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科聖張衡
2012-09-10 09:22:44     華夏經緯網

    張衡(西元78~139年),字平子,南陽郡西鄂縣(今河南南陽)人,是東漢著名的天文學家。他最主要的成就是著《靈憲》,制渾天儀,造地動儀,在曆法方面也有研究。此外,他還是一位機械技術大師,才情高遠的大文學家和畫家,對後世文化的發展有深遠的影響。他是我國乃至世界歷史上罕見的全面發展的天才。

    

    敏而好學

    東漢建初三年(西元78年),張衡出身在河南南陽一個很有名望的詩書世家。其祖父張堪學識淵博、品德高尚,在《後漢書》載張堪由於品學兼優,被時人譽為“聖童”。後從劉秀起兵,反對王莽新政。東漢初,幫助吳漢滅公孫述,屢建奇功。官任漁陽太守後,抗擊匈奴,愛惜民力,發展生產,故而民樂其政。當時民間廣為流傳的歌謠是“張君為政,樂不可支”。張堪為官清廉,兩袖清風。他死後,留下資財無多。在張衡小時候,由於家道中落,家境已漸清寒,曾受過故交的接濟。

    張衡出身於這樣一個家庭,既有顯赫的家世,又有一位堪稱表率的祖父,但家境又不富裕,生活清苦。這樣的環境,使張衡從小就立志高遠,不耽於安樂,而是在艱難中刻苦自學,堅韌不撥,自勵上進。在他的成長過程中,家學的熏陶,祖父的品行業績對他的垂范作用,對張衡後來成為一位偉大的科學家有著巨大的影響,後來祖孫二人同被列傳于《後漢書》,一起名垂史冊。

    張衡的青年時代以遊學生涯開始,主要從事于文學創作。《後漢書•張衡傳》中對他這段經歷有如下描述:“衡少善屬文,遊于三輔,因入京師,觀太學,遂通五經,購簌藝。”(五經:詩經、書經、禮記、易經、春秋;六藝:禮<禮儀>、樂<音樂>、射<射箭>、禦<駕車>、書<識字>、數<計算>)。

    西元93年,年僅15歲的少年張衡辭別家人,出外遊學。他先入武關、後遊三輔;西元95年至洛陽,在洛陽居住了五六年,經常到太學堨h訪謁名家經師,虛心求教,這為他今後的科學研究工作奠定了良好的基礎。西元100年,張衡應南陽太守鮑德之請,遂到南陽郡宛城,任主薄一職,其間創作了不少名垂千古的文學作品。西元108年,鮑德調任京師,邀張衡共同赴任,但張衡深感自己學業未成,不足以濟世,遂辭官回鄉,居家治學。在隨後的5年中,他研究的重點從經學、文學,轉向哲學、天文、歷算。值得一提的是,張衡從文學轉向科學研究,頗受其摯友崔瑗的影響。崔瑗是張衡少年時在洛陽結識的學友,著名經學家賈逵的高徒。他文思敏捷,愛好天文、歷算。在後來的幾十年中,兩人交流見解,共同磋商,一直是志同道合的摯友。在南陽期間。張衡仔細研究了西漢楊雄著的《太玄經》。他反復閱讀 思考,並與崔瑗書信往來,互換心得。最後,兩人都寫出了自己各具特色的《太玄經注解》,成為哲壇佳話。另外,他還致力於探討天文、歷算等學問。西元111年,張衡博覽群書、匯通古今的名聲遠播京師,被“公車特徵”,授為尚書郎中,次年遷太史令。任此職前後總計達14年之久。張衡的許多重大科學研究工作便是在這一階段完成的。 

    著《靈憲》

    張衡品行高潔、才識卓著,是擔任太史令的最佳人選。而他生平本著“不患位之不尊,而患德之不崇;不恥祿之不厚,而恥智之不博”的自誡,淡泊名利。雖然太史令從職位上講僅是個中級官員,俸祿也並非十分豐厚,但他對這一學以致用、能進一步開拓天文研究領域的職務,感到十分滿意。

    張衡在太史令任內,積極從事理論研究工作,系統觀測天體運行,著《靈憲》等書,創制渾天儀,且在曆法方面也有所研究。

    《靈憲》是張衡積多年的實踐與理論研究寫成的一部天文巨著,也是世界天文史上的不朽名作。該書全面闡述了天地的生成、宇宙的演化、天地的結構、日月星辰的本質及其運動等諸多重大課題,將我國古代的天文學水準提升到了一個前所未有的新階段,使我國當時的天文學研究居世界領先水準,並對後世產生了深遠的影響。 

    研創渾天儀

    張衡對我國天文學發展的另一傑出貢獻在於他創制了渾天儀。張衡設計製作的渾天儀,是為了輔以其天文學說---渾天說。

    張衡創制的“渾天儀”是用來演示天體運行的“渾象”,由支架和一個表面遍佈星座、直徑四尺多的中空銅球組成,類似近代的天球儀,球上刻有二十八宿和中外星官。張衡完成設計後,先用竹蔑做成小儀。他挑選出一些竹片,向外的一面刻上度數,編成圓環,再將多個竹環穿聯成儀器模型,經試驗確定無誤後,放大翻制范模,然後用銅澆制而成。如上所述,渾天儀的主體是一個空心的銅球,直徑四尺六寸五分,周長一丈四尺六寸一分。球內有鐵軸支援,按天軸方向貫穿球心,與球面的兩個交點表示天球的南北極,因而這根鐵軸稱為極軸,可轉動。天球週邊正中,有一條表示地平的水準環,還有一對夾著南、北極軸而又與水準環相垂直的子午雙環,極軸使支架在子午環上。子午雙環正中就是觀測地的子午線。球的外表面刻有二十八宿與中外星官。天球轉動時,球上星體有的露出地平環之上,意指星出;有的正過子午線,意指星中;而有的沒于地平環之下,意指星沒。銅球上還刻有黃道圈和赤道圈,相交成二十四度角。其上各有二十四節氣刻度,且從冬至點起,列有三百六十五又四分之一度,每度長四分,分為四格,表示太陽每天在黃道上移動一度。 
    《晉書•天文志》對張衡的渾天儀的運作曾有生動的描述:“張平子既作銅渾天儀于密室中,以漏水轉之,令伺之者閉戶而伺之。其伺之者,以告靈臺之觀天者,曰:‘某星始見,某星至中,某星今沒’。皆如合符也。”(大意為:張衡把渾天儀放置在一個門窗皆閉的密室中,用水力帶動渾天儀旋轉,在屋堛瘋[測者察看渾天儀上的天象變化,告訴同時在外面靈臺上觀測天象的人說:“某某星已從地平線上出現,某某星已運行到了天空正中,某某星已落下地平線。一內一外,兩個人的觀測結果完全一致。

    張衡將渾天儀、齒輪系統、計時漏壺聯結起來。遺憾的是,這種裝置的具體情況史書上沒有留下記載。但據後人推測,應該是一方面以漏壺記時,一方面將漏壺中的浮子用繩索的一頭繞過無球極軸,另一頭連接一個平衡錘。當受水時,壺中的水量增加,浮子上浮,另一頭的平衡錘則下降。一上一升,繩索帶動極軸旋轉,使天球轉動。不論這種推測是否屬實,但公認的是,張衡是利用一種機械裝置帶動渾天儀運轉,以模擬現實天象中星體的運行,而且能夠達到很高的精確度,與實際狀況符合一致,這在中國天文學及機械學史上是空前的。這種配以刻漏的渾天儀實際上就是一座天文鐘和年曆,可以說,它是後世機械鐘錶的肇始,對後世機械鐘錶的發展的影響意義重大,而它的創制者張衡也堪稱鐘錶製造者的鼻祖,這也是我們中華民族的驕傲。

    張衡又創造了“瑞輪莢”這種史無前例的水運機械裝置。“莢”是神話傳說中的植物,據說它從新月開始,每天長出一片莢,直到滿月長滿15片。而後每天掉一片莢,到月末掉完,下月初始又重新開始。根據這種完全是出自人們的理想的神話傳說中的植物,而張衡卻利用機械裝置把這種理想變成了現實。“瑞輪莢”是一種輪狀物,利用水力轉動,從初一起每天轉出一片莢;從十六開始每天又轉入一片。所謂“隨月盈虛,依歷開落”其作用相當於今天的鐘錶的日期顯示。 

    世界上第一台預報地震的儀器----地動儀

   

    張衡在地震學領域也很有建樹,他的代表作就是震古爍今的候風地動儀的發明。候風地動儀,又稱地動儀,製成于陽嘉元年(西元132年),是世界上第一台觀測和報告地震的儀器。根據《後漢書》中的記載,地動儀是用精銅鑄成,像一個卵形的酒樽,直徑有8尺。儀體外鑄有“山龜鳥獸”,象徵地上的山巒和天上的青龍、白虎、朱雀、玄武等二十八宿。體外八方刻有八卦篆文,表示八方之氣。體外附有八條龍,龍首各朝八方,象徵陽;八隻蟾蜍抬首張口居龍首之下,象徵陰。由此構成了陰陽、上下、動靜的辯證關係。儀體內有一根高且細的銅柱,稱為“都柱”。都柱在儀體內居於頂天立地的位置,是按古代天柱之說設計的。都柱旁有八組滑道,滑道通過杠桿連接龍頭,龍頭嘴內含有銅球。地震時,傾斜的都柱倒向地震方向的滑道,倒到盡頭推動杠桿,通過杠桿作用引發一個像擎機一樣的牙機,龍首打開,銅球落入下面的蟾蜍口中,發出“當”的一聲響。司儀之人根據落球的方位,便可報告地震發生的方向。這台儀器構思巧妙,製作精密,據史書記載“驗之以事,合契若神”。不僅可以測出近距離的、人們可以感覺得到的地震,還可測出發生的數千里之外的地震!

    張衡在機械製作上也是碩果纍纍,上文所介紹的渾天儀和候風地動儀的製造,都需要高超的機械製造技術。除此之外,他還製作過指南車、記媢爸悟M木雕。指南車採用一種自動靈活的齒輪系統,車子不論怎麼轉,車上站立著的木人,手指的方向始終是南方,功用類似于指南針,用作皇帝出巡時指明方向。記媢爸恕]是一種齒輪裝置,它利用一組齒輪裝置,將木車行走時車軸的轉動,傳遞到車上手持捶鼓的木人的手臂上,使木車每行一里,車上的木人就會擊鼓一次,從而可以用於記錄行程媦ヾC據史書記載,張衡“嘗作木鳥,假以羽翮,腹中施機,能飛數堙(翮:鳥的翅膀;機:機械裝置)。這是一種腹中巧制機關,能夠自飛很長一段時間的木鳥。這幾種巧制具體的構造如何?已無確鑿考證,但張衡確實是一位技術高明的機械製造大師,他同馬鈞一起被後人尊為“木聖”。 

    崔瑗讚嘆張衡“數術窮天地,製作侔造化”(侔:相等)。“製作侔造化”的前提是“數術窮天地”,這句話除了讚嘆張衡天文學識的淵博和製造器物的神奇,也對張衡在數學方面的成就大為讚譽。《後漢書》中曾提到張衡寫過一部數學專著《算罔論》,可惜書已失傳,內容不詳。但張衡確定的圓周率尚可考見,為根10,雖不十分精確,但較前人“徑一週三”之說,已有了很大進步。

    才高德劭 高山仰止

    西元123年,張衡參加了當時震動朝野的曆法大討論。這次曆法大討論,起因于當時世人崇尚的圖讖。圖讖又稱讖緯,東漢時極盛。“讖”是一種以詭為隱語決吉兇的預言,“緯”是以神學迷信附會儒家經典的符錄瑞應,與經學結合形成讖緯神學,在意識形態上處於絕對權威的統治地位。當時,有人以“甲黃元與天相應,合圖讖”一語為由,對當時行用較科學的《四分歷》提出非難,建議改用符合圖讖的《甲寅元歷》,而梁豐則以圖讖為根據,主張倒退回去恢復《太初歷》,而他們都得到了不少朝臣的支援。而反對改歷的也分為兩派,一派人認為“《四分歷》本起圖讖,最得其正,不宜改”。而張衡與另一位尚書郎周興則認為,不應該把曆法與讖緯聯繫在一起。他指出,曆法的制定應以日月星辰的實際運行為最終依據,而不應該以主觀臆斷、妄事附會來判斷一部曆法的好壞。從中我們可以看出,張衡作為一名科學工作者,不畏權勢、實事求是的高貴品質。

    張衡是一個罕見的全面發展的人物,他除了在天文學、地震學、機械技術、數學等方面所創造的輝煌成就外,在哲學、文學、繪畫等領域也有很深的造詣。

    在哲學方面,他對楊雄的《太玄經》就有很深的研究。在文學史上,張衡是一位佔有重要地位的大文學家。如辭藻華麗、氣勢輝宏,把漢代的辭賦推到了一個新的高峰。且還在文中提出“夫水可以載舟,亦可以覆舟”的千古哲理。奇思妙文,備受後人推崇。另外,他還首開抒情小賦之先河。代表作《溫泉賦》格調清新,言辭淡雅,令人讀之忘俗,是漢代辭賦發展的一個重要轉折。張衡在文學上的第三個主要成就是創制了以《四愁詩》為代表的新體七言詩,給後來的七言詩奠定了基礎,具有深遠的意義和影響。張衡也是東漢的大畫家,他繪製的《地形圖》一直流傳到唐代,被唐代張彥遠列為東漢六大畫家之一。

    張衡對自己的要求是“約己博學,無堅不鑽”。這種鍥而不捨,持之以琲犖諯哄A是他一生的光輝寫照。

本文來自南陽旅遊網

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