公元134年，也就是东汉第七位皇帝，顺帝刘保的阳嘉三年。在当时的国都洛阳南郊的帝国天文台——灵台。发生了一件震惊后世一千多年的怪事。灵台是一座占地4.4万平方米，高20米，台基50米见方的高台建筑。在灵台大殿的正中位置，摆放着一个造型古怪的机器。

在某一天的傍晚，这台机器上朝着西北方向的龙，吐出了嘴里的铜珠，正好落在了下方的铜制蟾蜍的口中，发出了绵长的声响。时任太史令的张衡闻讯立刻到大殿查看，然后向顺帝报告说：“臣得到了预警。京师西北方向发生了地动，该地灾情严重，房屋倒塌，大水横流，生灵涂炭，请陛下即刻派人前去安抚赈灾，救民于水火”。皇帝听后，一脸诧异，因为洛阳并没有震感。于是询问其他大臣，各地是否有地动发生？大臣的回答也很干脆，没有。还指责张衡妖言惑众。

就当张衡成为众矢之的的时候，事情就发生了反转。三天后，一份加急奏报抵达了洛阳。说陇西地震，二郡塌陷。此时画风突变，大臣们都不再谴责张衡，而是议论起了张衡的那台机器，甚至有人说张衡的机器真是神了。这台机器就是张衡在西元132年，发明的候风地动仪。也是史上最早的地动仪，比西方早了1700多年。张衡发明的地震仪，也因此走进了初中的历史教科书。

然而在2018年10月网络热搜榜上，赫然出现了一条让人大跌眼镜的消息。

在此之前一直把张衡视作是古代牛掰的科学家和文艺巨匠，其发明的候风地动仪也被誉为是古人智慧的结晶。正是如此张衡和地动仪也成为几代中国人的集体记忆。后人复原的地动仪模型，也开始淡出了当代青年人的记忆。中国科学院院士，地球物理学家傅承义直言：“房梁上吊块肉，都比那个模型强”。难道张衡的地动仪就是一个伪科学吗？其实这条热搜的背后，隐藏着一个巨大的历史悬案。这事儿还得从头说起。

时间来到公元78年，张衡出生在南阳宛县的一个达官显贵的家中，其祖父是渔阳太守张堪（kān），在汉代太守总管一郡的行政、司法、财政、军事,可谓万般权力一把抓；妥妥的封疆大吏，相当于省部级大领导。虽然张衡出生于名门望族，但他幼年时的生活过得很清苦，因为在张衡年幼的时候，张堪就过世了，其父才能见拙，在历史上甚至连名字都没能留下。自此家道中落。

张衡自幼天资聪慧，勤奋好学。10岁就饱读诗书，16岁就离家开始了全国游学。22岁时就做了太守鲍德的主簿，之后担任郎中、太史令、侍中等官职。他一生成就斐然，堪称全才的历史人物。对文学、史学、哲学、天文、历法、地理、艺术等多个学科均有建树。用今天的话说，张衡就是个天才。

除此之外，他还是个愤青，曾花费十年的时间，写成了著名的《二京赋》也就是《西京赋》和《东京赋》。文章对当时上至王侯将相下至芝麻小官过度奢侈的不良社会风气进行抨击和讽刺，但也为后人描绘了名都古城的宏大场面。《二京赋》由于其结构的严谨精密，被多数人认为是汉赋的历史高峰，张衡也与司马相如、扬雄、班固并称汉赋四大家。

时间来到110年，东汉安帝永初四年，32岁的张衡，被南阳太守鲍德举荐，到京城洛阳做官。5年后，也就是115年，张衡被皇帝赏识，调升为太史令。主管天象观测、历法编订、地震记录等工作。自此张衡便潜心钻研和职务管辖范围内的一切学科，并在算学、天文、地理和器械制造上取得了重大的成就。

仅仅过了2年，张衡就用铜制造了浑天仪，这台浑天仪在《晋书·天文志》中有详细的记载。主体是一个镂空的大铜球，内部设有恒隐圈、恒显圈和窥管。窥管也就是我们常说了望管，用以测定昏、旦和夜半中星以及天体的赤道坐标。并在上面刻画了张衡所定的星宿、赤道、黄道。黄道上则绘制了二十四节气，类似现在的天球仪。在浑天仪的南北两极，有一个可以旋转的轴，依靠水力转动铜球，就可以演示星星的东升西落。

张衡将浑天仪设计成这个样子，是其宇宙观深受战国时期起源的《浑天说》的影响。《浑天说》认为浑天如鸡子，天体圆如弹丸，地如鸡子中黄，孤居于天内，天大而地小。意思就是说天和地的关系，就如同蛋壳包着蛋黄的一样，天包地，所以天大于地。此后张衡将自己对天文的研究，撰写成了《灵宪》一书。全面阐述了天地的生成、宇宙的演化、天地的结构、日月星辰的本质及其运动等诸多重大课题。认为宇宙结构不是亘古不变的，而是不断发展变化的。

张衡也将中国古代的天文学提升到了一个前所未有的新阶段，中国当时的天文学研究居世界领先水平。在数学方面，张衡著有《算罔论》算术书。主要论述了如何计算球的体积，同时他用“渐进分数”之法计算圆的周长。简单的说就是用圆的外切正方形周长来计算圆的周长。最后算出圆周率介于3.1466和3.1622之间。由此张衡、姜子牙、范蠡、张仲景、诸葛亮等并列为南阳五圣。

地动仪诞生

时间来到132年，52岁的张衡花费了4年的时间，终于研究出了人类历史上第一台感应地震方位的地动仪。《后汉书·张衡传》中对地动仪的记载是：以精铜铸成，圆径八尺，合盖隆起，形似酒樽，饰以篆文山龟鸟兽之形。外有八龙，首衔铜丸，下有蟾蜍，张口承之。地动仪的外形就像是一个大酒樽，圆径八尺，大概是2.6米。

地动仪有八个方位，他们分别是东，南，西，北，东南，西南，东北，西北，每个方位上均有口含龙珠的龙头，在每条龙头的下方都有一只蟾蜍与其对应。任何一方如有地震发生，该方向龙口所含龙珠即落入蟾蜍口中，由此便可测出发生地震的方向。地动仪被发明后，作为太史令的张衡，就将自己的杰作献给了汉顺帝，汉顺帝下令将其放置在灵台。就这样地动仪被放置在了灵台大殿的正中位置。不过上至皇帝，下达朝臣都对张衡的地动仪的实用性并不看好。

就这样地动仪静静的在灵台放置了两年，无人问津，被所有人遗忘，维度张衡每日都到灵台查看地动仪。直到公元134年12月13日地动仪才成为了当时最耀眼的星。这就是我们前面提到的，地动仪感应到了洛阳西北方向的陇西发生了地震。震中就在天水一带。天水距离洛阳有500公里。

《后汉书》对这一次的地震做了描述，并用八个字评价了地动仪：“验之以事，合契若神”。如果记载属实，那么这台地动仪的灵敏度达到了惊人的地步。这可比西方国家用仪器记录地震的历史，早了一千多年。不过这台“地动仪”，在西晋末年就失踪了。这么牛掰的机器怎么就失踪了呢？这还的从张衡的主导思想说起。在张衡的世界观里，凡天灾必是人祸所为。这和地动仪的消失有什么联系呢？

张衡所处的年代，正是东汉政局动荡的时期，在他11岁时，公元89年，汉章帝刘炟（dá）驾崩，年仅10岁的和帝刘肇（zhào）即位，从此东汉王朝开启了后宫与外戚把持朝政，宦官弄权的暗黑时代。从公元89年到132年的短短43年间，先后就有4位幼帝登基。

最著名的就是汉顺帝刘保的即位之变。刘保是汉安帝刘祜（hù）的独子，永宁元年，公元120年，刘保被立为皇太子。5年后，125年3月安帝驾崩，按理说身为皇太子的刘保，继承皇位是没有悬念的。往往越是顺理成章的事情，越容易出现意外。

刘保并非安帝的皇后阎姬所生，而是一个普通宫女李氏的生子。阎皇后并无子嗣，安帝驾崩后，她就想立幼年皇帝，自己垂帘听政，掌握朝政大权。于是阎皇后早在安帝驾崩前，就用计将刘保的生母宫人李氏毒杀，后联合外戚诬陷太子刘保图谋不轨，因此刘保被废为济阴王。安帝死后，阎皇后立汉章帝刘炟（dá）之孙、济北惠王刘寿之子北乡侯刘懿（yì）为皇帝，史称少帝。半年后，125年10月27日，少帝刘懿驾崩。在此大变之时，以孙程为首的19名宦官，伺机发动宫变，迎接济阴王刘保继位。

由于汉顺帝的皇位是靠宦官得来的，所以将大权交给了宦官。后来宦官、外戚互相勾结，弄权专横，汉朝政治更加腐败，阶级矛盾日益尖锐。这个时期，自然灾害频发，你若翻开这一阶段的史书，映入你眼帘的是：郡国十八地震、二十八大风雨雹、万民饥流、民相食等令人绝望的字句。百姓怨声载道，民不聊生。

张衡见到地震后的残垣断壁，被山石掩埋的村庄，废墟中生命垂危的灾民。心生怜悯的他立志创造地动仪。经过4年的钻研和无数次的失败后，终于在132年成功的发明了地动仪。就是这样一个为国为民的科学家，却依然留存着迷信的思维。张衡试图借地震之机，改善朝纲，造福于民。

一年后，他向顺帝刘保进表了《陽嘉二年京師地震對策》的奏章。他说：“妖星见于上，震烈着于下，天诫详矣，可为寒心”。意思就是说，不论天灾或地震，均是上天的警戒。只有修德政才能化祸为福。这篇奏表的能量巨大，开启了因地震而查处高官的先河。张衡本来是想通过地震，帮助皇帝肃清奸佞，整肃朝纲。没成想皇帝来了个bug强制修复，只要发生天灾地震，就降罪于高官。

此后文官集团也借天灾地震铲除异己，似乎成了顺帝一朝的潜规则。很多能臣良相在这场政治风波中被罢免。可以说张衡的忠心，反而办了错事。科学水平超前的地动仪和忠心耿耿的张衡，也就此惹了众怒。成为了利益集团鄙视的煞星。时间来到136年，顺帝最终没能抵御住宦官对张衡的谗言，将其调离京师，贬到了人烟稀少的河间，也就是今天的河北沧州，任河间王刘政的国相。自此之后，帝国也发生过多次地震，但是却再也没有了地动仪的记载，也就是说地动仪随着对张衡的排挤和贬官而莫名的消失了。3年后62岁的张衡含恨而终。

时间来到1875年，26岁的英国地质学家和采矿工程师约翰·米尔恩，受东京帝国工程学院的邀请担任地质学和矿物学教授。在他刚到东京的第一天就发生了地震，在度过惊魂一幕之后，他用随身的相机，拍摄了地震后的画面。这也是人类最早拍摄的地震照片。在之后他又陆续经历了几次地震，自此米尔恩对地震预警产生了浓厚的兴趣。也在同一年，一个精通汉语的日本人服部一三，根据《后汉书》的记载，绘制了张衡地动仪的外形，并在图画的四周用汉字抄写了《后汉书》描述地动仪的196个字。

日本是一个处在地震多发带的海岛，所以服部一三自小就对地震产生了兴趣。于是两个志同道合的人，在日本成为了要好的朋友。米尔恩看过服部一三绘制的张衡地动仪后，兴奋不已，于是二人一拍即合。在1880年成了世界上的第一个地震学会——日本地震学会。服部一三任会长，米尔恩任副会长。从此二人开始研究起了中国一千多年前的张衡地动仪。

米尔恩认为张衡发明的地动仪，是一种只对地震波产生感应的报警器。为了能够复制地动仪，他们仔细的研究了《后汉书》的记载。米尔恩觉得《后汉书》记载的：“中有都柱，傍行八道，施关发机。”的这12个字中，都柱是地动仪的最核心部件，应该是都柱感应到地震波后，发生震动触发机关，因对发生地震方向的铜珠就会掉下来。

他认为都柱可能是地动仪内部悬挂着的一根沉重的长柱，柱体只对水平方面的震动起反应，对非地震的干扰性震动不起作用。非地震的震动波形和地震的波形不一样，比如人走车行、落石，爆炸等，所产生的波动都是与地面垂直方向震动。地震波是水平方向的晃动摇荡，而悬挂的物体只对水平方向的晃动有感应，对垂直方向的震动不起作用。

如果地震发生，都柱就会根据惯性，发生摆动，而触发机关。米尔恩经过几年的研究，根据服部一三绘制的张衡地动仪外形，制作出来一个复原的地动仪模型来。后来又经过几年的改进，终于在1895年制造出了现代水平摆动地震仪。该地震仪不仅验证了张衡地动仪的功能，还能够记录地震的方位和时间。

1896年米尔恩回到英国，在英国地震学研究会和欧洲30多个组织的支持下，先建立了欧洲地震台网，后逐渐扩展到了全世界，甚至包括了南极洲，奠定了世界地震台网的基础。在后来他更是直言，自己发明的地震仪，是受张衡地动仪中有都柱的启发，做了大量的模仿和试验，才成功的，更是赞誉张衡是现代地震理论的鼻祖。并且还把这段话写进了他著作的《地震和地球的其它运动》一书中。

时间来到1952年，人民日报，用一整个版面详细介绍了，张衡发明的候风地动仪的结构和原理。报纸上的地动仪的图片，也成为了几代中国人的集体记忆。1953年中国邮政就发行了伟大祖国系列邮票，地动仪也位列其中。后来地动仪就进入了我们的课本。不仅如此地动仪还成为了中国地震局的标志。

在之后的岁月里，复制的地动仪模型也多次出国展出，还成为国礼赠送给外国领导人和中外友人。地动仪被誉为人类文明的象征，模型也被摆放在联合国知识产权组织总部，和它并排展出的是美国宇航员从月球带回来的月石。可以说地动仪在那个百废待兴的年代，撑起了中国人向世界骄傲的骨气和底气。然而在日本的一次展出，却遭到了质疑。

时间来到1988年，被复制的地动仪，在日本奈良展出。这个高2.2米，直径为1.6米的复制品，在展厅尤为显眼。前来参观的人络绎不绝，工作人员也非常礼貌的向游客介绍地动仪的结构和原理。在讲解途中，一个日本游客，要求展示一下地动仪的灵敏度。戏剧性的一幕就这样发生了，工作人员折腾半天，也没见八条龙嘴里的铜珠掉落下来，最后只能用一根长棍在内部捅了一下，铜珠在落下来。自此各国学界对地动仪发出质疑。其实早在这次尴尬的事情之前，就有人对中国复制的地动仪模型进行过措辞严厉的质疑。

早在4年前，也就是1984年。美国地震学家布鲁斯·博尔特（Bruce A.Bolt）直言不讳地说，中国复制的张衡地动仪模型的工作原理不具备说服力，而且特别粗糙，对于地震的感知，还不如人的直观感受。通过铜丸掉落的方向来判断震中更是不可能。后来质疑声愈演愈烈，我们前面说的米尔恩著作的《地震和地球的其它运动》一书，至少被再版了9次，但是从地5版开始，有关于张衡地动仪的内容就删除了。为什么质疑声会如此之大呢？就连米尔恩著作中关于张衡的内容都要删掉呢？

现在我们看到的关于地动仪的图片、模型都是后人的复制品而已。这一点在人民日报的介绍中，就明确的指出了，张衡的这一伟大发明早就失传了，就连隋朝科学家临孝恭尚写有一部《地震铜仪经》,也未能传流下来。文章的最后还专门说了，这里介绍的地动仪模型是在1951年设计完成的。也就是说我们看到都是复制品，并没有关于地动仪出土的文物。最直观的也只是史书对地动仪简短的记录。关于人民之日报上的说明，不知为何没能出现在我们的教科书上，导致我们以为博物馆摆放的就是张衡的原作。那么这个家喻户晓的地动仪模型是谁设计的呢？

时间来到1949年末，国内知名博物馆学家和科技史专家王振铎，就接到了任务，复原一批代表中国古代智慧文明的文物，做陈列和宣传用，其中就包括张衡的候风地动仪。王振铎出生于1911年，曾经就读于燕京大学研究院历史系，后来长期从事文物和博物馆工作，复原了大量古代科技发明。其实早在1936年，他尝试对地动仪的发明进行探讨，并发表了《汉张衡侯风地动仪制法的推测》一文。同样王振铎和米尔恩都对书中记载的“中有都柱”给激发了灵感。

不过二人的出发点是相反的，米尔恩是悬柱，王振铎则是采取的立柱。简单的说王振铎复制的地动仪，就是在其内部梳理一根又细又长的立柱，当地震发生时，立柱会在地震波的震动下失去稳定性，发生倾倒，击中内部机关，龙嘴里的铜珠就会掉落。

看似完美无瑕的设计，却遭到了日本地震学者关野雄的反驳，并在其1971年发表的论文中表示：要想让一根立柱的灵敏度超过人的感应度，根据力学原理，计算出的立柱高度要达到1.89米，直径不得超过1.5毫米，这是个什么概念呢？就是比2平方的电线的直径还要小一些。又细又长的立柱，怎么可能立得起来呢？

除了关野雄之外，荷兰人斯莱斯维克和美国人赛维，1981年在美国发表联合论文称王振铎的立柱设立不成立。他们反驳的理由是，当立柱受到震动时，并不会按照震源的方向倾倒，而是不规则的随意乱倒。也就是说立柱设计不能准确的定位地震的方向的。除了老外，中国学者也对王振铎的设计提出了质疑。

在1976年的时候，王振铎的老友，中国科学院院士，地球物理学家傅承义就对王振铎说出那句杀人诛心的话：“房梁上吊块肉，都比你那个模型强”。也因此对复原的地动仪模型的质疑达到最高峰值，甚至有人开始怀疑张衡。

不过王振铎的设计早在1951年就1:10的复原模型。8年后，中国历史博物馆建成时，根据王振铎1951年的模型精工制作了1:2的木质模型并陈列展览。1963年王振铎曾经对地动仪的设计图做过修改,但没有进一步去复原实物。王振铎1951年复制的地动仪也成了我们的集体记忆。

时间来到2002年，中科院教授、地震学者冯锐试图复制张衡发明的候风地动仪。为此他还特到洛阳的灵台遗址考察，为的是寻找1800年前铜珠掉落的声音。冯锐在上世纪80年代，曾在美国伯克利加州大学，地质地球物理学留学，其导师就是美国地震学家布鲁斯·博尔特。在一次聚会上，博尔特询问冯锐：“你们中国人是不是对酒有独特的喜爱”。冯锐自豪的说：那是当然，所以李白才能够斗酒诗百篇。然后博尔特说，难怪中国的地动仪像一个酒桶，就像是喝醉了设计的一样。

这话深深的刺痛了冯锐。这也激发了冯锐复制地动仪的想法。多年以后，这个机会终于来了。2004年，中国地震台网中心和河南博物院开展了一项合作，就是科学复原地动仪。他们组织了由8个单位的地震学家、历史学家、考古学家、自动化学家和美术家等参加的研究组，冯锐任课题组长。

为了不重蹈王振铎的覆辙，冯锐翻阅了大量的史料，他发现，古人对地震的描述，多是用“摇”这个字。比如汉顺帝刘保的诏书，就用了地摇京师的字眼形容地震。冯锐将古人的“摇”和现代地震仪的悬垂摆联系了起来。他认为候风地动仪的都柱可能不是直立干，是悬垂状态的。

悬垂摆正是地震学之父米尔恩在19世纪80年代，受《后汉书·张衡传》中对地动仪记载的影响后所创立的。最简单的悬垂摆长这个样子，一根悬空的长柱，以及长柱的水平。如果在悬空长柱的末端固定住一支笔，再将一张白纸放到水平位置。

在模拟地震波的水平方向震动时，我们就看到笔根据震动的大小，画出相同的波纹。根据这一理念，冯锐领导的小组，很快就完成了第一版设计稿。他们在地动仪上部的中心位置悬置了一根长柱，长柱的周围分别是代表八个方位的机关杠杆，杠杆又和龙嘴相连。当悬柱摆动触碰到其中的任意一根杠杆，就会触发机关，龙嘴里的铜珠就会掉落到下方蟾蜍的口中，并发出声响。

不过这份设计稿却能够审核通过，理由是悬着的长柱确实能够在发生地震时摇摆，但是其摇摆的方向是错乱的，就会触发多个机关，也就是说无法准确的感应出地震的方位。其实米尔恩设计的地震仪也是如此，但是米尔恩的解决方法就是在多个地方放置地震仪，形成一张地震监测网。然后根据多个地点提交的数据，计算出地震的具体方位。这就和张衡的地动仪有了天差地别，因为张衡一台就能办的事儿，米尔恩却需要多台设备。

被退稿的冯锐，在设计研究上也到了最瓶颈的时候，左思右想都无法参透张衡地动仪的构造原理。然而一个不起眼的年轻学员，却给了冯锐新的灵感。学员对冯锐说，书中记载的“施关发机“”可能就是我们的突破口。

冯锐听后很受启发，于是立刻就修改了图纸，他在悬空长柱的下方添加了一个摆锤，以及一个由摆锤控制的铜球。修改后的图纸是这样的，其中悬空长柱就是史书记载的中有都柱，摆锤控制的铜球就是施关发机中的“关”字。铜球的下方是8条向下倾斜的凹槽的汇集处，对应的是史书中的徬行八道。八根杠杆与龙头相连，对应的是机关巧制，外部龙嘴中的铜珠对应的就是首衔铜丸。