文/记者 刘新伟 图文编辑/陈永杰
专家访谈：
新媒体编辑/吕冰心
冯锐（中国地震台网中心研究员，“地震仪科学复原”课题组组长）
中学课本上的张衡地震仪一直伴随着各种争议。为什么人们会将考古发现与修复模型混淆？是在什么基础上恢复的？地震仪能预测地震吗？
日前，一则“张衡的地震仪被教科书删了”的新闻引发热议。事实上，除了张衡的地震仪外，中国古代的许多科技成果都被收录到中学课本中，其中一些还引起了争议。为什么张衡地震仪的复制品不能预报地震？罗盘之祖“思南”能否指路？蔡伦是造纸术的发明者还是改良者？我们一起来验证一下。（更多精彩内容请见《中国古代科学技术中学教材》专题）
▲想象张衡制作艺术家绘制的地震仪（冯锐供图）
历史上，汉朝的张衡曾发明过一种叫做地动仪的装置，史书上有明确记载，但由于历史原因，我们今天已经看不到真正的地动仪了。经过有关专家的努力，张恒地震仪的复制品终于现身。
但围绕张衡地动仪的争议一直在继续。为什么张衡地震仪的复制品不能预报地震？史书记载的地震仪预测的陇西地震是否存在？
张衡的地震仪享誉海内外，也饱受争议
最早关注地震仪的并不是中国人。1875年，日本学者服部一藏（I.）首次尝试复原张衡的地震仪。同年，英国矿物学家约翰·米尔恩应邀来日本任教。来日本之前，他途经中国许多城市，了解中国文化和日本学者修复地震仪的情况。后来，米尔恩从地质矿产研究转向地震研究，并试图复原张衡的地震仪。
米尔恩指出，张恒地震仪是地震探测器的一种（），指的是只对地震作出反应的仪器张衡地动仪，而不是对一般振动作出反应的报警器。这给地震仪赋予了特殊的意义。1883年，他出版了世界上第一部地震学专着，将中国历史书籍中关于地震仪的内容翻译成英文，并介绍了自己的模型，影响很大。
▲张衡（图片来自网络）
1889年，一位德国天文学家在进行天文观测时，意外发现日本熊本发生地震。这一发现不仅证实了地震波的存在，而且首次记录了远距离地震的数据。他使用的工具最初是一个测量重力变化的水平摆倾角仪。米尔恩后来对这台仪器进行了改造——世界上第一台现代地震仪诞生了。后来张衡地动仪，现代地震学逐渐发展起来，米尔恩被誉为现代地震学的奠基人。
米尔恩和英国科技史专家李约瑟对地震仪给予了高度评价，让人们知道中国早在1700年就记录了遥远的地震，肯定了地震仪的存在。据史料记载，公元132年是张衡完成地动仪建造的时间，公元132年也被公认为是第一台地动仪诞生的年份。
影响我国几代人的是教科书上的地震仪模型，是中国科学家、文物修复专家王振铎在前人研究的基础上于1951年修复的。修复的目的也是为了满足宣传中国古代文化和博物馆陈列的需要，最终修复的模型具有前所未有的影响力。长期以来，它一直是我国古代科技成果的标志之一。
然而，从实际应用到科学原理，这种回收模式在学术界一直存在争议。尤其是在功能上无法校验地震，成为很多人否定地震仪恢复模型的主要原因。另外，由于旧版教科书没有说明这是复原模型，所以很多人误以为是考古发现。其实地震仪早就失传了。缺乏教学和宣传，甚至让人误以为地震仪可以“预报地震”，了解实际情况后大喊“我被教科书骗了几十年”。
对地震仪修复的研究从未间断。到2000年，国内外已有13台张衡地震仪修复模型，可惜没有一台能测震。这个问题将地震仪的修复问题提升到了国家层面。“地震仪是中国古代技术的典范，其工作原理直观地展现出来。”
2003年，来自国内历史、考古、地震、力学、美术等9个权威机构的35位专家组成团队，启动了“科学修复地震仪”的研究。
2008年制作修复模型并通过国家验收。目前还没有新模型在真实地震条件下工作的记录，但至少在实验室里，它经受住了专业的地震实验，包括模拟真实地震。
张衡地动仪为何不能预测地震？(1)(组图)
文献中的地震仪真的存在吗？
长期以来，学者们只能参考范烨《后汉书·张衡列传》中的196字来复原地动仪。这让不少人质疑地震仪的真实性。事实上，学术界本身就有“一证不成立”的约定俗成。“地震仪科学复原”项目组组长、中国地震台网中心研究员冯锐认为，“缺乏丰富的文本是历史研究的共同特征，稀缺性不能成为结论的依据。”
“科学修复地动仪”课题组通过深入文献挖掘发现，从东汉末年到范爷写《地动仪》之前的320年间，东汉史书共有13部。书，其中 9 人幸运地留下来了。部分史书虽不全，但其中《徐汉书》、《后汉记》、《汉书·顺帝记》、《丁录》4部丰富了对地动仪的记述，将正文量扩充至254字。
▲《续汉书》、《后汉记》、《汉书·顺帝记》、《丁录》丰富了对地动仪的描述（冯锐供图）
除了找到新的文献外，他们还找到了考古学的旁证。历史上，张衡曾在洛阳南郊的“灵台”进行观测，这是中国最早的国家天文台。早在1975年，中国社会科学院考古研究所就曾在这里进行考古发掘，发现了放置地震仪的房间。2003年以后，修复队对灵台的地震地质情况进行了3次实地考察，发现房间的地面处理比较特殊，刚好可以容纳一台“圆径八尺”的地震仪，高平台基础对地震波有结构作用。，有利于地震测量。
早期争论的另一个焦点是“陇西地震”是否存在。《后汉书》提到都城（洛阳）人没有反应，又收到陇西地震的消息，验证了陇西地震。从公元132年到公元139年张衡死时，人们在古籍中发现了7次地震记载。其中只有138处明确指出了“晋城—陇西”地震，让人以为地震仪是在测试这次地震。但其他史书记载的地震现象与《后汉书》不符。这些记录都是关于洛阳地区的剧烈反应。
针对这个问题，冯锐团队扩大了史料发掘范围，结合历史背景、古代地名、张衡的生平和诗词，得出地震仪测试134年陇西地震的结论。作为一名专业地震学家，冯锐团队对地震事件进行了严格的“后验经验”，即根据地震波动场的可重复性特征，在相同观测精度下，可以利用其他类似事件进行比较。他们对比了清代详细记载的5次陇西地震，震级范围和烈度衰减都在合理范围内——洛阳人没有感觉到，或者只是感觉到了。还检查了现代地震的记录，
▲冯锐复制的地震仪（冯锐供图）
当然，以现在的技术还很难还原古代地震。有科技史研究者认为，采用清朝和现代的资料，不能反映当时的情况。但至少有多项证据表明地震仪的真实性。
对于地震仪的遗失，有人认为它作废，成了摆设。冯睿结合汉朝的社会背景，给出了否定的答案。他发现，在地动仪问世后的时代，皇帝奉行的政治思想是“当朝之说”，高官会因为地震而被免职。这种情况发生了12次，都是在地震仪发明之后。张衡本人也受到牵连，被赶出北京。“随着张衡政治地位的下降，地动仪的丢失在所难免。”
为什么张衡地震仪的复制品不能预报地震？
地震仪是利用惯性测试地震的装置，学术界并无异议。但对于地震仪的复原，各方争议最大的还是地震仪原理的复原，即地震仪为什么能在感受到地震后，让龙嘴里的小球按照方向落下。百年研究工作聚焦于史料中的8个字，“中有京台柱，一路有八径”。在冯锐看来，这里有两层意思，一是古语说“独柱”是一根大柱子；二是至少一端具有水平运动的自由度。
一百多年来，中外学者提出了数十种修复方案。在核心原理上，讲解完“独柱”后设计的方案其实只有四种——直立杆、倒立摆、悬摆和自由柱。王振铎的模型使用的是一根直立的杆子，就像笔尖朝下的铅笔，但这种模型在各种振动的影响下会随机下落，达不到抗震测试的目的。本来，这个设计早就被学术界抛弃了。近年来，有学者试图“复活”直立杆，仅作为学术讨论，并未得到充分验证。
▲张衡地震仪立柱模型
倒立摆模型最初是由日本人设计的。它在直立杆的下部安装了一个弹簧。理论上，它可以用于地震测试。但被学术界否决了，因为汉代的技术水平还达不到制造弹性钢的水平。自由柱由中国学者李志超提出，将多个铜球置于一根柱下，但也因灵敏度低而被淘汰。
▲ 冯锐复制地震仪工作原理（冯锐供图）
在物理学中，悬浮物体更能验证地震波的水平运动，因此提出了摆模型，这也是米尔恩最初的提议。今天，中国科技馆的地震仪使用的是冯锐设计的钟摆模型。关键在于“测震”。该型号在实验室通过了多项专业测试。经过进一步研究，团队重新设计了更符合古文字的外观，这台修复后的地震仪成为了“终极版”。虽然这个方案还存在争议，比如用现代知识复原古代技术是不合理的，但是自从冯锐团队在2012年完成了1:1青铜地震仪原型铸造之后，就没有进行过大规模的复原工作。
“真正的”地震仪仍然是个谜。
