編者按
張衡是我國古代著名科學家。張衡所發明的地動儀早已失傳，上世紀50年代所嘗試復原的地動儀模型並不成功，因此近年來這受到了一些人的質疑乃至否定。受此影響，現在的中學歷史教科書正文中已不再提到張衡。我們究竟應該如何看待張衡和他的科學貢獻？現在的歷史教科書中對他的忽略是否恰當？
要數在世界科學史上的巨星，東漢的張衡（字平子，公元78-139年）是極其耀眼的一顆。與古希臘托勒密、阿基米德等科學家相比，他在科學上的地位一點也不遜色。他的好友崔瑗評價他是“道德漫流，文章雲浮，數術窮天地，製作侔造化，奇技偉藝，磊落煥炳。”今人郭沫若稱譽他是“如此全面發展之人物，在世界史上亦所罕見。”張衡在科學上貢獻，成就於他的時代，也超越了他的時代。
圖1. 張衡（78-139），字平子，南陽西鄂人（圖源：著名畫家蔣兆和）
地動儀的爭論
說到張衡，最引人關注，也是引起爭論最多的，就是他創制的“候風地動儀”。近年來對張衡地動儀的無端懷疑，加上網路媒體上各種對地動儀復原的不正確報導的推波助瀾，導致在中學課本正文中刪去了張衡的名字。這是對張衡乃至對中國古代科學的重大誤讀。
關於張衡地動儀，《後漢書》中有明確的記載。可總是有一些“疑古”學者，認為歷史記載不可靠，甚至是造假，他們因為自己復原不出來地動儀就認為張衡也沒有做出來過。這不是極度的“現代科學主義”自負，就是“歷史虛無主義”的無知。
張衡地動儀的關鍵構件“都柱”，就是簡單的立柱。人們往往以為這樣靈敏的柱子根本立不起來，立起來了也會因為各種輕微的干擾而傾倒，而且是“亂倒”，於是就下結論說張衡的地動儀不可能觀測地震。這好像很符合常識，所以使人輕信。但常識畢竟還是常識，不是科學。對地動儀立柱的科學實驗，不僅證明立柱可以立起來，而且不會亂倒，“立柱驗證”完全可行。
前中國科學院南京天文儀器研製中心天文儀器研究員，著名天文儀器專家胡寧生先生，在88歲的高齡，自費製作模型，親自動手實驗，分析力學上的細節，證明張衡地動儀“立柱模型”科學可靠，復原了張衡地動儀的科學原理。這樣的研究成果，在當今“疑古”的時尚中，竟然得不到應有的關注。好在他的研究成果2020年己經在《中國科技史雜誌》上正式發表。胡寧生先生以他多年從事天文儀器研究而獲得的機械力學經驗，以嚴肅科學的態度，證明張衡地動儀不是“神話”，而是歷史上的科學的真實。
圖2. 張衡地動儀復原示意圖（圖源：胡寧生）
張衡地動儀也不侷限於是一種技術上的發明，它的背後是科學的思維、細緻的觀察和務實的科學應用。
首先，張衡認為地震是地下陰氣受逼引起迸發而造成的，而“氣之動”即為“風”，這是張衡把它的地動儀叫做“候風”地動儀的原因。
其次，張衡地動儀所用的動物形象具有象徵意義，即龍象徵風，蟾蜍象徵地下的陰氣，但同時也當是基於對地震現象的觀察。我們知道，地震發生之前，蟾蜍這樣的生活在地下的動物往往先有警覺而做出異常的行為。張衡對這些現象肯定是有所觀察的，這就是地動儀用蟾蜍承接銅丸的原因。今人評價張衡，有時受“後見之明”的影響，認為張衡研究“候氣”、“風角”是搞“迷信”，殊不知這在張衡的時代，正是科學思維的邏輯。而張衡在研究“風角”的同時，又明確有反對“圖讖”之類的迷信，可見在張衡的思想裡，理性的探索與非理性的迷信的界限還是明確的。
最後，地震在古代被認為是重大的災異，在漢代董仲舒構建的“天人合一”災異論說中，像地震這樣的災異自然要受到重視，因為這是國家治理的一部分。據《後漢書》記載，從公元96年到125年的30年中，就有23年發生過較大的地震。張衡地動儀的發明，正是滿足了當時社會政治的需求，從中可以看到張衡這樣的科學家的的社會責任感。
張衡在科學方面的成就
秦漢時代是中國古代科學典範的形成時期，之前具體性的科學經驗，經以陰陽五行理論為基礎的宇宙觀的整合，擺脫了神話巫術的束縛，成為理論與觀察相結合的理性探索。張衡在天文學方面的成就，是漢代天文學發展的寫照。
漢以前的天文學的歷史可謂久矣，但是隻是到了漢武帝時期，透過“太初改歷”，使古代天文學具備了“正規化”，使天文曆法成為一種數字化的宇宙模型，不僅包括了對日月五星的運動的推算，而且包括了對人類社會歷史變遷的研究，用司馬遷的話說是“究天人之際，通古今之變”的大學問。太初改歷過程中的天文觀測、宇宙論之爭和理論構建，正是張衡在天文學上創新發明的時代背景。
關於恆星，司馬遷說“唐都分天部”，他在《史記·天官書》中，綜述了漢代的星空，把星空描述為“天人對應”的體系，與古希臘的星座體系形成鮮明的對比。
東漢的張衡無疑是秉承了這個傳統。他在《靈憲》中寫道：“星也者，體生於地，精成於天，列居錯跱，各有逌屬。在野象物，在朝象官，在人象事，於是備矣。”天上的星星，就是地上事物的宣氣，天地在本質上是對應的。張衡所定的星官體系，是超越了《天官書》的。《天官書》描寫80多個星官，800多顆恆星。而《靈憲》說：“中外之官，常明者百有二十四，可名者三百二十，為星二千五百大大，而海人之佔未存焉。”所謂“海人之佔”，很可能是指中原地區不可見而在南海地區可見的南天恆星。
圖3. 漢代星圖（圖源：西漢交通大學漢墓）
關於行星運動，《太初曆》（即《三統曆》）以對行星週期性執行的觀測為基礎，建立了行星運動的計算模型。《三統曆》已經把金星和水星與火星、火星和土星區分開來，採取不同的數字模型，張衡則在《靈憲》中對這兩類行星做了進一步區分，認為前者“附於月”，後者“附於日”，相當於現代天文學中對“內地行星”與“外地行星”的區分。張衡還進一步認識到，行星運運的快慢與其在天上的高度（也就是離開地的距離）有關，即所謂“近天則遲，遠天則速”，這也是符合行星運動實際情況的科學論斷。
張衡《靈憲》中還提出了關於月食成因的理論。他的月食理論，打破了之前的“月照天下，食於蟾蜍”的神話說話，採用自然主義的陰陽理論來進行解釋，提出了“暗虛”的理論：“月光生於日之所照，魄生於日之所蔽，當日則光盈，就日則光盡也。眾星被耀，因水轉光。當日之衝，光常不合者，蔽於地也。是謂暗虛。在星星微，月過則食。”即月食是由日光因地遮蔽而形成的“暗虛”造成的。這是對月食成因的科學解釋。
在天文宇宙論方面，張衡更是當時先進的“渾天說”的代表。關於宇宙論的“渾蓋之爭”，在西漢時期就已開始。西漢思想家揚雄就經歷了從支援“蓋天說”到支援“渾天說”的思想轉變，寫出了著名的“難蓋天八事”，從天文觀測和哲學思辨的角度，指出的“蓋天說”的不可信和“渾天說”的優越性。而關於渾天說，他說，“或問渾天。曰：落下閎營之，鮮于妄人度之，耿壽昌象之。”這說明在太初改歷的時候，從民間招募上來的天文學家落下閎就已經使用基於渾天說的天文儀器—渾儀來進行天文測量了。張衡則對渾天說進行了高度的概括，他在《渾天儀注》中說，“渾天如雞子，地如雞子中黃”，形象地描述了渾天說的模型，與現代天文學的天球相當。
神話、巫術也是古代人們認識世界的方式，其中也不乏類似於科學幻想的成份。秦漢時代，古代的思維可以說是經歷了從神話到自然主義科學的轉變。神話傳說堯帝時生長一種叫做“蓂莢”的植物，初一生長一葉，初二生長一葉，直到十五共生長十五葉，之後就一天落一葉，直到三十落完。
圖4. 神話中的“蓂莢”（圖源：漢畫像石）
張衡正是從這樣的神話中獲得了靈感，創制了他稱之為“瑞輪蓂莢”的“自動化日曆”。照著同樣的思路，他還創制了水運渾天儀象，開創了中國古代製造水運自動化天文儀象的傳統。這一傳統在唐宋時期得到進一步的發展，直到北宋的蘇頌製造出集天文觀測、演示和報時系統為一體的自動化天文臺而達到頂峰，李約瑟稱之為“世界上最早的天文鐘”。張衡把神話的想象變成了科學的現實。
圖5. 張衡水運渾象及自日曆復原（圖源：中國歷史博物館）
張衡在科學上的成就還有很多，比如在數學上對圓周率和球的體積都有研究，這裡限於篇幅，不再細述。最後要說的是，張衡不僅是偉大的科學家，也是偉大的文學家和思想家。他的《四愁詩》，開創了中國古代“七言詩”的新風；他的《二京賦》《南都賦》，以一種包舉宇內的氣度，描寫了帝鄉的山川河流、物產礦藏、手工農業、民俗風情等，具有極強的文化感染力；他的《思玄賦》，更是一部星空的暢想曲，把天上星星的秩序與人間社會的秩序融為一體。沒有博大的人文情懷，張衡不可能寫出這樣的詩賦。而他的這種人文思想，恰恰構成了他的科學思想的基礎。“道德漫流，文章雲浮”，正是張衡博大人文精神的恰當評價。
張衡是中國古代科學的座標。世人只有充分認識張衡，才能充分認識中國古代的科學，才能從中那裡獲得科學原創力的啟發。世人從事科學研究，當以張衡為典範。
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作者簡介：孫小淳，中國科學院大學人文學院教授。
文稿編輯：趙宇豪
來源： 光明網
