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地动仪/铸铜雕塑

地动仪/铸铜雕塑

这件地动仪是件根据古代地动仪模型做出的雕塑工艺品,我企业定做各种铸铜雕塑作品。关于地动仪的常识下面做一先容,引自于百度百科。

地动仪是中国汉代东汉科学家张衡创造的传世杰作。

地动仪有八个方位,他们分别是东,南,西,北,东南,西南,东北,西北,每个方位上均有口含龙珠的龙头,在每条龙头的下方都有一只蟾蜍与其对应。任何一方如有地震发生,该方向龙口所含龙珠即落入蟾蜍口中,由此便可测出发生地震的方向。


起源

张衡所处的汉代东汉时代,地震比较频繁。据《后汉书·五行志》记载,自和帝永元四年(公元92年)到安帝延光四年(公元125年)的三十多年间,共发生了二十六次大的地震。地震区有时大到几十个郡,引起地裂山崩、房屋倒塌、江河泛滥,造成了巨大的损失。张衡对地震有不少亲身体验。为了掌握全国地震动态,他经过长年研究,终于在阳嘉元年(公元132年)发明了候风地动仪──世界上第一架地震仪。当时利用这架仪器成功地测报了西部地区发生的一次地震,引起全国的重视。这比起西方国家用仪器记录地震的历史早一千七百多年。

汉顺帝阳嘉三年十一月壬寅(公元134年12月13日),地动仪的一个龙机突然发动,吐出了铜球,掉进了那个蟾蜍的嘴里。当时在京师(洛阳)的人们却丝毫没有感觉到地震的迹象,于是有人开始议论纷纷,奇怪地动仪不灵验。没过几天,陇西(今甘肃省天水地区)有人快马来报,证实那里前几天确实发生了地震,于是人们开始对张衡的高超技术极为信服。陇西距洛阳有一千多里,地动仪标示无误,说明它的测震灵敏度是比较高的。

但由于历史久远张衡地动仪已经失传,没有留下实物与图样只留下一些简略的文字记载。


历史记载


现代以来中外很多人为复原张衡地动仪做了很多努力,在历史文献中新发掘出了一些关于张衡和他的地动仪的文字记载。

地动仪的史书记载:

【南朝】范晔(398年-445年) ,根据前人撰述的几十种有关后汉的历史著作,编写成《后汉书》。 其中《后汉书·张衡列传》记载候风地动仪共196字:

“阳嘉元年,复造候风地动仪。以精铜铸成,圆径八尺,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,下有蟾蜍,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,伺者因此觉知。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,未之有也。尝一龙机发而地不觉动,京师学者咸怪其无征,后数日驿至,果地震陇西,于是皆服其妙。自此以后,乃令史官记地动所从方起。”
【晋】袁宏(328年-376年)的《后汉纪·顺帝纪》记载候风地动仪:

“衡作地动仪,以铜为器,圆径八尺,形似酒樽,合盖充隆,饰以山龟鸟兽。樽中有都柱,傍行八道,施关发机;外有八方兆龙,首衔铜丸,蟾蜍承之。其牙机巧制,皆隐樽中,张讫,覆之以盖,周密无际,若一体焉。地动摇樽,所从来龙机发则吐丸,蟾蜍张口受之。丸声震扬,伺音觉知,即有龙机,其余七首不发,则知地震所起从来也。合契若神,自此之后,地动史官注记,记所从方起。来观之者,莫不服其奇。”

【西晋】司马彪(XX--306年)《续汉书》记载候风地动仪:

“张衡性精微,有巧艺。作地动仪,以精铜铸其器,圆径八尺,形似倾樽;其盖穹隆,饰以篆文;外有八龙,首衔铜丸,下有蟾蜍承之。其牙发机,皆隐在樽中,周密无际,如一体焉。地动机发,龙即吐丸,蟾蜍张口受丸,声乃振扬。司者觉知,即省龙机,其馀七首不发,则知地震所从起来也。合契若神,观之莫不服其奇丽。自古所来,未尝有也。”(取自【北宋】李昉《太平御览·工艺部》)

对于三个记载候风地动仪的史书,《后汉纪》比《后汉书》早约69年,《续汉书》比《后汉书》早约139年,从记载的原始性看,《续汉书》优于《后汉纪》,《后汉纪》又优于《后汉书》。

原理考证

据学者们考证,张衡在当时已经利用了力学上的惯性原理,“都柱”实际上起到的正是惯性摆的作用。同时张衡对地震波的传播和方向性也一定有所了解,这些成就在当时来说是十分了不起的,而欧洲直到1880年,才制成与此类似的仪器,比起张衡的发明足足晚了一千七百多年。关于地动仪的结构,流行的有两个版本:王振铎模型(1951年),即“都柱”是一个类似倒置酒瓶状的圆柱体,控制龙口的机关在“都柱”周围。这一种模型最近已被基本否定。另一种模型由地震局冯锐(2005年)提出,即“都柱”是悬垂摆,摆下方有一个小球,球位于“米”字形滑道交汇处(即《后汉书·张衡传》中所说的“关”),地震时,“都柱”拨动小球,小球击发控制龙口的机关,使龙口张开。另外,冯锐模型还把蛤蟆由面向樽体改为背向樽体并充当仪器的脚。该模型经模拟测试,结果与历史记载吻合。那么,地动仪的内部结构究竟什么样子呢?有不少学者对此作过探讨。早在南北朝时,北齐信都芳撰《器准》,隋初临孝恭作《地动铜仪经》,都对之有所记述,并传有它的图式和制作方法。可惜的是唐代以后,二书均失传。今人的研究则以王振铎之说影响最大。王振铎根据前人的猜测,讨论了地动仪内部可能有的各种结构,最后推断都柱的工作原理与近代地震仪中倒立式震摆相仿。具体说来,都柱就是倒立于仪体中央的一根铜柱,八道围绕都柱架设。都柱竖直站立,重心高,一有地动,就失去平衡,倒入八道中的一道。八道中装有杠杆,叫做牙机。杠杆穿过仪体,连接龙头上颌。都柱倾入道中以后,推动杠杆,使龙头上颌抬起,将铜丸吐出,起到报警作用。地动仪用精铜制成,圆经八尺,合盖隆起,形似酒樽。表面作金黄色,上部铸有八条金龙,分别伏在东、西、南、北及东北、东南、西北、西南八个方向。龙倒伏,龙首向下,龙嘴各衔一颗小铜球,与地上仰蹲张嘴的蟾蜍相对。地动仪空腔中央,立一根铜柱,上粗下细。铜柱周围有八根横杆,称为“八道”,各与一龙头相连。铜柱是震摆装置,八道用来控制和传导铜柱运动的方向。在地动仪受到地震波冲击时,铜柱就倒向发生地震的方向,推动同一方向的横杆和龙头,使龙嘴张开,铜球下落到蟾蜍嘴中,并发出响声,以提示人们注意发生了地震及地震的时间和方向。一颗珠子放在平台上,如果将哪方稍微往下一按,珠于就向哪方滚动。又如大家点亮一支蜡烛,将它放在一张不平的桌子上,它总会向低的一方倒。地动仪就是根据这些简单的原理设计的。地动可以传到很远的地方,只不过太远了人就感觉不到了,但地动仪能准确地测到。但是中国科学家认定地动仪的工作原理应该是“悬垂摆原理”,即地动仪是利用了一根悬挂柱体的惯性来验震的,而非当今历史教科书所说的在仪器底部简单地竖立一根直立杆。

结构模型:

王振铎的推断得到了广泛赞同。中国历史博物馆陈列的张衡地震仪模型,就是根据王振铎的设计复原的。但是,也有学者提出不同意见。中国科学技术大学李志超就曾对倒立摆结构提出过异议,他以全新的视角,提出了自己对候风地动仪的理解(参见李志超,《天人古义》,河南教育出版社,1995年版)。李志超认为,从文献角度来看,汉代字书《释名》说明“柱”,说“柱,住也”,表明柱字原义是建筑中不动的支撑件。由此,倒立摆结构不得称“柱”,只合称锥。“都”是集总之义,说明不是孤柱,应该还附带八套机关,而立锥却只能是光杆。这样,仅由“都柱”这一名称来看,倒立摆之说也不能成立。李志超进一步指出,倒立锥的设计使原文所述其他一切部件皆成画蛇添足。尤其是庞大的铜尊,毫无道理可言。再者,从物理评价角度来看,任何测量仪器的性能一般都可用两个互相矛盾的指标表征:灵敏度和稳定度。倒立锥的设计正好突出了精密计量技术这一主要矛盾。例如,为提高地动仪的灵敏度,就要把倒立锥的锥底做得很小,使之形成一个锥尖,但很小的锥尖承受巨大的重力压强,在不可避免的微小震动作用中必将逐渐形成不可逆的变形,其趋向是锥尖下面的支承面形成坑窝,锥尖变得圆滑。这一过程不可逆,而且是加速的。这样,倒立锥最终要倒下来,不管有无地震。如果为提高稳定度,将锥尖做成宽到实际不变形,那它的灵敏度必然很低,感知量比人所能察觉的还要大,地动仪也就失去了它的存在价值。

复原研究:谜团 1700多年前,地动仪在战乱中消失,它的模样和工作原理成为千古谜团。2004年8月,河南博物院与中国地震台网中心组成课题组,联合研究张衡地动仪新的复原模型。直至现在,这项课题取得重大进展,课题组用“悬垂摆原理”取代了传统的“直立杆原理”。2005年4月16日,这一科研成果得到了来自中国科学院、国家博物馆、中国地震局等单位的地震学和考古学专家的肯定。专家们认为:这台复原地动仪首次把概念模型还原成了科学仪器,使之真正有了验震功能。

验收:地动仪复原模型把概念模型复原成了科学仪器。4月16日上午,河南博物院《天地经纬》专题陈列厅,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会,开始对用挑剔的眼光注视着地动仪复原模型(1/3小样)。当日下午,验收组的7位专家经过激烈讨论,最终认为:新模型首次把概念模型复原成了具有验震功能的科学仪器,迈出了复原研究的历史性一步。这个验收意见意味着,新复原的地动仪通过了阶段性成果验收,后续工作只需对某些技术细节做进一步优化,对外观做出最终确定。河南博物院副院长田凯对此感触颇深:“大家不仅在复原一件仪器,也在找寻1000多年前那位伟大科学家‘求实疾虚’的科学精神……”

心愿:一定要让地动仪模型“动”起来。1998年,河南博物院新馆建设过程中,田凯负责主持《河南古代学问之光》陈列。布置汉代展厅需要展示张衡的地动仪,当时最权威的模型陈列在原中国历史博物馆里,它是王振铎先生于1951年设计的,这台卵状体上含有8条飞龙的模型,已成为地动仪的“标准形象”。河南博物院请苏州天文仪器研究所按王振铎的模型重新复制了一个木制模型,并提出“能否让地动仪动起来”,得到的回答是:不可能,即使是中国历史博物馆里陈列的那台也不能检测地震。但对方可以在模型下面人为地安上一个装置,让它动起来。“大家展出的是科学仪器不是玩具,这样做是对观众的欺骗。所以当时只能造一个不能动的模型,但这个情结在我心里一直存留了好多年。”田凯说。6年后,了解到国家地震局和国家博物馆的研究人员正在做复原工作。2004年8月,河南博物院与中国地震台网中心签订了合作协议,组成了课题小组,共同复原张衡地动仪。

解谜:找到“垂悬摆原理”。该课题的负责人是中国地震台网中心冯锐研究员。冯先生表示,1700多年前的地动仪究竟如何工作是首先须破译的谜团,深入研究证实,地动仪应该是“悬垂摆原理”而不是王振铎模型的“直立杆原理”。几十年来,国内外地震学界对王振铎模型的否定意见一直没有停。更有近现代西方学者认为张衡地动仪之所以失传,是因为它没有达到科学的要求,它不是个科学的东西。冯锐说:“看到这些严厉的批评以后,大家才感到问题的严重性。”历时1年多,课题组最终确认了地动仪的工作原理应该是“悬垂摆原理”,而不是“直立杆原理”。

评价:这是一次重大跨越。地动仪的历史资料,最著名的是《后汉书·张衡传》中的记载,虽然只有196个字。早期的复原工作都是据此开展的。冯锐的课题组把资料的考证和利用扩大到《续汉书》、《后汉纪》等古代文献,但相关文献的总字数也不过231个。这些资料,使他们复原的史料根据更加充分。在研制过程中,冯锐还采用了一些新技术、新方法,即利用洛阳地震台接收到的现代陇西地震记录,算出模拟的陇西历史地震的波动效应,然后把数据输入计算机,再控制特殊的振动台完成洛阳地面震动过程的复现,用这种运动信号对振动台上的复原模型进行检验和改进。验收组的专家们认为:新模型对4次实际地震事件已经实现了良好的验震反应,迈出了从概念模型到科学仪器的关键性一步,研究工作突破了古代科学仪器复原的传统模式,是一次重大的跨越。验收会结束后,中科院地质与地球物理所的滕吉文院士说:“地动仪是中华文明留给人类的宝贵学问遗产,各国科学家都在尝试复原,如果大家不把这件事做好,那就是罪过。从原理上和制作过程上讲,这台复原模型符合史料记载,符合张衡的基本思想……这台地动仪复原模型代表了现代人的认识,它在现阶段是最好的。”


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