【描写科学家的段落】张衡——中国古代科学家的典范

编辑

张衡是我国古代著名的科学家。张衡发明的地动仪已经失传很久了。20世纪50年代试图复原的智冬模型没有成功，因此近年来受到了一些人的质疑和否定。因此，目前中学历史教科书文本中不再提及张衡。我们该如何看待张衡和他的科学贡献？现在的历史教科书中对他的忽视是否恰当？

要数世界科学史上的巨星，东汉张衡子(徐平子，公元78-139年)非常耀眼。与古希腊托勒密、阿基米德等科学家相比，他的科学地位毫不逊色。他的闺蜜崔源评价他为“道德湾流、文章云浮、手术宫天地、卓朝华、技艺精湛、光明正大的轮回”。今天，郭沫若称赞他是“这样全面发展的人物，在世界历史上也很少见”。张衡为科学做出了贡献，在他的时代取得了成功，超越了他的时代。

图1。张衡(78-139)，字平子，南阳书后

池东界的争论

关于张衡，最引人注目的也是最引起争议的，他制作的“气候期”。近年来，由于对张衡志动机的无端怀疑和对网络媒体各种志动机恢复的不准确报道的波长，初中教科书正文中张衡的名字被删除了。这不仅是张衡，也是对中国古代科学的重大误读。

关于张衡智动机，《后汉书》有明确的记录。但是，总有“可疑的古代”学者认为历史记录不可靠，甚至伪造。他们自己无法恢复智动机，所以我认为张衡也没有做过。这不是极端的“现代科学主义”自豪感，而是“历史虚无主义”的无知。

张衡智动机的核心组件“逃跑”是简单的支柱。人们经常认为这样敏感的柱子根本站不住，即使竖起来也会因为各种轻微的干扰而倒下，而且还会“头晕”，所以得出张衡地洞系观测不到地震的结论。这似乎符合常识，使人容易相信。但是常识终究是常识，不是科学。对地冬柱的科学实验证明，柱子不仅可以竖立，不会乱倒，而且“柱子验证”是完全可能的。

前中国科学院南京天文仪器开发中心天文仪器研究员、著名天文仪器专家霍宁生老师，88岁高龄，亲自试验自费制作模型，分析力学细节，证明张衡地同界的“柱模型”科学可靠，恢复了张衡地同界的科学原理。这种研究成果在当今“疑惑”的时尚中没有得到应有的关注。幸运的是，他的研究成果在2020年已经正式发表在《中国科技史杂志》。胡宁生老师以严肃的科学态度证明了他多年从事天文仪器研究所获得的机械力学经验，张衡志动机不是“神话”，而是历史的科学真相。

图2

张衡智东系也不限于技术发明，其背后是科学思维、细心观察和实用的科学应用。

首先，张衡认为地震是地下阴气爆发的，“气体的运动”是“风”，这也是张衡称其地动系为“气候风”地动系的原因。

第二，张衡地动机使用的动物形象象征性地，即龙象征风，蟾蜍象征地下的阴气，但基于对地震现象的观察。我们知道，地震发生前，像蟾蜍这样生活在地下的动物往往会先提高警惕，做出不正常的行为。张衡显然对这些现象进行了观察。这就是为什么智动机用蟾蜍来承接铜环。今天人们评价张衡平，有时受“胡见明”的影响，认为张衡研究“气候”、“风向”是“迷信”，完全不知道这是张衡时代科学思维的逻辑。张衡在研究“风阁”的同时，可以看出他显然反对“盗用”等迷信。从张衡的思想可以看出，理性探索和非理性迷信的界限仍然很明确。

最后，地震在古代被认为是重大灾难，在汉代董仲舒修建的“天人合一”异才论说中，地震等异变当然要受到重视。因为这是国家统治的一部分。据《后汉书》称，从公元96年到125年，30年间发生了23年大地震。张衡智动机的发明满足了当时社会政治的要求，可见张衡这样的科学家的社会责任感。

张衡的科学成就(上)

秦汉时期是中国古代科学典范的形成时期，以以前的具体科学经验，经过以阴阳五行理论为基础的宇宙观的整合，摆脱了神话武术的束缚，成为理论与观察相结合的理性探索。张衡在天文学方面取得的成就是汉代天文学发展的写照。

可以说，韩前天文学的历史很悠久，但到了汉武帝时代，通过“太初开历”使古代天文学成为“范式”，使天文学力量成为数字宇宙模型。不仅包括对一月五星运动的估计，还包括对人类社会历史变迁的研究。用司马迁的话来说，叫做“研究天人的时候”，太初开历过程中的天文观测、宇宙论之争、理论构建正是张衡在天文学上革新发明的时代背景。

关于星星，司马迁说是“唐道分天府”，他在《史记天官书》中综合了一代星空，将星星描述为“天人相应”的体系，与古希腊的星座体系形成了鲜明的对比。

东汉张衡毫无疑问地坚持了这一传统。他在《灵宪》说：“星岛，

体生于地，精成于天，列居错跱，各有逌属。在野象物，在朝象官，在人象事，于是备矣。”天上的星星，就是地上事物的宣气，天地在本质上是对应的。张衡所定的星官体系，是超越了《天官书》的。《天官书》描写80多个星官，800多颗恒星。而《灵宪》说：“中外之官，常明者百有二十四，可名者三百二十，为星二千五百大大，而海人之占未存焉。”所谓“海人之占”，很可能是指中原地区不可见而在南海地区可见的南天恒星。

图3. 汉代星图（图源：西汉交通大学汉墓）

关于行星运动，《太初历》（即《三统历》）以对行星周期性运行的观测为基础，建立了行星运动的计算模型。《三统历》已经把金星和水星与火星、火星和土星区分开来，采取不同的数字模型，张衡则在《灵宪》中对这两类行星做了进一步区分，认为前者“附于月”，后者“附于日”，相当于现代天文学中对“内地行星”与“外地行星”的区分。张衡还进一步认识到，行星运运的快慢与其在天上的高度（也就是离开地的距离）有关，即所谓“近天则迟，远天则速”，这也是符合行星运动实际情况的科学论断。

张衡《灵宪》中还提出了关于月食成因的理论。他的月食理论，打破了之前的“月照天下，食于蟾蜍”的神话说话，采用自然主义的阴阳理论来进行解释，提出了“暗虚”的理论：“月光生于日之所照，魄生于日之所蔽，当日则光盈，就日则光尽也。众星被耀，因水转光。当日之冲，光常不合者，蔽于地也。是谓暗虚。在星星微，月过则食。”即月食是由日光因地遮蔽而形成的“暗虚”造成的。这是对月食成因的科学解释。

在天文宇宙论方面，张衡更是当时先进的“浑天说”的代表。关于宇宙论的“浑盖之争”，在西汉时期就已开始。西汉思想家扬雄就经历了从支持“盖天说”到支持“浑天说”的思想转变，写出了著名的“难盖天八事”，从天文观测和哲学思辨的角度，指出的“盖天说”的不可信和“浑天说”的优越性。而关于浑天说，他说，“或问浑天。曰：落下闳营之，鲜于妄人度之，耿寿昌象之。”这说明在太初改历的时候，从民间招募上来的天文学家落下闳就已经使用基于浑天说的天文仪器—浑仪来进行天文测量了。张衡则对浑天说进行了高度的概括，他在《浑天仪注》中说，“浑天如鸡子，地如鸡子中黄”，形象地描述了浑天说的模型，与现代天文学的天球相当。

神话、巫术也是古代人们认识世界的方式，其中也不乏类似于科学幻想的成份。秦汉时代，古代的思维可以说是经历了从神话到自然主义科学的转变。神话传说尧帝时生长一种叫做“蓂莢”的植物，初一生长一叶，初二生长一叶，直到十五共生长十五叶，之后就一天落一叶，直到三十落完。

图4. 神话中的“蓂荚”（图源：汉画像石）

张衡正是从这样的神话中获得了灵感，创制了他称之为“瑞轮蓂莢”的“自动化日历”。照着同样的思路，他还创制了水运浑天仪象，开创了中国古代制造水运自动化天文仪象的传统。这一传统在唐宋时期得到进一步的发展，直到北宋的苏颂制造出集天文观测、演示和报时系统为一体的自动化天文台而达到顶峰，李约瑟称之为“世界上最早的天文钟”。张衡把神话的想象变成了科学的现实。

图5. 张衡水运浑象及自日历复原（图源：中国历史博物馆）

张衡在科学上的成就还有很多，比如在数学上对圆周率和球的体积都有研究，这里限于篇幅，不再细述。最后要说的是，张衡不仅是伟大的科学家，也是伟大的文学家和思想家。他的《四愁诗》，开创了中国古代“七言诗”的新风；他的《二京赋》《南都赋》，以一种包举宇内的气度，描写了帝乡的山川河流、物产矿藏、手工农业、民俗风情等，具有极强的文化感染力；他的《思玄赋》，更是一部星空的畅想曲，把天上星星的秩序与人间社会的秩序融为一体。没有博大的人文情怀，张衡不可能写出这样的诗赋。而他的这种人文思想，恰恰构成了他的科学思想的基础。“道德漫流，文章云浮”，正是张衡博大人文精神的恰当评价。

张衡是中国古代科学的座标。世人只有充分认识张衡，才能充分认识中国古代的科学，才能从中那里获得科学原创力的启发。世人从事科学研究，当以张衡为典范。

参考文献

(宋)范晔.后汉书·张衡传[M]. 北京: 中华书局, 2012.

陈久金. 张衡的天文学思想[J]. 科学史文集, 1980(06): 113-121.

陈美东. 中国古代天文学思想[M]. 北京: 中国科技出版社,2008.

胡宁生. 张衡地动仪的奥秘[M]. 南京:南京大学出版社，2014.

胡宁生. 张衡地动仪立柱验震的复原与研究[J]. 中国科技史杂志, 2020,41(3):425-434.

赖家度. 张衡[M].上海：上海人民出版社，1956.

雷立柏. 张衡：科学与宗教[M]. 北京: 社会科学文献出版社, 2000.

刘永平. 科圣张衡[M].郑州：河南人民出版社，1996.

许结. 张衡评传[M].南京：南京大学出版社，1999.

作者简介：孙小淳，中国科学院大学人文学院教授。

文稿编辑：赵宇豪

来源： 光明网