張衡:領(lǐng)先世界的科學(xué)全才,造地動(dòng)儀測(cè)地震渾天儀觀天象

在距今近兩千年的東漢時(shí)期,華夏大地上涌現(xiàn)出一位傳奇人物。他上知天文、下曉地理,既能擺弄精巧儀器探索宇宙奧秘,又能揮毫潑墨寫下傳世佳作,堪稱全能型“大佬”,他就是張衡。張衡出生于公元78年,去世于139年,字平子,老家在南陽(yáng)西鄂(也就是現(xiàn)在河南省南陽(yáng)市石橋鎮(zhèn)夏村),是東漢時(shí)期響當(dāng)當(dāng)?shù)目茖W(xué)家、文學(xué)家和發(fā)明家。

東漢那會(huì)兒,雖說(shuō)國(guó)家相對(duì)穩(wěn)定,但在學(xué)術(shù)領(lǐng)域,大家對(duì)宇宙的模樣充滿好奇,關(guān)于宇宙結(jié)構(gòu)的理論,主要冒出來(lái)三個(gè)學(xué)派,分別是蓋天說(shuō)、渾天說(shuō)和宣夜說(shuō)。蓋天說(shuō)覺(jué)得天像個(gè)大鍋蓋,地是方方正正的棋盤;宣夜說(shuō)更玄乎,認(rèn)為天就是無(wú)邊無(wú)際的氣體,星星月亮在里頭飄著;而張衡堅(jiān)定地站在渾天說(shuō)這一派,他想象著天如同雞蛋殼,地恰似雞蛋黃,天地都靠氣托著,還浮在水上。這套理論雖說(shuō)現(xiàn)在看來(lái)屬于“地心體系”,但在當(dāng)時(shí)絕對(duì)算得上是腦洞大開(kāi)的前沿思想。

張衡打小就不是個(gè)“安分”的孩子。17歲那年,他背起行囊離開(kāi)家鄉(xiāng),跑到西漢故都長(zhǎng)安,大街小巷地轉(zhuǎn)悠,看古跡、聊民俗、摸經(jīng)濟(jì),把長(zhǎng)安城的里里外外研究了個(gè)透。后來(lái)又跑到首都洛陽(yáng),在太學(xué)里求師訪友,和各路學(xué)者探討學(xué)問(wèn)。漢和帝永元十二年(100),張衡回到南陽(yáng),給南陽(yáng)太守鮑德當(dāng)主簿。這份工作沒(méi)困住他的才華,工作之余,他揮筆寫下《東京賦》和《西京賦》,把洛陽(yáng)和長(zhǎng)安的繁華、歷史、風(fēng)土人情全揉進(jìn)文字里,這兩篇賦直到現(xiàn)在還被大家傳頌。

安帝永初二年(108),鮑德調(diào)走后,張衡干脆辭職回家,一頭扎進(jìn)哲學(xué)、數(shù)學(xué)、天文的書(shū)堆里,這一鉆就是三年。三年里,他白天翻書(shū)演算,晚上觀星記錄,名氣越來(lái)越大。永初五年(111),他又回到京城,先后擔(dān)任郎中與尚書(shū)侍郎。元初二年(115)起,張衡兩度出任太史令,這太史令的工作,簡(jiǎn)直像是專門為他量身定制,一干就是14年,也正是在這期間,他在天文學(xué)上干出了一番大事業(yè)。

張衡可不是只在書(shū)齋里搞研究的“書(shū)呆子”,他特別注重把想法變成實(shí)物。當(dāng)時(shí)渾天儀已經(jīng)有了,是西漢的耿壽昌發(fā)明的,但張衡覺(jué)得不夠完美。他動(dòng)手改造,用齒輪把渾象和計(jì)時(shí)漏壺連在一起,隨著漏壺里的水滴滴答答往下流,渾象就慢悠悠地轉(zhuǎn)起來(lái),剛好一天轉(zhuǎn)一圈。這樣一來(lái),哪怕不出門,坐在屋子里盯著渾象,就能知道星星們?cè)谔焐仙段恢?,就像現(xiàn)在咱們看天球儀一樣方便。

除了搗鼓儀器,張衡還天天仰頭觀星。他一顆一顆數(shù),最后算出中原地區(qū)能看到大約2500顆星星。那會(huì)兒大家對(duì)月食一知半解,張衡愣是琢磨出了其中的原理。他還測(cè)量太陽(yáng)和月亮的角直徑,算出來(lái)是天周的1/736,也就是29'24'',和現(xiàn)代測(cè)量的太陽(yáng)平均角直徑31'59''.26、月亮平均角直徑31'5''.2相比,誤差小得驚人,在當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件下,這測(cè)量水平絕了!

關(guān)于太陽(yáng)早晚大、中午小的現(xiàn)象,張衡也有自己的見(jiàn)解。他認(rèn)為這是光學(xué)作用導(dǎo)致的,早晚周圍環(huán)境暗,太陽(yáng)就顯得大;中午天地明亮,太陽(yáng)看著就小,就像一團(tuán)火,夜里看亮堂堂一大團(tuán),白天看就沒(méi)那么顯眼。雖說(shuō)這個(gè)解釋還不夠全面,但在當(dāng)時(shí)已經(jīng)相當(dāng)了不起,直到晉代才有更完善的說(shuō)法。

要說(shuō)張衡最出圈的發(fā)明,還得是候風(fēng)地動(dòng)儀。陽(yáng)嘉元年(132),這個(gè)“神器”誕生了。它用銅鑄成,模樣像個(gè)大酒樽。里面豎著一根大柱子,周圍8根橫桿連著外面。外頭8條龍按八個(gè)方向排開(kāi),龍嘴里含著小銅球,下面蹲著8只張嘴的蟾蜍。一旦哪個(gè)方向發(fā)生地震,柱子就會(huì)倒向?qū)?yīng)方向的橫桿,那條龍嘴就會(huì)張開(kāi),銅球“當(dāng)啷”掉進(jìn)蟾蜍嘴里,人們立馬就能知道地震方位。永和三年(138),地動(dòng)儀精準(zhǔn)測(cè)到了隴西的地震,要知道,這可比歐洲出現(xiàn)的地震儀早了1700多年!除了地動(dòng)儀,他還造了測(cè)定方向的候風(fēng)儀,做出了傳說(shuō)中的指南車。

在數(shù)學(xué)上,張衡算出圓周率比10的平方根3.16略大;在地理學(xué)領(lǐng)域,他繪制出地形圖;在文學(xué)藝術(shù)方面,他是東漢文壇的佼佼者,還被列為當(dāng)時(shí)的六大名畫家之一。1956年,郭沫若給他題碑文:“如此全面發(fā)展之人物,在世界史中亦所罕見(jiàn)。萬(wàn)祀千齡,令人景仰?!边@話一點(diǎn)不假,張衡用他的智慧和雙手,在歷史長(zhǎng)河里留下了璀璨的光芒,直到今天,還讓我們打心底里佩服。

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