张衡的地动仪,一直以来都是一个存在着很大的争议的东西,但其实很多时候的争议,其实是对于教科书上的地动仪的那张照片,原本在书中一直都存在,后来才被删掉。不过张衡的确发明过一种候风地动仪,可以监测地震,只是现如今没有办法完全还原出来而已。而就在历史上,这个候风地动仪曾经检测到陇西发生地震,我们一起来看看吧。
候风地动仪是世界上第一架测验地震的仪器。由中国东汉时期的科学家张衡发明于汉顺帝阳嘉元年(公元132年),《后汉书·张衡传》详细记载了张衡的这一发明。候风地动仪用精铜制作而成,员径八尺,汉八尺约合当今之一米八-九的样子,其外形像一个酒樽。地动仪里面有精巧的结构,主要为中间的都柱和它周围的八套牙机装置。
候风装置候风摆的周围与8组牙机机械装置之一部关相互靠近。此处为底座上的沟槽,叫八道。工作原理是侯风摆运动到关的位置触发牙机。就是记载的“施关发机”施读音易四声。再机发吐丸。在樽的外面相应地设置8个龙首,口含小铜丸,每个龙头下面都有一只蟾蜍张口向上。如果有地震被检测,都柱之内侯风摆则轻微摆动,此即可触发牙机。使相应的龙口张开,小铜珠即落入蟾蜍口中,由此便可知道地震发生的时间和方向。牙机的触发需求小到可以在地震波第一时间运作,称为合契若神。
牙机是由一对杠杆构成。水平杠杆负责龙口开合,直立的负责牙机触发。由于牙机立杆和侯风摆的位置关系,由关连接。关就是牙机立杆的一部分。关注道内水平状,几乎挨到侯风摆之上,距离之近不到一毫米。这是候风地动仪得以成功的关键。此外,张衡还设计了一套机械反馈装置,叫“巧制”。这套设计利用反馈的办法,阻止了候风部件的连续摆动。巧制设计比西方出现机械反馈设计早很多年。
2017年秋天投入使用的统编本初中历史教科书七年级上册中,原本关于张衡和候风地动仪的内容,已被完全删除。
虽然候风地动仪经常被作为我国古代科技的代表作,但遗憾的是,除了《后汉书》中196个字的文字记载外,没有任何旁证。现在大家广为流传的模型也是上世纪50年代由于展览的需要,考古学家王振铎根据文字加上自己的想象做出来的。随后,复制和证伪一直是人们热衷讨论的课题,其中比较有名的有冯锐、傅承义、李约瑟、黄佑军、宋力斌和方舟子等。
东汉时期,地震比较频繁,从公元96-125年的30年中,就曾发生了23次比较强烈的地震,震区有时大到几十个郡。 138年3月1日(汉永和三年二月初三日)突然地动仪朝向西北方向的钢球落了下来,掉进仪器下面的蟾蜍口里。可是,洛阳居民谁也没有感觉到地震。几天后,陇西(今甘肃)驿者日夜奔驰来京师,报告陇西地震,二郡山崩(震级约为6.5级)。陇西正好在洛阳的西北方向。 此事消除了人们的怀疑,并称他的候风地动仪“验之以事,合契若神”。
陇西地震这次地震是由个别专家演绎出来的,发震日定为阳嘉三年十一月十一日(134年12月13日),地点定在陇西汉阳(今甘肃天水),震级7级。陇西地震是张衡地动仪的惟一测震实例,亦是检验地动仪复原模型是否合理的一个关键性判据。但长期以来,一直被误作公元138年2月28日的金城-陇西地震,因与史料矛盾而被国内外的研究所否定。
复杂难度
都柱的尺寸推想为高一丈、直径二尺,这可与总体协调。都柱与尊一样,都有足够的重量,这样才可以从地震获取充足的能量,不愁“施关发机”所必需的力不够大。另外,尊的巨大质量能起到屏蔽作用,减少都柱受到的干扰,防止误报。地动仪的全部“牙机巧制”则装设在都柱及其座脚上,这样符合“都”字本义。铜尊是一个带盖的大桶,尊的侧壁上对称地设八个圆孔,孔的直径略小于铜丸,孔外饰以龙首,孔即为龙的喉,喉外为龙舌,舌有浅窝以置铜丸,铜丸靠在喉孔上,既不会掉入尊内,又把喉孔盖紧了。龙首和龙体都只是装饰浮雕。一旦地震,都柱与尊发生相对位移,“施关发机”,龙机将铜丸推出,落入蟾蜍口中,起到报警作用。为了改善蟾蜍的声学效应,还可以考虑在蟾蜍腹内另设响器,如方响之类,这可以更接近原文所描述的“振声激扬”的效果。原文中提到的“牙机巧制”,李志超将其复原为两级放大杠杆。而所谓“关”,则被设计成分立横棒,一端顶紧前级杠杆的输入端,一端顶紧尊的上沿。“关”的作用在于当都柱与尊发生相对位移时触发放大杠杆。
为了与原文“龙机”的说法一致,李志超把推动铜丸的杠杆设计成龙形,让它的下面有两条腿(图上没有表示出来,因为是在垂直图画方向上重叠着的)站在转轴上,尾巴横折又上翘,构成受控的牙。它的上身有两只“手”,是执行自锁功能的。设置自锁机构的目的是为了实现原文所说的“虽一龙发机而七首不动”。李志超称该机构为龙锁。其结构如图3所示,是一个悬吊水平环,该环用八条垂直细钩吊在尊沿上,又用八条水平细钩牵着都柱,所以只能作小角度转动,但足够自由。环上有16个小立柱,每一对小立柱对着一龙的双“手”,龙“手”是装在龙体前的一对爪,爪是有斜缝的掌面,在向前运动时嵌入龙锁小柱,并拨动龙锁转一个小角度,于是其余七对小柱与对应的龙爪偏离,就把它们闭锁住了。在整复时,落丸龙“手”被推复位,也把龙锁带动复位。
科学发明
它比欧洲出现地震仪的时间要早一千五百年左右。但由于实物的失传以及原始文献记载的简略,使得今人对其内部结构有不同的理解,这是正常的。但无论如何,张衡的地动仪具有很高的灵敏度,这是大家一致的意见。在此基础上,通过精心的分析考证、广泛的学术讨论以及合理的模拟实验,这个问题一定能够得到解决。
结构模型
关于地动仪的结构,目前流行的有两个版本:王振铎模型(1951年),即“都柱”是一个类似倒置酒瓶状的圆柱体,控制龙口的机关在“都柱”周围。这一种模型已被基本否定。另一种模型由地震局冯锐(2005年)提出,即“都柱”是悬垂摆,摆下方有一个小球,球位于“米”字形滑道交汇处(即《后汉书·张衡传》中所说的“关”),地震时,“都柱”拨动小球,小球击发控制龙口的机关,使龙口张开。另外,冯锐模型还把蛤蟆由面向樽体改为背向樽体并充当仪器的脚(见上图)。该模型经模拟测试,结果与历史记载吻合。
这两个模型的基本理论都是错误的。张衡地动仪的工作原理是以古代“候气”的理论,即“葭灰占律”的方式,所以称为“候风地动仪”。张衡地动仪的工作原理不能用现代知识去诠释,更不能只关注它的尊体。 “都”即固定,是针对远古逐水草而居所言,“都柱”即固定的柱,用来感受来自地下的地震波,张衡用“候气”的原理把这种“波”定义为“风”,所以称它为“候风地动仪”。“候”,如果是读过包括《后汉书律历志》在内的古代文献,完全能够理解“候”在这里的含义。 其具体制作方法和工作原理是:在选定的位置深埋入地一根大柱,像远古人们建房时的草房的中心柱,这个柱子用来感应来自地层的地震波。为了避免地面环境对“都柱”的影响,在适当的深度把柱周围掏空,或者先掘土井,然后将大柱埋入压实,距离地面相当距离使柱体与井壁分离,避免来自地面影响对“都柱”的干扰。柱顶收缩为一个有凹面或空心管的顶端。顶端凹面或空心管上置一铜球,铜球直径和顶端凹面或空心管直径可以根据灵敏度需要制定,这就克服了“倒立柱”制作中摩擦系数的难题。都柱顶端放置铜球,犹如旗杆顶端的装饰圆球。在“都柱”开始收缩处,按东、南、西、北、东南、西北、西南、东北八个方向伸出八条轨道。当埋入地下的“都柱”感受到地震波在地层中传播时,会使都柱产生相应的位移。都柱受力位移,位于都柱顶端的铜球中心偏离重心,向力量来源相反方向脱落,都柱四旁八条伸向不同方向的轨道之一承接并导引向相应方位,触动龙口机关,龙口所含铜珠吐出,从而判定地震来源方向。
说到张飞很多人都在说他还是比较厉害的,但是相对于其它武将来说一般般了,但是如果真正了解张飞的人会知道,历史上真实的张飞可不这样的,那么真正历史上的张飞到底实力如何?是不是被轻视了?下面我们一起来详细看看吧。
◆宋引章历史原型是谁?真实的宋引章是怎么样的? ◆逢蒙是谁?他是谁的徒弟?是个什么样的人? ◆大羿和后羿是不是一个人?他们之间有什么关系? ◆女娲是被谁杀了?女娲是怎么死的? ◆拿破仑和希特勒的区别是什么?本质方面最近很多人都在问这个爆米花的事情,因为很多人应该知道的,那就是宋朝其实就有了爆米花的,那么这个宋朝的爆米花是用什么做的呢?然后又是用来做什么的呢?相关的问题很多人问了,下面一起来简单的分析看看吧。
◆历史上被抹去的朝代盘点 ◆元朝汉人60岁必须死是真的吗?有历史依据吗? ◆兵马俑的来历故事 ◆明朝那些事儿歪曲历史汇总 ◆朱高炽不死朱瞻基必定被废说法成立吗?其实在西游记中,孙悟空本身的形象是被美化过的。孙悟空从灵石中蹦出,原本应该是展现出最原生态的一面,但是在西游记中淡化了这点,所以说孙悟空的真身到底是什么样子的呢?总结孙悟空的一生可以说是有五个身份,从最自然的状态直到取完西经后成佛,当然这都是一个成长的过程,只是最初的状态据说也是相当恐怖,如果孙悟空是妖怪出身的话估计也是一个非常棘手的存在了。
◆三星堆龟背形网格状器有何作用 ◆朱元璋为何喜欢朱允炆 ◆朱瞻基为什么要弑父?这样的说法有真实性么? ◆河豚鱼计划是真的吗?是什么意思? ◆明朝真的有骨气吗?是最有骨气的王朝吗?丰岛海战是清朝历史上很重要的一次海战了,当时话说也打得非常的激烈,那么丰岛海战都有哪些重要人物呢?牺牲的人又有哪些呢?下面一起来看看具体的一个情况吧。
◆顿巴斯地区为什么那么难打?为什么非打不可? ◆亚速钢铁厂有多难打?看看地下工事剖面图全明白了 ◆俄罗斯车臣特种部队厉害吗?从历史上的车臣战争就知道了 ◆车臣战争有多恐怖?看看这组数据就知道了 ◆车臣相当于中国的什么?无法类比但是可以从古代史上找到答案说到古代人对一个地方的喜爱用什么来表达,其实很简单的那就是诗句了,今天就给大家来盘点盘点江西这个地方中国历史上有哪些大诗人都用诗句写过,感兴趣的可以一起来看看了。
◆救风尘讲的是什么故事 ◆救风尘是悲剧吗 ◆梦华录是根据什么改编的?关汉卿的元杂剧大家了解下 ◆君子慎独,卑以自牧的意思是什么?如何理解? ◆伐冰之家不畜牛羊是什么意思?怎么理解?说到这个玄奘法师还是有太多的争议了,那么真正历史上的玄奘法师是怎么样的呢?相关的问题还是很多人问的,下面我们一起来看看。
◆元朝一共有几个皇帝?分别都是谁? ◆怎么理解元朝统治下汉人妇女太惨这个说法 ◆元朝到底有多黑暗?这些历史信息可知一二 ◆元朝根本不属于中国历史的说法对吗? ◆元朝灭亡后蒙古人去哪了最近很多人对土耳其和伊拉克的战事又吸引了,很多人要问了,这两家又为什么要打起来呢?这个问题还是比较有意思的,也还是值得探讨的,毕竟国外的一些历史我们还是狩猎比较少的,今天我们就来简单的学学吧。
◆2008年格鲁吉亚事件始末 军事冲突背后又有很多故事 ◆格鲁吉亚人为什么歧视中国人?看他们总统的身份就知道了 ◆南奥塞梯地理位置在哪?人口和面积介绍 ◆南奥塞梯现在归谁?属于哪个国家? ◆美国最无能的五位总统分别是谁?话说这5个人不会被美国历史遗忘说到收藏很多人的第一感觉就是难度高,入不了门,其实还是有很多的方法可寻的,下面是一篇关于囊中羞涩如果玩收藏的文章,感兴趣的可以一起看看。
◆崖柏香味有毒吗? ◆莫桑钻和钻石的价格有区别吗? ◆金丝铁线是指什么? ◆榴石到底是什么宝石 ◆1角钱硬币价值多少钱?哪一种最有收藏价值最近很多人想知道这个中国各个朝代的时间表,那么这个表具体是怎么样的呢?具体时间是怎么回事呢?下面我们一起来详细的分析看看吧,感兴趣的别错过了呀。
◆大禹治水的精神和启示 ◆夸父逐日反映了什么精神?说明了什么道理? ◆夸父逐日的作者是谁?是谁写的? ◆夸父追日神话故事内容 ◆夸父逐日的寓意的什么?常用来比喻什么?说起美国,相信大家都不陌生。虽然这个国家的历史只有200多年,但是这个国家就像一个青春洋溢的青年,非常有活力,在短短的100多年里发展成为世界上最强大的国家。据说清末的时候,美国城市已经很现代化了。真的是这样吗?接下来我们一起来看看清末同期美国城市的照片。
◆中世纪的黑死病爆发的原因真的是因为老鼠吗?罪魁祸首是谁? ◆希特勒的娃娃兵 ◆二战各国领导人童年照片 ◆南非种族隔离图片 ◆半米长的蜈蚣图片