全部删除。

方舟子在2010年12月15日在《中国青年报》刊登了《再说张衡地动仪是否管用》一文，他指出张衡地动仪的原理是从阴阳而出，并非指地震，因此还指张衡没有物理学和地震学知识，也没有做模拟实验的条件，甚至连实验思想都不会有，我们有什么理由信他制造出了管用的地动仪？

作为一个科普者，不了解历史，不做全面的研究，就做出如此不切实际的结论，着实是令人伤心和气愤，无论地动仪能否验震，也不能否定张衡辉煌灿烂的一生，他的各种发明创造以及超前的理念领先了西方一千多年是不争的事实。

只因复原后的地动仪不能成功验震就否定了张衡以及他的地动仪，这是非常不够自信的表现，能记录在史书中被后人广泛承认的文化遗产，我们必须要仔细认真的对待，不能被外人的一些否定而自己就先没了底气。

张衡为什么却能用立柱来成功验震呢？

中科院退休的资深天文仪器研究员胡宁生先生以从事精密天文仪器研制数十年的经验，在2013年只用了几个月就成功地实现了立柱验震。胡宁生通过实践，明白了张衡能成功地用立柱来验震的主要原因。

1、张衡有着出色的机械制造经验，他早就知道，在一个物体重心的正下方处去支撑那个物体，就能使那物体平衡不倒。这就意味着，对一根灵敏的立柱，它的重心如能调整到立柱着地面的正上方，那么那根立柱就应能站住。

立柱站住的首要条件

2、张衡凭他对精密机构的深刻认识，他应会想到，那个立柱的着地面应该是一个很小的精密面，而且为保证它不易损坏，这个着地面还必须由坚韧的材料（如兰宝石）制成。

3、立柱着地面下的支撑面也应该是一个精密加工过的硬平面。

4、以张衡他那洞察事物间相互作用关系的深邃眼光，他能知道会有二种方法来达到“立柱重心恰好位于其着地面正上方的这个要求”。

一是：由于一根立柱的本身和其着地面都不能做到对立柱中心线的绝对对称和同心，这就需要在立柱的外侧附加一些平衡重。去对立柱作“平衡调整”。

二是：立柱下的那个支撑平面必须要经过精细调平（置平）。因为歪的支撑平面会把立柱也带歪，如图2左边所示。

图2 立柱下的底平面必须调平

胡宁生在做立柱验震实验时，与前人同样遇到了“立柱会各向乱倒”的难题。但经过分析后，他（张衡也应该）发现，原来是立柱重心（沿重力方向）的投影点没有与立柱着地面的中心精确重合，而是偏到了某一位置（见图3）。

图3 立柱着地面内的立柱重心投影点

这样的立柱在受轻震后就极易倒向立柱的偏重方向A。这就解释了立柱为什么会乱倒的现象。因为前人做实验在每次重新站住立柱时，立柱的偏重方向就是各向随机乱放的，以致那样放的立柱以后就会各向乱倒。

以上情况意味着，我们必须将立柱重心投影点调整得与立柱着地面尽可能重合。这一高难度实验技巧并不是当代一般学者所具备的，但这种技巧却是张衡拥有的专长之一。

胡宁生制作的立柱实验

很遗憾，以前做过立柱实验的各国学者，他们都把立柱错当作一根普通柱子来对待，殊不知那验震立柱是一件需要高度认真对待的精密零件。那些学者只用粗糙的立柱又未对立柱作任何平衡，还根本未作对立柱下底板的调平，这就难怪他们都不能用立柱来验震了。

在立柱验震上，还发生过不少趣事，现只举如下一例。日本的关野雄在他1952年的一篇论文中说，一根高立柱当然越细越灵敏。这样，一根高约2米的立柱，如想把它的验震灵敏度做到比人的感震灵敏度还要高，那么这2米高的立柱的通体直径才区区2毫米。显然，这根细如铜丝的高立柱是绝对站不住的，因此，有人说他用力学原理证明了立柱验震是不可行的。

其实关野雄等人都未能想到一点：即立柱本身可以做得很粗，他只要把立柱下的着地面做得很小，那么，那根粗立柱就也能是很灵敏的。

目前张衡地动仪的景况是：

1、媒体已大量散布了张衡地动仪是不可能的言论，这还殃及到人们对中国古代技术成就的可信度；

2、各地展出的很多都是所谓张衡地动仪的摆式地动仪；但是缺乏有深度的定量分析和“悬摆柱”无法解释成史书记载的“都柱”二字的含义，

3、摆式地动仪的流行导致联合国某组织撤除了它展出的中国政府礼品——立柱式张衡地动仪模型；

4、有人写信给教育部长，要求把教科书中的张衡地动仪由立柱式改为摆式。最终导致在教科书中的张衡地动仪被整节删除。

从2013年起在中国科学院自然科学史研究所主持召开的张衡地动仪学术研讨会上，与会专家都认可了胡宁生对立柱验震原理和实验的证明。2016年11月中国科技史学会还为立柱验震的正确性专门召开了学术鉴定会，与会专家也都肯定了张衡地动仪应为立柱式并是可行的。

鉴于教科书中的张衡地动仪因有争议而被删除，但现在张衡地动仪已被胡宁生老先生证明是正确的，因而在教科书中的那节内容理当重新加入。但要怎样才能尽快达到为张衡地动仪正名也是对中国古代科技正名的崇高目的，请大家勇于发表己见。