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张衡尚书 | 从政 | 著书立说 | 文学家科学家

张衡(78年—139年),字平子。汉族,南阳西鄂(今河南南阳市石桥镇)人,南阳五圣之一,与司马相如、扬雄、班固并称汉赋四大家。中国东汉时期伟大的天文学家、数学家、发明家、地理学家、文学家,在东汉历任郎中、太史令、侍中、河间相等职。晚年因病入朝任尚书,于永和四年(139年)逝世,享年六十二岁。北宋时被追封为西鄂伯。

张衡在天文学方面著有《灵宪》、《浑仪图注》等,数学著作有《算罔论》,文学作品以《二京赋》、《归田赋》等为代表。《隋书·经籍志》有《张衡集》14卷,久佚。明人张溥编有《张河间集》,收入《汉魏六朝百三家集》。

张衡为中国天文学、机械技术、地震学的发展作出了杰出的贡献,发明了浑天仪、地动仪,是东汉中期浑天说的代表人物之一。被后人誉为“木圣”(科圣),由于他的贡献突出,联合国天文组织将月球背面的一个环形山命名为“张衡环形山”,太阳系中的1802号小行星命名为“张衡星”。后人为纪念张衡,在南阳修建了张衡博物馆。

基本信息

中文名张衡

别名字子平

国籍中国

民族汉族

出生日期78年

出生地河南南阳

去世日期139年

职业尚书,从政,著书立说,文学家科学家

信仰老庄、孔孟

朝代汉朝

官职太史令、河间相、尚书

代表作品 《灵宪》, 《归田赋》, 《二京赋》, 《张河间集》等

主要成就 开创中国天文
地理研究之先河发明地动仪
汉赋四大家之一

汉赋贡献

张衡

张衡

张衡是汉赋发展史上承前启后、具有划时代巨大贡献的重要作家。在他一生作赋的生涯中,首先是虚心学习,较全面地继承了前代赋家的赋心与表现手法。大赋则远绍司马相如《子虚》,近取班固《两都》而有《二京赋》;骚赋则上追屈原《离骚》、下踪班固《幽通》作《思玄赋》;七体则步枚乘《七发》、傅毅《七激》作《七辩》;文赋则依东方朔的《答客难》、班固的《答宾戏》作《应间》。其他还有受扬雄《蜀都赋》启发作《南都赋》;效傅毅《舞赋》而再作《舞赋》等等。以上所举,虽皆属模拟,成就又有高下之分,但也都确实不同程度地显现出了艺术上的创意。如《应间》,固然踪迹东方朔的《答客难》和班固的《答宾戏》,但是又不似东方朔反话正说,辛辣尖刻地发泄遭时不遇的愤诽,也不似班固隐微地抒发内心以二世才术,位不过郎的不平衡的怨思,而是通过有人对自己自安帝元初二年(公元115年)为太史令,六年未迁升,建光元年(公元121年)转官接近皇帝、较有权势的公车司马令后,于顺帝永建元年(公元126年)又复任太史令,认是失志,非进取之势也,故说非难闲话的回答,重在表明自己坚持高尚修洁的操守:捷径邪至,我不忍以投步;干进苟容,我不忍以歙(胁)肩。奉顺敦笃,守以忠信;得之不休(美),不获不吝(耻).并且尽管不被世俗理解也不愁闷,居下位而不忧,一心与世殊技,固孤是求,在太史令的位置上笃志于天文、科技的潜心研究,根本不以官职势禄为意的人生志向。考察张衡一生正直不阿,淡泊宁静地投身于祖国的科学事业,而且做出了享誉世界的伟大成就,推动了人类文明进展的事实,此赋自有震撼人心的人格力量。经如此广收博取的学习继承,张衡更突出的还在于能融汇贯通,极富创造性地以《归田赋》,实现了汉赋主体从铺采摛文、闳衍巨侈、重体物而淹情志,向清新爽丽、短小精练、情境相生的转变,而掀开了抒情小赋的创作时代。张衡赋的代表作历来公认为是《二京赋》、《思玄赋》和《归田赋》。

张衡墓地

张衡

张衡

张衡墓位于南阳市北25公里石桥镇南小石桥村西20米处,墓地坐落在一个周围平坦、中间略高的台地上。墓北约250米处,有平子读书台,墓东为鲁南老公路,古代洱河旧道跨其北,鄂城寺塔峙立其东。据有关史料记载,汉时陵园建造宏伟,翁仲、石兽对立,祠庙巍峨壮观。汉代崔瑗曾有张平子碑,晋代夏侯湛也曾为之撰刻碑碣,唐代诗人骆宾王、郑谷者曾为之讴歌吟诗。后经战乱,以往胜迹荡然无存。新中国成立后,1956年重修了张衡墓园与“平子读书台”。墓园面积12000多平方米,墓室封土高8米,周长79米,在高大的古墓周围遍植松柏。墓前的明、清石碑加盖了碑楼。并于墓前立方碑1座,碑文为原中国科学院院长郭沫若撰写,称颂张衡:“如此全面发展之人物,在世界史中亦所罕见,万祀千龄,令人景仰!”墓北读书台遗址,亦重新建台立碑。张衡墓今已成为国内外游客瞻仰游览之胜地。

人物生平

张衡出身于名门望族。其祖父张堪自小志高力行,被人称为圣童,曾把家传余财数百万让给他的侄子。光武帝登基后张堪受荐拜官。曾被任为蜀郡太守随大司马吴汉讨伐割据蜀郡的公孙述,立有大功。其后又领兵抗击匈奴有功,拜为渔阳太守。曾以数千骑兵击破匈奴来犯的一万骑兵。此后在他的任期内匈奴再也没有敢来侵扰。他又教人民耕种,开稻田八千顷,人民由此致富。所以,有民谣歌颂他说:“张君为政,乐不可支。”张堪为官清廉。伐蜀时他是首先攻入成都的,但他对公孙述留下的堆积如山的珍宝毫无所取。蜀郡号称天府,但张堪在奉调离蜀郡太守任时乘的是一辆破车,携带的只有一卷布被囊。

张衡像他的祖父一样,自小刻苦向学,很有文采。16岁以后曾离开家乡到外地游学。他先到了当时的学术文化中心三辅。这一地区壮丽的山河和宏伟的秦汉古都遗址给他提供了丰富的文学创作素材。以后又到了东汉首都洛阳。在那儿,他进过当时的最高学府——太学,结识了一位青年学者崔瑗,与他结为挚友。崔瑗是当时的经学家、天文学家贾逵的学生,也精通天文、历法、数学等学问。和帝永元十二年张衡应南阳太守鲍德之请,作了他的主簿,掌管文书工作。8年后鲍德调任京师,张衡即辞官居家。在南阳期间他致力于探讨天文、阴阳、历算等学问,并反复研究西汉扬雄著的《太玄经》。他在这些方面的名声引起了汉安帝的注意。永初五年张衡被征召进京,拜为郎中。

元初元年迁尚书郎。次年,迁太史令。以后曾调任他职,但5年后复为太史令。总计前后任此职达14年之久,张衡许多重大的科学研究工作都是在这一阶段里完成的。顺帝阳嘉二年升为侍中。但不久受到宦官排挤中伤,于永和元年调到京外,任河间王刘政的相。刘政是个骄横奢侈、不守中央法典的人,地方许多豪强与他共为不法。张衡到任后严整法纪,打击豪强,使得上下肃然。3年后,他向顺帝上表请求退休,但朝廷却征拜他为尚书。此事颇有蹊跷,因尚书的官职远低于侍中或相,他是否应征,史载不彰。就在这一年他即告逝世。

据传说,东汉时期伟大的科学家、文学家张衡曾到过当时的随县,随州旧有张衡的读书台。张衡是南阳西鄂人,与随县同郡且相距不远,到过随州不无可能。

他曾针对谶纬风行于世的现实,勇敢地给东汉皇帝上疏,认为“国谶(ch&egrave

n)虚妄,非圣人之法。”并说:“……此皆欺世罔俗……宜收藏国谶。一禁绝之。”

史籍记载

张衡

张衡

张衡传(出自范晔《后汉书》)

原文:

张衡,字平子,南阳西鄂人也。衡少善属文,游于三辅,因入京师,观太学,遂通五经,贯六艺。虽才高于世,而无骄尚之情。常从容淡静,不好交接俗人。永元中,举孝廉不行,连辟公府不就。时天下承平日久,自王侯以下莫不逾侈。衡乃拟班固《两都》作《二京赋》,因以讽谏。精思傅会,十年乃成。大将军邓骘奇其才,累召不应。

衡善机巧,尤致思于天文阴阳历算。安帝雅闻衡善术学,公车特征拜郎中,再迁为太史令。遂乃研核阴阳,妙尽璇机之正,作浑天仪,著《灵宪》、《算罔论》,言甚详明。

顺帝初,再转复为太史令。衡不慕当世,所居之官辄积年不徙。自去史职,五载复还。

阳嘉元年,复造候风地动仪。以精铜铸成,圆径八尺,合盖隆起,形似酒尊,饰以篆文山龟鸟兽之形。中有都柱,傍行八道,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,寻其方面,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。

时政事渐损,权移于下,张衡因上疏陈事。后迁侍中,帝引在帷幄,讽议左右。尝问衡天下所疾恶者。宦官惧其毁己,皆共目之,张衡乃诡对而出。阉竖恐终为其患,遂共谗之。

张衡常思图身之事,以为吉凶倚仗,幽微难明。乃作《思玄赋》以宣寄情志。(《思玄赋》略)

永和初,出为河间相。时国王骄奢,不遵典宪;又多豪右,共为不轨。张衡下车,治威严,整法度,阴知奸党名姓,一时收禽,上下肃然,称为政理。视事三年,上书乞骸骨,征拜尚书。年六十二,永和四年卒。

发明创造

张衡

张衡

多级刻漏

刻漏是我国古代最重要的计时仪器。目前传世的三件西汉时代的刻漏,都是所谓“泄水型沉箭式单漏”。这种刻漏只有一只圆柱形盛水容器。器底部伸出一根小管,向外滴水。容器内水面不断降低。浮在水面的箭舟所托着的刻箭也逐渐下降。刻箭穿过容器盖上的孔,向外伸出,从孔沿即可读得时刻读数。这种刻漏的计时准确性主要决定于漏水滴出的速度是否均匀。而滴水速度则与管口的水压成正比变化。即随着水的滴失,容器内水面越来越降低,水的滴出速度也会越来越慢。

为了提高刻漏运行的均匀性和准确性,古人想了两步对策。第一步是把泄水型沉箭式改为蓄水型浮箭式,即把刻漏滴出的水收到另一个圆柱形容器内,把箭舟和刻箭都放在这个蓄水容器内,积水逐渐增多,箭舟托着刻箭渐逐上升,由此来求得时刻读数。第二步则是在滴水器之上再加一具滴水器。上面的滴水器滴出的水补充下面滴失的水,这样,可使下面的滴水器水面的下降大大延缓,从而使下面的滴水器出水速度的稳定性得到提高。这样的刻漏称为二级刻漏。如果按这思路类推,可以在二级刻漏之上再加一级,则刻漏运行的稳定性又可提高。这就成�HBA�三级刻漏,如此等等。大概在隋唐以后,中国发展出了四级和四级以上的刻漏。不过,关键的从单漏到二级漏这一步发生在什么时代?在张衡以前的文献和考古实物中都没有提供明显的资料。

不过在一篇题为《张衡漏水转浑天仪制》的文章中描述了张衡所用的刻漏是一组二级刻漏。这篇文章当是张衡或其同时代人的作品,原文已佚,现只在唐初的《初学记》卷二十五中留有几段残文。文如下:“以铜为器,再叠差置。实以清水,下各开孔。以玉虬吐漏水入两壶,右为夜,左为昼”。“铸金铜仙人,居左壶;为金胥徒,居右壶”。“以左手把箭,右手指刻,以别天时早晚”。其中所谓叠置当是指二具刻漏上下放置。所谓差置是指上下二具容器放置得不相重而有所错开。所谓再叠差置当是指有三层容器错开叠放。至于下面的蓄水壶又分左、右两把,那是因为古代的时刻制度夜间和白天有所不同,所以张衡干脆就用二把。同时,这样也便于刻漏的连续运行。

浑天仪

张衡在创作了浑天仪之后曾写过一篇文章。此文全文已佚。只是在梁代刘昭注《

纪清远绘《南阳张衡》

后汉书律历志》时作了大段引述而使之传世。刘昭注中把这段文字标题为《张衡浑仪》。称之为“浑仪”可能是刘昭所作的一种简化。在古代,仪器的定名并不严格。虽然后世将“浑仪”一词规范为专指观测仪器,但在隋、唐以前,“浑仪”也可用于表演仪器。刘昭所引此文与前面提到的《张衡漏水转浑天仪制》是否原属一篇文章,此事也已无可考。不过从二者标题文字相差甚大这一点来说,说是二篇文章也是有理由的。不管这事究竟如何,单说刘昭所引,近人已有证明,它应是张衡原作。

我们考察刘昭所引的这一段文字大约有三个内容。第一部分讲浑天学说和浑天仪中天极、赤道和黄道三者相互关系及彼此相去度数。第二部分讲所谓黄赤道差的求法和这种差数的变化规律。这是这一残文中的最多篇幅部分。第三部分讲黄道二十八宿距度以及冬、夏至点的黄道位置。仔细研究这篇残文可以得到两点重要信息。

其一,文中介绍了在天球仪上直接比量以求取黄道度数的办法:用一根竹篾,穿在天球两极。篾的长度正与天球半圆周相等。将竹篾从冬至点开始,沿赤道一度一度移动过去,读取竹篾中线所截的黄道度数,将此数与相应的赤道度数相减,即得该赤道度数下的黄赤道差。从这种比量方法可以悟得,中国古代并无像古希腊那样的黄经圈概念。中国古代的黄道度数实际是以赤经圈为标准,截取黄道上的弧段而得。这种以赤极为基本点所求得的黄经度数,今人名之为“伪黄经”、“极黄经”等等。对于像太阳这样在黄道上运动的天体,其伪黄经度数和真正的黄经度数是相等的。而对黄道之外的天体,则二者是有区别的,距黄道越远,差别越大。

其二,文中给出了所谓黄赤道差的变化规律。将赤道均分为24等分。用上述方法求取每一分段相当的黄道度数。此度数与相应赤道度数的差即所谓黄赤道差。这是中国古代所求得的第一个黄赤道差规律。黄赤道差后来在中国历法计算中起了很重要的作用,作为首创者的张衡其贡献也是不可磨灭的。

除了刘昭所引的这段文字之外,在晋、隋两《书》的“天文志”里所引述的葛洪的话中转引了一段题为《浑天仪注》的文字;在唐代《开元占经》第一卷里编有一段题为《张衡浑仪注》和一段题为《张衡浑仪图注》的文字。把这3段文字和刘昭所引的《浑仪》一文相比较后可以知道,葛洪所引的《浑天仪注》这段文字不见于刘昭所引,而见于《张衡浑仪注》中。《张衡浑仪注》的剩余部分和《张衡浑仪图注》即是刘昭所引文字的分割,但又有所增删。除此之外,在《开元占经》卷二十六“填星占”中还有3小段题为《浑仪》的文字;卷六十五的“天市垣占”下小注中有题为《张衡浑仪》的文字一句。这4段文字也不见于刘昭所引。总括上述情况,可以得出两点结论:其一,刘昭所引只是张衡《浑仪》一文的节选。张衡原文的内容更为丰富一些。但丰富到何种程度,现已无可考。且自《隋书经籍志》以来的目录著作中,对《浑仪》一文从来只标注为“一卷”。因此,想来不会有惊人的数量出入。其二,张衡《浑仪》一文确曾被人作过注,还补过图注。注和图注大概不是一人所注,且大概不是张衡本人所加,否则就不会有单独的《浑仪》一文的存在了。

这几段与《浑仪》有关的文字中当代研究家最关心的是葛洪所引的《浑天仪注》是否是张衡原作的问题。因为这一段文字素来被现代研究家视作中国古代浑天说的代表作,甚至视其地位犹在《灵宪》之上。过去人们当然把它看作是张衡的作品。但到70年代末,有人对此提出了全盘的否定。认为所有冠以或不冠以张衡之名的《浑仪》、《浑仪注》、《浑仪图注》、《浑天仪注》等等都是后人的作品。嗣后,又有人对之作了全面的辩驳,维护了传统的观点。这一段争论前后历时长达12年。现在看来,全面否定张衡有《浑天仪》一文传世的论点已基本失败,即至少可以肯定,刘昭所引的《浑仪》一文是张衡原作。但否定者仍有其历史贡献,他启发人们去注意古代文献流传中的复杂情况。例如,过去人们并未认识到《浑仪》一文还有行星和恒星等方面的内容。同时,也仍然还有理由可以怀疑葛洪所引《浑天仪注》一段是否是张衡原注。因为第一,这一段名之为“注”,而在古代文献中,加不加“注”字是有本质差别的。不加“注”字的是指原文,加“注”字的就有注文。既然有不加注字的《浑天仪》,则加“注”字的《浑天仪注》就不只是《浑天仪》原文,而且还有注文。第二,《浑天仪注》的思想就其正确面而言,并不超出《灵宪》。如果我们把《灵宪》中的地看作是浮于水面,孤居天中央,远较天为小的陆地的话,那么这与《浑天仪注》所说的“地如鸡子中黄,孤居于天内,天大而地小。天表里有水,天之包地犹壳之裹黄。天地各乘气而立,载水而浮”等这段纲领性的话并无矛盾。反之,《浑天仪注》中认为“北极……出地上三十六度”,这段话当不可能是注重实际观测的张衡的结论。张衡的诞生地南阳,长期当太史令的地点洛阳,都不会有北极出地三十六度的现象。根据他曾到过全国很多地方的经历来看,张衡也似乎不应有北极出地为固定值的概念。这大概也正是他在《灵宪》一文中未提北极出地数值的原因。有鉴于此,宁可把《浑天仪注》的作者问题作为存疑,而期待今后的研究与发现。

瑞轮

荚更是一件前所未有的机械装置。所谓荚是一种神话中的植物。据说长在尧帝的居室阶下。随着新月的出现,1天长1个荚,到满月时长到15个荚。过了月圆之后,就一天掉1个荚。这样,数一数荚的荚数就可以知道是在一个朔望月中的哪一天和这天的月相了。这个神话曲折地反映了尧帝时天文历法的进步。张衡的机械装置就是在这个神话的启发下发明的。听谓“随月盈虚,依历开落”,其作用就相当于现今钟表中的日期显示。

遗憾的是关于张衡浑天仪中的动力和传动装置的具体情况史书没有留下记载。张衡写的有关浑天仪的文章也只留存片断。这片断中也没有提及动力和传动装置问题。近几十年来,人们曾运用现代机械科技知识对这个装置作了一些探讨。最初,人们曾认为是由一个水轮带动一组齿轮系统构成。但因有记载明言浑天仪是“以漏水转之”,而又有记载明言这漏水又是流入一把承水壶中以计量时间的。因此,就不能把这漏水再用来推动原动水轮。所以,原动水轮加齿轮传动系统的方案近年来受到了怀疑。有人提出了一种完全不同的设计。他们把漏壶中的浮子用绳索绕过天球极轴,和一个平衡重锤相连。当漏壶受水时壶中水量增加,浮子上升,绳索另一头的平衡锤下降。这时绳索牵动天球极轴,产生转动。此种结构比水轮带动齿轮系的结构较为合理。因为张衡时代的齿轮构造尚相当粗糙,难以满足张衡浑天仪的精度要求。这个齿轮系必含有相当数量的齿轮,而齿轮越多,带动齿轮旋转的动力就必须越大。漏壶细小缓慢的水流量就越难以驱动这个系统。更关键的是前面已提到的漏壶流水无法既推动仪器,又用于显示时刻。而浮子控制的绳索传动就可避开上述三大困难。人们已就此设想做过小型的模拟实验。用一个直径为6.5厘米,高3.5厘米的圆柱形浮子和一块27克重的平衡重锤,就可通过绳索带动质量为1040克的旋转轴体作比较均匀的转动。其不均匀的跃动在一昼夜中不过数次,且跃动范围多在2&deg

以下,这种误差在古代的条件下是可以允许的。因此,看来浮子-平衡重锤-绳索系统比原动水轮-齿轮系统的合理性要大一些。不过,张衡的仪器是个直径达1米以上的铜制大物。目前的小型实验尚不足以保证在张衡的仪器情况下也能成功,还有待更进一步的条件极相近的模拟实验才能作出更可信的结论。

不管张衡的动力和传动系统的实情究竟如何,总之,他是用一个机械系统来实现一种与自然界的天球旋转相同步的机械运动。这种作法本身在中国是史无前例的。由此开始,我们诞生了一个制造水运仪象的传统,它力图用机械运动来精确地反映天球的周日转动。而直到20世纪下半叶原子钟发明和采用之前,一切机械钟表都是以地球自转,亦即天球的周日转动为基础的。所以,中国的水运仪象传统乃是后世机械钟表的肇始。诚然,在公元前4世纪到公元前1世纪的希腊化时代,西方也出现过一种浮子升降钟,它的结构和人们所设想的浮子-平衡锤-绳索系统浑天仪相仿,不过其中所带动的不是一架天球仪,而是一块平面星图。可是在随后的罗马时代和黑暗的中世纪,浮子升降钟的传统完全中断而消失。所以,中国的水运仪象传统对后世机械钟表的发展具有极其重要的意义。而这个传统的创始者张衡的功绩自然也是不可磨灭的。

地动仪

地动仪

从当时人的描述来看,张衡浑天仪能和自然界的天球的转动配合得丝丝入扣,“皆如合符”,可见浑天仪的转动速度的稳定性相当高。而浑天仪是以刻漏的运行为基础的。由此可以知道,张衡的刻漏技术也很高明。

地动仪

公元132年,我国著名科学家张衡发明了最早的地震仪,称为候风地动仪。它有八个方位,每个方位上均有一条口含铜珠的龙,在每条龙的下方都有一只蟾蜍与其对应。任何一方如有地震发生,该方向龙口所含铜珠即落人蟾蜍口中,由此便可测出发生地震的方向。当时利用这架仪器成功地测报了西部地区发生的一次地震,引起全国的重视。这比起西方国家用仪器记录地震的历史早一千多年。

张衡的另一个有杰出贡献的科学领域是地震学。他的代表作就是震烁古今的候风地动仪的发明。不过,要声明的是,现在中国所见到的地动仪,并不是张衡发明的地动仪,而是后人复原的。张衡发明的地动仪早就毁于战火了,地动仪发明于阳嘉元年。这是他在太史令任上的最后一件大工作。在《后汉书张衡传》中对这件事有较详细的记载。自19世纪以来即有人力图运用现代科技知识,根据《后汉书》的记载来复原张衡的这项伟大的发明。到了20世纪50年代,王振铎先生“复原”了张衡地动仪,并且被认为是科学的,甚至广泛的被纳入小学生课本。不过,王振铎复原的地动仪多次在公开场合大出洋像,它要么不能动,要么就是跺脚也会被当成地震,可是人们却误信王振铎的复原就是张衡原本的发明,国内外学者也因此早就开始不停的否定它。其中不乏言辞激烈者,这给张衡甚至整个中国古代科技的名誉带来很大的负面影响。现今证明,不是张衡的地动仪有错,而是王振铎先生的复原有原理性错误。不过,王振铎在地动仪外型上的复原,还是卓有建树的,这点应该肯定。

关于地动仪的结构,目前流行的有两个版本:王振铎模型,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提出,即“都柱”是悬垂摆(见于袁宏的《后汉纪》),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,冯锐模型还把蟾蜍由面向樽体改为背向樽体并充当仪器的脚(见左图)。该模型经模拟测试,结果与历史记载吻合。

张衡这台仪器性能良好,曾成功测到过陇西的一次地震,据当时记载:“验之以事,合契若神。”甚至可以测到发生在数千里外而在洛阳并无人有震感的地震。这台仪器不仅博得当时人的叹服,就是在现在的科学家看来也无不赞叹。世界上地震频繁,但真正能用仪器来观测地震,在国外,那是19世纪以后的事。候风地动仪乃是世界上的地震仪之祖。虽然它的功能尚只限于测知震中的大概方位,但它却超越了世界科技的发展约1800年之久!

其他贡献

张衡

张衡

从上面所介绍的浑天仪和候风地动仪的构造即可得知,张衡掌握了很高明的机械技术。他的朋友崔瑗在为他写的墓碑中赞道:“数术穷天地,制作侔造化。”前一句是道他数学天文学知识之渊博,后一句则是赞他制造的各种器物之神奇。其实,神奇是由于他巧妙地运用各种机械技术的结果。

传说他当时还制做过两件神奇的器物。一件是有三个轮子的机械,可以自转;一件是一只木雕,能在天上飞翔。

关于木雕,《墨子鲁问》就有记载:“公输子削竹木以为鹊。成而飞之,三日不下。”《列子汤问》和《韩非子外储说》都记载说,墨子本人也造过能飞的木鸢。这些木鹊或木鸢大概是一种鸟状的风筝。不可能是其他装有动力机的、如今日飞机之类的飞行器。因为当时还不可能有连续运行一日乃至三日之久的动力机。张衡的木雕,大概也是一种风筝。不过,北宋类书《太平御览工艺部九》引《文士传》中一段记载说:“张衡尝作木鸟,假以羽翮,腹中施机,能飞数里。”这里说到“腹中施机”,而且“能飞数里”,因此,过去有的作者认为是一种飞机类的飞行器。但装在飞行器上的动力机必须重量足够轻而马力足够大,并且还要求飞行器本身具有一定的适宜起飞上升的形状等等,这些条件在张衡时代没有一条是能做得到的。所以,张衡的木雕即使真的“腹中施机”,那么,这种机也不会是动力机,而是一种装在风筝上用线控制飞行的操纵机构。

关于三个轮子可以自转的机械,古来就有不同意见。南宋学者王应麟认为是一种记里鼓车。这种车利用一组齿轮系把大车转动时车轴的运动传递到一个木人的手臂上,使它过一里路时敲一下鼓。这个设想看来不大符合“三轮可使自转”的意思。敲鼓的动作一般是不当作转动看的。另一种意见则认为是一种指南车。清代王先谦《后汉书集解张衡传》中引《宋书礼志》:“指南车,其始周公作,张衡始复创造”。看来,指南车的形象更符合于“自转”的用词,因为不管下面轮子怎么转,车上的人只见到指南车木人的手指在自动地转向南方。

总之,张衡在机械技术方面是非常高明的。《太平御览工艺部九》引晋代葛洪《抱朴子》曰:“木圣:张衡、马钧是也。”现在的中国科技史家都公认马钧是我国三国时代一位杰出的机械发明家,而在葛洪看来,张衡、马钧都是一代木圣。

《后汉书张衡传》中提到,张衡写过一部书叫《算罔论》。此书至迟到唐代已经失传,以至唐代的章怀太子李贤怀疑张衡没写过这部书,而是因为《灵宪》是网络天地而算之,故称《灵宪算罔论》。从《九章算术少广》章第二十四题的刘徽注文中得知有所谓“张衡算”,因此,张衡写过一部数学著作是应该肯定的。从刘徽的这篇注文中可以知道,张衡给立方体定名为质,给球体定名为浑。他研究过球的外切立方体积和内接立方体积,研究过球的体积,其中还定圆周率值为10的开方,这个值比较粗略,但却是我国第一个理论求得π的值。另外,如果按照钱宝琮先生对《灵宪》的校勘:“其径当天周七百三十分之一,地广二百三十二分之一”,则当时π值等于730/232=3.1466,较10的开方有精密了。

不过,从刘徽注中也可以看到,这位100多年之后的大数学家对张衡的数学有较严厉的批评,认为张衡:“欲协其阴阳奇耦之说而不顾疏密矣!虽有文辞,斯乱道破义,病也!”如按此批评来看,则钱宝琮先生所作的校勘似乎未必都符合张衡的原来数字。

其他方面的成就

张衡曾被唐代人看作是东汉时代的大画家。张彦远的《历代名画记》卷三记有:“张衡作《地形图》,至唐犹存。”这幅《地形图》中是否还有地理科学上的意义,现已无可考了。当时还流传有他用脚画一只神兽的故事。故事虽然神化了,但也反映出张衡有很高的画技。

他当过太史令,因而对史学也有许多研究。他曾对《史记》、《汉书》提出过批评,并上书朝廷,请求修订。他又对东汉皇朝的历史档案作过研究,曾上表请求专门从事档案整理工作,补缀汉皇朝的史书。这些上书均无下文。

他还研究文字训诂的学问,著有《周官训诂》一书。当时崔瑗评价说:广大学者都对它提不出异议来。

他又是个大文学家,他的《二京赋》曾花了10年的创作功夫,可见其创作态度的严肃。这篇赋不但文辞优美,脍炙人口,而且其中讽刺批评了当时统治集团的奢侈生活,其思想性也是比较高的。他在河间相任期时创作的《四愁诗》受到文学史家郑振铎先生的高度评价,称之为“不易得见的杰作”。他的《思玄赋》中有大段文字描述自己升上了天空,遨游于众星之间,可说是一篇优雅的科学幻想诗。除了上述诸文外,遗留至今的还有《温泉赋》、《归田赋》等20多篇,都是辞、义俱佳的力作。

张衡虽然在年轻时就已才闻于世,但他却从无骄傲之心,他的性格从容淡静,不好交接俗人,也不追求名利。大将军邓骘是当时炙手可热的权势人物,多次召他,他都不去。后来他当了官,显然因为这种性格,使他很长时间不得升迁。他对此毫不在意,而是孜孜于钻研科学技术。大概是为了回答好心人的劝慰,他写了《应闲》一文以表明自己的志向。文中说到,有的人劝他不要去钻研那些难而无用的技术,应该“卑体屈己,美言”以求多福。他回答说:“君子不患位之不尊,而患德之不崇;不耻禄之不厚,而耻知之不博。”这二句掷地有声的话,表明了他不慕势利而追求德智的高尚情操。他认为能不能得到高位是由命运决定的。这种想法现代人当然会目之为唯心主义。但张衡的落脚点却是在于认为对高位“求之无益”,智者是不去追求它的。反之,叫他去“卑体屈己”以求升官,他说这是“贪夫之所为”,自己是羞于为此的。他特别还回答了学技术的问题,说是你们认为这些技术无用,我却唯恐高明的人不教我。这里充分表达出张衡作为一个科学家渴求知识、敢于和鄙弃知识的社会愚昧思想作斗争的崇高精神。

张衡虽然淡于名利,却不是一味清高,不问政治,不讲原则的人。恰恰相反,他一生中有许多事迹表明了他有他的政治理想和抱负。他更坚持作为一个科学家的鲜明品格的实事求是原则。

张衡的政治抱负也很简单,就是8个字:佐国理民,立德立功。而佐国理民的具体目标和方法则是改革时弊,加强礼制,剔除奸佞,巩固中央。

在张衡的时代正是政治日渐腐败,宦官逐渐在和外戚的斗争中权力越来越大,而地方豪强也趁中央衰落之际猖獗起来,他们一起对人民的剥削压榨越加残酷。对这些腐败黑暗现象张衡都有过抗争。他曾向顺帝上书,讽示近世宦官为祸,要皇帝“惟所以稽古率旧,勿令刑德八柄不由天子”,要求皇帝“恩从上下,事依礼制”。对选拔人才的方法他也提出建议加以改革。在河间相任期时他还积极进行了抑制豪强的斗争。当时朝廷腐败,像张衡那样个人的斗争已无济于事。就在他上书要皇帝警惕宦官为祸不久,顺帝却又下诏特许受封为列侯的宦官可以收养义子,继承爵位,使宦官获得了和贵族世家同样的世袭特权!张衡明白了,他的反宦官斗争已没有意义。所以,后来顺帝问他:当今天下所憎恨的是什么人?这时,在宦官们环视之下,他已无话可说,只好“诡对而出”。由此,他思想里充满了矛盾和痛苦。他晚年的诗赋里大量反映了这种情绪。后人把他的《四愁诗》和伟大诗人屈原的《离骚》相比,这并不是没有理由的。

由于黑暗势力的强大,张衡晚年有消极避世的思想,因而有《归田赋》之作。这是封建制度下的时代悲剧,不足以减损张衡这位伟大科学家为人民所建立的丰功伟绩。他在诗中开始指摘“天道之微昧”,表露出对统治者的失望;他仍然讽刺热衷利禄的人,说他们是“贪饵吞钩”。这些都说明,张衡的是非观念仍然是十分清晰的。

已故的中国科学院院长郭沫若曾为张衡墓碑题词道:“如此全面发展之人物,在世界史中亦所罕见。万祀千龄,令人景仰。”这是当代中国人民的共同心声!

附:四愁诗

我所思兮在泰山,欲往从之梁父艰。侧身东望涕沾翰。美人赠我金错刀,何以报之英琼瑶。路远莫致倚逍遥,何为怀忧心烦劳?

人物介绍

张衡

张衡

张衡(78—139)字平子,南阳西鄂(今河南南阳)人,是我国东汉时期伟大的天文学家,为我国天文学、机械技术、地震学的发展作出了不可磨灭的贡献;在数学、地理、绘画和文学等方面,张衡也表现出了非凡的才能和广博的学识。

张衡是东汉中期浑天说的代表人物之一;他指出月球本身并不发光,月光其实是日光的反射;他还正确地解释了月食的成因,并且认识到宇宙的无限性和行星运动的快慢与距离地球远近的关系。

张衡观测记录了两千五百颗恒星,创制了世界上第一架能比较准确地表演天象的漏水转浑天仪,还制造出了指南车、自动记里鼓车、飞行数里的木鸟等等。

张衡共著有科学、哲学和文学著作三十二篇,其中天文著作有《灵宪》和《灵宪图》等。

为了纪念张衡的功绩,人们将月球背面的一个环形山命名为“张衡环形山”,将小行星1802命名为“张衡星”

20世纪中国著名文学家、历史学家郭沫若对张衡的评价是:“如此全面发展之人物,在世界史中亦所罕见,万祀千龄,令人景仰。”

祖父张堪是地方官吏,任蜀郡太守和渔阳太守。张衡幼年时候,家境已经衰落,有时还要靠亲友的接济。正是这种贫困的生活使他能够接触到社会下层的劳动群众和一些生产、生活实际,从而给他后来的科学创造事业带来了积极的影响。在数学、地理、绘画和文学等方面,张衡表现出了非凡的才能和广博的学识。

后世称张衡为“科圣”。

学术成就

张衡

张衡

张衡是一位具有多方面才能的科学家。他的成就涉及到天文学、地震学、机械技术、数学乃至文学艺术等许多领域。

张衡在天文学方面有两项最重要的工作——著《灵宪》,作浑天仪。此外,在历法方面也有所研究。

《灵宪》是张衡有关天文学的一篇代表作,全面体现了张衡在天文学上的成就和发展。原文被《后汉书天文志》刘昭注所征引而传世。文中介绍的天文学要点如下:

他认为宇宙是无限的,天体的运行是有规律的;月光是日光的反射,月蚀起因于地遮日光,月绕地行且有升降。他认识到太阳运行的某些规律,正确解释了冬季夜长、夏季夜短和春分、秋分昼夜等时的起因。他指出在中原可以见到的星有2500个,与今人所知略近。他经过对某些天体运转情况的观测,得出一周天为三百六十五度又四分度之一的结论,与近世所测地球绕日一周历时365天5小时48分46秒的数值相差无几。

历法讨论

张衡

张衡

张衡曾参加过一次东汉王朝的历法大讨论,这件事发生在汉安帝延光二年。据《汉书律历志》记载,张衡当时任尚书郎之职。这次大讨论的起因是,有人从图谶和灾异等迷信观念出发,非难当时行用的较科学的东汉《四分历》,提出应改用合于图谶的《甲寅元历》。又有人从汉武帝“攘夷扩境,享国久长”出发,认为应该倒退回去采用《太初历》。张衡和另一位尚书郎周兴对上述两种意见提出了批驳和诘难,使这二宗错误意见的提出者或者无言以对,或者所答失误,从而为阻止历法倒退做出了贡献。张衡、周兴两人在讨论中还研究了多年的天文观测记录,把它们和各种历法的理论推算进行比较,提出了鉴定,认为《九道法》最精密,建议采用。的确,《九道法》的回归年长度和朔望月长度数值比《太初历》和东汉《四分历》都精密。

而且,《九道法》承认月亮运行的速度是不均匀的,而当时其他的历法都还只按月亮速度均匀来计算。所以,《九道法》所推算的合朔比当时的其他历法更符合天文实际。只是如果按照《九道法》推算,将有可能出现连着3个月是30天的大月,或连着两个29天的小月等的现象。而按千百年来人们所习惯的历法安排,从来都是大、小月相连,最多过17个月左右有一次两个大月相连,绝无3个大月相连,更无2个小月相连的现象。所以,《九道法》所带来的3大月或2小月相连的现象对习惯守旧的人是难以接受的。这样,张衡、周兴建议采用《九道法》本是当时最合理、最进步的,但却未能在这场大讨论中获得通过。这是中国历法史上的一个损失。月行不均匀性的被采入历法又被推迟了半个多世纪,直到刘洪的《乾象历》中才第一次得以正式采用。