地动仪、司南在历史上有没有存在？｜地图看世界·历史系列
地动仪，可能真的没有用。
在中国地理学史上，有一些科技发明散发出耀眼的光芒，长期占据着中小学历史课本的内容，在宝贵的教科书篇幅上，常以彩图展现，在一代代国人心中留下了深刻的印象。
东汉时张衡潜心研究数年，终于在公元132年发明了候风地动仪，这也是世界上的第一台测定地震的仪器。地动仪的存在，意味着中国早在两千年前的东汉，即实现了对地震的监测。多说一句，从很多网上评论来看，发现很多人搞不清楚地震预报和地震监测这两个词的不同，地震预报指在地震发生前就能知晓，而地震监测主要指地震发生后，是截然不同的概念。今天的地震局工作重点是后者。地动仪也并不能实现预报，仅能在地震发生后监测。
在地震测定这一领域，西方落后文明古国的我们一千七百多年。打破这一技术僵局的是意大利科学家卢伊吉·帕尔米，他于1855年发明能粗略地显示出地震发生的时间和强度的地震仪，也是世界上第一台真正意义上的地震测定装置。而第一台精确的地震仪，于1880年由英国地理学家约翰·米尔恩在日本发明，他也被誉为“地震仪之父”。
▍米尔恩地震仪
在《后汉书·张衡列传》中，对地动仪仅用196个字做了描述，使得今天来看，地动仪颇为“玄妙”。也使得地动仪的真实作用受到了怀疑。
“阳嘉元年，复造候风地动仪。以精铜铸成，员径八尺，合盖隆起，形似酒尊，饰以篆文山龟鸟兽之形。中有都柱，傍行八道，施关发机。外有八龙，首衔铜丸，下有蟾蜍，张口承之。其牙机巧制，皆隐在尊中，覆盖周密无际。如有地动，尊则振龙机发吐丸，而蟾蜍衔之。振声激扬，伺者因此觉知。虽一龙发机，而七首不动，寻其方面，乃知震之所在。验之以事，合契若神。自书典所记，未之有也。尝一龙机发而地不觉动，京师学者咸怪其无征，后数日驿至，果地震陇西，于是皆服其妙。自此以后，乃令史官记地动所从方起。”
历史记载中的地动仪，实现了关键的两个功能，即地震时间的监测和方位的判断。王振铎先生半靠这196个字，半靠着猜想，实现了对地动仪的复原。地动仪的复原难点在其指向功能。王振铎实际上采用的是日本荻原尊礼于1937年提出的直立竿原理，简单竖立一个细竿来测震，期望西边来的地震波向东传播，直立竿向西倾倒而测出地震。这显然过于理想化了，实际中直立杆的倾倒更倾向于随机。以至于地震学家傅承义院士评论其“房梁下吊块肉都比你那个模型强”[1]。
▍谈到古代中国科技史，就不得不提到王振铎（1911—1992）先生，建国后，被任命为原文化部文物局博物馆处处长，先后参与了司南、指南车、记里鼓车、候风地动仪、水运仪象台等古代科技的复原工作，虽然今天看来，其中的一些复原不是那么严谨，甚至出错，但不可否认其在那个年代，为发掘古代科技文明史，仍做出了重要的贡献。
▍地动仪的直立杆原理复原方案
▍直立杆原理本质上就是倒立的啤酒瓶
不止王振铎，中外各国的学者都对地动仪展开过复原工作，但无一例外，都无法制造出具有有效功能的仪器。2004年，“张衡地动仪科学复原”课题组成立，冯锐领头的团队制造出了“冯氏地动仪”，并通过国家验收。其原理是悬摆法，但其仍存在诸多问题，冯氏地动仪的悬摆不能区分正反两个方向，西来的地震波可能使东边的球落地，会存在两种方向上的可能性，同时其外观等也不符合历史文献中的记载。
在新的地动仪复原模型建成后，中国境内每年多次发生5级以上地震，在该地动仪复原模型监测范围之内，也从未有过监测到地震的报道。
▍冯氏地动仪复原方案
地动仪的复原磕磕绊绊，回顾古代文献中的记载，也令人颇为疑惑。如果身在陇西以东一千多里的洛阳的地动仪细杆能倾到，但人又无感觉，说明地动仪的精度非常高。如此灵敏的地动仪是如何躲避其周围环境地动（例如房屋倾倒、踏步等）的干扰。
假设洛阳感知地震，烈度的应为4度左右，推测陇西地震可达7级以上，必然会引起山崩地裂且损失严重，所波及的甘肃、陕西、四川、山西等广大地区的各地县志均应记载，但各地县志均查无此震。尴尬的是，历史上其它相同震级且发生于陇西的地震却均有记载。
有说法是地动仪不仅仅有内部装置，还有外部可能是依靠地下的“感应装置”来测定的，比如敷设的地下感应“管”（材质不明）。依据其测定范围推算，外部装置占地和实施仍是巨大工程，但相关史料并无记载。
保留至今的张衡奏折《阳嘉二年京师地震对策》[2]中，张衡也丝毫没有谈及他的地震仪，或者监测地震的技术，而是依据中国传统“天人感应”的思想，认为地震是上天对于朝政昏乱降下的警示，朝廷上下应该“修政恐惧，则转祸为福矣”。阳嘉二年却丝毫没提到阳嘉元年发明的地动仪，张衡仍然拿上天警示来说辞，这显得很是奇怪。从历史来看，拿“上天警示”是很符合实际的，古代社会长久以来将地震、旱涝、星象作为各种凶吉的判断依据，并与宫中政治联系在一起，天降凶兆往往成为权力斗争的起因。发明出来一台能监测地震的仪器，不得不说在两千年前是颇为惊悚的一件事，在各方势力的眼中，地动仪必是不祥之物，占卜的意味十分浓厚。
▍同为张衡发明的其他仪器，诸如浑天仪，都传世至今，却唯独失传地动仪。极有可能地动仪本身功能就有缺陷，仅能完成偶然的地震监测，因而无法在实践中代代流传。另外也有的猜测是，由于地震与政治联系在一起，地动仪的出现是不受人待见的，故在历史中被遗弃。
从今天科学的角度来看，地动仪在历史上可能存在过，但功能仅限在如同倒立的啤酒瓶，感知地震发生，这是那个年代容易实现的。但其方位测定功能，在不了解地震波传播的背景下，是很难实现的，陇西测定方位可能仅是成功偶然的个例，却被史籍记录了下来。
张衡地动仪诞生于公元132年，几十年后莫名消失，不见任何与之相关的蛛丝马迹。而张衡发明的浑天仪等其他仪器却仍有存世，以至于宋代就有人怀疑地动仪的存在。公元418年，刘裕北伐大军攻占长安，获得了张衡的浑天仪、土圭等天文仪器，却唯独没有地动仪的记载，很可能此时地动仪已经不存在了。后汉书的作者范晔到了公元432年才开始撰写《后汉书》。时隔300年后，范晔也是在没有见到地动仪原型的情况下，写出地动仪的内外构造的。这时间的落差，编写史书中必然也夹杂着民间传说和自己的想象，记载有可靠性存疑。
如此看来，作为古籍中“孤证”记载的地动仪，更像是一次穿越，中间肯定夹杂着过多的主观色彩。虽然迄今地动仪仍然没有被完全复原出来，相关细节仍有争议。目前国内的教科书针对地动仪的描述也做了一定的调整。但其作为的文化符号却深深进入到各领域，成为了古代中国科技的象征。
▍由于地动仪在地震学上重要意义，其被作为中国地震局徽标的主体内容
另外一项古代科技——司南，也颇有争议。我们通常认为司南是指南针的早期形式。最早清楚描述司南的文献来自东汉王充（公元27～约97）所著的《论衡》，其含糊的描述了“司南之杓，投之于地，其柢指南”。杓可通勺，故这句话被理解为了“司南的勺子，放置在地上，其勺柄指向南方”。同样是复原地动仪的王振铎先生，其根据相关文献，认为司南是“勺型天然磁石配合地盘”，实现了初步的复原。
▍司南从未在考古中发现，也未见相关更进一步的描述。其下方的地盘在考古中是发现的，其应是东汉时期的占卜器具，接近于今天风水使用的罗盘，但并没有指南作用。
令王振铎先生疑惑的是，他所仿制的司南，一直无法正常工作。勺子与地盘的摩擦力显然远远大于微弱的地球磁力。以至于建国后，我国想向苏联赠送司南作为古代中国文明的礼物，因无法指南而不得不用现代手段磁能电圈的方法给钨钢勺子人工充磁，才使勺子有了远大于天然磁石的磁力。
▍司南的形象是科学节目常用的素材，例如《探索·发现》就采用了司南作为节目标志
司南迟迟无法复原，国内在五十年代，也有学者对司南产生疑问，但却没有妨碍司南成为了古代中国科技的重要标志。标志着我国早在两千年前，就实现了人工磁性指南的应用。
如今史学界越来越多的研究倾向于《论衡》中记载的“司南之杓”，其实际应是天上的北斗七星，或是指南车（一种靠机械传动维持方向的车辆，并不依靠地磁原理）[3]。
无论如何，在今天我们重新审视司南，怀疑司南在历史上是否真实存在时，仍不可否认中国古代对磁能的发现。在一千年前的北宋，人造磁针的应用已经出现，将磁石磨成针，并将其或水浮（即水磁针）、或蚕丝悬挂（即旱磁针）、或放在碗沿等等，达到指南的效果。后来这种指南的方法经阿拉伯人传向了欧洲[4]。
▍北宋时期，将磁针穿过灯芯草，使其浮于水中，可以指南。《宣和奉使高丽图经》就记载用水浮指南针航海到达朝鲜。来源国家博物馆。
后记：以上结论都基于现有的考古证据和历史研究。不否认相关后世复原的物品可能出现在历史上，但目前均无法证明。基于科学的态度，从现阶段只能认为其是不存在的。
中国古代劳动人民是聪明智慧的，但由于长期以来古代中国对科学理论的相对轻视，重技术而轻科学，大量的科技文明依靠师徒父子传承，而没有形成科学理论体系，这也造成了很多古代科技的断代、失传，对相关科技描述的含糊其辞。诸如四大发明的概念、对古代科技的系统描述很多起始自近代西方学者的研究。长久以来，这其实涉及到了民族情感和民族自信的问题，使得即使存在疑点，我们也相信是真实的。地动仪的演绎大于历史事实、司南是个谬误、活字印刷从未在古代大范围使用等等，这些都不妨碍古代人民的伟大，也不会有损于中国的形象。在我们越来越自信的今天，科学的、理智的看待古代科技显得尤为重要。
参考资料：
[1]杨东晓，《被制造出来的“地动仪”》，《看历史》2010年第11期
[2]中间以来，妖星见于上，震烈著于下，天诫详矣，可为寒心。明者消祸于东萌。今既见矣，修政恐惧，则转祸为福矣。
[3]国家博物馆研究馆员孙机先生认为，“司南之杓”杓字实为酌，原话之意是，司南是机械齿轮装置的指南车，把它放置在地上，其横杆指向南方。
[4]一般认为是这样。但也有发现欧洲关于指南针的记载早于阿拉伯人。阿拉伯语中对指南针的称呼似乎也来自古意大利语。但中国最晚在北宋发明人造磁针指南的方法是没有争议的。