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张衡地动仪模型被移出教科书,中科院院士:房梁下吊块肉都这么强

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  近年来,对张衡地动仪的议论颇多。在2010年以前的人教版教材中,张衡地动仪被视为中国古代伟大科技发明的典范,并且进入教科书之中,成为几代中国人的集体记忆。

  

  2017年秋天投入使用的统编本初中历史教科书七年级上册中,关于张衡和候风地动仪的内容被删除。那个被印在教材上影响了几代中国人的地动仪模型,开始淡出当代青少年的视野。

  中科院院士傅承义更是直指:“房梁下吊块肉都比你那个模型强”。为什么会这样呢?这是因为教科书上的张衡地动仪是复制品,并不是真的张衡地动仪。

  教科书上的张衡地动仪来历

  东汉时期,地震比较频繁,好学的张衡就想发明一种仪器,用于掌握全国地震动态。他经过长时间的研究,终于在公元132年,发明了候风地动仪。八条龙对应八个方向,每条龙嘴里含着一颗铜球,哪个方向发生地震,对应的铜球就会掉落至下方的蟾蜍嘴里。

  

  这是世界上的第一架地动仪。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。

  中国历史博物馆王振铎先生 。他根据后汉书的描述,推测出地动仪的基本原理:直立杆原理。

  后来,王振铎先生根据英国人米尔恩对悬垂摆工作原理的推断 , 于1936年绘制了地动仪复原图形, 1951年又按照日本人萩原尊礼和今村明恒对直立杆工作原理的推断做出了展览模型,后来陈列在中国历史博物馆 (现中国国家博物馆 )。

  

  王振铎制作的传统模型问世后,被1952年的 《人民画报 介绍、1953年中国特种邮票选印。它还多次作为中外文化交流的重要载体对外宣传,甚至以国礼的形式漂洋过海, 在联合国世界知识产权组织总部与美国从月球带回的岩石并排展出, 同享殊荣。

  因此,由王振铎复原的“张衡地动仪”就被编入全国中小学教科书,就连中国地震局也用这部复原模型做了几十年标志,直到前几年才取下。

  该模型在弘扬民族文化 、宣传中国古代科技成果和科普宣传上功不可没。导致了很多人认为这就是原版地动仪。

  

  教科书上的张衡地动仪其实是“假”的。

  但其实王振铎复原的“张衡地动仪”,因为模型内部结构缺乏合理性,所以其龙口中的铜丸无法吐下来,根本无法检测地震。

  王振铎参考的直立杆原理,是基于物体的不稳定平衡来实现的, 感应部件均表现出倾倒 、跌落和坍塌。报警器不能自动地区别振动源的性质, 灵敏度不高,且反应是随机、不稳定和不可重复的 。装置一旦报警, 无法判断是车行马走还是地震所致。简单点说,这个原理就相当于酒瓶子倒立放在地上,瓶子倒了,就说明地震来了。

  e而国内外严格的地震学计算、实验室试验和地震检验早已证明, 这种直立杆原理只能用于低灵敏度的报警器, 不具有构建验震器的合理性和可行性, 早在 18世纪即被淘汰。

  

  全国各地仿照这个模型制造出的无以计数, 小至手掌、大致几百万元, 甚至耗铜 10余吨、高达 2.96m 的地动仪, 也没有一件具有验震器的基本功能。

  更让人尴尬的是,在1988年这尊“张衡地动仪”访问日本奈良时,中方解说在向日本观众讲解地动仪的工作状况时,手持一根木棍,木棍捅一下,龙口中的铜丸才会掉到下面蟾蜍的口中。

  自 1969年以来, 中国 、日本、美国 、荷兰和奥地利等国的学术界发表了一系列的严肃批评文章, 国外的科普文章也对它的原理提出了质疑或做出另外的解释。

  美国地震学家博尔特院士在看了传统模型照片后指出:

  

中国目前最流行的地动仪模型工作原理模糊, 模型简陋粗糙, 机械磨擦大大降低了灵敏度, 对地震的反应低于居民的敏感, 其作用应予以质疑, 而且利用铜丸的掉落方向来确定震中也是不确定的。

  

  遗憾的是, 几十年间这些持续不断的、中肯的 、专业性的严肃批评和否定意见一直未引起重视, 国内媒体和教学内容依然如故,几十年间也没有做过一次严谨的科学检验和地震学测试。

  真正的张衡地动仪是什么样的?

  真正的张衡地动仪早已在西晋时期失传,根据科学家的研究,地动仪的核心原理,应该是悬垂摆理论。而不是“直立杆”理论。

  液体自由表面和悬垂摆是两种最基本的天然验震结构 。由于种种非地震的干扰波(车行马走, 爆炸 )以垂直运动为主, 与维系液面水平和悬垂摆稳定的重力方向一致, 不会或极难使它们离开原有的平衡位置。而地震波以水平方向运动为主, 对它们有很强的激发作用。因此这类装置一旦出现侧向的摆动与摇晃, 宏观上便表现出能够自动地区别地震与非地震的物理属性, 即“验证了地震”, 故命名验震器。张衡地动仪的原理,使用的应该是悬垂摆理论。

  房梁下吊块肉就是最基本的天然验震结构,这也是为什么傅承义院士直指:“房梁下吊块肉都比你那个模型强”的原因。

  目前最受到考古界,科技界的一致认可的是中国科学院研究生院教授冯锐还原的张衡地动仪,他算出了都柱的具体高度、晃动周期和频率,确定了核心部件的形态和构造。接着,他又按照圆径八尺(1·85米)这个限定,将王氏地动仪中置于四周的蟾蜍,附着在尊体之上,与其连为一体。

  

  冯锐课题组还调来了陇西地震的历次波形图,通过对波形图的计算,模拟出公元134年那次陇西地震的波动效应。在波动之后,铜球应波下落。

  冯锐还原的张衡地动仪只有横波到来它才吐丸,其他来自纵波的震动,都无法使地动仪有任何反应。这意味着,类似关门、汽车过境、巨大的炮声等都不会干扰到地动仪。

  

  在之后长达7天的实验中,地动仪没有出现一次失误。因此,冯锐还原的张衡地动仪通过了由地震学、考古学、机械工程学等相关学科的专家组成的验收委员的鉴定,

  此后,冯锐多次游走,希望能够纠正教科书上的这一错误。在冯锐的努力下,王振铎先生复原的地动仪模型才被撤出教科书。

  不过,冯锐还原的张衡地动仪虽然科学,但是张衡地动仪早已失传1700多年,归根结底来说,这也仅算“我们在当前这个时代对张衡的理解”。至于一千多年的候风地动仪到底是何样,后人又会不会制造出更加接近原貌的张衡地动仪,现在还无法轻易下结论。

  

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