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《张衡候风地动仪的原理复原研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、、[文章编号]100124683(2003)0420358219张衡候风地动仪的原理复原研究冯锐武玉霞(中国地震局地震信息中心,北京100045)摘要候风地动仪复原研究的分歧源于工作原理不清,影响到外形复原的合理性和对地动仪科学地位的公正评价。针对百年来悬垂摆和直立杆这两种基本原理的猜测,作者从现代地震学的角度出发,对验震器的特点《、后汉书》的记载、都柱结构与运动、陇西历史地震、洛阳的烈度以及洛阳地震台的现代地震记录图等进行了研究。认为候风地动仪的工作原理是悬垂摆,触发地动仪运动的是瑞利面波,共振起到
2、放大作用。长期流行的直立杆原理(曾一度被误称为“倒立摆”)是不合理的。关键词:张衡候风地动仪验震器悬垂摆直立杆考古[中图分类号]P315[文献标识码]A引言东汉科学家张衡于公元132年创制了候风地动仪———世界上第一台验震器,大约在公元312～418年(东晋末年)失传。南北朝(公元420～479年)范晔著《后汉书·张衡传》用196个字做了记述,得以永传。鉴于地动仪同中国四大发明之一的司南———指南针分别是人类在地震学和地磁学的首0创仪器,在科学发展史中具有很高的地位,国内外的研究一直未停。宋、元、清便
3、有江少虞、周密、倪正、何王秀、文廷式等,近代有服部一三、Milne,J.、吕彦直、王振铎原尊礼、今村明恒、关野雄、刘昭民、Sleeswyk和Sivin等。最早对工作原理进行过研究的是二位地震学家———英国人MilneJohn(于1883年)和日本人原尊礼(于1937年),他们一致认为地动仪利用了物体的惯性,但前者推断是悬垂摆,后者推断是直立杆———简单直立的杆在地震时的倾倒触发了仪器的工作。不过,囿于对中国古文理解和当时条件的限制,他们都没有对《后汉书》和中国历史地震做过任何正面的分析、考证与研究,仅
4、是经验性的猜测。120年来,这两种猜测一直作为两种可能的工作原理被延传下来。我国考古学家王振铎先生对候风地动仪的复原做了重要贡献,他在1936年曾按悬垂摆原理做过复原(王振铎,1936),后否定(王振铎,1963a;1963b);1951年又遵循原尊礼1937年的直立杆原理并参照服部一三1875年绘制的外形制作了一个卵状的八条龙模型(图1,王[收稿日期]2003206230;[修定日期]2003208201。[项目类别]地震科学联合基金项目(104133)。[作者简介]冯锐,男,生于1941年,毕业于
5、中国科学技术大学,博士生导师,研究员,从事地震学、地球内部物理学和地学层析成像等领域的研究。Email:rfeng-cn@yahoo.com.cn振铎,1963a),存于中国国家博物馆,印在1953年的中国特种邮票(特7)上,流传甚广,常用做中国地震学界的徽记。至此,直立杆原理(曾一度被误称为“倒立摆”)便一直居于主导地位,似成定论,亦收入到学校的教材中。但随着研究的深入和50多年间大量秦汉青铜器的出土,卵状模型在原理和外形上的偏谬已渐明显,有必要重新认识。事实上,作为一件地震学的专用仪器,对这个模型
6、既未做过理论计算和仪器检测,也从没有作为一架真正的验震器应用过,故地震学界一直未从严格的科学性上接受过它(例Bolt,1978;Sleeswyk等,1983;博尔特,2000)。李善邦,1981;图1两种对应的地动仪模型(a)悬垂摆模型(王振铎,1936)(b)“倒立摆”模型(王振铎,1963)Fig11TwooppositereconstructedmodeloftheZhangHengπsseismoscope地动仪的高度学术地位与复原模型的不合理性出现了强烈的反差,一些尖锐的否定观点相继出现。奥
7、地利的雷立柏认为(2000):张衡地动仪的科学价值非常有限,彻底失传的仪器与地震学的后来发展毫无关系,而且《后汉书》的记载不一定可靠,中国人把张衡地动仪视为“国宝”和“国粹”,它更多象征着一个向往(desideratum),而不是代表一个完满的实现(fulfillment)。即使没有张衡的地动仪,世界科学史也是一样,没缺少什么。张衡若没有制造他的地动仪,18世纪和19世纪的法国人还会照样地发明他们的地震仪器,他们在理论或技术上都不依赖张衡。Qian认为(1985):地动仪的科学成就很值得怀疑,它不属于
8、一个真正的科学,失传的根本原因是没有达到科学的要求,是中国科学停滞特点的典型表现,没有给后人科学的灵感使他们模仿或重造,更没有引起别人改进它,利用铜丸掉落来确定震中是错误的。美国地震学者博尔特(Bolt,B.A.)认为(1978;2000):中国目前最流行的地动仪模型工作原理不清,模型是很简陋粗糙的,机械摩擦大大降低了灵敏度,对地震的反应不一定比居民敏感,其作用应予质疑,而且利用铜丸掉落来确定震中也是不确定的。日本关野雄(1972)的理论计算,推倒了直立
