中外科学家发明家丛书:张衡- 第4部分

削竹木以为鹊，鹊成而飞之，三日不下。公输子自以为至巧。”其后《韩非　

子·外储说》称：“墨子为术鸢，三年而成，飞一日而败。”西汉时《淮南　

子·齐俗训》更称：“鲁班、墨子以木为鸢而飞之。”这些都说明早在公元　

前三、四百年战国时候，我国已经发明和制造了能够在空中飞翔的木鸟，并　

且很可能是运用了斜面等原理。到东汉时，张衡是否发展了斜面原理，或应　

用过螺旋浆等形式，我们已无法确断。据史书记载：“张衡尝作木鸟，假以　

羽翮；腹中施机，能飞数里。”这种装有机关、能飞好几里的自飞木鸟，无　

疑是受到了先代科学家如鲁班、墨翟等人的启发，加以自身的努力研究制造　

出来的，而其制造技术自然要比墨翟等制造的木鸢高明得多了。　

　　　　　历史文献中较早记载张衡制造指南车的，是南北朝时梁朝文史学家沈约　

所著的《宋书·礼志》。其中云：“指南车，其始周公所作，……至于秦汉，　

其制无闻。后汉张衡始复制造。汉末丧乱，其器不存。……明帝青龙　（公元　

233…237年）中，令博士马钧复造之而车成。”这段史料说3000年前的周公　

已造成了指南车，这不大符合实际。不过，张衡很可能利用齿轮系创制指南　

车，一百多年以后机械工程专家马钧重新造成指南车。　

　　　　　张衡和马钧制造指南车的方法虽然都没有流传下来，但此后不断有人制　

造指南车成功。北宋时，燕肃在仁宗天圣5年（公元1027年）、吴德仁在徽　

宗大观元年（公元1107年）先后造成了指南车，《宋史·舆服志》中详细地　

记载了他们内部的机械构造。它们采用一种能自动离合的齿轮系，使得车子　

不管怎么转，车上木人的手指始终指向南方。古代皇帝出巡的时候，指南车　

就排列在出巡行列最前面的仪仗队里，用来指示方向。　

　　　　　记里鼓车也是利用齿轮系转动的。当车子前进时，利用车轮的转动，自　

动地把车行的里数表示出来，它和现在汽车上的里程表的作用相同。晋代崔　

豹作的笔记《古今注》记载着：“记里鼓车，一名大章车。晋安帝（公元417　

年）时刘裕灭秦得之。有木人执槌向鼓，行一里击一槌。”当时有一本专记　

西汉遗闻轶事的《西京杂记》也说：“汉朝舆驾祠甘泉汾阴，备千乘万骑。……　

记道车，驾四（由四匹马拉着），中道。”记里鼓车也是供皇帝出巡时用的。　

张衡是在永建元年写成《应间》的，由此可以推知张衡造成木雕、指南车、　

记里鼓车等机械，大体上应该在永建元年之前。　

　　　　　在机械方面，张衡制造了许多奇巧器物，成就惊人，堪称一代宗师大匠。　

张衡曾一度获得“木圣”的称号。　

　　　　　张衡是一位博学多才，全面发展的科学家，对于学习，他从不停留在狭　

小的范围里。他一方面对天文、历法继续作精深的研究，另一方面对数学、　

物理学、机械制造等领域进行了勇敢的探索和研究。勤勉学习和刻苦钻研使　

他在各个方面都获得很大的成功，他的光辉成就已大大地超出了天文学的范　


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围了。　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　七、发明了地动仪　



　　　　　张衡连续做了6年的太史令，到安帝建兴元年　（公元121年），被调任　

公车司马令。公车司马令的官署设在皇宫的南阙门旁，职责是保卫皇帝的宫　

殿，通达内外奏章，接受全国官吏和人民的献贡物品，以及接待各地调京人　

员等等。把科学家张衡调到这样的一个职位上，充分说明封建皇帝如何不重　

视科学，不让有天才的人有充分发挥才能的机会。然而，就是在这样的岗位　

上，张衡还是利用一切可能利用的时间和精力，继续进行学术研究。除了天　

文学以外，他还对数学、物理和机械制造等方面，下了很大的苦功。我们曾　

提到张衡的数学名著《算罔论》以及制造的计里鼓车，指南车等等，都是在　

张衡就任公车司马令时苦心钻研的结果。　

　　　　　到顺帝永建元年　（公元126年），张衡又被调任太史令。这是张衡第二　

次做太史令。当时有一些热衷于名利的人乘机嘲笑张衡“辄积年不徒”，不　

得提升，讽刺他宦途不顺，“去史官5载而复还，非进取之势”，是倦鸟归　

飞，仍回旧巢，攻击张衡“与世殊技，固孤求是”。还有人把张衡创制的科　

学仪器看作是“屠龙之技”，认为是“艺成而下”的小道。也有人嘲笑张衡　

　“不务正义”，认为张衡如果把精力用在作官上的话，早就能升官了。面对　

统治阶级的冷遇和传统势力的冷嘲热讽，张衡特地写了一篇名为　《应间》的　

文章来答复这些“刻舟求剑，守株待兔”的目光短浅之人的嘲笑。　

　　　　　张衡在《应间》里不仅清楚地表明了自己在研究学问上是抱着“约己博　

艺，无坚不钻的信心和决心，以及“不耻禄之不伙，而耻智之不博”的谦虚　

态度；同时也表示自己不愿同那些贪图名利、目光短浅的人去争长短，自己　

坚持着“方将师天老而友地典，与之乎高睨而大谈”的广阔胸怀。　

　　　　　除了浑天仪外，张衡在世界科学史上另一个不朽的创造发明——地动　

仪，就是在他第二次担任太史令期间研制成功的。发明于公元132年　（阳嘉　

元年）的地动仪，是世界上第一台测定地震及其方位的仪器。地动仪的发明，　

在人类同地震作斗争的历史上，写下了光辉的一页，从此，开始了人类使用　

仪器观测地震的历史。　

　　　　　我国是一个地震比较多的国家。几千年来，我们的祖先一直在顽强地同　

地震灾害作斗争。早在3800多年前，我国便已经有了关于地震的记载。晋代　

出土的《竹书纪年》中记载，虞舜时“地圻（裂）及泉”，可能就是指的地　

震；最明确的报道，是夏代帝发7年（约公元前1590年）的“泰山震”，这　

是世界上最早的地震记录；《诗经·小雅·十月之交》报道的地震情景说，　

　“烨烨（yìyì，意为火光很盛）震电，不宁不令（意为不合时令，使人不安宁），　

百川沸腾，山冢　（山顶）｜（即断“崩”）。据考证，这是周朝末年（公元前　

780年）陕西一带地震引起山崩的生动记载　（前二句可能是“地声”、“地　


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光”结合的地震前兆）；公元前三世纪的《吕氏春秋》里记载了“周文王立　

国8年（公元前1177年），岁6月，文王寝疾5日，而地动东西南北，不出　

国郊。”这一记载明确指出了地震发生的时间和范围，是我国地震记录中具　

体可靠的最早记载。此外，在　《春秋》、《国语》和《左传》等先秦古籍中　

都有关于地震的记述，保存了不少古老的地震记录。从西汉开始，地震就被　

作为灾异记入各断代史的“五行志”中了。　

　　　　　东汉时期，我国地震比较频繁。据《后汉书·五行志》记载，自和帝永　

元4年（公元92年）到安帝延光四年（公元125年）的三十多年间，共发生　

了二十六次比较大的地震。汉安帝元初6年　（公元119年），就曾发生过两　

次大地震，第一次是发生在2月间，京师洛阳和其他42个郡国地区都受到影　

响，有的地方地面陷裂，有的地方地下涌出洪水，有的地方城廓房屋倒塌，　

死伤了很多人；第二次是在冬天，地震的范围波及8个郡国的广大地区，造　

成了生命和财产的巨大损失。当时人们由于缺乏科学知识，对于地震极为惧　

怕，都以为是神灵主宰。　

　　　　　张衡当时正在洛阳任太史令，对于那许多次地震，他有不少亲身经验。　

张衡多次目睹震后的惨状，痛心不已。为了掌握全国的地震动态，他记录了　

所有地方上发生地震的报告，在他已有的天文学基础上，经过长年孜孜不倦　

的探索研究，终于在他50岁的时候（公元132年），发明了世界上第一架用　

于测定地震方向的地震仪—地动仪。　

　　　　　据《后汉书·张衡》记载，地动仪是用青铜铸成的，形状很象一个大酒　

樽，圆径有8尺。仪器的顶上有凸起的盖子，仪器的表面刻有各种篆文、山、　

龟、鸟兽等花纹。仪器的周围镶着8条龙，龙头是朝东、南、西、北、东北、　

东南、西北、西南8个方向排列的，每个龙嘴里都衔着一枚铜球。每个龙头　

的下方都蹲着一只铜铸的蟾蜍，蟾蜍对准龙嘴张开嘴巴，象等候吞食食物一　

样。无论哪个地方发生了地震，传来地震的震波，哪个方向的龙嘴里的铜球　

就会滚出来，落到下面的蟾蜍嘴里，发出激扬的响声。看守地动仪的人听到　

声音来检视地动仪，看哪个方向龙嘴的铜球吐落了，就可以知道地震发生的　

时间和方向。这样一方面可以记录下准确的地震材料；同时也可以沿地震的　

方向，寻找受灾地区，做一些抢救工作，以减少损失。　

　　　　　汉顺帝永和3年　（公元138年）2月3日，安放在京城洛阳的地动仪的　

正对着西方的龙嘴突然张开，一个铜球从龙嘴中吐出，掉在蟾蜍口中。可当　

时在京城洛阳的人们对地震没有丝毫感觉，于是人们议论纷纷，怀疑地动仪　

不灵验；那些本来就不相信张衡的官僚、学者乘机攻击张衡是吹牛。可是没　

隔几天，陇西（今甘肃省东南部）便有人飞马来报，说当地前几天突然发生　

了地震。于是人们对张衡创制的地动仪“皆服其妙”。陇西距洛阳有1000　

多里，地动仪标示无误，说明它的测震灵敏度是相当高的。据《张衡传》所　

记洛阳人没有震感的情况来分析，地动仪可以测出的最低地震裂度是3度左　

右　（按我国12度地震烈度表计），在1800多年前的技术条件下，这可以说　


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是一项非常伟大的成就。　

　　　　　张衡的地动仪创造成功了，历史上出现了第一架记录地震的科学仪器。　

在国外，过了一千多年，直到公元13世纪，古波斯才有类似仪器在马拉哈天　

文台出现；而欧洲最早的地震仪也是出现在地动仪发明1700多年以后了。　

　　　　　然而，由于封建王朝的统治者对于科学技术上的发明创造素来不加重　

视，所以张衡在地震方面的研究和发明，得不到他们的支持。地动仪创造出　

来以后，不仅没有得到广泛地推广使用，就连地动仪本身也不知在什么时候　

毁失了，这实在是科学技术史上的一大损失。　

　　　　　张衡地动仪的内部结构原理，史书上的记载非常简略，使人无法详知，　

这是很令人遗憾的。在张衡以后，我国历史上有几位科学家对于地动仪有过　

专门的研究。例如南北朝时的河间（今河北省河间县）人信都芳曾经把浑天、　

欹器、地动、铜乌、漏刻、候风等机巧仪器的构造，用图画绘写出来，并且　

加以数学的演算和文字的说明，并把这些资料编成一部名叫《器准》的科技　

名著；隋朝初年的临孝恭也写过一本《地动铜仪经》的著作，对地动仪的机　

械原理，作了一些说明。但是这些重要著作，也没有能够留传下来。近代中　

外科学家做了不少研究工作，提出了一些复原方案。1959年，中国历史博物　

馆展出了王振铎复原的张衡地动仪模型。但是在准确测定地震方向的问题　

上，王振铎的模型和《后汉书·张衡传》中的记载仍有出入。　

　　　　　张衡地动仪的内部机械的具体构造，虽然早已失传了，可是近年来我国　

的科学技术工作者，凭借他们所掌握的现代科学知识，依据《后汉书·张衡　

传》的有关记载，参照考古资料，经过多方面的探索，终于考证推论出1800　

多年前张衡制造的地动仪的机构原理，并且设计了这座仪器的想象图。　

　　　　　　《后汉书·张衡传》中所载地动仪“中有都柱，傍行八道，施关发机”，　

这是地动仪的主要结构。根据许多学者的反复研究，张衡地动仪的基本构造　

符合物理学的原理，它同近代地震仪一样，是利用物体力学的惯性来拾取大　

地震动波，从而进行远距离测量的。这个原理到现在也仍然在沿用。王振铎　

先生比较正确地推断出这座仪器是由两部分组成：一部分是竖立在仪器樽形　

部位中央的一根很重的铜柱，铜柱底尖、上大，相当于表达惯性运动的摆，