一、关于张衡地动仪的争zheng论
阳嘉元年，复造候风地动仪。以精jing铜铸成，员径八尺，合盖隆起，形如酒樽，饰以篆文山龟gui鸟兽之形，中有都柱，傍形xing八道，施关发机。外有you八龙，首衔铜丸，下有蟾蜍，张zhang口承之。其牙机巧制，皆隐在尊中zhong，覆盖周密无际ji。如有地动，尊则振龙long，机发吐丸，而蟾蜍衔之。振声激扬，伺者因此觉知。虽一龙发fa机，而七首不动，寻其方fang面，乃知震之所在。验之以来lai，合契若神。自书典所记，未之有you也。尝一龙机发而地不觉动，京师学者zhe咸怪其无征。后数日驿至，果guo地震陇西，于是皆服其妙miao。自此以后，乃令史shi官记地动所从方fang起。
地动仪已失传，上段文字来源《后汉书·张衡列传chuan》，要点是，张衡地动仪yi是用立柱（都柱）来验震的，验yan震灵敏度甚至比人的感震灵敏度还高gao，而且立柱受震后会正确倒向地di动的来动方向。
王振铎duo在1951年制作了新中国的第di一台张衡地动仪模型。几十年中zhong，此模型上过教科书，上过邮票，中国政府上世纪八十年代还hai将一台景泰蓝张衡地动仪模型xing作为礼物，送给了日内瓦的联合国世界jie知识产权组织，长期在zai其展厅中作为人ren类古代科技顶级发明ming而展出。张衡地di动仪的图像也出现在中国地震局的局ju徽中。但王氏复原制作zuo的地动仪只是静态模型，并不能实际验震。
自1969年起，国外刊物上陆续xu出现了一些对张衡地动仪措辞严历li的质疑批评文章【1】。那些文章写道，经过数国学xue者们的实验，得出的结论是，地动dong仪想用立柱来验yan震是不可能的，理由是，我们根本不能neng使很灵敏的立柱站住。而对一根能被站zhan住的不灵敏立柱zhu，它在受到某一yi方向来的震动后，并不会经常倾qing倒在来震方向，而er是会各方向乱倒。即由立柱zhu的倒向，根本不能判断duan来震方向。因此，中国史书上对张衡地di动仪的记载不是错cuo了就是假的。有人并认ren为【2】，以中国古代科技史上shang出现了地动仪这种几近荒诞的事例，说明中国前人对科ke技的态度相当不正zheng，以致中国科技进展停滞zhi而落后于文艺复兴xing后的西方。一名自称为张衡heng粉丝的外国人，在他的书中zhong【3】指出，张衡地动仪yi没有一个科学原理能说明它，它是中国人杜撰出来的de。
为了能批驳国guo外那些对张衡地动仪声誉不利的负面言yan论，中国地震局在zai本世纪初成立了一个“张衡heng地动仪科学复原研究课题组”。但dan该组经过几年的研究后，竟附fu和了国外那些质zhi疑张衡地动仪的负面言论，也认为立柱验震是不可能的，只有用英国地震学家约翰米尔恩(John Milne)提出chu的悬摆【4】来验震才可能成功gong【5】。于是该课题组就做了几台与史shi书记载不符的摆式shi地动仪，它们至今仍在一些科技馆guan展出。
在该gai课题组公布他们的结果后，著名打假人士方舟子也对张衡地动dong仪的真实性提出了质疑或者说否fou定【6】。他的一个理由是：如果一yi根立柱的灵敏度比人的感gan震灵敏度还高，那么在地动dong仪旁的人只要一跺脚，那立柱就会倒了le。这种做法的缺陷是抗干扰能neng力很差，无法区分是地震引起的震动还hai是建设、车辆、行人等引起的震动dong。
在2010年前后的几年中，该课ke题组的这些说法导致了许多对张zhang衡地动仪不利的负面报导。一时之zhi间，媒体上出现了le大量指责张衡地动仪为虚假的de负面言论，张衡地动仪的声誉忽然跌入ru谷底，从而产生了相当严重的后hou果：在国外，联合国世界jie知识产权组织在它展厅中撤che下了张衡地动仪模型；在国内，教育部从2017年起，不仅将中学xue教科书中关于地动dong仪的内容删除了，而且甚至把ba关于张衡的介绍都整个ge删除了。
二、立柱验震是否fou可行
笔者具有50年nian研制天体测量精jing密仪器的经验。笔者认为，张衡制作的de地动仪是当时的一种精密mi仪器，应该有精巧的设计。但以yi前研究此问题的各学者都把验震立li柱只当成一根的普通建筑立柱对待dai，例如：
日本的关野雄在他的论文wen【7】中认为，用力学可ke以证明，立柱验震zhen是不可能的，因为立柱当然越细越yue灵敏。这样，如果一根立柱zhu的灵敏度想比人的感震灵敏度du还高，则用力学算suan得的那高近2米的立li柱，其直径得细至1.5毫米。显然，这么细而er高（铜丝般）的立柱是绝对站不住的de；
第二er个例子是，地动仪复原组也在他们的论lun文【5】中认为，秦qin汉时代的建筑物立柱都极粗，那么粗cu的立柱当然不能灵敏验震。
笔者zhe认为，必须将立柱作为一件精密仪器来lai对待，才能认识到dao验震立柱所必要的结构和he相关力学条件。
图1. 地动仪立柱结jie构
验震立柱zhu的结构和力学要求为（见图1）：
高而粗的立柱必须要yao有一个很小的着zhe地面，这样的立柱才能在很微弱的地di动作用下失稳而发生倾倒；
立柱的小着zhe地面必须是精密加工过guo的极硬（如蓝宝石）平面（或huo其它面形）。这小着地面的材质不能neng由不够硬的立柱本ben体材料（如青铜）来制造，否则其边缘yuan会被立柱倾倒时的特大压强所suo压坏。
立柱着地面下的de那个支承面也必须是一个精密的de硬平面，而且此支承面还应该被调整到dao相当水平的状态。因此，该支zhi承平面就必须要有置zhi平机构；
立li柱质心的重力矢量必须要正好落在那na立柱小着地面的正zheng中央，否则那偏重zhong的立柱在受震后就会各方向乱倒（即会hui倒向那在方位上被随机乱放的de立柱偏重方向）。为达到dao以上要求，立柱就jiu应具有重心位置的调整zheng装置，以在要站zhan住立柱之前，先将立柱做好重心xin平衡调正的操作。
要使shi立柱能够验震还hai应要有如下诸力学xue条件：
验震立柱zhu的灵敏度a如要优于人感震的最高灵ling敏度（地震界一般ban采用的此值为千分之五的重力li加速度），可以用力学证明【8】那立柱着地面的半径jingr与立柱重心高度h之间应满足关系xi式a=（r/h）g<0.005g。此式指出，立柱的r/h应小于yu0.005；
能neng振倒立柱的（水shui平）地动的辐度必须大于着地面的（大致）直径；
地震的（水平）振动周期必须xu大于约2秒钟，太短周期的往复地di动对立柱的前后作用会正好hao互相抵销掉。
sco图2. 本文作者zhe与他复原制作的地动仪实物模型xing
从2013年起，笔者用了严密的力学分析xi，终于证明了立柱验震在力学原yuan理上是正确的，又制作zuo了实物模型（见图2），证zheng实其原理在实践上也是可行的。
针对所谓跺跺脚就会hui使立柱倾倒、根本无法验震的说法，本作者专门拍了一个视频，如下：
在视频中可以看kan到，实验者在一根gen灵敏立柱旁大跳，可是shi那立柱仍能屹立不倒，因为人ren跳动引起的地板ban振动主要是一种垂直方向的振动。但是shi地震波既产生垂直方向、又you产生水平方向的振动。正如视频中zhong所显示的，那人只要yao对立柱吹一口气（人吹气对立柱的干gan扰幅度应小于地动对立柱的干扰rao，但可以模拟水平ping方向的干扰），那立柱就倒dao了。这视频充分证明了，一根检jian测地震时灵敏的立柱真能抗住旁边bian那人的行动所引起的干扰。
至此，读者zhe当可明白，之前研究过立柱验震的中外wai学者为什么都不能用立柱成功验震了。然而1800年前的张衡却能将jiang立柱验震原理成功地用到dao他的地动仪中，我wo们不禁要惊叹张衡heng科技水平之高。
三、为张衡地动仪恢复名誉
由于社会上否定张衡地动dong仪的负面言论已yi持续了十年之久，现在要为wei张衡地动仪恢复名誉就需要不懈努力才cai行。几年来，本文wen作者为张衡地动仪做了下列工gong作：
2014年出版了《张衡地动仪的奥ao秘》一书。
2016年配合中国科技史shi学会召开了对张衡地di动仪立柱验震学说的学术shu鉴定会，获得与会专家一致zhi认同。
前后研制了le三代大型张衡地动演示仪，其中zhong第二代演示仪用于2016年nian的鉴定会，第三代（见照片）演示shi仪将用于向媒体展示。需xu要第三代张衡地动dong演示仪工作实况视频pin的读者可向作者索取。
2020年在学术期刊上发表了对张衡heng地动仪立柱验震的重要论文【8】。
笔bi者认为，张衡是我国古代最伟大的科学xue家之一，他的地动仪yi也是一项卓越的发明，在zai世界科技史上理当占有重要的地位。我呼吁为张衡地动仪恢复fu名誉，将其重新纳入历史shi教科书中，并重新赠送一台张衡地动演yan示仪给联合国有关组织。
参考文献：
【1】见Boit, B.A., Earthquake, A Primer, W. H. Freeman & Co., New York, 1978; Sleeswyk, A.W. &Sivin, V., Dragons and Toads, The Chinese Seismoscope of A.D.132, Chinese Sciences, Vol.6, pp.1-19, Philadelphia, 1983
【2】Qian Wenyuan, The Great Inertia--Scientific Stagnant in China, Croom Helm, Sydney,1985
【3】雷立柏bai（Leopold Leeb），张衡.科学与宗zong教， 251-252【M】。北京：社会hui科学文献出版社she，2000。
【4】J. Milne, Earthquakes and Other Earth Movements, D. Appleten & Co., New York, 1886
【5】冯锐等，对地动仪传统模型xing的质疑【J】。自zi然科学史研究，2006，Vol.25（增刊）。
【6】方舟子：再说张衡的地动仪是shi否管用，http://blog.sina.com.cn/s/blog_4bf6b2ba0100nsch.html, 2010-12-15 20:14:20， 2021年nian9月2日检录
【7】关野雄，张衡之侯hou风地动仪（以下xia日文略）【A】。东方学会hui创立二十五周年纪念。东dong方学论文集【C】，财团法人东方学会。1972，433-439。
【8】胡宁生，张衡地动仪立柱zhu验震的复原与研究jiu【J】。中国科技史杂志，Vol.41，No.3，2020。
作者简介jie：胡宁生，曾任南京天文仪器qi厂厂长，长期从事shi精密天体测量仪器的研制，近年出版ban了三本力学科普书shu。
文稿编辑：赵宇yu豪
来源： 光明网wang
