張衡所處的東漢時(shí)代，地震比較頻繁。據(jù)《后漢書·五行志》記載，自和帝永元四年（公元92年）到安帝延光四年（公元125年）的三十多年間，共發(fā)生了二十六次大的地震。地震區(qū)有時(shí)大到幾十個(gè)郡，引起地裂山崩、房屋倒塌、江河泛濫，造成了巨大的損失。張衡對(duì)地震有不少親身體驗(yàn)。為了掌握全國(guó)地震動(dòng)態(tài)，他經(jīng)過長(zhǎng)年研究，終于在陽(yáng)嘉元年（公元132年）發(fā)明了候風(fēng)地動(dòng)儀──世界上第一架地震儀。它有八個(gè)方位，每個(gè)方位上均有口含龍珠的龍頭，在每條龍頭的下方都有一只蟾蜍與其對(duì)應(yīng)。任何一方如有地震發(fā)生，該方向龍口所含銅珠即落入蟾蜍口中，由此便可測(cè)出發(fā)生地震的方向。當(dāng)時(shí)利用這架儀器成功地測(cè)報(bào)了西部地區(qū)發(fā)生的一次地震，引起全國(guó)的重視。這比起西方國(guó)家用儀器記錄地震的歷史早一千多年。據(jù)《后漢書·張衡傳》記載，候風(fēng)地動(dòng)儀“以精銅鑄成，圓徑八尺”，“形似酒樽”，上有隆起的圓蓋，儀器的外表刻有篆文以及山、龜、鳥、獸等圖形。儀器的內(nèi)部中央有一根銅質(zhì)“都柱”，由柱向旁有八條通道，稱為“八道，還有觸發(fā)機(jī)關(guān)的裝置。樽體外部周圍有八個(gè)龍頭，按東、東南、南、西南、西、西北、北、東北八個(gè)方位布列。對(duì)著龍頭，八個(gè)蟾蜍蹲在地上，個(gè)個(gè)昂頭張嘴，準(zhǔn)備承接銅球。當(dāng)某個(gè)地方發(fā)生地震時(shí)，樽體隨之振動(dòng)，觸動(dòng)機(jī)關(guān)，使發(fā)生地震方向的龍頭張開嘴，吐出銅球，落到銅蟾蜍的嘴里，發(fā)生很大的聲響。所以人們就可以知道地震發(fā)生的方向。張衡設(shè)計(jì)的儀器上雕刻的山龜鳥獸等可能象征著山巒和青龍、白虎、朱雀、玄武等二十八宿，所刻篆文可能表示八方之氣；八龍?jiān)谏舷笳麝?yáng)；蟾蜍居下象征陰，構(gòu)成陰陽(yáng)上下的動(dòng)靜的辯證關(guān)系；都柱象征天柱，居于頂天立地的地位。
地動(dòng)儀無法記錄發(fā)震時(shí)刻，更無法記錄震級(jí)。因此，從現(xiàn)代地震學(xué)的角度來看，候風(fēng)地動(dòng)儀并不能記錄地震，不是地震儀。一些科技史著作聲稱，張衡在公元132年制造的“候風(fēng)地動(dòng)儀”能夠準(zhǔn)確記錄地震，比西方第一臺(tái)地震儀(由意大利人路吉·帕米里制造于1856年)早了1700多年。也有些材料說，候風(fēng)地動(dòng)儀可以“預(yù)測(cè)地震”。不過，史書中有關(guān)候風(fēng)地動(dòng)儀的記載，僅見于《后漢書》。這一段記載只有區(qū)區(qū)196字，其中描述地動(dòng)儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)的內(nèi)容更只有“中有都柱，傍行八道，施關(guān)發(fā)機(jī)”這12個(gè)意義隱晦、眾說紛紜的字。以后，北齊的信都芳和隋朝的臨孝恭，也都制造過地動(dòng)儀，還留下了相關(guān)著作，可惜他們的著作都亡佚了。顯然，僅根據(jù)《后漢書》中的簡(jiǎn)陋記載，要復(fù)原張衡的候風(fēng)地動(dòng)儀根本不可能。今天的復(fù)制品，其實(shí)是在史書那些“約束條件”之下所作的新創(chuàng)造。盡管如此，《后漢書》的記載，還是向我們提供了一些有用信息。首先，候風(fēng)地動(dòng)儀絕不是地震預(yù)測(cè)儀。它只有在地震發(fā)生之后才起作用，只不過能比從驛卒更早地通知京城的人士罷了。這就好比我們看到閃電，就知道接下來很可能會(huì)聽到雷聲，但在閃電發(fā)生時(shí)，雷聲也已經(jīng)同時(shí)發(fā)生，只不過還沒有傳到我們耳朵里罷了其次，根據(jù)地震波的傳播機(jī)理，候風(fēng)地動(dòng)儀是不太可能做到“驗(yàn)之以事，合契若神”的。地震發(fā)生時(shí)，從震源會(huì)發(fā)出兩種波：一種叫P波，是縱波，它引起的物體震動(dòng)方向和波的前進(jìn)方向一致；一種叫S波，是橫波，它引起的物體震動(dòng)方向和波的前進(jìn)方向垂直。P波的速度比S波快，因此最先到達(dá)地面，形成地震波中的初波。據(jù)初波的震動(dòng)方向就可以知道震源方向。但初波非常微弱，因?yàn)樗荒軓恼鹪粗敝钡叵蛑卣鸩ń邮仗幍孛鎮(zhèn)鞑サ腜波，而這部分P波攜帶的能量只占地震波全部能量的一小部分。如果候風(fēng)地動(dòng)儀能敏感到對(duì)“第一哨”初波就做出響應(yīng)，那么足以有許多別的和地震無關(guān)的震動(dòng)，比如在它附近跺腳，能引起它的反應(yīng)，從而讓人誤把許多不是地震的震動(dòng)也當(dāng)成是地震。但如果要讓候風(fēng)地動(dòng)儀保持一定的“遲鈍”性，它又有可能無法“感覺”到地震的初波，直到之后的各種波陸續(xù)傳來時(shí)才被“驚醒”，可是這些遲來的波的震動(dòng)方向已經(jīng)完全不能代表震源的方向了。何況，記錄一次地震必須有三個(gè)要素：發(fā)震時(shí)刻，震中位置和震級(jí)(地震強(qiáng)度)。候風(fēng)地動(dòng)儀只能記錄震中方向。幾臺(tái)地動(dòng)儀“聯(lián)網(wǎng)”也可測(cè)出震中位置；但它卻無法記錄發(fā)震時(shí)刻，所以，這當(dāng)然也就更不可能是“世界上第一臺(tái)地震儀”了。
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