张衡

来源:网络 发表时间:2018-06-26 15:20

    在距今1900多年前的东汉时期,我国科学史上曾升起过一颗璀灿的明星,他就是天文学家张衡。

    张衡,字平子,公元78年出生在河南南阳西鄂(今南召县南)一个大户人家。祖父张堪曾做过蜀郡大守,可惜到了张衡出世时,家道已经逐渐衰落。贫困艰辛的生活、翻云覆雨的世态,造就了张衡从容淡静而又勤奋刻苦、勇于探索的个性。少年时代的张衡,非常喜爱读书,凡是能够到手的书籍,不论是经书,还是文史、自然科学,无不细细研读。其涉猎范围之广,理解程度之深,都远远超过周围的同龄人。老人们夸他“焉所不学,亦何不师”,意思是说“没有他不愿学的知识,也没有他不想请教的老师”。在学馆里,张衡论年龄最小,论成绩却数他最优秀。

    除了读书,这个沉稳的孩子还有一个特殊的爱好??观察星空。每当夜幕降临、万籁俱寂之时,小张衡常坐在院里,痴痴地抬头仰望,一动不动。那广阔浩渺的天宇,那幽静神秘的夜色,特别是那些镶嵌在墨蓝色夜幕上、宝石般晶莹闪烁的星星,引起了孩子多少奇妙的遐想!说起来,小张衡心灵上的这扇窗户还是奶奶给打开的呢。那还是在他很小的时候,常像个小尾巴似的跟在奶奶身后,缠着奶奶讲故事。老人家见多识广,又十分喜爱这个聪明乖巧的孙儿,当然不会拒绝孩子的要求。每天吃罢夜饭,老人就抱着孙儿,坐在葡萄架下,给他讲起那永远也讲不厌的、老辈人传下来的故事。其中,小张衡最感兴趣的要数北斗七星和月亮的传说了。什么“天狗吃月亮”啦,什么“牛郎织女”啦,听得他连觉都不想睡。从奶奶那儿,他学会了辨认北 斗星,明白了世界上还有那样一片神奇的天宇,而且,为了奶奶永远回答不出的那些个“为什么”,他越发对那浩渺的夜空心驰神往了。

    一次,少年张衡偶然在一本书名为《?冠子》的诗集中发现了一首小诗:“斗柄指东,天下皆春;斗柄指南,天下皆夏;斗柄指西,天下皆秋;斗柄指北,天下皆冬。”他不觉心中一动:小时候,奶奶讲北斗星的时候,光说凭着它可以辨认方向,并没有说起它和季节有关呀。而这首诗分明是在告诉人:北斗星既然能在不同的季节指着不同的方向,那它肯定是在不停地运转着!

    这个发现使少年张衡兴奋极了。他马上找来几张纸,根据诗中描述的情形,分别画成4张图。从那天开始,只要是晴空,他夜夜都要拿着图站到院里,目不转睛地观测北斗星的运转情况。有时候望着望着,把什么都忘记了,直到东方泛出鱼肚白色,他才猛然发觉,已经站了整整一夜!就这样观察了一年,这个倔强的少年,终于弄清楚了“斗转星移”的道理。原来,北斗星是绕着一个中心转的,每年转一圈。正因为如此,我们四季见到的北斗星的位置才各不相同。接着,他又在书中查到这样一条资料:北斗星绕着转的那个中心,就是北极。北极上空有颗小星,叫做北极星;北斗和其他星都在绕着北极星转。而且,继续观察下去,张衡还发现:即使在同一季节中,北斗星的位置也不完全相同。比如,早春时节,北斗星的斗柄指向东北,而到晚春就指向东南了。

    时光荏苒,在浩瀚的书海和有趣的观察实验之中,张衡不知不觉度过了他的少年时代。17岁的张衡,身材挺拔,面目清秀,加之满腹才学,俨然是一个风度翩翩的英俊才子,在四里八乡享有很高的声誉。县上的官员见他德才兼备,特别是写得一手好文章,便要举荐他做秀才。这在一般人看来,是求之不得的事,然而张衡的反应十分冷淡。他不想踏入仕途,而志在做学问。这个沉默寡言的年轻人,梦寐以求的是“读万卷书,行万里路”,增广见闻,扩大知识范围。所以,他毫不犹豫地拒绝了官员的好意,离开生活了17年的故乡,踏上了外出游历的旅途。

    公元95年,张衡来到京都洛阳。这里毕竟非县城可比。在张衡看来,除车水马龙、灯红酒绿、繁华喧闹而外,更能展示都市风采的是文人荟萃、风尚高雅。他可谓如鱼得水,一面到当时的最高学府??太学里听讲,向一些有名望的学者请教,一面以文会友,结识了许多志向远大、学识渊博的年轻学子。他们常在一起读书论文,指点江山,评论时政,研究学问。这些风华正茂的年轻人,探讨问题范围之广、程度之深,都使人慨叹不已。他们研究数学、天文、历法等等,每每有自己独到的见解,令一些老前辈自愧弗如。其中,张衡的见地往往又在一般人之上。尽管如此,他却无一丝骄尚之情,所以大家都愿意和他在一起研讨问题,张衡也从中获益匪浅,学问更加丰厚扎实。史书曾记载他“通五经、贯六艺”,各方面的知识和技能无所不知、无所不能。

    从洛阳学成归来,张衡因南阳郡守鲍德再三相邀,盛情难却,只得到郡中当了几年官员,官职相当于今天的文书,后来鲍德进京任职,早已厌恶在官场周旋的张衡如获大赦,乘机辞去官职,返回家中潜心钻研学问去了。

    这段时期,张衡专心致志地精读了许多学术典籍,其中最使他心醉神迷的当数扬雄的《太玄经》。这是一部内容广泛、文字艰深的哲学著作,其中的一些唯物主义和无神论内容,深深地触动了张衡的灵魂,为他以后在探索 宇宙奥秘的征途上取得一个又一个辉煌战果,提供了坚实的思想导向和理论基础。

    公元111年,汉安帝向天下广招人才。在京城任职的鲍德,再次向朝廷举荐张衡。张衡再三推辞,无奈他“通五经、贯六艺”的大名早已为安帝所知。安帝便亲自颁旨,任命张衡为太史令,主管天文历法,预报天象气候。张衡一来不好抗旨,二来考虑到这个职务还有利于自己继续钻研学问,于是便打点行装,到太史令府上任了。

    当时,关于天体,人们还停留在初步认识的阶段,最流行的观点有二:持“盖天说”的人认为,大地是平的,天像一只巨大的碗,反扣在大地上面;而持“浑天说”的人却主张,大地就好比是蛋黄,天像蛋壳似的包在地的外面。张衡是坚定的“浑天说”派。为进一步证实自己的观点,他利用职务带来的得天独厚的研究条件,决定制造一个天体模型,把天地的构造以及日月星辰的运行情况,都用仪器显示出来,这样,就能直观而形象地说明那复杂的天文现象了。

    然而,要把抽象的思维变成一个能看得见、摸得着的实物,谈何容易?不知度过了多少个不眠之夜,不知翻阅了多少书籍资料,一张精致的天球图终于绘制出来了。

    一天深夜,张衡带着天球图轻轻地走到正在灵台(即天文台)观测天象的工作人员背后,倒把几个人吓了一跳:“咦,太史令怎么到这儿来了?”

    “别慌,别慌,我是来和大伙儿商量一件事情的。”张衡一边说,一边打开手中的图纸,“你们看,这是我刚刚画好的天球图。我打算照这张图制作一个天体模型,好为浑天说作个证,要不,两派争论不休,谁也不服谁,对的东西,毕竟只有一个啊!”

    张衡以炯炯有神的目光扫了众人一眼,见大家都在聚精会神地听着,便接着说:“可是,如果不准确地掌握日月星辰的运行情况,这个天体模型做出来也没有什么价值。往后我会天天来这里,和诸位一起观测,还请多多帮忙。”

    张衡的人品学识,早已博得大家的尊重,这番话,更说得众人怦然心动,马上就分工干了起来。他们在张衡的指导下,把天上的星星分成几个区,一颗一颗地数。那一份细致,那一份耐心,真无法用言语形容。就这样,他们硬是数出了2500颗星星,其中有名字的有320颗。这些星星的名字,有不少还是张衡给命名的呢。天文学发展到今天,已经证实,人的肉眼能看见的、六等以上的星体约有2500至3000颗,而早在1900年前,张衡主持的天文台就已大体测出了这么多的星星。

    在观测过程中,张衡对照实际,对天球图做了反复的修改,直到认为准确无误了,这才动手设计制造天体模型。传说,有一天,他一大早起来就钻进书房,琢磨着模型的事儿。可怎么想,心里也还是觉着不踏实:那图上的天球变成模型,该是什么样儿的呢?想着想着,不觉踱出书房。

    “喂,你怎么有了闲空儿啦?”正在厨房做午饭的妻子见他居然有时间在院中散步,不由得开口问道。

    张衡一直沉浸在模型的构想之中,猛听得妻子问话,反倒吃了一惊,“嗯”了一声,信步走进厨房。

    妻子正忙着做点心。面案上,堆着一团和好的面,旁边放着一小碟芝麻。张衡盯着面案呆了一会儿,忽然眉宇间透出一丝喜色。只见他匆匆洗了洗手, 抓起一小团面就揉了起来。

    这张衡成年累月不离书房,在家里是“衣来伸手、饭来张口”的,如今突然亲自下厨,倒把妻子弄懵了:“你,你还要做饭?”

    “咳,哪儿跟哪儿呀!”张衡这才笑了,“我是想试着做一个天体模型哩!”

    “没见过你这样的人,真真走火入魔了!”

    张衡没再言声儿,只顾把面揉成圆圆的一团,又把它在芝麻碟里一滚,面团上就星星点点地沾了不少芝麻。然后,他又取出一根筷子,从面团中心穿了过去,用手捏着筷子的两端,让面团旋转着。

    “对,就是这个样子!你来看,”张衡喜孜孜地对妻子说道,“这个面团就好比是天球,上面的芝麻呢,好比是星星,筷子两端就算是北极和南极吧。天球就是这样绕着北极和南极转,星星也同时跟着天球一起转。”

    “那,天球也转,星星也转,又怎么看得出星在移动呢?”

    “问得好!”说着,张衡让妻子接过“天球”,自己用两手的拇指和食指围成一个平平的圆圈,套在“天球”外面,让“天球”的上半部在北极底下,下半部在南极上面,“你转转看,我的手指,就算是地平线。要是‘天球’上站着一个人,不论他站在什么位置上,都是只能看地平线上面的半个天,而看不到地平线以下的那半个天。前些日子我们在灵台数星星时,就是先数了头顶上的,然后等下面的星星转上来时才数出来的呢。”

    “哎,你来看!”妻子忽然发现了一个问题,“这北极附近的星转来转去,都永远在地平线以上,这……”

    “你真不愧是我的夫人啊”张衡素来喜欢妻子的聪明、贤慧,“那些星叫做常明星,我已经数过了,总共有124颗。”

    从张衡捏面团那时起,花开花落,转眼又是一年过去了。这一年中,张衡没日没夜地设计、制作、实验、改进。功夫不负苦心人,天体模型于制造出来了:那是一个铜铸的球体,装在一个倾斜的轴上,可以旋转,样子和今天的地球仪大致相仿。铜球的周长1丈4尺6寸1分(合4.87米),直径4尺6寸5分(合1.55米),球面上刻着南北两极、经度纬度、赤道黄道及日月星辰,还有一个表示地平线的环。如果把铜球由西向东拨了一下,刻在上面的星辰便从东方升起,又从西边落下,和实际情形相差无几。

    这个天体模型,被张衡命名为“浑天仪”。它是世界上第一台能够比较准确地反映天象的仪器。

    不过,使张衡感到美中不足的是,非得用手拨动,浑天仪才能转,而实际上,天上的星是在自动旋转的啊。他的眉头又紧锁起来了。这天早晨,张衡一边洗脸,一边仍在思谋着浑天仪的事,手指下意识地把水撩得哗哗作响。蓦然间,他眼前一亮:水!是的,那是家乡的白河水。他小时侯,曾和小伙伴们到白河边看过铁匠炼铁。聪明的铁匠师傅们,在白河中筑了一条坝,把本来水流就很急的白河水位提高了。安装在急流中的水轮,在湍急的水流冲击下,日夜不停地转着,水轮上的铁轴带动别的机件,最后通过一根铁杆一来一往地拉动风箱,朝铁炉内鼓风。对,就用水力!

    张衡立刻叫人把浑天仪安装在灵台的一间房屋里,又在屋顶安放了一只特大的漏壶(古代计时的工具)。这漏壶的壶嘴,是一条精雕细刻的玉龙,龙嘴里不断往外喷水,水冲动水轮,水轮带动齿轮,齿轮又连着浑天仪上的铜轴,这样,浑天仪就可以自动旋转了。由于水流量计算得非常精确,所以 浑天仪正好一昼夜转一圈。

    浑天仪的发明,不仅相当准确地反映了天象,使坚持“盖天论”的人改变了主张,心悦诚服,而且震动了整个学术界,被誉为“学术上罕见的奇迹”。

    成功往往特别垂青那些在科学的崎岖小路上不畏险阻、勇于攀登的人。仿佛是命运的故意安排,就在张衡“浑天仪旋风”刮了将近一年,刚刚趋于平息的时候,他又获得了一次成功的机遇。

    那是早春二月的一个深夜,张衡正在油灯下埋头写他的数学专著《算罔论》,猛地觉得身下一阵剧烈的颤动,抬眼一看,门窗、桌椅、立柜都在摇晃,摆在桌上的花瓶“啪”的一下摔在地上,碎了。

    “地震!”张衡本能地喊了一声,嘱咐家人赶紧起来到院中躲避,自己迅速翻身上马,向灵台疾驰而去。

    一连4天,张衡一面在灵台接待外地报告灾情的信使,一面亲自带领官员到民间察看震情,忙得脚不点地,眼睛红肿了,喉咙嘶哑了。当他综合各地灾情,明白这是30年间当地最严重的一次地震时,心情愈发沉重。地震刚过,他马上带人奔赴重灾区。所到之处,断垣残壁,尸横遍地,景象惨不忍睹。震中的情形更是令人瞠目结舌:好端端的大地被撕裂成两半,连小山也被拦腰切断,滔滔洪水,从一条1里多长、丈余宽的大裂缝中汹涌而出,四下蔓延。

    “这究竟是为什么?”张衡面对苍天,痛心疾首。

    当然,激情并不能替代科学。在严峻的震灾面前,张衡深深地思索着:既然造成地震的原因暂时还摸不透,那么能不能制造出一种能够预报地震的仪器呢?那至少也会使人们避免更大的伤亡。

    又是无数个忙碌的日日夜夜,张衡被这个世上从未有过的地震仪器迷得废寝忘食、形销骨立。终于在公元132年,他54岁的时候,造成了世界上第一台能测报地震的地动仪。据《后汉书?张衡列传》记载,它“以精铜铸成,员径八尺,合盖隆起,形似酒尊,饰以篆文山龟鸟兽之形。中有都柱,傍行八道,施关发机。外有八龙,首衔铜丸,下有赡蜍,张口承之,其牙机巧制,皆隐在尊中,覆盖周密无际。如有地动,尊则振龙机发吐丸,而蟾蜍衔之。振声激扬,伺者因此觉之。虽一龙发机,而七首不动,寻其方面,乃知震之所在。验之以事,合契若神。自书典所记,未有之也。”

    但是,这个伟大的成功,带给张衡的并不是鲜花和颂歌,而是无法抗拒的诬蔑、诽谤和讥刺。当地动仪还在“母腹”中时,那些抱残守缺、冥顽不化的官僚就诅咒张衡“触犯天神,必遭恶报”,甚至向皇帝告了他的黑状。地动仪制造出来后,他们又接连上书,排斥打击张衡。最后,张衡虽被迫辞去太史令的职务,但他用心血和汗水凝聚而成的地动仪却永远留在灵台。他坚信,科学必将战胜迷信,地动仪将与天地永存。

    令人欣慰的是,张衡终于在有生之年亲耳聆听了地动仪成功的消息:那是公元138年的一天,灵台的值班员忽闻地动仪“当”地响了一声,忙跑过去一看,原来是西北方向的那条龙头吐出铜丸,落在蟾蜍口中。他不敢怠慢,赶紧向新任太史令报告,却遭到一顿斥责。两三天过去,并无地震动静,他也就把这事淡忘了。谁知,又过了几天,就在新任太史令还在向人大肆挖苦张衡和他的地动仪时,信使飞马赶到朝廷,报告说陇西地区前几日发生强烈地震。陇西正好位于洛阳西北,相距千余里,地动仪能精确灵敏地预报那里的地震,真令人不得不叹服。难怪英国科学史家李约瑟感慨地说:“中国的 这些发明和发现往往远远超过同时代的欧洲,特别是在15世纪之前更是如此。”

    一个人的一生,能创造出世界上第一台天球仪、第一台地震仪,仅这两个“世界第一”就足以使他名垂科学史册了。然而张衡一生的贡献还远远不止于此,在数学领域,在文学领域,以至在艺术领域,无不留下了他闪光的成绩。在传世名篇《应闲》《思玄赋》等文章中,他写下寄情志的名句“君子不患位之不尊,而患德之不崇;不耻禄之不夥,而耻智之不博。”(大意是:一个人不应担心自己的地位不高,而应担心自己的道德不高尚;不该为自己的收入微薄而羞耻,而应当为知识不广博感到害臊。)这不仅是张衡光辉人格的真实写照,也是后来者勉励自己奋发成材的座右铭。

    为科学事业奋斗终身的张衡,晚年心力交瘁,体弱多病。公元139年,这位人类史上罕见的伟大科学家终于永远离开了他魂萦梦绕的事业,终年62岁。