地动仪,是我国东汉科学家张衡于公元132年发明的用于预测地震方位的科学装置;是世界上第一台预测地震的科学仪器,欧洲直至公元1856年才造出此类仪器,领先世界整整1700年。关于张衡的地动仪我们大多数人在小学课本上就有了解,但大多人一直不解的是它真的有那么神奇吗?它用什么原理来预测地震的呢?
东汉科学家--张衡
由于我们距离张衡发明地动仪已过去将近2000年的时光,张衡制造的地动仪并没有实物保留下来,关于地动仪的记载只有南朝范晔《后汉书》、晋朝袁宏《后汉纪-顺帝纪》、西晋司马彪《续汉书》中有寥寥数百字的记载,我们目前所看到的地动仪样品也是科学家根据史书记载所复原的,地动仪当初的模样我们已无从知晓。所以人们对于地动仪能否准确预测地震也是众说纷纭,甚至持怀疑态度。
张衡研究地动仪
地动仪的复原工作在历史上一直未曾停止, 北齐的信都芳和隋朝的临孝恭都曾复原过地动仪,还专门有著作介绍,但都没有保留下来,当代也有许多科学家和民间人士一直尝试地动仪的复原工作和原理研究,我们现在所看到的地动仪“标准形象”是1951年王振铎先生复原的,后来一直作为标准形象陈列于中国历史博物馆(后改称中国国家博物馆)。
关于地动仪的预测原理,也是当今科学家所研究的重点,据考证,张衡在当时已经掌握了力学上的惯性原理,各种史书关于地动仪原理的记载中都提到一个名词“都柱”;
【晋】袁宏(328年-376年)的《后汉纪·顺帝纪》记载候风地动仪:
"衡作地动仪,以铜为器,圆径八尺,形似酒樽,合盖充隆,饰以山龟鸟兽。樽中有都柱,傍行八道,施关发机;外有八方兆龙,首衔铜丸,蟾蜍承之。其牙机巧制,皆隐樽中。
根据王振铎模型,“都柱”是一个类似于类似倒置酒瓶状的圆柱体,立于仪器中央,控制各方向龙口的机关都与“都柱”相连,但近年来研究成果表明王振铎模型有很大局限性,基本被推翻。另外一种说法是国家地震局冯锐于2005年提出的“悬垂摆原理”,即“都柱”是一个悬垂摆,摆下方有一个小球,地震时小球摆动击发龙口装置。这是目前科学界普遍认可的一种原理模型。目前国家已经成立“张衡地动仪科学复原”课题小组,对地动仪的科学价值做进一步的研究考证。
最新复原的地动仪悬垂摆原理图
据史书记载当时真的成功预测出一起地震的方位,中科院科学家的权威说法根据记载复原的地动仪是可以预测地震方位和波动的。不论张衡当时所制造的地动仪是否有那么神奇,到目前为止我们可以得出的结论是张衡在当时已经掌握了力学惯性原理,这在当时已经是一个很了不起的成就了,我们后来的复原其实就是一个再创新的过程,总之张衡在那个年代对地震科学的探索已经为我们打开了一扇大门,而且遥遥领先同时期其他国家。对于那个年代的科学探索我们应当辩证的、理性地的看待,地动仪没有今天的地震观测网那么复杂,没有想象中那么神奇,但并不说明它是没有科学依据的,相反张衡带给我们的科学探索精神是我们先祖留给我们最大的财富。
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