张衡地动仪模型被移出教科书,中科院专家:房梁下挂块肉都比它强
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1988年日本奈良的一次展会上,一位解说员滔滔不绝地向观众讲解着地动仪的信息。然而,当观众们要求他展示仪器时,解说员却陷入了尴尬,不知如何是好。最终,他只好用一根木杆将地动仪龙口中的铜珠捅了下来。
一时间,外界针对地动仪的质疑声此起彼伏,教科书后来还删除有关地动仪的内容。中科院专家傅承义更是犀利地指出:“就是房梁挂块肉都比它强!”那么历史里的地动仪到底有没有用呢?
人们对地动仪的印象,大都来自早期教科书的内容。它外形和酒樽类似,外有八条金龙,龙口中含有铜柱,依靠精巧的机关连接内部。
当有地震发生时,地动仪就会做出反应,相应方向金龙衔着的珠子就会掉落到下方的蟾蜍内。
史书里也明确记载,张衡于132年研制出地动仪,2年后的134年,地动仪上感应西北方向的金龙铜珠忽然掉落。当时有很多人不以为意,没想到几天后洛阳就传来了陇西地震的消息,于是众人“皆服其妙”。
既然东汉时期的地动仪可以做到感应地震,为什么现在却不灵了呢?这是因为如今人们所看到的地动仪,都是现代的复制品,历史中最初地动仪的结构早已失传。
张衡发明出地动仪后,地动仪就一直放在洛阳南郊的灵台,而且这里不光存放着地动仪,还有很多其他天文地理器械,是太史令研究天文,气象和历法的专用建筑。
汉末时期,社会动荡不断。190年,董卓挟持汉献帝奔走长安前,一把火烧干净了洛阳的宫庙官府;310年,西晋永嘉祸乱,匈奴人在洛阳烧杀抢掠,经历两次严重浩劫,地动仪也彻底消失在了历史中。
495年,北魏孝文帝迁都洛阳,将原来灵台所在地方改建成了佛寺,这里也彻底与科学无缘。如今,人们只能看到支撑过地动仪的残破地基。
1875年,日本人服部一三复原了首个地动仪模型,令人遗憾的是,这个模型并不具备验震功能。截止2005年,国内外复原的十几种地动仪模型中,均没有一种是具有验震功能的。
早期展览馆和教科书中看到的地动仪,来源于1951年考古学家王振铎根据史料进行的复原。这个模型内部是一根直立的细杆,孤立在基座地板上,在地震学上这一模型存在着不合理之处。
首先,直立杆倒立模型属于一个不稳定结构,当有地震波传来时,倾倒方向具有随机性,无法准确感知地震。其次,张衡地动仪结构是“中有都柱”,意为“粗大的柱子”,并不是一个细细的“独柱”。
最重要的是,王振铎的模型根本无法感知地震。1976年,唐山地震时,北京放着的地动仪却没有反应,铜珠依然稳稳地含在金龙口中。后来在奈良的展会上,复原的地动仪还闹出了尴尬的笑话。
此后,针对地动仪的质疑越来越多,更有人甚至质疑起了张衡是否发明过可以验震的地动仪。为了科学的严谨性,地动仪由此消失在了课本中。
地动仪虽然退出了课本,但科学家探索的精神不会消失。地震学专家冯锐在研究了大量资料后,组织8个单位的相关专家,于2005年复原出了新一代具有验震功能的地动仪。长达7天的干扰实验中,没有出现一次失败,每次都能精准感知到震源方向。
冯锐的地动仪和王振铎的不同,他采用的是“悬摆锤”结构,可以通俗理解为“房梁吊肉”。当地震发生时,悬挂物就是天然的验震器,有时人还没感到地震,吊灯就会开始晃动。冯锐认为,比起此前的直立杆结构,悬摆锤可能更接近张衡发明的地动仪。
东汉时期没有吊灯,但平民家里肯定会在房梁挂篮子,挂肉,宫里和寺庙中也会有吊起的编钟,吊锤,灯笼等悬挂物,这些都可能启发古人去模仿。
地动仪中,悬挂粗大的“都柱”,当有地震波传来时,就会引起“都柱”的晃动,从而触发机关。
地震中主要会出现三种波,纵波,横波和两者的混合波。三种波中,横波造成的水平晃动幅度最大,破坏力也最强,任何天然干扰都无法产生这种震动。不过是打夯地基,还是人为爆破,山洞塌方,都只能引起地面的上下颠簸,类似于纵波。
而悬摆锤结构只会感应地面的横波,不会对地面的垂直颤动做出反应。因此,冯锐复原的地动仪不仅可以做到感应地震,也可以排除各种干扰波的影响。
2009年,新式地动仪在国家科技馆展出,参观者可以通过仪器旁的按钮来模拟地震波,触发相应的机关。这一古老的仪器终于有了新的作用,不再只是单纯的摆设了!
王振铎先生当年复原的地动仪模型,虽然存在诸多不足之处,但他的努力和成就对宣传我国古代科技的辉煌历史有着积极的贡献,这一点应该得到充分的肯定和尊重。他所做的不仅是为了展示了我国古代科技的卓越之处,更激励着后人对于科技的研究和探索。
地动仪,这一古老而精巧的仪器,它不仅昭示着张衡对天文地理知识的深刻理解,更激励着后来的人们对地震科学的探索与研究。无论是王振铎还是冯锐,或是其他复原地动仪的人,他们的每一分努力和奉献值得我们的敬佩和感谢。
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