Restoration scheme and new principle explanation

of ZHANG?Heng seismograph

LIU Shigang

Abstract The restoration work of ZHANG?Heng seismograph has not really been realized (ZHANG?Zhengyan and GUAN?Zengjian. Queries About Feng Rui's Restoration of Zhang Heng's Seismograph, Journal of Dialectics of Nature, 2015, No.37, Volume 1), and the structure of the seismograph is still unknown. In this paper, put forward the new "Restoration scheme based on Pillar-Plinth structure",?the principle of seismograph detection is reinterpreted, put forward and concise?demonstrated that the seismic wave theory is not suitable for research?on restoration?seismograph.

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Keywords?ZHANG Heng, Seismograph, Upright rod, Pillar-Plinth, Seismic wave

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【摘要】張衡地動儀的復原工作并未真正實現(xiàn)（詳見2015年《自然辯證法通訊》第37期第1卷，張正嚴、關增建《對馮銳復原地動儀若干質疑的述評》），地動儀的結構至今未被人們所知。本文創(chuàng)新提出“基于柱-礎結構的復原方案”，重新解釋了地動儀的驗震原理，提出并簡要論證了地震波理論不適用于地動儀復原研究。

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【關鍵詞】張衡，地動儀，直立桿，柱-礎，地震波

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　　古今中外，眾多學者紛紛對張衡地動儀進行研究，試圖復原地動儀，分別提出各式各樣的復原方案或模型。然而，這些方案或模型的一些關鍵結構都不能嚴密符合中國古代文獻的記載，許多疑難之處沒有得到有效的解決或合理的解釋，存在各種問題或缺陷，引起眾多質疑、反對，分歧嚴重。迄今為止，現(xiàn)有的各種地動儀復原方案或模型，均未得到學界的廣泛認可。

　　人們對地動儀缺乏足夠的了解，未能真正成功地復原地動儀。甚至有人認為在歷史上并不存在張衡地動儀。

　　筆者認為，人們未能正確理解與解讀中國古代文獻中的記載，存在著許多誤解甚至根本性的錯誤觀點。本文重新解讀并依據(jù)中國古代文獻記載，提出新的地動儀結構復原方案，重新解釋地動儀的驗震原理，指出地震波理論不適用于地動儀研究，對一些疑點作出明確的判斷。

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1 地動儀的實際用途

　　正確理解、分析、判斷地動儀在東漢時期的實際用途，是復原地動儀研究的基礎與前提，將決定研究方向與結論。

　　有觀點認為，地動儀的用途是監(jiān)測地動儀所在地區(qū)或附近地區(qū)發(fā)生的地震。本文不同意這個觀點，理由：地動儀并不具備預測（或預報）地震的功能，也不具備檢測震級、震源深度等功能，因此，用地動儀監(jiān)測本地區(qū)以及附近地區(qū)，毫無意義、并無必要。并且，已知的中國古代文獻中，只有關于使用地動儀監(jiān)測出偏遠地區(qū)地震的記載，而未有關于使用地動儀監(jiān)測出所在地區(qū)或附近地區(qū)地震的記載。

　　換言之：地動儀并不具備前面提到的功能，若本地區(qū)或附近地區(qū)發(fā)生地震，人們可以立即確認發(fā)生地震，為什么還需要地動儀呢？若發(fā)生大地震，在緊急逃生的關鍵時刻，在巨大的恐慌和混亂中，還有誰顧得上關心地動儀的狀態(tài)？那么，用地動儀監(jiān)測本地或周邊地區(qū)的意義與價值何在？

　　筆者認為，地動儀真正的實際用途是：當距地動儀駐地較遠（參考距離300～600千米）的某地區(qū)發(fā)生較大震級地震（參考震級6～7級）時，地動儀立即響應并報告發(fā)生地震的方向。

　　理由：在地動儀問世之前，距離京師（古代首都）較遠的某一地區(qū)發(fā)生較大震級的地震時，京師的人們不一定有震感。若有震感，則他們立即認為京師發(fā)生了地震（因古代無“震級、震源、烈度”等概念）；若無震感，因距離太遙遠，則不可能立即得知某地區(qū)發(fā)生地震，往往是幾天之后，只能通過快馬帶來消息才可得知。古代交通、通訊方法極其落后，驛馬送信已是最快、最優(yōu)。張衡發(fā)明地動儀，從根本上直接改變了這一狀況：地動儀安置在京師，距離京師較遠的某一地區(qū)發(fā)生較大震級地震，即使京師毫無震感，地動儀也能夠立即響應并實時示震。在最短的時間內(nèi)，負責監(jiān)測的人員就可以立即得知發(fā)生地震的方向（以推測大概區(qū)域）。

　　引證：《后漢書·張衡傳》記載“隴西地震”[1]，其中，京師（今河南洛陽）與隴西（今甘肅天水一帶）相距約600千米。這證明，地動儀確實被用于監(jiān)測距離地動儀較遠的地區(qū)發(fā)生的地震。

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2 地動儀最重要的結構

　　眾所周知，“都柱”是地動儀中最重要的構件，也是關鍵構件之一，但多部古代文獻均未詳細描述或解釋其形狀、形態(tài)與結構，因而眾多學者見解紛紛，主要包括兩種推測：“懸垂擺”與“直立桿”（或“直立竿”）。

　　筆者認為，這些學者的觀點，實質上區(qū)分為“懸式結構”或“立式結構”，而“直立桿”方案僅屬于“立式結構”的其中一種。雖然“直立桿”方案已經(jīng)被徹底否定，但并不能證明其他的“立式結構”也是錯誤的。事實上，還有另外一種“立式結構”是正確的。

　　本文提出新的復原方案，嚴格遵循“與古文獻記載完全一致”并且“嚴格遵循科學原理”的強制性要求，命名為“柱-礎方案”（Fig.1），亦屬于“立式結構”，與眾多“直立桿”方案相比，存在一些顯著的差異，具體如下：

　　A) “都柱”是一根實心圓柱體，并且較大，絕對不是“一根細桿（或竿）”。

　　B) “都柱”的下端呈半球形，而不是一個橫斷平面。這是一個極其重要的關鍵之處。所有的其他“直立桿”方案均無此特征。半球形并不需要特別精確或完美，原因之一是容易實現(xiàn)（另一原因將在下文敘及），例如使用簡易工具通過手工研磨可以滿足，即必須符合漢代時期的生產(chǎn)、制造與加工的技術水平。這也是極其重要、關鍵的。

　　C) “都柱”所附帶的特殊支撐構件稱為“礎座”（亦稱“基礎”），它的上端是一個倒錐形的凹陷，而不是普通的平面。這也是一個非常特殊并且極其重要的關鍵構件。所有的其他“直立桿”方案都沒有這個構件。

　　“柱-礎方案”受到中國建筑傳統(tǒng)的啟發(fā)：“立柱結構”通常隱含附帶支撐構件“礎座”（Fig.2）。

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　　都柱下端呈半球形的優(yōu)點：顯著降低摩擦力，并避免其它缺點。若都柱下端是橫斷平面，且支撐面也是一般平面，則都柱在即將傾倒時，都柱下端的邊沿可能阻礙都柱繼續(xù)傾倒而使得都柱發(fā)生“回復”（即重新穩(wěn)定豎立），更可能使都柱的下端出現(xiàn)側向滾動，從而使都柱在傾倒過程中出現(xiàn)偏轉或扭轉，最終大幅度改變都柱傾倒的方向。日本東京大學地震研究所在早期的研究中，出現(xiàn)了都柱傾倒方向與發(fā)震方位不一致的現(xiàn)象[2]。本文謹慎地推測原因，可能是因為當時東京大學所采用的都柱下端的形狀為橫斷平面，并且沒有采用特殊構形的礎座（這是非常重要的），與本文提出的“柱-礎方案”不同。簡言之，形狀不正確且結構不完整導致最終結果不正確。但是，必須指出的是：東京大學的研究，已經(jīng)證實“立柱式結構能夠感震”這一推理是正確的。

　　馮銳先生與武玉霞女士的論文《張衡候風地動儀的原理復原研究》中指出：“下端平面與桿軸的嚴格垂直是精加工遇到的第一個問題，即使對王振鐸的直立桿而言，底邊的加工偏差不能超過0.1mm，古代技術是達不到的……”[2]。眾多國外學者以及馮銳先生對“直立桿”原理的否定，實際上是證明了“都柱下端不可能為橫斷平面”的推理。對于他們的論證過程與結論，本文完全贊同。但是，都柱的下端除了“橫斷平面”、“平頭錐形”之外，還有其它形式。當然，“半球形”是唯一正確的。

　　使用古代的技術，要實現(xiàn)將都柱的下端精密加工成嚴格垂直于都柱軸線的平面，確實是極其困難的。這一點，毋庸置疑。

　　相比之下，在半球形不需要特別精確或完美的前提下，將都柱的下端制作或加工成半球形要容易得多。

　　既然如此，為何不選擇更容易的方法呢？為何不將都柱的下端制作或加工成半球形呢？至于都柱的穩(wěn)定豎立，則可增加特殊構形的礎座來實現(xiàn)并保證。這種結構，本質上就是中國建筑傳統(tǒng)中的立柱結構。然而，眾多研究地動儀復原的學者們并未在意這種古老的建筑傳統(tǒng)。

　　由于都柱的下端為半球形，且都柱的上端是自由的（即無支撐、無扶持、不固定），因此絕對有必要將礎座的上端制成倒錐形凹陷，這是都柱能夠穩(wěn)定豎立的前提和保證?；诖?，當且僅當都柱的軸線與重力線完全重合時（即都柱朝向地心并垂直于絕對水平面），都柱才能穩(wěn)定豎立，而無論礎座是否處于水平狀態(tài)。這是非常重要的。這意味著允許地動儀的底部輕微的不水平（由于生產(chǎn)、制造和加工技術或工作環(huán)境的原因）。

　　也就是說，這種結構的地動儀可以在近似水平的狀態(tài)下正常工作（不一定要放置在絕對水平面上。當然，如果它能長期放置在絕對水平面上，則最好，但事實上很難實現(xiàn)，尤其是在1800多年以前）。必須強調的是，都柱必須嚴格垂直于絕對水平面。實事求是地說，當?shù)貏觾x處于“睡眠狀態(tài)（實際上是處于監(jiān)測地震的工作狀態(tài)）”時，處于穩(wěn)定豎立并且靜止狀態(tài)的都柱是垂直于絕對水平面的，而不一定是垂直于地動儀的礎座或底部（可能是，也可能不是）。

　　對于是否處于絕對水平狀態(tài)，其他類型的地震儀的要求通常很高。相比之下，張衡地動儀是如此優(yōu)異。

　　礎座上端的倒錐形凹陷的形狀、張角角度，對都柱的感震靈敏度與豎立的穩(wěn)定性，具有決定性的影響。由于采用了礎座，都柱的靈敏度與穩(wěn)定性，不再取決于“長度：直徑”的比值，而是與“長度：支撐面直徑”的比值相關（但仍受都柱直徑大小的影響）。可以理解，由于都柱的下端為半球形，支撐面的直徑大小，取決于倒錐形凹陷的張角大小。張角越小，支撐面的直徑越大、靈敏度越低；張角越大，支撐面的直徑越小、靈敏度越高。

　　礎座的倒錐形凹陷在某種程度上降低了都柱的重心，因此，這樣的礎座有利于都柱的相對穩(wěn)定豎立。

　　礎座還有重要的定位作用：每次復位都柱時，礎座使都柱的下端自動地歸位于地動儀的內(nèi)部的底部中心而無需經(jīng)過測量與校正。

　　在制造材料確定的前提下，由于地動儀內(nèi)部空間的高度有限，都柱的直徑?jīng)Q定了都柱的重量。適當?shù)闹亓?，有利于都柱的感震靈敏度與豎立穩(wěn)定性：

　　A) 靈敏度受慣性與穩(wěn)定性的影響，而慣性取決于重量；

　　B) 都柱越重，豎立的穩(wěn)定性也越高，也更有利于消除非地震因素的干擾，例如打雷、暴風雨、氣候變化、熱脹冷縮等。

　　然而，過高的穩(wěn)定性必然破壞靈敏度；而如果都柱太輕，則都柱在傾倒時沒有足夠的力量推動其他構件。因此，都柱的重量必須適當，既不能太重，也不應太輕。那么，“一根細桿”無法滿足這樣的要求。所以，都柱只能是一根較大的實心圓柱體。

　　將都柱的下端制成半球形，并使都柱的重量適當，采用上端呈倒錐形凹陷的礎座，可以同時極大地提高都柱的靈敏度與穩(wěn)定性。

　　可見，“柱-礎方案”顯著區(qū)別于“直立桿方案”，眾多國外學者以及馮銳先生的批評，適用于否定其他“直立桿”方案，并不適用于否定本文提出的“柱-礎方案”。

　　還有學者提出，都柱的構形可能是“上大下小”的柱體（或者上小下大）。本文反對這些觀點。理由：

　　A) 生產(chǎn)、制造與加工的技術難度遠遠大于上下直徑相等的實心圓柱體。

　　B) 容易出現(xiàn)“偏心”，這對都柱的傾倒方向的正確性產(chǎn)生不必要的危害。

　　C)?并不會帶來額外的好處，在牛頓力學上亦無必要。

　　筆者認為，依據(jù)中國古代歷史文獻記載，都柱只能是“立式結構”而非“懸式結構”。理由：

　　１) 已知的中國古代歷史文獻中，并不存在“懸、吊、掛、垂”狀態(tài)的物體稱為“柱”的范例。

　　２) 若都柱為“懸式結構”，為何記載張衡地動儀的多部古代文獻中，并未使用諸如“懸、吊、垂、掛、提”等可以表征“懸式結構”的字詞？這對古代文學家、史學家而言，絕非難事。

亦有其他學者主張“都柱為立式結構”。例如，胡寧生先生提出“都柱為下端呈平頭錐形的立柱”[3]。本文贊同“立柱”的主張，但不贊同“都柱下端為平頭錐形”的主張。理由：

　　A)?將都柱的下端加工為平頭錐形，且端頭平面與桿軸必須嚴格垂直，需要極為精密的工藝技術。這不符合東漢時期的生產(chǎn)、制造與加工技術水平。

　　B)?退一步說，即使東漢時期的工匠可以將都柱下端精密加工為平頭錐形，但由于錐形的端頭平面很小，平面的邊沿容易磨損，必然致使都柱的端頭由平面變成弧面，從而導致都柱無法穩(wěn)定豎立在另一個平面上。這是該方案不可避免且無法解決的缺陷。

　　C)?這樣的結構，要求都柱必須豎立于絕對水平面上，并要求必須長期且穩(wěn)定。如此苛刻的工作條件與環(huán)境，在東漢時期，是無法實現(xiàn)的。

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3 地動儀的其他關鍵結構

　　在中國古代文獻中，除了都柱之外，還記載著地動儀的其它關鍵構件。例如：“道”、“關”與“機”等。筆者認為，它們之間的關系如圖所示（Fig.3）。

　　“道”應被解釋為提供給“關”與都柱上端運行的通道。一個單獨的構件界定出總共八條通道，每條通道由都柱運行段與“關”運行段組成。通道的都柱運行段被鏤空，該段的一端匯集于地動儀的中心。“道”的用途是提供都柱和“關”之間的連接路徑，并為“關”提供承臺。

　　都柱的傾倒，實際上受到了“道”的限制與輕微調整。這是因為，地震可能發(fā)生在任何一個方向，而地動儀的報告方位僅有八個。這是前文提到的半球形不需要特別精確或完美的另一個原因。筆者認為，如果張衡愿意，報告的方位可以設計得更多，例如十二個甚至更多，這不是不可能實現(xiàn)的（技術上已經(jīng)沒有障礙），但不符合古代人樸素的方位觀念，也不利于語言上的簡潔表達，因而毫無必要。

　　“關”應被解釋為形如門閂的桿狀構件，亦源于中國建筑傳統(tǒng)。“關”一共有八件，彼此相互獨立，都安裝在“道”上：“關”的一端朝向都柱，另一端朝向“機”。當都柱傾倒時，都柱推動其中一個“關”，繼而這個“關”再推動“機”。顯然，“關”的作用是傳遞動量。

　　“機”應被解釋為可以圍繞轉軸作有限角度偏轉的構件，它包括配重部分，利用杠桿原理將銅球相對穩(wěn)固地長時間夾持在龍口中，當?shù)貏觾x感測到發(fā)生地震時，“機”被“關”推動而釋放銅球示震（Fig.4）。它的數(shù)量也是八件，與“關”一一對應。

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　　在已知的中國古代文獻中，均未對“都柱”、“道”、“關”等構件進行詳細描述、解釋，是因為在古代中國建筑傳統(tǒng)、文化中，這些都屬于眾所周知的普通事物，已經(jīng)非常形象、具體，史學家和文學家確實沒有必要再描述或解釋。然而，在漫長而悠遠的歷史洪流里，漢字和漢語經(jīng)過無盡歲月的流傳、演變，一些原本的含義、內(nèi)涵，不知不覺地逐漸淡化、褪色、流失，甚至發(fā)生了巨大的轉變，以至于今天的人們百思不得其解，感到迷茫、困惑與困擾，廣泛、深刻而久遠。

　　史料明確指出，地動儀由青銅制成（尤其都柱的材質，對都柱受到的重力、摩擦力、豎立穩(wěn)定度、感震靈敏度等關鍵要素，均直接產(chǎn)生重大影響，因此，嚴格確定都柱的材質，非常重要、非常關鍵），它有八個龍首模型，分別朝向八個方向；蟾蜍模型必須放置在龍首模型正下方，每一只蟾蜍模型都正對著一個龍首模型，必須確保蟾蜍模型能夠恰好承接住掉落的銅丸，所以，每只蟾蜍模型分別處于準確的固定位置，絕對不是“隨意擺放”的。關于地動儀的尺寸，筆者認為，地動儀的直徑應為60cm左右，即圖示中兩龍首之間的距離約為60cm；地動儀的整體高度，應為98cm左右。根據(jù)本文所給出的結構圖，按照1:1的比例，能夠制作出可用于驗證的簡易試驗裝置，甚至可以制作出張衡地動儀的仿制品而不需要太高的工業(yè)加工精度，而這恰好完全符合東漢時期的生產(chǎn)、制造與加工技術水平。

　　關于外觀形狀的說明。采取這樣的外觀形狀，是因為：

　　A)?可以最大限度地節(jié)約制造材料，避免浪費。

　　B)?嚴格符合中國古代文獻中記載的“形似傾樽”，即“外形像倒立的樽”，證據(jù)：中國古代容器“樽”如圖所示（Fig.5）。

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4 新的原理解釋

　　通常認為，地動儀的感震原理是慣性。但是，筆者認為，仍然存在不為人所知的原理與細節(jié)，以及一些錯誤的觀點／認知。

　　筆者認為，當較大震級的地震發(fā)生時，震源與距離較遠處（參考距離300～600千米）地表的相對關系表現(xiàn)為“沖擊──反彈”，在時間順序上，較遠處地表受到?jīng)_擊，然后產(chǎn)生反彈。由于距離較遠，這種沖擊與反彈，可能是柔性并且不明顯的，因此人們不易察覺。沖擊過程與反彈過程中，都柱的慣性導致都柱向震源方向傾倒。眾多學者的研究，都只注意到了沖擊過程，并未注意到反彈過程。筆者認為，沖擊過程中，慣性使都柱發(fā)生重心偏移；反彈過程中，慣性進一步加劇了都柱的傾斜，致使都柱倒向震源方向。若僅有沖擊過程而不存在反彈過程，那么，由于摩擦力的存在，有可能出現(xiàn)都柱僅僅發(fā)生輕微的傾斜但并未傾倒的情形；正是由于反彈過程的存在，慣性作用加劇，致使都柱最終倒向震源方向。也就是說，致使都柱倒向震源方向的因素，并不僅僅是沖擊過程中都柱的慣性，更為主要的因素是反彈過程中都柱的慣性。因此，反彈過程比沖擊過程更重要，不應、不可忽視或忽略反彈過程。

　　幾乎所有的研究機構、學者（包括國內(nèi)外知名學府、學界權威），都基于地震波理論對地動儀的工作原理進行分析、研究，認為適用“地震波致動／觸發(fā)”機制。筆者認為，這種認知是錯誤的，存在極大的局限，地震波理論并不適用于研究張衡地動儀，也不適用于解釋張衡地動儀的工作原理。理由：

　　A)地震波是單向傳播的，由于這一特點，眾多學者都只關注遠地地表受到震源沖擊的過程，并未關注地表向震源方向“反彈／回彈”的回復運動過程。然而，回復運動過程，恰恰是張衡地動儀工作原理最為核心、最為關鍵的重要之處。

　　這些學者尤其未能認識到：在地表向震源方向的“反彈／回彈”運動過程中，都柱下端可活動，但受到限制，而上端是自由的，受慣性作用只能朝向震源方向運動，因此，都柱的傾倒方向一定是指向震源方向，這是必然性的結果，這也是“合契若神”的真正原因。

　　B)由于地震波（無論何種地震波）的強度隨著傳導距離的增加而衰減，經(jīng)過較大地理尺度傳導的地震波，其所攜帶的能量已經(jīng)微乎其微。顯然，在“地不覺動”的情形中，由于距離過于遙遠，到達地動儀駐地的地震波已非常微弱，其所攜帶的能量，不足以“推倒”都柱；若地震波攜帶足夠推倒都柱的能量，則已經(jīng)達到“引起人們有震感”的程度，不符合史料記載的情形；事實上，都柱的傾倒，只能是因其自身的慣性所導致，而慣性致倒的過程，依賴于地表的往復運動而出現(xiàn)，絕非單向傳播的微弱地震波所能驅動或產(chǎn)生。許多學者對此認識不清、不足，甚至并未意識到他們的研究建立在并不適用的理論基礎之上。

　　C)地震波類型眾多，性質、形態(tài)、特征各異，作用復雜，受地質／介質、結構影響，各種地震波之間也會出現(xiàn)交疊、混合現(xiàn)象，在較大地理尺度的傳導過程中，還會出現(xiàn)多次的相互干擾／影響，進一步弱化、分散了地震波致動／觸發(fā)的作用及效果。

　　D)地震波會越過儀器，繼續(xù)向前傳導，即不會停留／駐留。也就是說，地震波對地動儀的作用時間極短，致動效果極其微弱，由于摩擦力的存在，即使都柱下端為半球形，也不足以推倒都柱。在地表的回復運動過程中，都柱的慣性一直存在，尤其作用于都柱上端的慣性，足以致使都柱出現(xiàn)較大的傾斜克服摩擦力而朝著震源方向倒下。

　　E)馮銳先生指出：“……這是由于地震波自身的傳播路徑會由于折射和反射而彎曲，波動的偏振面也會由于地層物性的差異而改變?！盵4]換言之，“地震波的來源方向并非總是指向震源方向”。

　　基于上述理由，若僵化地套用地震波理論，必然受到誤導／局限，研究陷入誤區(qū)而不自知，不能自拔。

　　此外，許多學者在研究立式結構的都柱時，得出“都柱的傾倒方向是隨機的（都柱的倒向不一定指向震源）”這一試驗結果／研究結論[2,5]，于是，他們改弦易轍，轉向懸式結構的研究。筆者認為，他們之所以得出這一錯誤的試驗結果／研究結論，可能是由于以下幾方面的原因：

　　A)研究人員所設計的試驗裝置結構，與真實的、合理的張衡地動儀結構相比，存在較大甚至是巨大的差異。如：

　　(1)采用的都柱構形不正確。尤其都柱的下端，他們都只采用橫斷平面的構形，這是最主要、最關鍵的失誤之處。并且，許多學者對“圓徑八尺”的理解是錯誤的（后文詳述），受此影響，連帶著對都柱長度、直徑的設定也出現(xiàn)了根本性的錯誤。筆者認為：正確的都柱下端構形，只能是“半球形”；應當基于“圓周長八尺”的理解，相應地設定都柱的長度、直徑，而非基于“直徑八尺”的錯誤理解。

　　(2)未設置礎座，都柱僅僅是豎立于一般平面，而非豎立于礎座的倒錐形凹陷之內(nèi)。

　　(3)未設置限行通道，故而無法對都柱的傾倒進行必要的控制、約束。

　　(4)未同時存在限行通道與礎座。若無限行通道、礎座分別以及共同對都柱的制約，則都柱在傾倒過程中很可能發(fā)生側偏、扭轉、滾動，從而改變了傾倒方向。

　　(5)所用都柱的材質是否符要求，亦未可知。（都柱材質的重要性，前文已述）

　　B)試驗研究環(huán)境可能不正確。比如：若地動儀駐地即為震中或附近，地震時都柱的倒向，確實會出現(xiàn)“隨機亂倒（指向不確定）”的現(xiàn)象，但是，發(fā)生在本地或附近的地震，都柱傾倒的指向已經(jīng)失去意義。縱觀史料，并不存在記載地動儀報告本地區(qū)發(fā)生地震的記錄，而是記載地動儀監(jiān)測到距離地動儀駐地較遠的地區(qū)發(fā)生的較大震級地震的記錄。因此，不應在地震的震中或附近研究都柱的傾倒方向。

　　C)試驗的方式、方法可能存在問題。欲檢驗都柱是否倒向震源方向，以及都柱的感震靈敏度，應當在“真實的地震”發(fā)生時，實時進行觀察、比較、分析，但“真實的地震”發(fā)生的時間、地點、震級、震源深度等均為不確定因素，尤其發(fā)生在距離地動儀較遠地區(qū)的較大震級地震。的確，實時研究難度較大，因而，研究人員普遍采取“人工模擬地震”的方法，對各式各樣的都柱，進行感震效果（傾倒方向、靈敏度等）測試或試驗。筆者認為，這是不科學的。理由：模擬條件下的震動，往往非常接近地動儀，在性質上已屬于“本地地震”，并且，與自然界中真實發(fā)生的地震相比，必然存在較大甚至是巨大的差異，更難以模擬出中國古代文獻中記載的“地不覺動”的情形。最關鍵的是，迄今為止，這種人工模擬，都未能正確地、完整地模擬出接近真實情形的“遠地地表向震源方向‘反彈／回彈’的運動過程”（由于認識不清、不足，無意中忽略；或認為無關緊要而有意省略；或已意識到并做了模擬，但與客觀情況相比較，差異過大、仿真不夠）。因此，模擬條件下的研究，只能作為價值有限的參考，并不具備指導性、結論性的意義。必需特別強調的是：中國古代文獻記載中，已用“驗之以事”明確指出“用地震的事實來檢驗地動儀”，而非“以試驗的方式”。

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5 復原研究中若干疑點的判斷

　　本文對這些疑點做出的判斷：

　　A)關于“干擾”的問題。許多學者提出了“抗干擾”的觀點。筆者認為，沒有必要過多地考慮地動儀的抗干擾能力。理由：1.古人所處的時代，不存在由于大型施工、重型車輛經(jīng)過等人為因素產(chǎn)生的地面震動帶來的干擾；2.人們在地動儀附近的日?；顒?，不可能跺足而行，亦無必要故意碰撞地動儀，因此，不會對都柱的相對穩(wěn)定產(chǎn)生影響；3.都柱為重金屬鑄品，其自重較大，天然地具有一定的抗干擾能力。

　　B)關于“自動復位”的問題。對于感震部件的復位，一些學者認為，應當是“自動式”的。本文不同意這一觀點。理由：中國古代文獻中未見關于“地動儀可以自動復位”的記載。并且，在1800多年前，將感震部件設計并制造出具備自動復位能力的結構，極其困難（即使在今天，不使用電力驅動的前提下，設計出純機械式的自動復位結構，仍然極其困難）。此外，“自動復位”可能還會帶來可靠性問題。

　　C)對文字的理解。如：“都柱”、“傍行”、“施”、“關”等等。文字往往具有多種含義，且還有古義、今義之分，可能存在較大差異。筆者認為，不能以今義理解古代事物，否則，產(chǎn)生誤解是必然的。

　　D)關于地動儀的大小、形態(tài)的推測。許多學者將“圓徑八尺”理解為“圓的直徑是八尺”。本文不同意這一觀點。筆者認為，“徑”字應解釋為“所經(jīng)過的路徑”，因而“圓徑”應理解為“圓所經(jīng)過的路徑”，即圓周長。理由：地動儀的尺寸，若以“直徑八尺”論，則相當龐大，需要大量的青銅，必然使地動儀的自重較大，可能導致長期承載地動儀的地面發(fā)生不均勻沉降，從而嚴重影響地動儀工作。并且，太大、太重的地動儀，不利于生產(chǎn)、制造、搬運。因此，“地動儀的直徑為八尺”是極其不合理的方案。而若以“地動儀的圓周長為八尺”論，以上缺點皆無。

　　關于形態(tài)方面，八只蟾蜍不應與樽體整合。理由：(1)有利于生產(chǎn)、制造；(2)便于調整接收銅丸位置，以利于觀察、取出銅丸，亦可將蟾蜍的頭部向外、尾部朝向樽體的方式擺放（筆者贊同這樣的擺放方式，但認為并非關鍵、重要之處，不會對主體產(chǎn)生實質性影響，無須過于講究。示意圖中的擺放方式，是向王振鐸先生致敬）；(3)若有損壞，易于修復、更換。相反，若八只蟾蜍與樽體成為一體，則極大地增加了生產(chǎn)、制造的難度，并不利于維護。因此，確無必要“一體化”。

　　E)關于“符合東漢時期的生產(chǎn)、制造與加工技術水平”的問題。如果提出的方案或模型，工藝精度要求非常高，結構非常復雜或精密，遠遠超越東漢時期的生產(chǎn)、制造與加工技術水平，那么，將出現(xiàn)“古代機械現(xiàn)代化”的不合理情形，這不符合事實。

　　F)除了本文提出的構形之外，都柱是否還可能存在其他的形態(tài)？例如：都柱下端呈圓錐形凹陷且礎座上端呈半圓形，或都柱為棱柱體的可能？筆者認為，沒有必要選擇這些更難以加工的結構。

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致 謝

特別感謝父親劉乃良、母親虞森嫦。

特別向福州華僑中學的林回健先生致敬并感謝。

在本文的撰寫過程中，廈門航空福州分公司地勤部的沈田先生、成都航空職業(yè)技術學院的曹鼎先生、四川交通運輸職業(yè)學校的虞琳迪女士，給予極大的鼓勵與支持，對此表示感謝。

在查閱參考資料時，得到了中國地震臺網(wǎng)中心武玉霞女士的幫助，對此表示感謝。

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參考文獻

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4?馮銳, 武玉霞, 朱濤. 地動儀的史料和模型研究[J]. 自然科學史研究, 2006, 25(增刊):34-52.

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