宝鸡科技青年于安君破译出张衡候风地动仪

    百度贴吧张衡吧
　　
　　不做‖哪来的爱
　　
　　迄今对张衡地动仪的教学仅限于范晔《后汉书·张衡传》中的196个字，并按照王振铎先生（1912年—1992年）1951年的复原模型（简称传统模型）及其观点进行着惟一性的解释，这种状况已经持续了半个多世纪。随着研究工作的深入和国际交流的扩大，限于当时条件所制作的模型已经显现出不足，这种近于僵化、过时的教学内容和观点日渐显现出它的片面性和失误，负面的社会影响已经出现。如何及时更新教学知识，把更为严谨和科学的内容、观点引入课堂，正确地宣传地震常识，让我们的后代正确理解地动仪的知识，已经提到日程上。
　　
　　张衡地动仪是人类历史上的第一架地震仪器，发明于公元132年，失传的时间不超过公元418年。万幸的是，史料对地动仪有过明确记载，使张衡利用惯性测震的思想和某些设计技术得以流传。今天公众所看到的地动仪，都是后人设计的复原模型，用以表达研究者对原物的某种理解和逼近，它会随着资料的丰富和研究的深化而改变。建国初期提出的传统模型——一个啤酒桶状的樽体、八条倒立的飞龙、四面环绕蟾蜍的造型，在宣传中国文化和开展国际交流方面起过积极的作用，还被大量做成工艺美术品，但是从严格的地震学上讲，它却是不能成立的。因为地动仪是地震学的一种专业仪器——验震器，复原设计并不具有完全的自由创作性。复原模型需要也必须同时具备两种基本功能：对非地震的干扰振动不反应，只对地震引起的特殊地面运动才有稳定的反应。也就是说，它在宏观上需要具备自动地区分出地震和非地震的能力，否则“复原文物”所蕴含的科学价值和社会影响就会丧失，甚至起到负面作用。恰恰在这个关键之点，包括中国历史博物馆的原件在内的无数地动仪传统模型，没有一件具有验震器的功能，都是只能观看不能工作的摆设。把地动仪复原成了报警器而不是验震器，成了传统模型的致命性错误。对这个尴尬的现实，几十年的课堂教学如何给圆的场，可能没人说得清。
　　
　　其实，学术界很早就发现了传统模型的原理性错误以及其它的偏谬。王振铎先生对传统模型的解释文章迟至1963年才发表。很快，即从1969年以后，中国、日本、美国、荷兰和奥地利等国的学术界便发表了一系列的严肃批评文章，其中还包括国内外著名的科学院院士傅承仪、李善邦、（英）李约瑟、（美）博尔特等人的批评与否定。为此，国内外学术界一直在试图用新的原理、结构与造型替代它，迄今共提出了8个替代模型试图解决矛盾，只是这些研究依然处于概念模型阶段，公众未予注意。最近，在中国地震台网中心和河南博物院的努力下，经过2002～2005年的持续研究，终于建立了新的地动仪复原模型，第一次实现了验震的功能，重现了对陇西历史地震的反应，取得了从概念模型到科学模型转变的关键性突破，这个模型在2005年4月已经通过了专家鉴定和国家验收，并在河南博物馆和北京海淀安全教育馆正式对外展出。看来，教育工有必要了解近几十年间科学研究的新进展，更新教学的内容和观点，从一个更高的层面上阐述地动仪的科学问题。
　　
　　本文从背景情况、需要更新的内容和辅助材料三方面做了简要介绍，并附有一份基本知识问卷。感兴趣的读者可以阅读文后所附的专业论文。
　　
　　1．背景情况
　　
　　1.1失传的仪器只能用复原模型表征，模型是不断改进的，教学内容也要随之更新。
　　
　　为了重现失传的仪器，人们只能根据古书记载用复原模型来表征，模型仅仅是对原创的一个理解和逼近，绝非真物。研究者不同，复原模型的原理、结构和外型也就不同，不存在千古不变的极终结论和惟一不二的模型。此外，随着研究的不断深入和前进，复原模型也在不断的改进，王振铎先生自己就有过原理相反的两种模型（1936年和1951年的模型），新的模型会更加合理、科学和贴近历史，以淘汰那些相形见绌的早期成果。人们正是在这个不断深化的过程中追索着历史的原貌，揭示着古典文化的无穷魅力。在张衡地动仪的复原研究上，历史上曾经有过各种模型，如1875年服部一三（日本），1883年Milne（英国），1917年吕彦直，1936年王振铎，1937年萩原尊礼和今村明恒（日本），1951年王振铎，1978年Bolt（美国），1980年李善邦，1983年Sleeswyk（荷兰），1991年王湔，1994年李志超，1998年梁绍军、张玉峰，1999年黄浩华，2004年杜希贤等模型。我们于2005年所完成的新模型，第一次实现了验震功能,是百年来复原研究的重大跨越。
　　
　　用变化的发展的观点来认识地动仪的复原研究，才更符合实际。当模型出现了重大变化时，教学内容和观点也应随之更新。
　　
　　1.2王振铎的模型是早期研究结果，存在严重失误和负面影响。
　　
　　目前中小学课本采用的模型是王振铎39岁时设计的（图1），这个模型尽管极其流行并在科普读物中大量介绍，但是历史学、考古学和地震学的严肃学术论文中却从没有一篇正面引用它，专业人员只是把它视为一个概念性的艺术造型，始终没有从严格的科学意义上把它作为地震仪器来接受和肯定过。对这个模型存在的问题，应有一个基本的了解：
　　
　　(a)
　　
　　(b)【图1王振铎1951年设计的复原模型（即目前最流行的传统模型）,a.外部造型；b.内部结构。
　　
　　1．工作原理错误。
　　
　　传统模型把一根细细的直立杆简单地竖立在中央，错误地称之为“无定向倒立摆”，试图根据它的倾倒来测震并确定地震方向，这无异于倒立啤酒瓶的报警器。其实，这个原理并不是王振铎首创的，本是日本人萩原尊礼（T.Hagihara,1908年-1999年）和今村明恒（A.Imamura,1870年-1947年）于1937年提出、又被他们自己的实践所否定过的东西。直立杆结构在物理上属于不稳定平衡，结构上没有能产生恢复力矩的弹簧等结构，因此与稳定平衡的悬垂摆和倒立摆完全不同。直立杆倾倒方向的随机性、运动行为的不可重复性、对波动作用的低灵敏反应等等物理属性，决定了它只能做报警器，不能做验震器。这是地震学的理论计算、实际观测、实验室试验早就给出过的明确的、不容质疑的结论。正是因为存在这一致命性的错误，导致该模型的结构、反应都不能符合史料记载。仅以灵敏度为例，直立杆必须越细越高才会越灵敏，也就是它的（高度/直径）比值必须很大，这就背离了史料“都柱”一词粗大敦厚的原始含义。严格的试验表明，当高径比提高到50以上时，直立杆基本上无法竖立。传统模型的高径比为40：1，不仅极难竖立，其灵敏度比人的感觉还要低。欲达到史料所述的对陇西地震的“一龙机发，而地不觉动”的灵敏度，直立杆的高径比至少要达到1225：1，相当于传统模型中2米多高的细棍，其直径必须细到1.5毫米，这显然不具有物理的可行性。事实上，在全国各地的无以计数的传统模型里，直立杆从来都是个不能竖立的摆设，外壳也是个摆设。这种早被实践否定过的工作原理已在课本里被空谈了半个多世纪，不应该再继续误导学生。
　　
　　2．啤酒桶状的外部基形不合理。
　　
　　它的原型是汉代的圆壶，不符合史料“形似酒樽，其盖穹隆”（西晋司马彪《续汉书》）的特征，外形的失误是由于工作原理的失误而引起。此外，它的大腹小足、头重脚轻的力学结构和质量分配，使质心过大地超过了临界稳定点的高度（底边长度的1/2），导致樽体严重不稳定，维系不了史书“地动摇樽”、“如有地动，樽则振”的反应。
　　
　　3．个别造型不符造合中国文化传统，功能作用和艺术造型不统一。
　　
　　龙是中华民族的图腾，不过它的造型在历史上是逐渐演化的，秦汉时代的立雕龙都极其原始、简单和古朴，与目前这种明清时代的华丽飞龙相去甚远。从功能上看，立雕龙身属蛇足，全龙呈“倒栽葱”状，更与中国青铜器中对龙的处理传统相悖，均不符合史料“外有八方兆，龙首衔铜丸”（东晋袁宏《后汉纪》）的记述。蟾蜍的处理是最大的失误，西晋司马彪《续汉书》明确写清了蟾蜍是樽体的器足——“下有蟾蜍承之”。而现在这种圆圈离散状的、头朝内背朝外的蟾蜍摆设，既不符合史料，又与功能脱节。事实上，这种设计的原创者也不是王振铎，而是日本人服部一三(IchisabuFukube,1851年-1929年)。是服部一三留学美国8年后，在1875年归国之际设计的；而服部一三的设计又可能受到1668年法国凡尔赛宫里举世著名的拉托娜(Latona)喷泉对蟾蜍设计的影响，那是一种巴罗克风格，36只蟾蜍以完全同样的方式摆放了三层圆圈。于是传统模型中出现了中国-西方文化、汉代-明清文化的混合风格，作为一个汉代仪器的特定复原件，显然不妥。
　　
　　前人的研究工作并不需要苛求，因为失误与偏谬的出现存在历史原因。比如史料有“形似酒樽”的要求，汉代酒樽的基型是什么样？那是根据1963年出土的器物上的铭文才最后定论的（图1-2是两件典型的汉代酒樽），而传统模型误选的形似圆壶的基型在那时已流传12年，面对二种基本造型的巨大差异，模型确实很难改了。此外，复原研究只做过古文考证，但缺乏地震学专业知识，又始终没有进行严格地科学试验，导致原理错误不能被及时发现等等的教训，都是后续的研究需要避免的。
　　
　　汉代的鎏金山纹兽足酒樽（台北）
　　
　　遗憾的是，教学工作不了解这些背景情况，僵化地把传统模型作为惟一的、终极的结论，长期向学生和社会进行莫名的宣传，进一步造成了负面的社会影响。
　　
　　地震紧张时，许多人不知道观察吊灯的晃动，却试图用倒立的啤酒瓶来检验地震的发生，误以为这是张衡地动仪的成功经验。殊不知，这是一种非常愚蠢而无效的做法。因为倒立的啤酒瓶不仅不能区别地震还是非地震引起的地面运动，反而对各种人为的干扰（比如车行人走、爆炸碎石）有着更灵敏的反应，对地震的反应又总是比人的感觉要迟钝！国内外还有相当多的人，被不加区别地介绍传统模型与地动仪历史原件所搞混，以为王振铎模型的问题就是张衡地动仪历史原件的错误，于是直接质疑张衡地动仪的科学性和历史作用；也有人认为史料的记载不一定可靠，地动仪的失传是因为它不科学，所以无法给后人以科学灵感，使其模仿或改进；个别外国人还断言地动仪更多地象征着中国人的想往而不是现实等等，类似的观点已经屡屡见诸于国外文章中。欲纠正这些混乱的看法，几乎只有一种办法，就是拿出更加符合史料的、科学的新模型，及时更新教学的内容和观点。
　　
　　1.3新的复原模型已经建立，通过了国家鉴定。
　　
　　在中国地震局和国家文物局的支持下，受河南博物院的委托，2004年7月中国地震台网中心承担了张衡地动仪科学复原的任务，在2002年以来的理论研究基础上，组织了由地震学家、历史学家、考古学家、自动化学家和美术家等8个单位参加的研究小组，遵循“原理正确，结构合理，设计有据，逼近历史”的原则，同时从史学和地震学两个方面开展工作。作为一个国家性的任务，其技术力量和研究水平的投入都是前所不能比的。
　　
　　在史料上，已经从《后汉书》的196个字扩展到238个字，为新模型的建立提供了重要基础，明确了地动仪的内部结构由柱、关、道、机、丸五部分组成。在地震学上，对138年陇西地震、灵台地基、工作原理、历史地震和现代地震做了大量的基础研究，在实验室的振动台上进行了一系列的严格试验。在外部设计上，参照了大量的汉代实物，得到了新的外型（图3）。新模型的特点是：
　　
　　1．工作原理是悬垂摆。把传统模型中简单直立的细杆，改成悬挂着的粗重的“都柱”。
　　
　　2．内部结构严格地按照史料记载，由柱、关、道、机、丸五部分组成。其中“关”是位于在都柱下部由都柱控制的一个小铜球，它置放在一个微微高起来的小台上。
　　
　　3．外部设计更加符合史料记载和汉代特征，仪器的基型像汉代的桶状酒樽，八个龙首，蟾蜍是樽体的面外背内的器足。
　　
　　4．关键性的进展在于新模型具有验震器的功能，可以对地震实现合理的反应，又有很强的抗干扰能力。
　　
　　地动仪的工作过程如下（图4）：非地震源的波动过程是地面垂直颤动为主，因垂直作用力与都柱的重力方向一致，都柱便几乎无水平向摆动，小关的铜球不会出来，实现了稳定和强抗干扰功能。而地震波是以地面水平向振动为主的，即便仅仅是极其微量的运动，因为大质量的都柱会由于惯性而保持静止，樽体却会随着地面的运动而振动（出现史书的“地动摇樽”），二者间便发生了相对的侧向位移（即史料的“都柱傍行”），于是仅有的一个小关铜球得以脱出，撞击龙机，完成测震，并出现“一龙发机，而七首不动”的现象。
　　
　　研究中利用了河北唐山、云南泸西、越南孟艺发生的四次真实地震进行了检验，新模型的原大框架结构对这些地震均出现了稳定的、合理的验震反应，铜丸亦掉落在地震射线的方位上，重复性很好，史料记载的陇西现象得到重现。还对非地震源的振动，连续进行了７天168小时强干扰试验，达到人员可以感觉到的水平，均没有误触发，试验成功。
　　
　　图3新的复原模型的外型
　　
　　图4新模型的内部结构
　　
　　2．需要更新的内容
　　
　　2.1地动仪的工作原理是悬垂摆，科学的验震方法是观察吊灯的晃动，而不是倒置啤酒瓶。
　　
　　地面的振动分为地震波动和非地震波动两大类，性质与特征完全不同。
　　
　　地震是岩石的剪切性错动——断层两侧的岩体呈反方向剪切位错，所以地震波的横波能量为主，使地面的运动以水平向的摆动和摇晃为主，即史料中的“地摇京师”（《后汉书》）、“地动摇樽”（《后汉纪》）现象。而非地震的震源，比如人走车行、人工爆破、山体滑坡、矿山塌陷或气象变化等，都是简单的膨胀性力源——爆炸是典型，它们激发的波动能量以纵波为主，造成地面的运动以上下颠动和颤抖为主，不产生或仅有微弱的水平向分量。
　　
　　张衡地动仪的的工作原理是悬垂摆，粗大沉重的“都柱”被悬挂在中央，它只对水平运动有反应，不怕垂直运动的干扰。因此在宏观上便表现出能够自动地区别地震与非地震的物理属性，也就是说，一旦都柱晃动摇摆了（继而触发龙首吐丸），地震肯定发生了。这就是验震器的原理、验震技术的核心和张衡的贡献。日常生活中的吊灯就是一种天然验震器，观察吊灯的晃动是十分科学、简便、可靠的验震办法，不仅普通百姓，各国的地震学家也都是这么做的。谚语“地震没地震，抬头看吊灯”，讲的就是这个道理。张衡地动仪是于19世纪末才逐渐被国际上认识的，为此于1880年左右专门提出一个新的英文单词Seismoscope（验震器）。
　　
　　还有一种装置，属于“凡有地动，就能反应”的、非常容易实现的装置。比如：把4个鸡蛋摞在一堆；啤酒瓶子倒立起来等等。它们仅仅是为了检测出地面的振动，但不能自动地区别震源的性质，被统称为报警器（Alarm）。这类装置从来不具有地震科学上的地位和应用价值，不可向群众推广。在研究和介绍张衡地动仪时，切不可把验震器与报警器混为一谈，否则就会陷入误区，曲解了张衡的科学贡献和历史作用。
　　
　　2.2地动仪的科学思想来自于对天然验震器——悬挂物运动的模仿，不是宫殿里“独柱”的倾倒。
　　
　　悬挂物，在测震学里就是天然验震器。它并不是现代社会的独创产物。人类自从有了绳子，悬挂物便应运而生，一种早在远古时期就已经存在的物理结构，比如各种吊桶、吊篮、吊灯、吊绳和秋千，甚至树上挂的苹果、藤条上的葫芦等都是久远的悬挂物。在汉代，实体多样的悬挂物已经广泛而紧密地存在于日常生活中。比如奏乐用的特钟、鑮、铎、编磬和编钟，工具中的悬垂、吊锤、纺线锤和吊桶，宫室和幄帐中的羽葆、流苏、方胜、穿璧等种种的垂饰璧翣，庖厨中的吊篮、吊肉和楼阙悬挂的鲜鱼，还有用青丝和麻绳贯穿吊起来的铜钱等等，举不胜举。著名的汉代人形吊灯和提链吊壶等更是天然验震器的千年精品，无论对汉代还是今日的地震都会有同样灵敏的反应。悬挂结构具有下述3个独特而优良的宏观属性：
　　
　　1.能自动地检测出地震引起的地面（水平）振动，抗干扰性能好；
　　
　　2.比人灵敏，人对地震烈度Ⅳ度以上才能有感，而悬挂物却在烈度低至Ⅲ度，甚至Ⅱ度时就会出现摇晃反应；
　　
　　3.悬挂物一旦晃动起来，会像秋千般地持续很长时间，远远超过地震波的短暂瞬间，运动状态极易被人们发现。
　　
　　于是：“地震发生——悬挂物摇晃”二者间大量的、反复出现的稳定性对应关系，极容易被广大群众察觉，更因地震的心理恐惧而留下深刻印象。震后的群众往往讲不清楚地震的过程，但无一人会忽视悬挂物的摆动，更不会忘掉地震时的摇晃和乘船般的眩晕。这就为地动仪的诞生提供了坚实的物质基础。
　　
　　传统模型的设计中，把“都柱”用谐音“独柱”替代，偷换了概念，继而认为宫殿和墓室里柱子的倾倒会产生科学思想，这是不具说服力的。中国古代建筑的柱子靠隼卯结构连接，地震时的“墙倒屋不塌”现象普遍存在，除非整体落架，否则柱子的单独倾倒很难发生；地下墓穴、洞室、隧道又都是地震波极难破坏的结构。更重要的是，如若宫室和民房中木架结构的立柱出现倾倒，其地震烈度至少要在Ⅷ以上（若为震中烈度），震级要达到6.5级以上，这又与张衡时代的京师地区从没有发生过破坏性强震的历史矛盾。一些课本按这种观点进行宣传，得不到地震学的支持。
　　
　　2.3地动仪的主要功能是检验地震的发生，它不能确定震中，地动仪对方位的反应不宜太强调。
　　
　　古今中外的所有验震器，毕竟是测震技术上的原始仪器，对它的作用要有科学的认识，其功能仅仅是验证地震的发生，不能够确定震中的位置；即便能大体推断出地震波传来的方位，也不会很准确。在介绍地动仪时，对于它的方位反应功能不宜太强调，不能讲过头话，国内、国外的地震学者已经做过多年多次的批评与更正。
　　
　　问题出自范晔《后汉书》的一句“寻其方面，乃知震之所在”。但在更早期的史料中，比如袁宏的《后汉纪》和司马彪的《续汉书》中，对这一点就讲得相当含混。含糊是对的，说明张衡地动仪真正工作过；讲得太清楚了，反倒不科学了。地震是自然界中惟一的一种剪切性力源，所以地震波的初始振动会同时出现背离震中和指向震中的空间分布，因此古文的“方面”可理解成由相差180o的正负两个方向（比如东-西，或者北东-南西）构成的具有方位性质的平面。简单说来，对东边发生的地震，在东、西两个方向上的其中任何一个铜丸的掉落，都是对的。事实上，地震波的偏振面还会不断的变化，所以任何验震器（包括现代的验震器），其反应方向只要能够大体地平行于地震射线（比如在±45o范围内）就已经非常好了，验震器毕竟代替不了地震仪的功能。
　　
　　确定震中的任务，只能靠地震台网技术加以解决，更不是验震器能做到的。这里，涉及到较复杂的地震学观测和理论问题，此不赘述。
　　
　　2.4陇西地震是公元134年12月13日的事件，不是138年的地震。
　　
　　教科书中长期把公元138年2月28日的金城—陇西地震视为地动仪的测震实例进行介绍，这已被近年的学术研究否定。因史料中已经明确记载了这次地震在洛阳（京师）地区是有感的——“京师及金城（今甘肃省允吾县）、陇西地震，二郡二岸崩、地陷”（《后汉书·顺帝纪》、《后汉书·顺帝纪》），“京都、金城、陇西地震，裂城廓，室屋坏，压杀人”（《后汉书·五行志》），这与《后汉书》的同一在《后汉书·张衡传》中所述：“地不觉动，京师学者咸怪其无征”矛盾。近已查明，公元138年地震的震中在兰州西北的湟水、黄河交汇地区（36o.1N，103o.2E），不是地动仪所对应的震例。
　　
　　新的研究表明，这次陇西地震是汉顺帝阳嘉三年十一月壬寅（公元134年12月13日）的地震事件，震中位于天水一带，在洛阳地区的烈度约III+～IV，震中距600km，震级M≈7.0。这次地震是张衡一生的转折点，晚年出现的悲剧。他在公元137年对陇西地震表述的复杂心情“时天下渐弊，郁郁不得志，……我所思兮在汉阳（现在的天水，为陇西），欲往从之陇坂（即陇山）长，侧身西望涕沾裳……，路远莫致倚踟蹰，何为怀忧心烦纡”（《四愁诗》），也是个旁证。这个结论的得出是根据范晔对陇西地震的描写、多种史料揭示的历史背景、张衡年谱和诗文、历史地震对比、烈度衰减等多方面研究做出的。
　　
　　张衡地动仪被疑真实性 专家复原神器揭秘(组图)

中国网 2006-12-13　　

http://www.china.com.cn/tech/txt/2006-12/13/content_7499426.htm

地震学家冯锐和公元1951年，考古学家王振铎复原并制造的“张衡地动仪”模型。

　　一、惊世骇俗
　　
　　在中国历史博物馆，摆放着一件，古代的神秘仪器“地动仪”。传说有一天，趴在仪器上的八条巨龙，突然受到大地的振动，龙口内所含铜丸，突然掉落。数日后快马来报，龙头所指方向，天崩地裂。然而，这个流传了1800年的神奇传说，却遭到现代科技界的质疑。
　　
　　公元138年，陇西大地。一骑快马在路上飞奔。突然，天空电闪雷鸣，大地剧烈震颤，紧接着房倒屋塌伤者惨嚎，死者尸横遍地，悲恸天地。
　　
　　张衡缓步走向地动仪，仪中有异响，片刻一珠从龙嘴出，下坠入蛙口。张衡惊觉，蜡烛微跳，茶水不动，旁观众人互相对望。张衡从蛙口中取出龙珠，眉头紧皱。
　　
　　马上人汗流浃背，身背公文疾驰而过，直奔都城洛阳。
　　
　　这是世界上第一部架设在世界各地，可进行台网观测的地震仪器。它是由现代地震学之父，英国人米尔恩于公元1894年制造的。
　　
　　但是这部制造于中国东汉时期，公元132年，人类历史上最早，可以感应地震的仪器。竟不可思议的比世界同类技术提前了1700多年。创造这一科学奇迹的人，是中国天才的科学家张衡。
　　
　　然而历史也有遗憾。自从公元132年张衡造出了地动仪，仅在公元138年记录了一次陇西地震后，“地动仪”就仿佛一阵烟尘般，消失在历史的深壑。据史学家推算在西晋末年。不知什么原因“地动仪”彻底消失无踪了。
　　
　　对地动仪存在的记录仅见于西晋文人范晔所著《后汉书，张衡传》中，张衡地动仪成为千古不解的迷团。
　　
　　公元1951年，考古学家王振铎历经数年，考证研究终于复原并制造的“张衡地动仪”模型，为我们提供了一个直面中国古代科技文明的窗口。在教育、科技、文化领域里，张衡的辉煌就等同于中国的辉煌，冲击着每一个人，也震撼了世界。于是数以亿计的中国人，便毫不犹豫的把这一模型认定为1800年前张衡亲手制造的。
　　
　　地震学家冯锐从事地震研究四十年，在他的书架上，有一本书《张衡科学与宗教》，是奥地利学者雷利伯所写。书中惊世骇俗的言论，令中国人根本无法接受。
　　
　　冯锐：这个人的观点就是说比较尖锐了，他忽然谈到这个问题，就是说张衡这个地动仪，中国人把它视为国宝、视为国粹，说在中国的历史博物馆还有这个东西，可是它是不科学的。
　　
　　冯锐：我的眼睛就说怎么回事，说是不科学的，说这个仪器是不能科学的工作，而且它失传，是因为它不科学，所以它失传，再进一步说，因此它失传了，所以张衡地动仪也没给后人任何启发、思想作用什么都没有，因此后来意大利、法国，这个后来发展的地动仪器跟张衡无关系，因此在历史上有张衡没张衡，历史是一样的，时光流转，1800年转瞬即逝。历年来在河南地区的遗迹发掘中，也从未找到张衡地动仪的蛛丝马迹，甚至连支言片语的信息也没有。
　　
　　冯锐：而且还谈到，就是说这个中国人把这个张衡看成国粹，完完全全是一种民族的想往，不是一种完美的现实。这句话我觉得真是很让我吓一跳，因为他的观点太尖锐、太犀利了，我们知道，张衡地动仪的的确确鼓舞教育了几代中国人，在中国人心里，他的科学性，和真实存在性都是不容置疑的。但是这来自国外无情的质疑竟然有理有据，言之咄咄。令人一时竟不知如何应对。这对每一个中国人来说，都仿佛是一个难以接受和容忍的侮辱。
　　
　　因为科学是没有国界的，但是做出科学成就的人是有国界的，为这个科学成果引以为自豪的民族是有国界的。
　　
　　“自豪”这种情感，对于从事地震研究四十年的地震学家冯锐来说，仿佛来得更加强烈。这不是对冯锐一个人的挑战，而是对中国学术界提出的挑战。冯锐，将怎样解开这流传了1800年的地动仪传说之迷。
　　
　　《防灾博览》杂志编辑武玉霞，在修订冯锐写的地震科普文章“地震没地震抬头看吊灯”，冯锐为了加强文章的分量，在文章中加进了一段，张衡地动仪是世界上最早验震器的内容。
　　
　　我想最早的验震器是张衡，所以我们写第一个地震谚语的要提到张衡才比较合理。
　　
　　当武玉霞看到这里时，发现张衡地动仪的工作原理，和冯锐文章里论述的地震理完全相反。
　　
　　武玉霞：最后一段结尾的时候，就写到了张衡地动仪作为验震器最早的一个仪器，但那时候还没有提到张衡地动仪，就觉得那个波是不对的，如果说按照他那个就是不对，地动仪的内部，是一根直立的棍子，地震来时，靠棍子的随机倾倒触发机关吐丸。而吊灯验震是靠悬挂摆动方式，这两种运动方式完全不同，到底是怎么回事？问题不搞清，文章不能发表。武玉霞马上找到冯锐，希望得到满意的答案。
　　
　　武玉霞：在长期的生活实践中，地震来了，最简单的一个方法，就是好多人把啤酒瓶子上放在比较平面的桌面上，或者窗台上，它作为一个报警器在用，如果说稍微有一点动静的时候，瓶子就倒了，人们就知道是地震了。
　　
　　冯锐：那么这个办法是不好的，因为人走路啊，关门啊、车马一走，咣珰咣了一声，所以我们不能判断是地震引起的，还是非地震引起的。
　　
　　倒立的酒瓶和倒立的棍子原理完全一样，由于这种方法无法区分振动波，因此现代地震仪器根本不会采用。
　　
　　“中有都柱”这是范晔在后汉书中对张衡地动仪内部最重要结构的描述。为什么地动仪的内部会是一个完全错误的原理，冯锐无法理解。
　　
　　冯锐：可是我们把地动仪找了材料以后，一看，哎哟。结果传统模型，就是大家都习惯这个模型，它里面是一个棍，就这么托着，恰恰是我们说不要做那个，像啤酒瓶不能这么放，是这个东西。
　　
　　后汉书对地动仪检验地震的描述，是这样写的。“寻其方面乃知震之所在。”也就是说，龙头吐丸后，可以按照龙头方向确定地震从何而来。很显然，“张衡地动仪”完全能够精确的发现来自任何方向的地震。地动仪能够这样准确，这绝不是随便乱倒的酒瓶子可以做到的。
　　
　　冯锐：这个就有点，这个矛盾就暴露出来了。这个就带来了一个原理的问题。
　　
　　于是冯锐根据后汉书中，唯一的定量条件“圆径八尺”做了一个计算。希望算出矛盾的症结到底是什么？
　　
　　冯锐：那么仔细看的时候，我就要必须从物理上来分析它，首先一看，这八个蟾蜍是分开的，好，没关系我可以把它剥开，这个龙的位置不过是的同乱轨迹，落点的位置而已，没关系把它拿开，龙没关系，龙在我的眼睛里头，它就是个质量，那么这个外壳一个柱子这两个是分开没关系的，把这个东西再分开两半，这是个外壳，因为它没关系嘛，这是个柱子，把这个壳去掉它，这样就是它了，把这个东西我做个计算，算一算它。
　　
　　冯锐：按照梁思诚先生他写中国建筑史里头，他专考证了汉朝的柱子，高度和这个比，一般三点几到五点几，是矮胖矮胖的，这么墩墩实实的，是这样的柱子。
　　
　　那么这个粗壮的都柱，带来的直接结果，就是地动仪无法达到灵敏的要求的。
　　
　　这个柱子得细，越细越好，越细越高，这算灵敏，你弄那么大的，它拎不动了，越细越细，很细很细，这样就灵敏了，这样我们一算，要非常细非常细的，就是高度和直径之比1225：1才能达到人没有感觉动，仪器有反应了，什么意思呢？就相当于这个柱子两米高，这个柱子直径1.5毫米才行，这个不对。
　　
　　那么这么细的“都柱”根本没有足够的能量，触发巨龙吐丸。甚至可能连自己站稳都无法做到？
　　
　　这时冯锐在一份资料中查到。这一理论的提出最早始于日本人萩原尊礼，他也是根据后汉书张衡传中的记载，以“地不觉动”为条件，得出了与冯锐相同的结论，果然在实验中，萩原无论如何也无法让直径只有1.5毫米的“都柱”站立起来。于是萩原尊礼只得利用现代技术，设计了用拉簧固定的“都柱”，这个都柱被取名为“倒立棍”。
　　
　　冯锐：比如我们这是一个柱子，如果是这样放的话，那就是这么托住，这样的话它会倒，但是这样倒什么事情都可能倒，你判断不出是不是地震。张衡的地动仪是个验震器，就是说只有地震它才动，不是地震它不动，这个仪器的科技价值是非常高的，然而在日本东京大学的实验室里，即使是这个带弹簧的倒立摆，经过反复试验，始终无法达到“地不觉动，而仪器有感”的临界条件。
　　
　　冯锐认为，如果地动仪真的是倒立摆，那么就只有一个结果，张衡错了。
　　
　　我们说地震没地震，抬头看吊灯，是指这个意思，它应该这样吊，它说如果有这样的，它不动了，地震水平晃动应该它晃动起来了，那么这个原理就跟我们所谈的这个，地震没地震，抬头看吊灯这就矛盾了。
　　
　　冯锐和武玉霞非常清楚“倒立棍”是完全错误的。但是要说地动仪错了，那么在后汉书里，记录的地动仪发现陇西地震的实例，怎么解释？怀疑传统模型，就是质疑被国人奉为神明的地震始祖张衡。两人感到惶恐和不安。
　　
　　武玉霞：本来这篇文章里头要谈到张衡地动仪，他的原理的问题，就是对地震波的记录，但是就是因为这块发生了一点问题，然后就把要写的东西给删掉了。
　　
　　冯锐：就是说地震没地震，抬头看吊灯。张衡地动仪也是这样的，可是我们一看，不是这样的，所以我们也不敢写这句话了，不谈这个问题了。
　　
　　谁也没想到，一篇科普论文和一条地震谚语，竟引发了一个令人几乎无法承受的大事件，这是冯锐和武玉霞都无法承受的。
　　
　　冯锐：我作为一个地震学家，那么一直引以为自豪的，是我们张衡是地震仪器的鼻祖，那我觉得是很大的精神上的压力的。这个起码我从感情上是很难接受的。
　　
　　无情的事实摆在冯锐的眼前。奥地利学者雷力伯，认为张衡地动仪是完全错误的。而冯锐的论证结果恰恰也得出了，张衡地动仪存在原理性错误。难道张衡地动仪真的只是我们心中美好愿望吗？
　　
　　但是为什么张衡地动仪会在世界上，流传如此之广，又如此深入人心？(冯锐不敢想象，难道是现代地震理论也有无法解释的缺陷？)冯锐反复思考后汉书中的句子，并反复作着每一步骤的计算。
　　
　　冯锐根据王振铎的论文，推算出陇西地震，触发在京师洛阳的倒立棍倾倒。地震最低烈度应为5度，但是这样的烈度，会使洛阳地面晃动，人畜惊逃。显然这样的结果大大违反了后汉书中的记录“一龙激发，而地不觉动”。
　　
　　王振铎设计的都柱并不合理。
　　
　　冯锐突然意识到，自己对张衡地动仪的看法及外界的否定，都是针对流传最广的王振铎模型。那么还有一种新的可能，不是张衡错了？而是王振铎错了？
　　
　　冯锐继续翻看着王振铎的论文，突然在论文中出现了一个熟悉的名字。日本地震学专家萩原尊礼，原来王振铎的“倒立棍”理论是从日本人萩原那里得来的。
　　
　　1937年3月28日，从东京东南的羽田方向发生地震，在萩原尊礼的实验室里倒立棍突然倾倒，但是令人不解的是“倒立棍”，却不受控制的倒向了错误的的方向，西南。这一结果证明，“倒立棍”根本无法实现“寻其方面，乃知震之所在”。
　　
　　由于王振铎是考古学家，地震知识有限。因此错误的选择了“倒立棍”作为地动仪的“都柱”。然而正确的“都柱”到底应该是什么样子？它是怎样工作的？这一切在《后汉书》中，却没有更详细的描述了。冯锐唯一肯定的是，张衡地动仪是只对应地震的科学仪器。绝不可能是“倒立棍”这样不稳定的结构。
　　
　　冯锐：我们看那个后汉书有一段讲到，“如有地动，尊则振，龙机发，吐丸”，那么这个过程是符合悬垂的工作原理的，是有特征的。
　　
　　地动在先，然后樽振，续而机发，吐丸。这是一套有着先后顺序的机械连锁动作。四者有着一环紧扣一环的联动因果关系。如果这一推测成立，那“振”字，就是证明“悬垂摆”是张衡地动仪工作原理的证据。
　　
　　冯锐：第二我们后来看看史书，发现那个时候对记载的地震，经常用摇，地面震动就是摇，包括皇帝下诏书上写的，地摇京师，人已经注意到了地面是摇晃的，还有一个后来我们发现后汉记是这样记录的，地动摇樽，它写的更清楚了，是地动摇樽，这不是写的很清楚了吗。
　　
　　如果后汉书没有写错，那么张衡地动仪原理就应该像悬挂的吊灯般晃动。
　　
　　“悬垂摆理论”是现代地震学之父英国人，米尔恩创立的，距今只有100多年。而1800年前，张衡就不可思议的理解并利用了“悬垂摆原理”。这是后人无法想象的，难道张衡是个超人或者神仙。
　　
　　冯锐思索着，张衡是怎样思考的？
　　
　　生活启发了科学，于是从这一天开始，自然科学家冯锐，一头扎进了完全陌生的领域，考古学。开始查证汉代的物质基础，亲身体会是什么东西触动了，生活在汉朝的张衡，产生了这伟大的灵感。
　　
　　在大量出土的汉代石刻和文物中，冯锐兴奋的发现了很多悬挂物。
　　
　　对冯锐来说，这无异于是一次心灵之旅，仿佛自己能够触碰到先人的精神世界。那个时代的张衡也许还不能准确的描述地震波的性质和惯性原理。因此在后汉书中，也就没有详细描述都柱的运动方式。但古人却巧妙的用“樽则振，龙机发”这六个字，把地动仪机械联动的先后顺序写的清清楚楚。
　　
　　冯锐：人都有感了，动摇京师，那么这些悬挂是一定晃动的，所以我们判断如果是采取悬挂摆这种办法，是有汉代的物质条件，不会出大格的问题。那么张衡就有可能会受到这个东西的启发。
　　
　　“张衡地动仪”如果工作过，“悬垂摆”是他唯一正确的选择。这同时也就说明了，摆在国家历史博物馆中，“张衡地动仪”的确存在着致命的错误。原理错误必然影响结构，结构的变化必然影响外观的改变。张衡地动仪到底应该是什么样子？没有人知道。但冯锐坚信1800年前，真正的“张衡地动仪”和现在的模型必定有着巨大的不同。
　　
　　武玉霞：如说我们最初发现这个问题，其实心里也挺矛盾，也还是挺有压力的，首先就是无论我们的工作做的多么的细致，你的计算多么的严谨，那么你想推翻掉这个东西的话，那么可能受到的这种社会的阻力是挺大的。
　　
　　虽然悬垂摆原理，得到了肯定的结论，但是要想改变深刻影响了中国人的王振铎模型谈何容易。
　　
　　不但现在的教科书里仍然在沿用着，这个模型。甚至国家级馈赠的礼物也仍然还是这个模型。甚至国家地震局的标志也还在使用这个模型。可以想象对这个模型任何细微的改变都可能引发令人难以预料的结果。这不是一个科学家可以承受的。
　　
　　都柱是什么样子？怎样验震？如何吐丸？等一系列神秘而诱惑的问题，吸引着冯锐欲罢不能。但是由于没有经费的支持，地动仪研究在一年后被迫停了下来。2003年冯锐在论文中无奈的写道：
　　
　　冯锐：我们现在还没有能力对张衡地动仪的悬垂摆的原理的施关发机，牙机巧制，做出更具体的复原，那么就像在我们赞美断臂的维纳斯雕像一样，宁可去欣赏它的超越时代的缺憾美，而把这个古典文化这个无穷魅力留给后代。我们不要给他加胳膊了。
　　
　　揭开“张衡地动仪”真相之谜。对任何人来说，都具有着无穷魅力。而冯锐最大的缺憾是不懂历史和考古，面对着充满诱惑的挑战，难道他真的只能把这深深地遗憾和无奈留给后人吗？
　　
　　考古学家王振铎复原并制造的“张衡地动仪”模型结构图。
　　
　　考古学家王振铎复原并制造的“张衡地动仪”模型外形图。
　　
　　二、理性的思辨
　　
　　地震专家冯锐，无意间发现了一个，自己都不敢相信的事实。
　　
　　张衡地动仪竟然存在着致命的错误。从内部到结构，都有可能完全不是中国人所熟悉的样子。然而质疑这神圣的仪器，却令冯锐深感不安。
　　
　　1998年5月，在河南郑州，耗资三个亿建成的河南省博物馆，正式开馆。
　　
　　田凯：原来我们的展览里面，要展示张衡地动仪，当时最权威的那就是国家博物馆陈列的，王振铎老先生陈列的那个模型。所以当时我们就没有其他的选择，就按照那个模型就造了一个木质的模型。
　　
　　于是，王振铎所作模型，作为1800年前的“张衡地动仪”又摆在了在科技馆里，代表中国古代重要的科学成就。然而馆长田凯非常清楚这个模型是有问题的。
　　
　　……但是这种情结在我的脑子里一直存在着我这个地动仪不能动，作为博物馆是个问题。
　　
　　2003年，李长春视察河南博物馆时，停在了不能动的“张衡地动仪”面前疑惑起来，作为中华历史上如此辉煌的技术为什么只是一个漂亮的外壳。但是当时没有一个人能够给出满意的答案。这件事使田凯暗下决心，一定要亲手解开困扰自己的地动仪之迷。
　　
　　田凯：这个事情靠博物院自己做不下来，我们自己的知识结构，自己的能力是有限的，当时商量完以后，就决定在全国范围内，进行创意招标。
　　
　　终于，2004年田凯利用各种媒体，向外界宣布了自己的愿望，再造地动仪。
　　
　　与此同时在北京有一位科学家，正在为无法破解张衡地动仪之迷而苦恼着。
　　
　　冯锐意识到，虽然推算出王振铎复原模型存在着原理错误。但这并不能证明“张衡地动仪”没有在科学历史上起到过重要的作用。《地震和地球的其他运动》是现代地震学最早的专业著作，是英国人米尔恩，这本书是每一个搞地震的人都必须研读的。
　　
　　冯锐：蔑尔他是1883年在写地震和地球的其他运动当中，第一位写到张衡地动仪，到了他去世的时候，是1913年，那时候正好出第七版，这是一个很有名的开山之作的地震学，到这个时候是删得干干净净，没有了，地震学一开始讲，蔑尔的地震仪开始了，这个给我思想当中也是很大的刺伤。
　　
　　把张衡的内容从米尔恩的著作中删掉。原因难道真的如雷利伯所说，“张衡地动仪”是不科学的，在地震学历史上从没起到过任何作用。
　　
　　这时侯发生了第二个令冯锐印象深刻的事情，1993年美国地震学者伯尔特在自己的新书中提出张衡地动仪模型工作原理不清。最令人无法接受的是，他附上的一张自己想象的“张衡地动仪”概念图，同时令人感到滑稽的是，在旁边还有一个身着农民装束的人，这就是西方人心目中的张衡。
　　
　　在这些资料中，冯锐受到了很大的伤害，但是书中的论据却又言之咄咄，令人无从抗辩。这种无奈和沮丧令冯锐倍感煎熬。
　　
　　通过两年的研究，冯瑞已经收集到近一百年来，世界上十几个地动仪模型概念图。可以看出这些概念图中有“倒立棍”原理，也有“悬垂摆”原理，然而不论哪种，都只是停留在概念的水平上，而只有王振铎的模型作成了实物，而且影响最大。
　　
　　冯锐：长久以来我们就以为是这样的模型，特别有些国外人士就以为它就是真实的东西，张衡地动仪就是他了，……就认为是张衡错了。
　　
　　张衡地动仪所引发的似乎不仅仅是科学问题，还波及到了民族荣誉。1988年中国历史博物馆在日本搞了一个，中国古代科技成果展。张衡地动仪也在参展之列。
　　
　　李先登：影响很大上百万日本观众参观，为此我们做了一个原大的张衡地动仪模型，铜丸，让它怎么动它都不下来，实际没办法，说个笑话，我们当时给观众表演的时候，用棍捅那个丸让它掉下来，这不行。
　　
　　由于地动仪是一个科学仪器，没有地震专业知识的人，几乎无法判断它的科学价值，只能把它看成是一个，具有中国千年文化传承的艺术品。但这件事却在年青的李先登心理画上了一个大大的问号。这疑问在心里埋藏了很多年。但是在2004年的夏天，当他在网上看到了河南省博物馆发出的声明时，他意识到这也许正是改变的机会。
　　
　　李先登：如果还按着旧的复制，花了若干万，结果不能用，这不行。所以我马上就给河南博物院，张文军院长和田凯院长，给他们两个人写了封信。
　　
　　田凯：在信中就谈到了他和冯瑞教授正在进行这样一个研究，说你们如果感兴趣，我可以给你们牵线，和冯瑞教授联系来共同做这件事情。哎呀，我们当时看到这封信也是非常激动、非常感动，好像看到了一束黎明的曙光，就那种感觉。
　　
　　就这样2004年7月，苦思冥想中的冯锐，突然和这样一个机会不期而遇。全部研究经费由河南博物馆承担，国家地震局全力支持。
　　
　　冯锐：地动仪复原研究是一个严肃的一个科研任务，我们不是做商业玩具，我们的价值就是要用古代的，就是汉代的技术，汉代的工艺，那时候的美术观点，甚至考虑那时候的神学观点去理解它，去浮现它。
　　
　　在过去的一百三十年里，“张衡地动仪”不解的谜团，困扰着世界上无数的科学家和学者，他们都无法实现梦想，难道冯锐就能在旦夕之间完成吗？这是冯锐研究地动仪以来压力最大的时刻，也是挑战最大的时刻。
　　
　　冯锐：这才是科学我们这次工作的灵魂、价值，也是我们研究的乐趣。我们感到很HAPPY，快乐的事情。
　　
　　王振铎先生的模型已被证明是一个错误模型，必须放弃。而复原“张衡地动仪”必须另辟蹊径，冯锐所拥有的条件只有两个，第一，是被很多史学家评论为“孤证”的《后汉书，张衡传》中仅有的196个汉字。
　　
　　第二，就是冯锐用了两年的时间得出的，张衡地动仪是“悬垂摆”原理的结论。然而这还只是理论结果，要想做成一个实实在在看得见，摸得着，能验震，又符合汉朝特点的仪器，谈何容易。
　　
　　冯锐：虽然我们有这个心去做复原，但是我们要必要性，能不能干下去，我们心里说句实话还是打着鼓的。说别人不对容易，那你做一个，难啊。
　　
　　复原工作要经常涉及古代历史、文学、美学这是一个自然科学以外的全新领域。
　　
　　冯锐：这时候我特别感到我们作为自然科学家对古文了解实在是太差，实在是太差，我们有时候去博物馆，感到我们简直是没有知识，像野人一样，很多看不懂。
　　
　　冯锐既要考古，又要根据考证的结果进行复原设计。但是怎样保证设计的准确，从哪里开始呢？
　　
　　在后汉书中记载着“柱”“道”“关机”“丸”四个神秘的结构，应该怎样设计这四个结构，即符合汉代工艺，又能检验真实的地震，冯锐唯一的根据只有《后汉书》。
　　
　　冯锐：你要做这样的复原怎么起步呢？这在技术上有一个很要紧的是个问题，就是定量，定量是这个问题的关键。
　　
　　寻找定量的依据是自然科学与考古学本质的区别。
　　
　　回顾通篇《后汉书》冯锐几乎倒背如流，这196个字中只有一个定量词“圆径八尺”，但要复原地动仪靠这一个条件还远远不够。
　　
　　张衡的科学水平如果不是传说，那么在后汉书中就必定隐藏着科学的玄机，冯锐必须利用这唯一的条件，找到更多的定量参数。
　　
　　冯锐：那么既然是两米左右的话，那它这个都柱如果悬挂起来，它最大的长度，充其量是两米，……那么我把这个柱子我碰它一次，让它晃动，一晃动它就有个固有周期，这是体固有的属性，现在一摆的周期是一秒到六秒，在这个范围内，张衡地动仪它的过往周期是1.7秒差不多到2.1秒左右，在将近两秒的位置，那不恰恰是我们现在地震仪的合理范围，…好，这个参数决定我可以做了。
　　
　　冯锐通过测量，计算得到了第一个定量数据，“都柱”摆动的固有周期2秒。
　　
　　冯锐眼望着书架，思索着第二个定量是什么？“傍行八道”“一龙发机，而七首不动”“如有地动尊则振”。
　　
　　冯锐：如有地动尊则震，好，震这就是有参数的，尊则震是人眼睛看到它震了，那么将近两米这么高的物体，你一眼就能看到它振动，看到它晃动了，…所以我们在办公室做实验，看看那个书架，我们用一个小东西看一看，眼睛能不能看出来，…这个幅度多大？差不多三毫米到四毫米，起码有这么大。
　　
　　第二个定量参数尊体的位移量也有了。冯锐认为在后汉书中绝不仅只有两个定量参数。
　　
　　冯锐：我反复想，还有一个参数，就是陇西地震，尝一龙激发而地不觉动，京师学者咸怪奇无征，那就是说地面动了，人还不觉得动，那么地震就有办法了，这个力度应该是三度到四度，三度到四度那个裂度，它加速度差不多是千分之一的加速度，也就是说每秒每秒一个厘米左右，好，那我们加速度就有了。
　　
　　“一龙激发而地不觉动”得到了地震波的加速度，“尊则振”得到了尊体的位移量，和“都柱”的晃动得到了悬垂摆的摆动周期，还差什么？冯锐在心里反复背咏着后汉书。
　　
　　冯锐：他讲后数日驿至，数日什么意思？一般我们可以理解三五天吧，那么人一天跑一百里地可以了，那么马呢我们就算足了吧，一百公里、两百公里，那几百里地了也就这样，那么三五天我们就这样算下去，这个距离就应该差不多是五百多公里到八百公里，这个大体范围就有了，我们拿地图一量确实距洛阳地区，这么大距离就是陇西，对的。这个距离我们就知道了，这个距离我们跟历史地震比较地震的大小，我们就可以估算出来，应该是六级半左右到七级。
　　
　　根据《后汉书》中对张衡地动仪内部的描述，以这四个定量参数为基础，再找到隐藏在字里行间的秘密，从新设计出符合记载的四大神秘结构，柱、道、关机、丸。
　　
　　冯锐苦苦求证的量化参数，在1800年前张衡是不可能掌握的。谁能知道，张衡是运用怎样的方法，造出如此巧夺天工的器物的。
　　
　　由于准备充分，设计开始出乎意料的顺利。
　　
　　冯锐：中有都柱，这个好理解，那么中间有一个粗的大的重的柱子，这是个惯性体，它的惯性运动来检测出地震，就是非常合理，非常物理的思想。棒性八道有八个道，那么接着有八个龙，八个方向，这个好理解，还有龙机发，说机就是杠杆，牙机就是杠杆，过去有出土，就是这个弓箭，首先铜丸好理解，这四个是比较好理解的。
　　
　　然而这样的顺利没能持续太久，在设计“都柱”部分时，为了达到龙首吐丸，冯锐在都柱的四周设计了八个触点，但是这个像狼牙棒一样的“都柱”令设计过于复杂，这样的设计能够达到“一龙发击，而七首不动”吗？
　　
　　冯锐：就说当这个地震波来了以后，它触发铜丸是一个球掉的时候，其他是不动的，这个真是张衡在给我们出难题，因为地面幅度非常小，你想如果是三四个毫米，我们按照四个毫米做计算，这个柱体和这个杠杆，这个接触点要非常近非常近，它要两个方向的近，非常近。
　　
　　当一个方向的地震波传来时，都柱带着八个触点向前运动。触发一个机关，吐丸。但是每个触点相邻45度的位置上还有两个触点，也同时被触发了，这样的设计是非常不严谨的。
　　
　　冯锐：所以我们在设计那个触点的时候，是非常卡的非常非常紧张的，你动它不会碰它，碰它不会碰它，这个加工就很难了，由于触点和触点之间的缝隙只有三四毫米的距离，迫使都柱的设计要非常精确，加工要非常精密，调整要非常精致，一切在严格的标准下进行，才有可能最终达到“一龙击发，而七首不动”。张衡会不会也选择了这样的设计，或者还有更好的方案。冯锐不得不再一次钦佩张衡。如此困难的技术他在1800年前就已经解决了，难怪有人说张衡是天外来客。“都柱”的设计变得缓慢异常。
　　
　　都柱的设计还没有结束，难办的事情接踵而至。由于“都柱”的需要摆动空间，于是引发了外部尊体的大变化。原来椭圆的蛋型必须改变。
　　
　　然而冯锐还不能理解，后汉书中对地动仪外观“合盖隆起，形似酒尊”的描述。
　　
　　冯锐：后汉书只是讲气盖隆起，这隆起到什么样子，这个说不清楚，王振铎模型成椭圆的蛋型，是为了给内部的倒立棍足够的摆动空间而设计。但在查遍汉代资料后，冯锐发现，汉代根本没有这样的酒樽。而大多的汉代酒尊，都是像蒙古包的直筒尖顶造型。冯锐认为，古人既然提到“合盖”的问题，就一定有它的目的。
　　
　　在北京大学博物馆，冯锐见到了真正的汉代酒尊。这是一个完美的金字塔造型。只有具备这样稳定的结构，才能作为科学仪器使用。冯锐看着这尖顶的酒樽，体会着，难道这就是后汉书中所说的“合盖隆起”吗？
　　
　　冯锐：当时我们在看书的时候，也不知道怎么办这个时候卢兆荫先生他有一天晚上给我打个电话，说冯瑞，我又找到一个有关张衡地动仪的一些材料，说是续汉书，我说续汉书是怎么回事，他说司马彪写的，我也没有反应过来，我的历史不行，司马彪、司马毅我都搞不清楚这个，他说西晋的，我朝代也搞不清楚，很惭愧，我什么时候，他说西晋的，他说比范晔，我们看的后汉书还早一百多年呢，哎哟，我说这真是喜从天降，当冯锐迫不及待的拿到《续汉书》后，书中对酒尊的描述令冯锐，恍然大悟。
　　
　　冯锐：这个他明确讲，它的盖是气盖穹庐。
　　
　　冯锐：那就等于是上面是一个穹庐天，然后有个龙，是天上飞龙下来了，下面是蟾蜍，那这个比喻就是一个非常好的一个地学观点，
　　
　　为了求证古代仪器，精准的外形特征同时还能满足科学仪器的稳定要求。冯锐来到古观象台，测量古代仪器，寻找历史的证明。
　　
　　冯锐：那九尊它上面是一个穹庐形的盖，下面是一个直筒，然后下面有器族，什么动物，这个部分中间的直立部分你侧面一看，它是个矩形，我们中国青铜器这个高度和它的宽度之比，就是侧面看，是多少呢？0.62这是什么参数啊？0.618就是接近0.62了，黄金分割的参数啊。
　　
　　冯锐：这个龙制作0.618就在轨道的下方，特别好看，而它的质心更低，这是一个很美丽的东西，所以这是我们中国科学的，科学和美术的一个很好结合的一个典范。
　　
　　站在城头，冯锐仿佛有了些艺术家的气质。作为一名自然科学家，从来也没想过自己的研究课题，有一天竟然和考古，艺术紧紧的联系在了一起。遥想千百年前的古人，是什么样的动力，什么样的智慧使他们创造出如此巧夺天工的作品。令今人看来也只有赞叹的余地。
　　
　　都柱的设计问题还没有解决，一个新的问题又产生了。在王振铎的模型中，蟾蜍被设计成，散放于尊体四周。由于占地面积过大，明显与“圆径八尺”1米85的限定不符。在博物馆工作的李先登也认为这样设计并不合理。
　　
　　李先登：我跟王先生就提出来过，我说散之四周，不严密，你这位置怎么摆？因为我们搞陈列嘛，是往前点摆，往后点摆，……王先生说，还是你们看吧，摆怎么合适就合适，还有一个令冯锐无法理解的是，后汉书写地动仪的文字只有196个，为什么范晔要写两次蟾蜍受丸的功能，很显然这不符合古人惜墨如金的特点。
　　
　　新设计地动仪结构图。
　　
　　新设计地动仪外形图。
　　
　　三、悬机巧制
　　
　　地震专家冯锐，在得到河南博物院和地震局的支持后，终于开始了张衡地动仪的复原工作。然而复员之路并不顺利，虽然确定了一个漂亮的汉代酒樽外形，但都柱的结构设计过于复杂，并不符合汉代工艺特点，怎样改变一时还没有办法。同时又发现，蟾蜍散放于地动仪的四周，这种并不严谨的摆放，不符合科学仪器特征。而且占地面积超出了后汉书中“八尺”，也就是一米八五的限定。
　　
　　1975年，河南省考古队在洛阳市南郊，发掘出土了一座搭建在山坡上的建筑。这就是建于东汉建武中元元年著名的灵台。灵台是古时帝王用来观天象，占幸运，卜吉凶的高台建筑。经资料考证“张衡地动仪”也曾经放置在这里，并进行过地震观测。
　　
　　张衡地动仪复原工作正在紧要关头，为了提供给振动试验所需真实的陇西地震波形，冯锐来到了灵台遗址。实地考察建筑条件和地基结构，判断在1800年前，如果陇西地震传来，会给放在灵台的“张衡地动仪”带来怎样的影响。
　　
　　灵台位于洛阳城南，在洛阳与灵台之间刚好有洛河通过。由于河床两边属松软土层，灵台又建在了高高的土坡上，土质松软，很显然地基不稳。
　　
　　冯锐反复观察，思考，用现代地震学观点来看，灵台的位置对于地震观测是非常不利的。为什么张衡要选择把地动仪放在这样一个不稳定的地基上。
　　
　　当冯锐站在灵台山顶向远处的洛阳城眺望时，突然明白。
　　
　　冯锐：那么这个地方地基条件并不是特别好，应该说对现代地震学的研究来说，不是一个很好的地基条件，但对古时的观测不会考虑这些问题了，而且台基还要高出来，仪器放上，那么这个对我们地震波有个什么样的影响，地基本身有放大的作用，会比基岩岩石上的地基就有可能放大两倍，一倍半。那么这对于仪器观测，古代的仪器观测实际上是有利的，现代的地震仪，非常灵敏，必须选择稳固的岩石地基。但这恰恰是张衡地动仪所不能选择的。试想1800年前的汉朝，没有电能驱动，十几吨重的地动仪要想检测到全国的地震，恰恰要利用地基松软的放大功能，增加地动仪的灵敏。“如有地动，尊则振”，因此冯锐推断,陇西地震所引起的视觉位移量能够达到3mm,符合自己的估算。刚好达到了地不觉动而机器有感的临界点。冯锐深深地折服于张衡这天才般的设计。
　　
　　冯锐：张衡做那个混仪的时候，他讲混仪于密室，那这个密室在1975年考古所在发掘的时候，在林台的西侧已经发现了，是两个密室，一个密室我们估计应当放着他做的混仪了，另外一个密室应该是放地动仪。
　　
　　在洛阳考古大队，冯锐端详着灵台沙盘。一直以来，蟾蜍的摆放问题不能解决，使地动仪外观设计无法继续。王振铎模型设计的蟾蜍是散放于尊体四周。而李先登先生认为蟾蜍与仪器应为一体。到底谁的观点才对，冯锐要用科学的方法解决这个问题。
　　
　　冯锐：我们就根据挖掘时候的报告、照片和尺寸，那么我们就量量，密室的这个房子长宽，要看看仪器能不能放进去。
　　
　　冯锐：我们以前只是觉得，蟾蜍不应该这么放，这个地面一晃动，铜丸掉下来这个点是不确定的，它高度0.6米，这个铜丸就水平出速度，就会有每秒51个厘米的这样的出速度，它落到了蛤蟆嘴里以后，这个误差会偏离15到20厘米，这个轨迹可以算出来，那么这个在地面一震动，有30公分这么大的偏差，根据计算，王振铎模型的实际圆径，3米75，大于后汉书中“八尺”1米85的限定。显然，王振铎模型，超出密室宽度几乎一米的距离，根本放不进去。
　　
　　如果蟾蜍紧靠尊体，不超出“圆径八尺”的范围，就可以轻松放入只有2米2宽的密室中。
　　
　　冯锐：也就是八尺，刚刚放进去以后，后面可能也就剩了20多公分，这个余地了，很窄的余地了，这个房子可以放下去，这样就告诉我们什么事情呢？蛤蟆、蟾蜍恐怕不能离开它，分开的很远，离开很远这个房子放不进去了。这样我们对它的尺寸有了一个基本的概念，重量有一个基本的判断。
　　
　　冯锐如释重负般，长长的出了一口气。
　　
　　在来灵台之前，冯锐得到了一份，比《后汉书》年代更早的史料《续汉书》书，发现两本书对蟾蜍的描述有很大差别。这时回想终于恍然大悟。
　　
　　《后汉书》中“下有蟾蜍张口承之”和“蟾蜍衔之”这两句两次提到蟾蜍口衔铜丸，而两次意思却完全相同。
　　
　　而《续汉书》中，第一句“下有蟾蜍承之”，去掉了“张口”两字。看起来这是在强调蟾蜍“承之”，也可以解释为蟾蜍在下，承托尊体。而“张口”两字被挪到另一句中，“蟾蜍张口受丸”只讲蟾蜍口衔铜丸的功能。
　　
　　《续汉书》两次写道蟾蜍，两次作用不同。冯锐认为这样的写法完全符合古人，惜墨如金的造句风格。
　　
　　这次灵台之行实地考证，再次证明了，只有把蟾蜍和酒尊紧紧连成一体，才是最完美的设计。
　　
　　同时冯锐还发现，在文化上，兽体向外代表着皇家仪仗的形式。而蟾蜍面向内，而背向外，这样摆放是对皇权的大不敬，在汉朝是不能想象的罪过。同时在汉代文物中，这种完全写实的造型也根本没有。这些与中国文化完全相勃的设计，绝不可能出自张衡之手。
　　
　　冯锐：对蟾蜍这个造型条件各方面，我们是非常慎重非常慎重，范晔的《后汉书》成书比司马彪的《续汉书》要晚139年。也许作为文学家的范晔，在写后汉书时，由于无法完全理解张衡的科学思想，于是在地动仪一段中加进了个人的理解。这恰恰是，给后人带来误解的原因。
　　
　　冯锐：续汉书关于地动仪材料的发掘，就使我们的认识更深化了，使我们的模型也更加逼近原始状态，
　　
　　在中国乃至世界学术界，一直以来都把范晔的《后汉书》作为研究张衡地动仪唯一的依据，这也许仅仅是一个历史的大玩笑。作为完全不懂考古学的冯锐，运用独创的考古方法，和严谨的计算公式，终于发现并破解了蟾蜍摆放之迷。同时通过发掘的新史料，向世人证明《后汉书》并不是唯一记录了“张衡地动仪”的孤证。
　　
　　那么作为研究者冯锐必须证明，王振铎错误的蟾蜍设计，到底从何而来？
　　
　　1800年转瞬即逝，冯锐从灵台回到北京后。收到了一张从法国寄来的照片。照片拍摄于，法国凡尔赛宫门前的拉托娜喷泉。冯锐惊奇的发现，在喷泉四周有36只，向内蹲伏的蟾蜍造型，似曾相识。
　　
　　冯锐复原研究第一个做的是日本叫服布一三，那时候才24岁，他在1875年，把这个文字画了一个图形，就是这个张衡地动仪，当冯锐把服部一三设计的蟾蜍和照片放在一起对比，两种蟾蜍惊人的相似。再把王振铎的设计放在一起，三种蟾蜍完全一样。冯锐恍然大悟，王振铎对蟾蜍造型的设计和向内蹲伏摆放，完全照搬了日本人服部一三的思想，而服部一三是模仿的西方文化。
　　
　　冯锐：这样我们争取在每一个细节当中，尽量找出我们中国的风格，中国的特点，
　　
　　冯锐马上要求美术组，完全推翻原来的设计，重新设计外观造型，修正前期错误理念，把那些不必要的花纹装饰去掉，紧紧把握住汉朝文化的历史原型。重现了传说中古老神器的辉煌。
　　
　　圆径八尺，铜形似酒尊，其盖穹窿，外有八龙首衔铜丸，下有蟾蜍承之。”
　　
　　地动仪的复原工作，对有四十年的地震研究经历的冯锐来说，仿佛突然打开了一扇尘封的大门。不断的发现，充满了别样滋味，有愤怒，有屈辱，还有自豪。到2004年7月，张衡地动仪外形的设计工作，基本完成。
　　
　　冯锐：有一个模型是1883年英国人庄·米尔恩，这个人做的，一看到这个，我们眼睛一亮，这个人是什么？他是现代地震学的奠基人，他如果是做这个图了的话，说明他已经看到张衡地动仪了，那这样就给我们一个很主要的启发了，冯锐在《米尔恩传记》中，惊奇的发现他对中国的描述，以及对张衡的评价。
　　
　　1876年，米尔恩被邀请赴日本研究地震，于是他从英国出发，横穿西伯利亚取道中国，最终到了日本。
　　
　　冯锐：在日本这样的条件下，他接受了东方文化了，看的这个后汉书，所以他在这时候，他是第一个把后汉书翻译成英文，向全世界介绍的人，米尔恩在了解了张衡地动仪的悬垂摆原理后，开始在自己的房子里进行试验，把很多悬挂物置于房梁，甚至桶破房顶悬挂，来观察悬摆对地震的反应。
　　
　　冯锐：而且在他把后汉书介绍出去，在介绍中他就说了，中有都柱这柱子是悬挂的。
　　
　　终于，他设计出了地震仪的雏形，而这个仪器和他自己画的张衡地动仪非常相似。
　　
　　冯锐：所以他在1880年，那个时候日本成立全世界第一个，地震学学会的时候，他在会上发言有个很重要的讲话，他说人类历史上的第一个地震仪，是中国人张衡发明的，而且特别把这个仪器进行归类，就说各种那种报警器是不行的，验震器这个才行的，专门起个名字，就是张衡，专门有个英文名字叫做“验震器”。
　　
　　由于日本是多地震国家，便于开展观察和研究，于是米尔恩在张衡思想的影响下，渐渐完善了自己的设计，最终在1894年设计出世界上第一台地震仪，架设于世界各地。
　　
　　冯锐：米尔恩研制成功。而这段历史令我们悲伤的，恰恰是中国最惨的时候，1894年中日甲午海战，中国赔款割地的时候，这时候发展起来了。一方面看到我们这个历史的辉煌，一方面我们看到我们当时的痛苦。
　　
　　冯锐从这些文字中，看到了骄傲，看到了自豪，也看到了无奈与屈辱。但不论怎样有一点是毋庸置疑的，中国汉朝的大科学家张衡在公元2世纪，创造的地震观测理念，的的确确影响并启发了相隔1700年后18世纪的英国人米尔恩，使他建立起现代地震学。
　　
　　这一史实的发现，令那些认为张衡对世界地震学从没有过任何影响，张衡只是中国人美好想象的说法，一瞬间化为无稽之谈。
　　
　　1800年前，身在洛阳都城，深宫中的汉顺帝刘保，不知天下之事。
　　
　　忧国忧民的张衡制造了地动仪，希望用这仪器可以告诉皇帝，了解天下子民的灾祸饱暖。因此可以猜测张衡地动仪也许只是用来确定地震发生与否的皇家器物。而对于预报地震，防震减灾等现代地震观念来说，1800年前根本无法实现。
　　
　　但是世界上仍然流传着一种荒谬的说法，令冯锐无法置之不理。后汉书中明确写道：龙首吐丸后，“寻其方面，乃知震之所在”。于是人们认为，龙机吐丸后，只要按龙头方向寻找，就可以知道地震从何而来，甚至可以找到震中。
　　
　　冯锐：看后汉书，里头写寻其方位乃之震中所在，当时我一看他写的方面，哎哟我几乎要，拍案叫绝。我说写的太科学，太准确，现代地震观念认为，方面和方向是完全不同的两个概念。后当陇西震波传来时。在洛阳的地动仪受到振动，东和西，形成了在一条轴线上的正负两级，这被称为面。因此西面的龙头吐丸是正确的反映，而东面的龙头吐丸也是正确的。
　　
　　冯锐：东面来的地震在我这产生的影响，和西边来的地震在我则产生的影响，仪器识别不出来的。
　　
　　冯锐惊叹于在1700年前的后汉书中，能够出现如此准确而专业的地震学概念。
　　
　　1976年7月28日，20世纪人类最大的地震灾难，降临在北京的东北部。一瞬间一座城市被夷为平地，24万人死于这场灾难。为了在第一时间找到震中，组织抢险救灾。国家地震局利用布设在全国的多个台站，采用综合观测，空间定位等多种手段，最终确定震中是唐山。因此可以看出即使是现代，靠单台地震仪也是不可能确定震中的。
　　
　　1800年前，假设张衡地动仪真的能够知道震中在陇西，那么至少在兰州和成都同时还要有两台地动仪，三地龙首同时吐丸，才能确定震中在陇西。
　　
　　试想1800年前，只靠一台地动仪，寻找震中，几乎是天方夜谭。
　　
　　冯锐：事实上有些同志可能是也许有些误解，认为就是这个方向，甚至有些文章当中写的过高了，这样引起国内外很多地震学界，地震专家一些文章提出严肃的批评，说这个肯定属于概念问题，这些历史的争论，冯锐在历史中也找到了答案。
　　
　　根据史料记载，博学多才的张衡，经过多年潜心研究的地动仪，于132年，问世。第二年，133年6月18日京师突然地震，于是张衡上书汉顺帝。必须改变执政方略，上天才能降幅于人间。汉顺帝刘保无奈，被迫下罪己诏，向天下人承认自己的错误。大臣司空王龚被免职。而张衡却得以升迁为侍中，在皇帝身边，成为辅佐。张衡因地动仪而晋级，一时间成为朝野内外，一人之下万人之上。地动仪作为科学仪器被张衡赋予了神圣的功能，成为了检验皇权公正的神器。因此寻找震中，根本就不是发明地动仪的初衷。
　　
　　因为在史书上记载它是一龙七首不动，假如按照现在狼牙棒这种结构的话，他在有一个方向被激发的时候，它相对另外一个方向也会被激发，因为他没有一个锁定结构，然后我们对他进行商量，这样做不行，三个月后，一件令冯锐一直担心的事情终于发生了。北京自动化所把冯锐设计的狼牙棒方案无情的退了回来。
　　
　　冯锐：张先生他怎么搞的，我们现在人也不至于笨到这个地步，就是因为历史条件上，他认识再先进的人物，它总要有一个历史物理条件的决定，他怎么弄的，张衡他怎么做这个东西的，他当时怎么思路，这个狼牙棒似的“都柱”工艺过于精细，汉代技术根本无法完成。
　　
　　冯锐：回想当初我们第一次写论文的时候，我们非常浪漫的写了一句，就是施关发机，我们现在还没有能力去复原，我们把这个古代的缺憾留给后代去考虑，现在我们真正做了，这个问题真正摆在我们面前了，我们必须得施关发机这个问题，给出很明确的重现，那怎么解决，2004年9月，冯锐眼望着被退回的图纸，思索着，“都柱”到底是什么样子？“柱”“道”“关机”“丸”这四个神秘结构是怎样联动，实现“施关发机”？这是整个复原中最难的环节，如果没有合理的解决方案，那么张衡地动仪的科学复原，将以失败告终。
　　
　　《发现之旅》栏目拍摄节目现场。
　　
　　《发现之旅》栏目特技拍摄拍摄现场。
　　
　　四、浑然天成
　　
　　根据《后汉书，张衡传》中记载，为了能够达到史书中描写的“施关发机”，地震学家冯锐，把地动仪内部最难的结构“都柱”，设计成非常精巧的结构，然而问题也随之产生。这个都柱方案被送到加工单位，北京自动化所三个月后又退了回来。
　　
　　自动化所：我们就跟冯先生说这样是不行的，因为这种结构它不能把吐丸的方向，在一个方向吐丸，因为在史书上记载，是一龙激发，七首不动，但是这种机构，它在一个方向的被吐出丸之后，在相对的另外一个方向的丸，也会被激发吐出，在范晔的《后汉书》及《续汉书》中对地动仪结构的描写几乎完全一样，都是“施关发机”。冯锐凭借自己多年的地震研究经验及对物理学的造诣，在“都柱”的设计上已经倾尽了所有智慧。但是为什么，仍然不能实现，“一龙发机，而七首不动”呢？如果不能解决这个问题，将意味着张衡地动仪的复原，彻底失败。
　　
　　冯锐：已经走到绝路，这时候我们觉得只有再看古书，只能从古书当中挖掘出它更深的技术含义，技术内容，才有可能把这个扣解开。
　　
　　当地震学家冯锐陷入了前所未有的困境时。古汉语专家卢兆荫老先生起到了重要的作用。
　　
　　冯锐：我们尽量找到祖先目前留给我们的最早的版本，是找明朝的版本，找宋朝的版，经过了一翻很艰苦的努力，最后我们找到了，找到了这个本都是1513年的，1534年，1594年的，这些明朝的版，在卢兆荫老先生的帮助下，冯锐又找到了七篇记录了张衡地动仪的文章，共计236个字。冯锐把自己关在办公室里，字斟句酌的推敲着，古汉语中玄妙的含义，全心体会着古人用词的目的。思索着怎样才能顺利实现“施关发机”。
　　
　　在这236个字中，对地动仪内部结构的描述是这样的：“中有都柱，傍行八道，施关发机”。“关机”通常被认为是像弩箭扳机一样的触发机构。冯锐设计的关机部分，是一个呈S型的装置，上面压住铜丸，下面触点与都柱相对。实现“施关发机”。但是无论冯锐怎样计算，都柱触发关机都无法实现，“一龙发机，而七首不动”。这显然还是不行。
　　
　　后汉书在“施关发机”的后面写道：“其牙发机，皆隐在尊中”。突然这句话引起了冯锐的注意。
　　
　　冯锐：机关巧治，皆在尊中，他说做的很巧，都在尊里面去，皆是什么意思呢？皆就是都的意思，机关很巧妙的都藏在尊里了，既然都，那一定是复数，那就是两个东西。
　　
　　冯锐发现了隐藏在文字中惊人的悬机。一个机构，突然变成了两个。这会是真的吗？冯锐再对照前一句“施关发机”时，眼前突然一亮，关机的悬机就隐藏在这四个字里。
　　
　　冯锐：我就想这个东西，试管发急这四个字怎么理解，后来施是动词，发是动词，那就是施关发机，哦，关是机是两个字，是两个结构，古人真是惜墨如金，四个字，即讲结构又讲功能。冯锐不敢相信这么重大的秘密会被自己发现。
　　
　　冯锐：所以这时候我们又打电话，跟卢兆荫先生谈谈，我们的理解。
　　
　　卢兆荫：作为一个历史学家他不大可能从这个机械的角度会理解的地震学的角度来进行理解。所以我觉得这个还都是冯瑞教授理解的比较深。
　　
　　终于明确了关和机，是指两个完全不同的结构。这意味着原来设计的“柱”“道”“关机”“丸”四个装置彻底作废，地动仪内部设计从新开始。也就是在原有的基础上还要增加一个重要的装置“关”。而这个“关”的设计，却成为了冯锐最后一道难关。
　　
　　通过与历史学家交流，“关”字，冯锐得到了两个答案。第一，在古汉语中“关”代表门栓的意思。第二，“关”又是指，大路交汇的地方。
　　
　　冯锐耐心的思索，体会着张衡的意图，他会怎样设计地动仪的内部结构，关口和门栓，这两种解释中会不会产生更准确的答案？假如把地动仪所有结构作为一整套联动装置来思考。
　　
　　冯锐：如果有个关，都是很小很小，我把一个东西碰倒了，碰动了，它是有能量的，它砰一下子再触发别的，这个问题就解决了，你想想看，地动仪这么小的量，最后龙脑袋掉到下面，“咚”一声听到了，能量放大了。
　　
　　冯锐好像突然想通了似的，异常兴奋。
　　
　　冯锐：关就是大路关口汇在一点了，那个地方是枢纽的东西，关是门上的小门闸，卡在那儿了，一碰它一点开门了，好家伙这个等于是有点，我们柳暗花明又一村的感觉了，然而原来的设计怎样改变？“关”到底是什么样子？
　　
　　1800年前的汉朝，是一个比同时期西方的罗马帝国还要先进的王朝。但即便如此，在张衡的时代能够获取灵感的物质条件也非常有限。而对今天的冯锐来说，在自己身边却充斥着大量可以利用的先进手段，只要自己愿意，举手之劳就可以轻松突破这个难“关”。
　　
　　这是艰难的抉择关头，冯锐非常清楚，如果利用现代技术，就是在向世人宣告复原失败。
　　
　　冯锐再次搬出历史资料仔细体会，仿佛要穿越1800年的时空，努力理解张衡的思想。
　　
　　冯锐：我看了一些18世纪，当时法国人他们那时候也是做古代的验震器，也是用球，八个方向，球掉了像鸡蛋咱们冰箱里的小格格，哎，掉到里头了，这不就行了嘛，也是球，这个球体它比较灵敏，很方便，所以看着是可以的，还有我们还查了中国的一些考古材料，在战国的时候，我们中国就可以做铜丸，做的非常好了已经，所以这个工艺没有问题，首先简化“都柱”的复杂结构，“关”被设计成是一个小球，处在都柱的下方，八道的中央交汇处。机被简化成一个扣住铜丸的直臂。当“都柱”晃动起来，施加能量给“关”，小球掉进道里，滚动，触发“机”，“吐丸”。
　　
　　那么在都柱的下方就应该有关，我轻轻一动，这个关扑出来了，把能量放大了，放出来，它在推动，这个问题好办了，一下这个扣就给我们解开了“关”的设计成功，意味着冯锐完成了地动仪的所有设计。
　　
　　冯锐：冯老师成功了，这个龙脑袋的铜乱掉下来了，掉蛤蟆嘴里头了，哎哟，我说行啊，大松一口气啊。
　　
　　按照古法，复原的张衡地动仪，顺利实现吐丸。一切是那么的，天衣无缝。这是冯锐从未有过的自豪与成功。“中有都柱，傍行八道，施关发机，如有地动，尊则振，龙机发，吐丸，而蟾蜍衔之，振声激扬。”
　　
　　现在再看这些古文字，字字珠矶，精辟而深刻。短短的几行字，把地动仪的构造和功能交代的清晰而明确。这时的冯锐对张衡又有了更深的理解。
　　
　　冯锐：这样的精深，这么准确、这么专业，肯定是张衡写的，别人写不出这种文字，这样的一种文字一定是设计者写的，它对它这个仪器设计有很透彻的、很深刻的了解，然后用非常简单的、很精辟的文字把它写出来，又工作过，只有这样的人才有可能写出这样的文字，所以这个文字是很可能是张衡地动仪图著的译本。
　　
　　也就是说《后汉书》《续汉书》等史书中的记载，都是根据失散在民间的张衡地动仪图注佚文而来。因此也就不难理解，范晔等后世文人，不能完全搞懂仪器制造及功能时，只得在自己的文章里加进了个人的理解，但恰恰是这些加进的内容，反而引起了后人对张衡的迷惑与猜疑。
　　
　　随着“地动仪”设计的最终完成，整个复原计划也进入了最后时刻，验震试验。根据后汉书记载：“后数日驿至，果地震陇西”按照历史资料推算，在东汉永和三年，也就是公元138年，在金城陇西发生了一次大地震。而这次地震，是地动仪制造完成后，至张衡死前唯一的一次发生在陇西的地震。
　　
　　按照这次科学复原的标准，验震试验，必须采用，138年真实的陇西地震才行。俞言祥博士，根据陇西到洛阳的距离，以138年的历史记录，用计算机模拟计算震波图形时。突然发现138年的陇西地震，与后汉书记载严重不符。
　　
　　冯锐：按照史书上记载张衡传记载，是人没有感觉的，地动仪感觉了，可是138年地震同样在史书上，对这次地震的记载，那是京师地区人是有感觉的。那么根这个是不符合，后汉书中写京师“地不觉动”，而138年地震，确是京都有感。这一发现，对实验来说几乎等于灭顶之灾。张衡地动仪的科学试验，必须要靠“地不觉动”的陇西地震才行。冯锐值得马上又在历史地震资料中查找，然而从132年地动仪创制，到139年张衡辞逝这8年间，史料中却再没查到，另一次陇西地震。
　　
　　冯锐：这个实际上是有点山穷水尽了这个事情，而且河南博物院给我们大限快到了，仪器该交出去了这个很难弄啦。
　　
　　冯锐苦苦思索着问题出在了哪里。难道“后数日，驿至，果地震陇西”这10个字中，还有未解的谜团？
　　
　　冯锐：我们现在不是有七份史料吗，我们仔细对比一下，这个问题在哪儿，把这七份史料一个字一个字排成表对。
　　
　　经过反复比对，冯锐发现，在司马彪的《续汉书》及其他六份资料中，根本没有提到，还有一次“地不觉动”的陇西地震。
　　
　　因此冯锐推测这次陇西地震，很有可能是范晔增加的，如果是这样，那么就暗示着范晔是唯一知道，在138年陇西地震之外，还有一次陇西地震的人。
　　
　　冯锐：那么好，既然你范晔加了这段，在张衡传当中说，果地震陇西，那么你在本纪或者列传当中，你还得有一段这个地震是怎么回事，到底撤没撤职有关的情况，有没有这个情况，结果我们一查，在顺帝纪专门有一段写地震，这次地震是司徒刘崎，司空孔扶以地震免。
　　
　　这次地震发生于，东汉杨嘉三年十一月壬寅，公元134年，地动仪造出后的第三年。然而冯锐还必须证明这是“地不觉动”的陇西地震。
　　
　　冯锐：不仅知道了这个地震是在134年12月13日发生的，而且结果搞出一段张衡晚年由于地动仪做出来以后，一段人生的悲剧，公元132年张衡创制地动仪，第二年133年6月18日京师地震，张衡上书汉顺帝。必须改变执政方略，上天才能降福于人间。汉顺帝刘保，被迫下诏，向天下人承认错误。大臣司空王龚被免职。然而没想到第三年134年12月13日，陇西地震。由于京师“地不觉动”，而铜丸却突然掉落，说明这次地震是检验“地动仪”科学水平的最佳震例。而冯锐要找的也正是这个地震。
　　
　　伴随着铜丸掉落“振声激扬”，神奇的地动仪成为了皇家神器。但是司徒刘崎、司空孔扶两名高官，又遭到免职的处分。于是张衡和他的地动仪就成了众矢之的。张衡的命运在这一年，发生了重要的转变。
　　
　　即使张衡这样的天才也无法理解，地震只是一种天地间的自然现象。而公元132年到140年，恰恰是中国地震频发的高潮期。张衡错误的把地震和政治联系在了一起。他认为地震是因为皇家政策失误的报应，是朝中大臣弄权所致，因此上天震怒。然而这竟触犯了官场之大忌。朝中人人视张衡为妖魔，视地动仪为不详之物。
　　
　　冯锐：这个时候张衡一看情况就不是很好了，所以地震以后马上上书，我干脆降职吧，我不当侍中了，这次地震以后，这一年张衡是个转折。
　　
　　在134这一年，张衡辞去侍中之职，两年后136年，京师再次地震。面对上天的再次惩罚，张衡无法解释。因此皇帝下诏张衡被贬出京到河间为官。从此张衡的命运步入凄凉的晚景。
　　
　　然而在张衡的内心深处，直到临死前仍然强烈地怀念着，地动仪在134年所创造的辉煌。他在诗中写道：“我所思兮在汉阳，欲往从之陇坂长，侧身西望涕沾裳”。
　　
　　张衡诗句中提到的“汉阳，陇坂”就是陇西。冯锐认为张衡地动仪对134年陇西地震，的反应是他一生的骄傲和无奈，因此在他的诗句中才会写道“侧身西望涕沾裳”，同时冯锐再对照顺帝纪中罢免高官的事件，最终确定了134年的地震就是后汉书中提到的“地不觉动”的陇西地震。而且根据陇西距洛阳600公里，算出这是一个7级左右的地震。
　　
　　历史上从没有人，像冯锐这样深刻而透彻的了解张衡的一生。令人遗憾的是，公元139年张衡抑郁而终，此后，再没人提起过他的地动仪了。因此可以推测，在张衡死后，地动仪很可能遭到人为破坏，直到彻底失传。
　　
　　134年陇西地震的发现，使所有计算好的参数发生了很大的改变。为了使试验成功，冯锐必须重新计算，调整所有参数。
　　
　　2005年3月30日，冯锐带着重新计算的结果，怀着忐忑的心情，来到了自动化所的实验室。把重新调整后的震波拿了出来。
　　
　　冯锐：算出的很多参数他还不能直接用，因为还是算，我们再拿实际地震，把真实的地震和它结合起来，再送到震动台，它既有真实地震那样丰富的震动信息，又有相当于陇西地震产生的效果。
　　
　　最后的试验正式开始，这次试验是关系到科学复原成败的关键。冯锐紧张万分的盯着振动台每一次频率的变化。
　　
　　唐山地震，云南地震，越南地震，河北地震。
　　
　　地动仪实验，连续7天168小时的强干扰试验，没有一次误触发。
　　
　　2005年，冯锐复原模型，得到了考古界，科技界的一致认可。
　　
　　冯锐：张衡地动仪，它是真实的，是起过作用的，是科学的，是我们中华民族的骄傲，我觉得作为一个中国人自豪，民族自豪感。
　　
　　地震来自地底深处，神秘而恐怖的自然现象。千万年来在他的面前，人类是绝望的弱者。随着134年陇西地震，人类有史以来第一次利用仪器，强烈的感受到来自地壳深处的震颤。在这伟大的时刻，人类智慧的巨臂似乎已经扼住了自然的咽喉。然而龙珠震落的铿然之声，没能在华夏大地上引发“科学的变革”，而是淹没在一场政治的风潮中。
　　
　　1873年转瞬即逝，中国人冯锐穿越历史迷雾，跨越学科的壁垒，科学复原了地动仪。与其说是对“张衡地动仪”这一古代神器的追索，不如说是对人类科学精神的回归。（CCTV-1发现之旅姚宇）
　　
　　文章来源:北京科影厂《发现之旅》
　　
　　

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