圍繞張衡地動儀的争議在科學界早已有之，正方認為它符合地震學原理，是古代科學家對地殼運動理解的精妙産物；而反方則說再精妙它也隻是幾行文字，你不僅拿不出實物，其實連個圖紙都沒留下。而中科院院士傅承義的一句話更是給地動儀蓋上了棺材闆兒：“房梁下吊塊肉都比那個強”。

（豬肉真比地動儀強？）

我國古代最偉大的科學發明之一，曾經啟發了無數孩子對自然科學興趣的科學儀器，竟然不如一塊吊着的豬肉？！

2017年，張衡的“候風地動儀”從七年級曆史教材中消失，有人據此斷言：“（中國）曆史從來就有兩副面孔”。

張衡是東漢時期傑出的科學家，在數學、天文學和地理學方面有深厚造詣，他發明的渾天儀和地動儀一直都是中國古代自然科學先進的标志。然而由于年代久遠，張衡地動儀沒有一件留存于世，人們隻通過《後漢書·張衡傳》以及其它史書記載才知道它“以精銅鑄成，員徑八尺，合蓋隆起，形似酒尊”，其内部“牙機巧制”，“中有都柱，傍行八道，施關發機”，當地震發生時，地動儀對應方向龍口張開，它銜着的銅丸落下發出響聲以提示方位。

（候風地動儀模型）

與大多數人所想相反，最早對《張衡傳》中這段文字感興趣的其實并不是咱中國人。1875年，日本學者服部一三根據文字表述畫出了地動儀的猜想圖。英國地質學家約翰·米爾恩（John Milne）1875-1895年間在日本工作，1883年他研究了張衡地動儀原理、嘗試複原地動儀；他發明了水平擺地震儀并參與創立日本地震學會。1939年，日本地震學家今村明月（Akitsune Imamura）首次重建了張衡地動儀模型。

（水平擺地震儀示意圖）

由于沒有留下實物和圖紙，現代人隻能通過揣摩史書中的寥寥數語來領會地動儀結構。1936年始，中國科技史學家王振铎嘗試複原地動儀，此後出現在曆史課本以及大衆視野中的基本都是王振铎設計的模型。

如果你留心觀察過中國商周時期的青銅制品，便不難理解“牙機巧制”這四個字背後所蘊藏深厚的工匠精神。有許多東西幾千年前的古人能造出來，但現代人想要仿制卻一籌莫展，對于地動儀的重建也是如此。

（立柱式與吊杆式地動儀的原理猜想）

王振铎對張衡地動儀進行了大量研究，但受限于工藝水平，他造出來的地動儀僅能做到形似，無法實現對地震的感應。傅承義院士是著名的地球物理學家、中國現代地震學的奠基人，他那句話其實是當面跟王振铎講的：“房梁下吊塊肉都比（你）那個（模型）強”，很顯然傅先生對那個模型不滿意，這與某些人理解的（院士說吊塊豬肉都比地動儀強）完全是兩回事。

房梁下吊肉真比地動儀強？這是個有趣的科學問題，值得我們花兩分鐘來探究一下。

地震波示意圖

地震是一種常見的地球物理現象，當地殼下方某處因為擠壓或斷層破裂，應力瞬間釋放出來，它會以地震波的形式在地球内部向四周傳遞，地震波主要分為縱波（P）、橫波（S）、表面瑞利波（R）和（L）波。P波是一種擠壓波，它傳遞的速度最快，S波緊随其後，而對地面破壞力最大的則是表面波。

P波是縱向運動的壓縮波

所以，當A地發生地震時，首先傳到B地點的是P波，它擠壓的方向與地震波源頭方向相反。如果我們在B地點的桌面上放一個單擺，由于球本身在P波到達的瞬間保持靜止，因此它會相對于桌面發生擺動，而在波峰過去之後它會向回擺。

（單擺在地震時的表現，黃球錯誤，紅球正确）

幾乎所有測量地震的儀器，無論是張衡的地動儀還是傅承義院士“吊在房梁下的豬肉”都是基于同樣的原理：有質量的物體會因為慣性保持它原有的位置。你懸吊物體的質量越大，它在地面晃動時就越穩定。

（地震記錄儀的銅球在地面晃動過程中保持穩定）

回到張衡的地動儀，它中間的柱子無論是立柱式還是吊杆式，都會在地震發生時倒（擺）向擠壓波到來的方向，這一點符合物體的慣性定律。當然，如果我們真在房梁下懸吊一塊豬肉，它同樣會擺向地震源的方向。

立柱式與吊杆式地動儀的運動原理

在實際情況下，除非你距離震中位置很近，否則地殼運動不會如上圖這樣誇張，我們甚至無法感覺到地震，因此地動儀中間的柱子晃動幅度極小并且很快就恢複它原來位置，如果你看過民間頂幡表演就能意識到那根柱基本不會倒下，而吊杆式的地動儀也需要做到極其精密才能讓它底部的小球脫離。這很可能是現代仿制地動儀模型無法感知地震的真正原因。

更精确的吊杆式地動儀運動原理

同樣地，你在房梁下吊塊豬肉也沒辦法感知微弱地震波，傅承義院士用“吊豬肉”打比方，一方面是闡述地震儀工作的原理，同時也僅是揶揄那個粗糙的模型，而非針對地動儀本身。

張衡的候風地動儀盡管隻在史書中留下了百餘字的描述，但從我們已知的慣性定律和地震運動原理看，其科學性還是值得肯定的。

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