提起中国古代的科技成就，很多人都会联想到东汉张衡发明的地动仪。大多数人是通过中小学的教科书了解到张衡及其地动仪的，但是由于没有实物流传于世，从古至今一直有人对地动仪是否真的存在表示怀疑。在多个版本的高中语文教科书中，都收录了南北朝时期范晔《后汉书》中的《张衡传》，这篇文章不但介绍了张衡的生平事迹、主要成就，还着重介绍了其候风地动仪。
文章提到，张衡发明地动仪的时间是阳嘉元年，也就是132年，当时在位的皇帝是汉顺帝刘保。关于地动仪的形制，文章多有描述，如用精铜制成，直径八尺（大约1.9米），分为上下两部分，上面的盖子中央有凸起，形似酒尊，有篆文山龟鸟兽纹饰。仪器里面在中央有一根大柱子，与八方相连，内设机关；仪器外面有八条龙，龙嘴里含着铜丸，每条龙下面蹲着一只蟾蜍，张着嘴等着接掉下来的铜丸。如果有地动，仪器振动引发机关，龙嘴吐出铜丸被蟾蜍接住，声音非常响亮。地动仪的妙处在于，如果一条龙机关发动，另外的七条并不会受影响，由此可以判断地震发生的方向。文章还记载了一次陇西地震与地动仪发作的关联。此外，在《后汉书·顺帝纪》篇章中也有“史官始作候风地动铜仪”的记载。除了范晔的《后汉书》，还有其他史书也对张衡及地动仪作了记载。通过对史料的分析，我们可以看到，张衡发明制作了地动仪是比较可信的，不过外观和内部结构的细节并不清楚。比如，地动仪到底像哪种酒尊呢？八条龙是整条的，还是只有龙头露在外面？龙嘴与蟾蜍的嘴相对位置到底是怎样的？中间的柱子到底有多粗？是立柱还是悬柱？柱子跟八条龙是通过什么样的机关联系在一起的？由于没有详细描绘，更没有插图，这就给后人留下无限的遐想空间。由于不清楚内部机关，也就无法推知地动仪的工作原理。最大的遗憾是，迄今为止，考古发掘都没有发现地动仪的实物，因此也引起一些人的质疑。
关于张衡地动仪的实物复原工作，是从20世纪50年代才开始的。参与复原的既有国家文物、考古、博物馆和中国科学院等单位，也有民间的企业和个人。其中影响较大的是王振铎和冯锐等人分别完成的两个复原模型。
王振铎是国内知名博物馆学家和科技史专家，曾经就读于燕京大学研究院历史系，后来长期从事文物和博物馆工作，复原了大量古代科技发明。
1936年，王振铎尝试对地动仪的发明进行探讨，并发表了《汉张衡候风地动仪制法的推测》一文。1951年，他设计出了1:10的复原模型。8年后，中国历史博物馆建成时，根据王振铎1951年的模型精工制作了1:2的木质模型并陈列展览。后来很长一段时间出现在我国教科书和邮票上的地动仪模型，都是以此为样本的。不过，王振铎在1963年曾经对地动仪的设计图做过修改，但没有进一步去复原实物。
▲ 某历史教科书中的地动仪模型图参照的是王振铎的设计2002年，在地震科学联合基金会的资助下，冯锐主持的“张衡地动仪的工作原理研究”项目开始起步。2004年，中国地震台网中心与河南博物院共同开展了地动仪的科学复原工作，组织了由8个单位的地震学家、历史学家、考古学家、自动化学家和美术家等参加的研究组，冯锐任课题负责人。课题组调研了大量的文献，考察了安放地动仪的灵台，做了大量准备工作。新的复原模型于2005年4月先后通过了专家委员会、国家文物局和河南省政府组织的验收。该模型后来一直在河南省博物院展出。此后，公众视野中就出现了冯锐等人设计的地动仪复原模型。2015年，香港特别行政区发行了一套“中国古代科学家”邮票，其中张衡那张邮票上采用的就是这个新的模型。
除了上述复原工作，中国科学院退休研究员胡宁生提出了新的直立柱模型和验震实验；中国台湾成功大学教授颜鸿森等人主要针对地动仪的内部结构，提出了多种不同的设计方案；中国科学技术大学科技史专家李志超对地动仪复原的设计也提出了自己的方案。
模拟实验与复原研究是科技史研究的重要手段。对于科技史上重大发明创造的复原，需要结合历史文献记载、出土文物资料，充分考虑科学原理、质地材料、当时的社会文化背景等因素，是一项难度非常大的工作。这也是张衡地动仪的复原模型一直存在争议的主要原因。总的来说，根据史料的有限记载，想要复原出跟张衡的地动仪一模一样的模型是不可能的。同时，张衡的地动仪对于地震发生的时刻、震级、震中具体方位都无法给出准确信息。该地动仪只能在地震发生后做出反应，并没有预报地震的功能。尽管如此，现有的史料并非孤证，还是可以让我们相信地动仪是确实存在过的，不能因为记载不够详细、没有实物留存于世就全盘否定地动仪。在历史的长河中，古人曾经有过不计其数的发明创造，但由于制作材料、战争、灾害等各种原因，很多都没有实物保留下来，后人只能通过历史文献对其有一个大致了解。至于那些既没有实物留存，也没有载于史册的发明创造，连想象的空间都没有留给后人。
本文节选自《百科知识》2020.12A
