地震仪-中国的第五大发明

     一直说中國的四大发明：造纸术，指南针、火药、印剧术。
     作為从事地震工作的技术人员，要强调指出，地震仪是中国人的第五大发明—东汉时张衡发明的“地动仪”就是最早的地震仪。比西方人做出同类原理的地震仪早了1700年！

    现在世界各国使用的地震仪都用摆作地面运动的参考，可称為“摆式地震仪”；或称“位移地震仪”，因為测的是地面的位移或位移对时间的导数。摆式地震仪能观测到已发生的地震，但并不能预报地震发生。

张衡“地动仪”也以摆為参考物，利用悬垂摆的惯性，由地震传來地震波推动，机械机构将龙口所衔铜丸吐落，发声告知发生了地震。但张衡“地动仪”没有地震预报功能。

    文献记载：“阳嘉元年，复造候风地动仪，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，旁行八道，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，皆隐在尊中，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，寻其方向，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。”
     显然，张衡為测知地震发生发明的地动仪，达到了观测地震发生的效果。在1700年前能够在人没有感觉时测到地震发生无疑是一项重大的科学发明。

    中国四大发明的说法，源自英国汉学家李约瑟。张衡发明的地动仪没有列入其中，很大原因与战乱频繁，地动仪原件丢失，没有出土文物有关。

新中国成立后，中华民族走上伟大复兴之路。国家博物馆王振铎先生知道历史和文化对民族复兴的意义。他不是地震学家，仍对中华民族伟大发明张衡“地动仪”的复原给于高度重视。他于1951年设计的复原模型，成为国内外普遍宣传的张衡地动仪的范型，但并不是出土文物。

王振铎先生根据历史文献记录进行的复原工作主要侧重于外形，没有在震动台做过模拟测试。

                         

图1    国家博物馆王振铎先生于1951年复原的张衡地动仪模型

这个模型复原后，被国内外专家认为是中国古代最伟大的发明。但是由于复原的地动仪在各国学者的验震中都没有成功，从上世纪开始，美、日等国地震界权威都开始质疑中国的张衡地动仪。奥地利人雷立伯甚至发文称：中国人对张衡是种崇拜和信仰，并不科学。古人智慧不会太领先，也创造不出能检测地震的地动仪。

从1969年起，各国就对张衡地动仪提出了质疑和批评，错误认为对张衡地动仪的迷恋，导致了华夏科学的停滞。

对失传的张衡地动仪是否具有监测地震作用的怀疑和造成的不良影响引起了关注,上层领导指出：“地动仪是中国古代科技的典范，要组织专家作些研究，把工作的原理直观展演出来，充分发挥文物启迪智慧、普及历史科学知识、开展爱国主义教育的重要作用。让群众通过仿真实物感受到祖国历史上的科技成就，增强人们的民族自豪感”。

地震局系统和文物局系统提出了研究科学复原张衡地动仪的研究工作。

2004年7月，在国家博物馆推动下，国家文物局和中国地震局牵头，成立了以中国地震局地球物理研究所冯锐任课题组长的“张衡地动仪科学复原研究”课题组。项目进行期间，来自9个科研单位的35位多学科专家，本着“原理正确、结构合理、设计有据、逼近历史”的原则，同时从历史学、考古学、地震学、机械学、试验学和美术学六个方面开展研究。

新的复原模型采用了悬挂摆原理，内部结构和外部设计严格尊重史料记载和出土文物特征，为此将王振铎先生复原模型的散放蟾蜍改为器足、圆壶状外形还原为汉代酒樽状等。

新复原模型在震动台做过严格的模拟测试，具有测震功能。

图2    2008年复原的张衡地动仪模型

2005年4月，新的复原模型通过了国家文物局组织的专家鉴定（鉴定委员：中国科学院滕吉文院士任主任、国家文物局孙机研究员任副主任，中国社会科学院考古所卢兆荫研究员、河南省文物考古所孙新民所长、中国地震局地球所高孟潭副所长、河南博物院张文军院长等）。验收意见认为：“新地动仪模型对实际地震事件具有良好反应，迈出了从概念模型到科学仪器复原的关键性一步。对外型进行重新设计是合理的。新的研究突破了古代科学仪器复原的传统模式，是一次重大的跨越”。

2008年，中央电视台以及国务院新闻办公室进行了采访报道。台湾9·21地震科学教育园区三次来访接洽购买新模型（民进党上台后取消了此计划），日本、英美电视台来华拍摄了专题电视节目并广泛放映，欧盟发明家协会在法国和比利时的展览中展出了青铜的新模型，来访的台湾气象和地震学家也带回了青铜的新模型做宣传。

2011年法国邮政部门发行纪念张衡地动仪的邮票，选用2008年定型的新模型，邮票上注明了张衡是中国的科学家，发明了世界上第一台地震仪器。2015年，香港邮政署发行纪念张衡的邮票选用新的地动仪复原模型，并发行首日封1枚。

张衡地动仪的科学复原，达到了“让群众通过仿真实物感受到祖国历史上的科技成就，增强人们的民族自豪感”的重要作用。

2006年以来，教育部一直与课题组负责人保持着密切联系，关注工作进展。2011年初，教育部部长袁贵仁指示：把新地动仪复原模型引入教科书。

2020年启用的小学课本《科学（六年级下册）》中专辟了地震常识一章，以更大的篇幅和图片介绍了新的科学复原模型。（图3）。

图3    2020年人教版课本《科学》关于地动仪的介绍

2010年，来中国“科技打假”的方舟子在中国青年报发表《张衡的地动仪管用吗？》和《再说张衡的地动仪是否管用》的文章，散布“张衡地动仪是假的、是个无用的艺术品摆设、是编造的故事、被教育部门欺骗40年”等混淆视听的谬论，在社会上闹起轩然大波。文章传到美国，负面影响不断扩大。

2010年12月6日，《人民日报》总编辑室发表文章“地动仪惹了谁”加以反驳。2011年1月3日，《科学时报》以一个整版的篇幅刊登了冯锐文章“地动仪的历史真实和科学价值”，澄清事实真相、批驳方舟子谬论。随着各报刊的宣传教育，事态才平息。

张衡地动仪作为世界科学史上的重大发明，国际上对其进行严格考核，作出科学评价是必然的。

在中美博弈中，散布“张衡地动仪不科学”，“中国对科学发展没有贡献”等，抹黑中国历史，让国人失去民族自豪感。对此，中国科学家必须站出来卫护。

张衡地动仪事件的发生，从另一方面看，是中国地震科学家没有走在历史学家前面，早些做好科学复原张衡地动仪所致。

愿中国科技界从中吸取教训。