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地动仪(8)中国历史事件

地动仪是中国东汉科学家张衡创造的一传世杰作。张衡所处的东汉时代,地震比较频繁。张衡对地震有不少亲身体验,为了掌握全国地震动态,他经过长年研究,终于在阳嘉元年(公元132年)发明了候风地动仪,这也是世界上的第一架地动仪 。

地动仪(8)介绍

  那么,究竟这个施字怎么讲才合理(合乎张衡地动仪的理)。其实,施字还有一个讲法。当其读音为yi(易)时,作为“延而及之”讲。按照这个意思就可以说得通,且十分顺当。请注意,记载是“中有都柱,傍行八道,施关发机。”现在从头讲一遍,是“中有都柱,(内悬候风,)傍行八道,(通关巧,)施关发机。((候风)延而及(之)关,(则)发机。”它的白话是:“地动仪的中央有一个都柱(专有名词),柱里边有一个候风摆,都柱的周围有八条通道,里边通过有关和巧制部件之一部。当候风摆摆及关端时,即行发机。可见摆之微,发之速。不然怎么能赶在第一波时发机?(波前之后即行发机。)难怪合契若神。
  因此,施关发机应该读作“yi(四声)关发机”。
  附:
  波前是一个专有名词。解释为:波在介质中传播时,某时刻刚刚开始位移的质点构成的面,称为波前。它代表某时刻波能量到达的空间位置,它是运动着的。波前与射线成正交。因此,使用射线或波前来研究波是等效的。根据波前的形状一般可以把波分为球面波、平面波,柱面波等。
  地震波的波前可以理解为,下一个时刻地震波就到来了。地动仪接受纵波的水平分量的能量。第一波可以使地动仪正确反应地震源的方位。

中有都柱傍行八道施关发机的记载是说 什么的?
  中有都柱是有都柱且都柱不会动。疑问来了,那它是怎么会候风呢?候风部件在何处?接下来是傍行八道。这告诉你,都柱旁开辟了八道,此乃为接口。再下来是施关发机。告诉你侯风部件在此靠近关 并且是运动到关处,推动关去发机。
  这十二个字就是说地动仪是如何发机吐丸的。并且还告诉了你是在什么地方什么结构里进行的。现在应该说中有都柱不动,内有候风下探,开辟八道容关,相互接近,震时“风”动及关发机。明白这个记载的含义了吧?

■ 王氏“地动仪”

1934年,燕京大学研究生院历史专业的学生王振铎诞生了复原史书中记载的张衡地动仪的念头,他认真地研究了史书的记载,在1936年,画出了第一套自己复原的地动仪模型图稿。这套图纸中,他按照《后汉书·张衡传》中所说“形似酒樽”记载设计了它的外形,但对于内部结构,由于史料中只有区区196字,语意模糊,他遵从了英国地震学家米尔恩1883年《地震和地球的其他运动》一书中阐述的“悬垂摆”的结构原理。也就是从地动仪的上部垂下来一根摆,用以并判明地震方向,并控制相应机关。

1936年,王振铎在第20期《燕京学报》上发表了名为《汉张衡候风地动仪造法之推测》的文章,并手绘了一套内外结构图样做论文的配图。

毕业后的王振铎担任了国立中央博物院筹备处专门设计委员,对于中国古代科技史中张衡地动仪的复原思考,不仅是他个人的爱好,同时也开始了他成长为博物馆学家和古代科技史学家的起点。

王振铎发布论文和内部结构图一年之后,1937年日本地震学家萩原尊礼也发布了他复原的张衡地动仪论文。不同于王振铎,萩原尊礼提出了直立杆原理,也就是在地动仪中间,放置一个倒立的直杆,地震时,直杆倒下,从而触发相应的机关。

中日两国在复原地动仪上的文化争论还没开始,两国之间就爆发了战事,于是,孰是孰非,就没了下文。又过了两年,日本地震学家今村明恒设计的地动仪也问世了,他延用了萩原尊礼的直立杆原理,并在直杆的下面放了三个弹簧,因为了有弹簧的复位工作,其原理近似悬垂摆,但问题是,至今还没有发现东汉应用弹簧的记载。在今村明恒进行的实验中,由于直立杆的倾倒方向与地震射线方向垂直,有悖于史书对地动仪的记载,所以,他就没有做后续研究。