还原地动仪 破译196字古书
真正的张衡地动仪会是什么样? 目前所有记载仅仅只是《后汉书中》的196字,它们就像密码一样,把张衡和他的地动仪锁在尘封的历史中。
悬垂摆原理
考古发现汉代已有的吊灯,张衡地动仪的灵感就来自这里。
在各国的地动仪模型中,一种与直立棍不同的思路引起了冯锐的注意。“地震没地震,抬头看吊灯”,就是因为高高悬垂的吊灯对地面的水平运动非常敏感,会因惯性不停摇摆。19世纪,现代地震学鼻祖米尔恩把“中有都柱”译成“中间有一根柱子,这根柱子是悬挂起来的。”
但1800年前的东汉,张衡怎会可能会想到利用悬垂摆的原理来发明地动仪呢?考古发现汉代就已经有吊灯。作为测震仪器,悬挂物有四个优点:第一,地震时才动;第二,十分灵敏;第三,频繁晃动,很容量被人发现;第四,《后汉书》中记载,“地动摇尊”,然后“尊则震,龙机发,吐丸,蟾蜍张口衔之,”说明悬挂物观测的是水平运动。巧设 “机”“关”各指一物,后者就是古代的门闩复原最关键部分,其设计内部结构,最重要的就是都柱,史书记载,都柱感受到地震波后发生共振,引发地震方向的龙头吐丸,其余7个龙头不动。地动仪是怎样做到的呢?
史料中只有“施关发机”4个字,根据这句话,冯锐在都柱下设计了8个方向的凸起,直接触击龙头吐丸,可是动量太小,无法让都柱摆动。就算都柱能动,8个触点相隔45度,都柱运动的惯性也无法做到“一龙发机七首不动”。
冯锐重读古书,几个关键字引起了他的注意,“施关发机,机关巧制,皆隐在尊中”。“机关”究竟是什么意思?冯锐发现“施”为动词,“关”是名词,“发”是动词,“机”又是名词,也就是说,“机“和“关”是两个物体。
“机”很容易理解,“关”究竟是什么东西,冯锐做了大量的研究工作,最终了解“关”就是古代的门闩
。古人为解决物体运动的动量不足,常常采用小的触发机构来放大动量,这个触发机构就叫做关。
原来,地动仪能够准确验震的最大秘密就在于这个灵敏的触发机构“关”,它处下都柱下方一个极小的锥形小台上,地震方向微弱的地震波传来,都柱和樽体发生相道中。道的尽头,正是连接龙头的杠杆结构“机”,小球触碰到机,龙口吐丸。
重现人间
史料证实,公元134年陇西地震让地动仪声名运扬
冯锐据《后汉书》推断,发生在公元134的陇西地震,震中位于现在甘肃天水附近,距离京师洛阳600公里,洛阳地震烈度为3度到4度……..在如此精确的数据下,复原后的地动仪在地震波的方向上吐丸正确,复原工作获得了成功。此后,研究人员又多次在真实的地震中检验了复原后的地动仪并取得成功。
冯锐向世人证明了这个世界上最早的验震器绝非神话,它真的存在过、工作过。豪不夸张地说,张衡地动仪,不仅回答了国内外的质疑,也重新连接起这些失落的环节,让张衡和他的地动仪获得新的生命。