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准确探知地震：仕途张衡的另类“屠龙术”
作者：程晓杰
汉顺帝永和三年(138年)三月一日，放置于京城洛阳、张衡刚刚发明的地动仪西方的龙嘴突然张开，铜球落到蟾蜍嘴里，测知洛阳以西方向发生了地震。几天以后，信使飞马来报，陇西(今甘肃省兰州市西北)发生地震，金城、陇西“二郡山岸崩，地陷”(《后汉书-顺帝纪》)，“地震裂，城郭、室屋多坏，压杀人”(《后汉书·五行志》)。那么，地动仪真的能测知地震吗?它是在怎样的背景下研制成功的，其工作原理又是怎样的呢?
张衡(78—13 9)，字平子，南阳西鄂(今河南南阳)人，出身于名门望族。其祖父张堪自小志高力行，被人称为圣童，且一生为官清廉，民间有歌谣传唱：“张君为政，乐不可支。”张衡的父亲很早便去世了，于是在张衡幼年的时候家境已经衰落，有时甚至还要靠亲友们的救济度日。
和帝永元六年(94年)，刚满1 7岁的张衡怀着远游的志愿，离开家乡，直奔故都长安，开始了求师问业的旅途。和帝永元十二年(100年)，张衡受聘于南阳郡太守鲍德门下当主簿，掌管文书工作，其间他致力于探讨天文、阴阳、历算等学问。
卸任主簿后，张衡回到家乡。这期间大将军邓骘“奇其才”，多次辟他为幕僚，但张衡始终不就。个中原委，不甚清楚，但根据张衡一生的出入进退来看，有一点可以肯定：决不是张衡不想做官。
事实上，这时安帝尚幼，邓骘以大将军兼舅舅的身份辅政，大权在握。而东汉后期无论是外戚辅政，还是宦官专权，朝政都是十分黑暗的。人们对这种架空皇权的现象十分不满，张衡在《陈事疏》中就曾劝顺帝要掌握“刑德八柄”，做到“威自上出”，这可能就是张衡不肯应邓骘之辟的原因。
在家的三年中，张衡逐字逐句地琢磨《太玄经》义，为研究天文、历算等自然科学问题铺垫了理论基础，不但如此，他在文学、绘画等方面也达到了很高的造诣，因此被时人誉为“南阳通人”。
张衡的名气越来越大，永初五年(111年)，安帝诏拜张衡为郎中，三年之后迁为尚书侍郎，一年后再迁为太史令，在九卿之一太常手下掌管“天时、星历”。张衡本“善机巧，尤致思于天文、阴阳、历算”，先前的积累终于找到了用武之地，他自然高兴，除了太史令的日常工作外，“遂乃研核阴阳，妙尽璇机之正”。
安帝建光元年(121年)，张衡转为公车司马令，这是卫尉的属官，实际地位比太史令高。但5年之后，即顺帝永建元年(126年)又转为太史令。这当然是官运不亨、失志的表现，所以当时人都认为这“非进取之势也”。
张衡模仿东方朔《答客难》作《应间》表达自己对此事的看法，他在文中反复申述了两点：一是“天爵高悬，得之在命”，“求之无益，故智者偭而不思”，认为应该持“得之不休，不获不吝，不见是而不恬，居下位而不忧”的达观态度，使自己不至于被现实的重压所击倒。二是在仕途不畅、命运不达的情况下也不能自暴自弃而自沉，而要“奉顺敦笃，守以忠信”。他在《应闲》一文中曾说：“一个人不应担心自己地位不高，而应该担心自己道德是否高尚；不应当为收入菲薄而害羞，而应当为知识不广博而耻辱。”所以，张衡的学习内容不受仕途所需的局限，天文、地理、气象、历算等无所不学，尤其爱好文学。在游学期间结识的好友崔瑗曾评价他说：“没有他不学的学问，没有他不请教的老师，为一物不知以为耻，听到有教益的话他就非常高兴。”
最后，张衡决定“庶前训之可钻，聊朝隐乎柱史”。“朝隐”是张衡在怀才不遇时所提出的一种新的处世策略：进，可以以此为阶升官加爵，实现兼济天下之志；退，可以修身养性，独善其身；持中可以借职务之便继续实现人生的价值。这是在新的形势下糅合儒、道两家人生哲学的产物，较之退隐自然要优越得多。正是有着这样的仕途波折，也正是抱有这样坚定的信念，张衡更加孜孜不倦、将势就势，利用太史令之职继续进行天文学研究。
东汉时期，我国中原一带经常发生地震，据史书记载，从公元92年到139年，京城洛阳等地先后发生过20次地震，其中6次是破坏性较大的地震。张衡目睹地震后的惨状，痛心不已，在完成太史令的本职工作之余，他还收集各地的地震情况，记录各地震情，以便能及时掌握全国各地的地震情况，并立志研制出能够预测地震的仪器，解救黎民于水火。经过多年的研究和反复的试验，张衡终于于阳嘉元年(132年)制成了了当时世界上第一架观测和记录地震的仪器——候风地动仪。
据《后汉书·张衡传》记载，候风地动仪“以精铜铸成，圆径八尺”，“形似酒樽”，上有隆起的吲盖，仪器的外表刻有篆文以及山、龟、鸟、兽等图形。仪器的内部中央立着一根铜质“都柱”，柱旁有八条通道，称为“八道”，道中安有“牙机”。仪体外部周围铸有八条龙，头朝下，尾朝上．按东、南、西、北、东南、东北、西南、西北八个方向布列。龙头和内部通道中的发动机关相连，每个龙头嘴里部衔有一个铜球。对着龙头，八个蟾蜍蹲在地上，个个仰头张嘴，准备承接铜球。当某个地方发生地震时，地动仪内部的“都柱”就发生倾斜，触动牙机，使发生地震方向的龙头张开嘴，吐出铜球，球落到铜蟾蜍的嘴里，发出很大的声响。
地动仪研制出来以后，张衡将其安置在都城洛阳，起初满朝文武都不相信这台地动仪能够测出地震的方向，并对张衡处处诘难非议，直至和顺三年准确测出了陇西约里氏6.5级的地震后，朝野上下才“众服其妙”。
一些科技史著作声称，张衡制造的候风地动仪比西方第一台地震仪(意大利人路吉·帕米里制造于1856年)早了1700多年。但是张衡发明的候风地动仪没有能够流传下来，史书中对它的记录仅见于西晋范晔所著的《后汉书·张衡传》中短短的196个字，于是张衡的地动仪成了千古不解的谜团，我们今天看到的地动仪是考古学家王振铎多年考证研究后于1951年制作的仿制品。
那么，张衡发明的候风地动仪真的可以预测地震吗?它的科学依据是什么呢?
首先，候风地动仪绝不是地震预测仪。它只有在地震发生之后才起作用，只不过能比驿卒更早地通知京城的人，古人于是就认为它能够预测地震。
其次，根据地震波的传播机理，候风地动仪是不太可能做到“验之以事，合契若神”的。地震发生时，从震源会发出两种波：一种是纵波(又称P波)，它引起的物体震动方向和波的前进方向一致；另一种叫横波(S波)，它引起的物体震动力向和波的前进方向垂直。纵波的速度比横波快，因此最先到达地面，形成地震波中的初波。据初波的震动方向就可以知道震源方向。但初波非常微弱，因为它只是从震源直直地向着地震波接收处地面传播而来的P波，而这部分P波携带的能量只占地震波全部能量的一小部分。如果候风地动仪能敏感到对“第一哨”初波就做出响应，那么有许多别的和地震无关的震动，比如在它附近跺脚，便能引起它的反应，从而让人
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