从教科书中“消失”的张衡地动仪,真的是“造假”吗?
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从教科书中“消失”的张衡地动仪,真的是“造假”吗?

2020年01月20日 10:08:26
来源:新京报

原标题:从教科书中“消失”的张衡地动仪,真的是“造假”吗?

古时悬棺究竟是如何被送上悬崖的呢?争议颇多且被教科书删掉的张衡地动仪真的是“造假”吗?在“四大发明”以外,中国古代到底有没有科技?神秘的“木牛流马”究竟长什么样?同济大学教授陆敬严通过复原制作模型,再现了中华古代技术文明。

古时悬棺究竟是如何被送上悬崖的呢?争议颇多且被教科书删掉的张衡地动仪真的是“造假”吗?在“四大发明”以外,中国古代到底有没有科技?神秘的“木牛流马”究竟长什么样?

1月10日,《中国古代机械复原研究》出版研讨会在北京维景国际大酒店召开,中国科学院自然科学史研究所所长、国际科学史研究院院士张柏春,清华大学科技史暨古文献研究所所长、国际科学史研究院院士冯立昇,清华大学社会科学学院教授刘兵,北京大学医学人文研究院教授王一方,清华大学深圳研究生院教授戴吾三,中国科学院自然科学史研究所研究员孙烈等业内专家共同就“古代机械文明”展开了探讨。

《中国古代机械复原研究》出版研讨会以“再现中国古代机械文明”为主题。

李约瑟曾列举26种中国古代的杰出发明

一直以来,提及中国古代科学技术,人们往往会想起“四大发明”,但在“四大发明”之外,却往往知之不详。在“四大发明”以外,中国究竟有没有科技?答案当然是有。那么,中国古代科技在世界范围内究竟是什么发展水平?

著名科技史家陆敬严在力作《中国古代机械复原研究》一书中指出,中国科学技术在秦汉时期开始进入先进行列,而且在这一阶段出现的重要科技成果特别多,超过以往任何时期,比如秦陵铜车马、指南车、记里鼓车、三脚耧、独轮车、被中香炉、风扇车、龙骨水车、平织机、地动仪、水利天文仪器——浑象等。陆敬严认为,中国科学技术位于先进行列的时间应从秦陵铜车马算起。

20世纪80年代秦陵出土的铜车马,形态逼真、造型优美、结构复杂而完善,展现出秦代很高的科技水平和制造技术。

从什么时候起,中国的科学技术不再先进呢?陆敬严说,中国科学技术退出先进行列的时间约为明代中后期,也就是15-16世纪。这一时期的西方,正处于改变世界面貌的产业革命前夜,科学技术的进步十分明显。明代中晚期到清初,欧洲的科学技术水平总体上已经超过中国,这也从另一方面证明了中国科学技术先进的局面已经结束。

陆敬严在书中指出,中国是世界上最早使用和发展机械的国家之一。历史上,中国机械技术曾长期保持世界领先,在农业、冶金、纺织、车船、军事、天文、钻井等领域取得了一系列令人瞩目的成就。英国学者李约瑟曾在其宏篇巨著《中国科学技术史》的总论中,以英文字母编号,列举了26种中国古代的杰出发明,并指出这些杰出发明在欧洲使用的时间晚于中国几个世纪到十几个世纪。这26种发明中,12种属于机械范畴,另有10种或多或少与机械有一定关系。毫不夸张地说,中国古代机械是古代科技的重要组成部分,中国古代机械技术的辉煌,其种类、数量和丰富的内涵,对我国乃至世界科学技术发展的影响都非常巨大。

英国学者李约瑟(Joseph Needham,1900-1995)。

在研讨会现场,上海科学技术出版社社长温泽远向与会嘉宾介绍了《中国古代机械复原研究》一书的出版初衷和编辑经过。他表示,实际上这些中国古代的杰出成就,中国人了解的并不多,甚至非常不了解。《中国古代机械复原研究》生动形象地再现了中华古代机械技术文明的整体样貌,而且通过复原不同时期的机械制作成果,可以让更多读者了解中国古代科技发展的脉络,揭示其发展的轨迹和兴衰的历程,进而了解当时的社会政治、经济状况。

张柏春同样肯定了这部著作的重要意义和非凡价值,他表示,中国古代机械复原工作的人力、物力花费很大,见效又较慢,以往从事此项研究工作的人极少,在这片学术园地上有大批的空白,也很少有专著论及复原研究工作。但陆敬严一直没有放弃写一部完整的中国机械工程史的目标,先后撰写了《中国古代兵器》《中国科学技术史·机械卷》《中国机械史》等著作。

张柏春说,《中国古代机械复原研究》作为一部技术史专著,将古文献记载、考古资料和田野调查结合起来,进行机械的技术史研究和复原,不仅传承了刘仙洲先生的机械史研究方法,还发展了王振铎等先生开创的古代科技复原研究。“在多年的科研工作中,陆敬严教授实地踏勘西南古栈道,结合实际复原木牛流马;在江西贵溪仿古吊装悬棺,破解千古之谜;对古籍文献细致推敲,复原制作成多种军事机械……他制作的近百种约150具大小模型展现了我国先人的智慧和巧思,再现中华古代技术文明。”

古时悬棺究竟是如何被送上悬崖的呢?

起源于武夷山及周边地区的悬棺,被认为是千古之谜,古时悬棺究竟是如何被送上悬崖的呢?陆敬严在《中国古代机械复原研究》一书中指出,根据古籍记载和实地调研,确定了悬棺并非依靠神或自然的力量,而是古代的一项起重工程问题,并归纳了升置悬棺的四种方法:吊升法、栈升法、堆土法和涨水法。其中吊升法使用最多,栈升法使用必须要有一定的栈道基础,堆土法的使用有限,涨水法的使用则更少。但无论何种方法,都要将起重和运输结合起来。那么,升置悬棺所使用的设备是什么呢?陆敬严在书中写到,升置悬棺所用的设备应是当时已有的起重机械,如杠杆、滑轮、辘轳、绞车、棍棒和绳索等。

四川和云南的交界之处有很多悬棺,悬棺葬的年代十分古老,从如今发现的悬棺葬遗存来看,最早从春秋战国时期开始,一直持续到元明时期。

悬棺,也是王一方最为感兴趣的内容。他在北京大学医学人文研究院教授生死哲学,除此以外还有一个身份是中国殡葬协会专家委员会副主任。在研讨会现场,王一方从悬棺谈起,认为悬棺的“悬”既是悬挂的“悬”,又是悬案的“悬”,书中的相关研究,破除了其中的神秘色彩,也解决了中国殡葬文化中的一个谜。座谈会现场,《科普时报》总编辑尹传红也举悬棺、记里鼓车和被中香炉等极具中国特色的发明为例,来说明古代机械复原的趣味性、学术价值和科普意义。

出现于西汉的被中香炉,无论怎样翻滚灰盂始终不会倾翻,原理与今天的陀螺仪相同。

不过,陆敬严在书中还提到,不同地区的悬棺吊装具体方法可能会有所不同,但必须要强调的是,无论采用哪种方法,所用的机械都不能超越当时的年代,必须符合当地的客观条件,因地制宜地予以选择。他曾经专门写成《中国悬棺研究》,根据所处环境,列出了实际中升置悬棺的方法。

从教科书中“消失”的张衡地动仪,真的是“造假”吗?

近年来,对张衡地动仪的议论颇多。在2010年以前的人教版教材中,曾经介绍了张衡和他的地动仪。课文称:“科学家张衡制造了一种仪器,能测定地震方向,叫做地动仪。这是世界公认的最早的地震仪器。”但在2016年的部编本教材和2017年的统编本教材中,都不再介绍张衡及地动仪。

旧版人教版教材中曾经介绍了张衡和他的地动仪。

从历史教科书中“消失”的张衡地动仪,真的是“造假”吗?陆敬严在书中指出,从古籍记载可知,张衡地动仪由两个系统组成,一是接收地震信号系统,其组成是都柱和八个轨道;二是报知地震系统,其组成是内部机关、龙头、铜丸及蟾蜍。遗憾的是地动仪的核心部件——机关难知其详。

许多现代学者对张衡的地动仪进行了深入研究。早在19世纪,日本学者已有论述。之后影响比较大的设想,还包括有王振铎复原地动仪的设想、席文提出的地动仪设想、中国地震局等单位复原地动仪的设想。陆敬严表示,这些关于地动仪工作原理的设想,都利用了物体的惯性,从科学的角度看,都是合理的,具有较高的学术价值,其中后两种设想更加灵敏。因为《后汉书》提供了张衡创制地动仪的珍贵史料,比其他国家早约1700年,李约瑟称张衡的发明是“地动仪的鼻祖”,是了不起的成就。

但陆敬严同时强调,地震学是新兴的独立学科,了解中国古代在地震学上的巨大成就,能使现代研究者受到启发,但不应过分夸大地动仪的灵敏性。对张衡地动仪的误差做分析后发现,其都柱只能按照八个轨道倾倒,两个相邻轨道之间有45°夹角。当两个相邻轨道之间的方向发生地震时,地动仪难以做出正确报告,当方向与每个轨道相差22.5°时,误差最大。且张衡地动仪只能报知地面的震动,无法甄别这一震动是由地震还是其他原因引起的。此外,地震必须达到一定的强度和有一定的距离时,地动仪才能做出报告,也无法将地震的强度数字化。

“不用人力能自己走动”的“木牛流马”究竟长什么样?

戴吾三现场回忆起两次参观中国人民革命军事博物馆中陆敬严复原的战争模型时的情景,他认为,展示几千年来中华文明的延续并不限于“四大发明”,更应从民生角度,对古代的生产生活工具加以关注,正是这些工具支撑了我们千年富足的生活。中国的物质文化研究不应局限于享乐生活文化和市井生活文化,而在机械的灵巧、技术的智慧等方面还有许多工作要做。戴吾三提到,当时有一个采访的标题中提到“木牛流马入梦来”。这其中化用的“木牛流马”,其实也是陆敬严及其学生众多复原作品中的一件。

传说中解决了诸葛亮运粮难题“不用人力能自己走动”的“木牛流马”究竟长什么样?陆敬严在《诸葛亮集》中发现了对“木牛流马法”的详细记载。根据其中“一脚四足”的形容,推断出它很可能是一种牛首做装饰的用于货运的人力推行独轮车,一个轮子用于行进,四根柱子用于停车时支撑,而且具备当时很先进的刹车系统。

按木牛推想图复原的模型。

为了验证假设,陆敬严专门从上海赶往四川,爬上峭壁测量古栈道留下的楔孔,经过计算发现,按照力臂力矩关系,古栈道可以承受的通行重量基本在150公斤至200公斤,这既是当时制造水平下可以造出的一辆较大型独轮车的载重,也基本是当时一个士兵一年口粮的分量,完全符合古书中“一木牛载一岁粮”的记载。在对当地老人的访问中,他还得到了“五尺道”(即古栈道宽约为古制五尺)的信息,同样与独轮车的尺寸相符,最终得以复原出木牛流马的模型。

记者丨何安安