中国科学发明家的故事——张衡

（公元78～139） 当你走进中国的天文馆、地震馆、科技馆以至历史博物馆，都可以在展厅的显著位置，看到一位远在1800多年前，我国东汉时期著名科学家——张衡的成果。他改制浑天仪，创制候风仪、地动仪，不仅是伟大的天文学家，天才的机械制造家，而且还是才华横溢的文学家和唯物主义思想家。这位文化巨人刻苦成才的历程和杰出的贡献，千百年来一直受到世人的敬仰。 有志人勤奋好学 张衡于公元78年出生在河南。他的祖上是南阳著名的大族， 其先出自张老，为晋大夫 。到他的曾祖父时期仍是个大地主。祖父张堪有很好的品德，年轻时曾因 让先父余财数百万与兄子 ，受到光武帝刘秀的嘉许。张堪16岁时就被推荐到当时的京城长安受业。他天资聪慧，学业出众，京城里很多老学者都赞誉他为 圣童 。 张堪生前为官清廉，没有积蓄，他一去世，家境便很快衰落下来，到张衡幼年时期，已相当清苦了。建初年间（公元76～84年），南阳发生灾荒，米价昂贵，很多人都弃家出外谋生。一些和张衡的祖父有过交情的朋友，听说张堪去世后，家中生活很窘迫，曾 自往候视，厚赈赡之 。随着祖父早年的朋友相继去世，张衡家境愈益贫苦。 张衡的先人去世早，失去了靠祖荫入仕的条件。张衡想要改变这种贫困的家境，又不愿攀附权贵、打通关节去乞怜，便立志靠自己勤奋努力。他学习特别刻苦，达到 如川之逝，不舍昼夜 的程度。 张衡天资颖慧，勤奋好学。在他上学的书馆里，尽管他年龄小，可他读书多，成绩好，除了完成老师所教的功课外，还大量阅读课外书，少年时期便很会写文章，得到乡里邻人的称赞。他还对社会生产、生活中的事物，留心观察，勤问多思。因此他对问题的看法从小就有自己的主见，不随声附和。 当时盛行游学的风气，这正好能满足张衡好学的意愿，于是在他17岁那年，便只身离开家乡，踏上了旅行求知的征程。 张衡有宏伟的抱负，他希望自己能干一番轰轰烈烈的大事业，所以他就抓紧青年时期宝贵的时间，不知疲倦地学习。后来他在《应闲》一文中曾说： 一个人不应担心自己地位不高，而应该担心自己道德是否高尚；不应当为收入菲薄而害羞，而应当为知识不广博而耻辱。 所以张衡的学习内容不受仕途所需的局限，天文、地理、气象、历算等等他无所不学，其中尤其爱好文学。他的好友崔瑗说张衡： 没有他不学的学问，没有他不请教的老师，为一物不知以为耻，听到有教益的话他就非常高兴。 知识渊博的 南阳通人 当张衡在家读书的时候，也就是汉安帝永初二年（公元108年），张衡的同乡大将军邓骘要征聘他当自己的幕僚。但张衡不愿意去为大官僚装璜门面，而要做一个有扎实学问的人，所以邓骘几次征召，他都婉言谢绝了。他潜心研究了西汉末年大辞赋家扬雄的《太玄经》。这部书引起他极大的兴趣，使他由文学创作转到对科学、哲学的研究上来。 《太玄经》是仿《易经》的体裁而作的，道理很深，文字难懂，学者们很少有敢于问津的。扬雄没有想到，他死后近百年竟遇到知音。张衡如醉如痴，夜以继日披读 太玄 ，不断为扬雄的深刻哲理而赞叹，并埋头注释《太玄经》。他一字一句深究细考，体会扬雄的微言大义，还作了《玄图》，形象地解释玄理。现在看来，扬雄的 太玄 属于二元论的思想体系。但他指出事物不是固定不变的，而是有发展、有变化的。这种朴素的辩证唯物思想倾向对张衡的影响很大。 《太玄经》中还涉及到很多有关天文、历算等方面的知识，这些知识引起了张衡极大的兴趣。但这些知识在《太玄经》中讲得都很简略，这对 为一物不知以为耻 的张衡来说，是不能满足的，从而激起了他进一步钻研探讨的欲望。自此以后，他三年苦读，逐字逐句地琢磨《太玄经》义，直到弄懂弄通，为研究天文、历算等自然科学问题铺垫了理论基础。 与此同时，张衡还精心研究了《墨经》。《墨经》是墨子后学进一步发展墨子思想学说的重要著作，概括了墨家关于认识论、逻辑学、经济学和自然科学的研究成果，其中包括我国最早的关于几何学、力学和光学方面的一些知识。自从汉武帝 罢黜百家、独尊儒术 以来，墨家经典早已湮没无闻，仕途利禄之人绝不问津，而张衡却能冲破儒家经典的束缚。他为了求得切实的学问，黄老、阴阳、儒、墨、道家无所不学，从中获得了别人不可企及的丰富的知识。 张衡对地理科学也很有研究，还曾画过地形图。据唐张彦远《历代名画记》载， 衡尝作地形图，至唐犹存 。 张衡的名气越来越大，他不但是文学上的歌赋大家，而且还是 中世阴阳 之宗，对天文、地理、历算、绘画等也很精通。他几乎无所不知，无所不晓，被众人誉为 南阳通人 。 太史令巧制浑天仪 汉元初二年（公元115年），汉安帝听说张衡在天文上有高深的造诣，就任命张衡为太史令，在九卿之一太常手下掌管 天时、星历 。张衡接任太史令以后，立即来到坐落在洛阳平昌门南的灵台。张衡登上灵台顶端，仰观天象，真是心旷神怡，有飘飘欲仙的感觉，他要在这里施展出他的聪明才智。 很快，张衡就发现，灵台的建筑虽然雄伟，但观天象的仪器却很陈旧，年久失修，不堪应用。他决定重新修造，特别是浑天仪，这是形象地体现浑天学说的一种重要的天文仪器，更应该好好地加以修改研制。 浑天仪 ，类似于现在的天球仪，用精铜铸成，主体是一个球体，代表天球。球体可以绕天轴转动。天轴和球面有两个交点，一个是北天极，一个是南天极。在球的表面上列有28星宿和其他恒星。 球面上还有天球赤道圈和黄道圈，二者成24 夹角，分列有24节气。球体外面有两圆环，一个是地平圈，一个是子午圈（通过南北天极和天顶的圆环）。天轴支架在子午圈上，和地平圈斜交成36 角，这也是浑天仪坐落处的洛阳地区的北极仰角及地理纬度。 为了使 浑天仪 能自行运转，张衡采用齿轮系统把浑天仪和计时用的漏壶联系起来，利用漏壶流水的力量推动齿轮，带动球体运转。通过恰当地选择齿轮的个数和齿数，巧妙地使浑天仪一昼夜运转一周，把天象变化形象地演示了出来，也被称为水运浑象。 水运浑象是世界上第一架有明确记载的用水力发动的天文仪器，其中应用的齿轮系和凸轮机构在当时可以说是相当复杂的。 张衡还写出了《灵宪》、《灵宪图》、《浑天仪图注》等天文学著作。他在《灵宪》等著作中，阐述了无限宇宙的思想，解释了月亮反射阳光和月食发生的原因。他对2500颗恒星的观测记录和 周天三百六十五度又四分之一度 的计算结果，其精确程度为近、现代天文学家所称道。 破迷信敢知 龙王 动向 古代巫师和方士经常制造一种隐语或预言，充当上天给人们的某种启示，并且以此来预测吉凶。这种隐语或预言就叫做 谶 。这种 谶 有图有文，所以又叫 图谶 。 纬 ，原来是指天象的，后来统治者就利用天上的星象变化来附会人事，预示吉凶。一些方士化的儒生用这种观点来注释附会儒家的各种经典，这就是 纬书 。 图谶 和 纬书 都是神学迷信的产物，合称为 谶纬 。 谶纬 之学在西汉末年逐渐流行，并于东汉时期大为兴盛起来。 谶纬 神学的猖獗不但污染了儒家经典，更恶劣的是严重阻碍了科学的发展。具有唯物主义进步思想的张衡，奋起展开了对 谶纬 神学的斗争。 张衡为批驳 图谶 ，不但详细地研究了 谶纬 的由来和发展，而且对当时流传的81篇 谶纬 都逐一详加审核，所以他立言有据，驳斥切中要害。所谓 谶 ，不过是古代巫觋用以占卜吉凶的符咒。他尖锐地批驳，既然 谶 可以 立言于前 ，那么，大汉推翻暴秦，王莽篡汉这样的大事， 谶书 上为什么不说？既然能 有证于后 ，那么，有人用 谶书 推言水灾，有人因信 谶 而弃家业、入山林，为什么都无效验？至于当朝顺帝废而复立， 谶纬 学家们为什么更是不谈？ 谶纬 的虚妄，昭然若揭。这是那些 虚伪之徒 编造出来用以 欺世罔俗，以昧势位 的。 东汉时期，我国中原一带经常发生地震。当时人们对地震这种自然现象是无法理解的，只好归之于天意，认为是上天给人们的某种暗示。如公元92年那次地震，在《后汉书 五行志》中有这样一段记载，把地动山摇之因，归咎于 窦太后摄政，兄窦宪专权，将以是受祸也 。其实，地震的发生与否，与外戚专权无关，但在 谶纬 迷信泛滥的时代，人们对这种说法是深信不疑的。 收集各地的地震情况，是太史令的本职工作之一。张衡想造一架能测定地震的仪器，以便及时掌握全国各地的地震情况。当时朝廷上的一些达官贵人认为，地震是天意，想知 龙王 动向，是痴心妄想。张衡不相信这一套，认为地震是一种不受任何人旨意影响的自然现象。张衡造仪器，用人的力量来测定地震，实际上就是对 谶纬 迷信的否定。 张衡的地动仪于阳嘉元年（公元132年）制成了，这是世界上第一架观测和记录地震的仪器。公元138年3月1日，地动仪准确地报告了离洛阳千里之遥的陇西（位于今甘肃省西南部）发生的大地震。他的发明在人类同地震作斗争的历史上写下了光辉的一页。

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