科学名家故事张衡

Posted 2022-01-13

篇首语：大鹏一日同风起，扶摇直上九万里。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了科学名家故事张衡相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

在距今1900多年前的东汉时期，我国科学史上曾升起过一颗璀灿的明星，他就是天文学家张衡。

张衡，字平子，公元78年出生在河南南阳西鄂（今南召县南）一个大户人家。祖父张堪曾做过蜀郡大守，可惜到了张衡出世时，家道已经逐渐衰落。贫困艰辛的生活、翻云覆雨的世态，造就了张衡从容淡静而又勤奋刻苦、勇于探索的个性。少年时代的张衡，非常喜爱读书，凡是能够到手的书籍，不论是经书，还是文史、自然科学，无不细细研读。其涉猎范围之广，理解程度之深，都远远超过周围的同龄人。老人们夸他“焉所不学，亦何不师”，意思是说“没有他不愿学的知识，也没有他不想请教的老师”。在学馆里，张衡论年龄最小，论成绩却数他最优秀。

除了读书，这个沉稳的孩子还有一个特殊的爱好??观察星空。每当夜幕降临、万籁俱寂之时，小张衡常坐在院里，痴痴地抬头仰望，一动不动。那广阔浩渺的天宇，那幽静神秘的夜色，特别是那些镶嵌在墨蓝色夜幕上、宝石般晶莹闪烁的星星，引起了孩子多少奇妙的遐想！说起来，小张衡心灵上的这扇窗户还是奶奶给打开的呢。那还是在他很小的时候，常像个小尾巴似的跟在奶奶身后，缠着奶奶讲故事。老人家见多识广，又十分喜爱这个聪明乖巧的孙儿，当然不会拒绝孩子的要求。每天吃罢夜饭，老人就抱着孙儿，坐在葡萄架下，给他讲起那永远也讲不厌的、老辈人传下来的故事。其中，小张衡最感兴趣的要数北斗七星和月亮的传说了。什么“天狗吃月亮”啦，什么“牛郎织女”啦，听得他连觉都不想睡。从奶奶那儿，他学会了辨认北斗星，明白了世界上还有那样一片神奇的天宇，而且，为了奶奶永远回答不出的那些个“为什么”，他越发对那浩渺的夜空心驰神往了。

一次，少年张衡偶然在一本书名为《?冠子》的诗集中发现了一首小诗：“斗柄指东，天下皆春；斗柄指南，天下皆夏；斗柄指西，天下皆秋；斗柄指北，天下皆冬。”他不觉心中一动：小时候，奶奶讲北斗星的时候，光说凭着它可以辨认方向，并没有说起它和季节有关呀。而这首诗分明是在告诉人：北斗星既然能在不同的季节指着不同的方向，那它肯定是在不停地运转着！

这个发现使少年张衡兴奋极了。他马上找来几张纸，根据诗中描述的情形，分别画成4张图。从那天开始，只要是晴空，他夜夜都要拿着图站到院里，目不转睛地观测北斗星的运转情况。有时候望着望着，把什么都忘记了，直到东方泛出鱼肚白色，他才猛然发觉，已经站了整整一夜！就这样观察了一年，这个倔强的少年，终于弄清楚了“斗转星移”的道理。原来，北斗星是绕着一个中心转的，每年转一圈。正因为如此，我们四季见到的北斗星的位置才各不相同。接着，他又在书中查到这样一条资料：北斗星绕着转的那个中心，就是北极。北极上空有颗小星，叫做北极星；北斗和其他星都在绕着北极星转。而且，继续观察下去，张衡还发现：即使在同一季节中，北斗星的位置也不完全相同。比如，早春时节，北斗星的斗柄指向东北，而到晚春就指向东南了。

时光荏苒，在浩瀚的书海和有趣的观察实验之中，张衡不知不觉度过了他的少年时代。17岁的张衡，身材挺拔，面目清秀，加之满腹才学，俨然是一个风度翩翩的英俊才子，在四里八乡享有很高的声誉。县上的官员见他德才兼备，特别是写得一手好文章，便要举荐他做秀才。这在一般人看来，是求之不得的事，然而张衡的反应十分冷淡。他不想踏入仕途，而志在做学问。这个沉默寡言的年轻人，梦寐以求的是“读万卷书，行万里路”，增广见闻，扩大知识范围。所以，他毫不犹豫地拒绝了官员的好意，离开生活了17年的故乡，踏上了外出游历的旅途。

公元95年，张衡来到京都洛阳。这里毕竟非县城可比。在张衡看来，除车水马龙、灯红酒绿、繁华喧闹而外，更能展示都市风采的是文人荟萃、风尚高雅。他可谓如鱼得水，一面到当时的最高学府??太学里听讲，向一些有名望的学者请教，一面以文会友，结识了许多志向远大、学识渊博的年轻学子。他们常在一起读书论文，指点江山，评论时政，研究学问。这些风华正茂的年轻人，探讨问题范围之广、程度之深，都使人慨叹不已。他们研究数学、天文、历法等等，每每有自己独到的见解，令一些老前辈自愧弗如。其中，张衡的见地往往又在一般人之上。尽管如此，他却无一丝骄尚之情，所以大家都愿意和他在一起研讨问题，张衡也从中获益匪浅，学问更加丰厚扎实。史书曾记载他“通五经、贯六艺”，各方面的知识和技能无所不知、无所不能。

从洛阳学成归来，张衡因南阳郡守鲍德再三相邀，盛情难却，只得到郡中当了几年官员，官职相当于今天的文书，后来鲍德进京任职，早已厌恶在官场周旋的张衡如获大赦，乘机辞去官职，返回家中潜心钻研学问去了。

这段时期，张衡专心致志地精读了许多学术典籍，其中最使他心醉神迷的当数扬雄的《太玄经》。这是一部内容广泛、文字艰深的哲学著作，其中的一些唯物主义和无神论内容，深深地触动了张衡的灵魂，为他以后在探索宇宙奥秘的征途上取得一个又一个辉煌战果，提供了坚实的思想导向和理论基础。

公元111年，汉安帝向天下广招人才。在京城任职的鲍德，再次向朝廷举荐张衡。张衡再三推辞，无奈他“通五经、贯六艺”的大名早已为安帝所知。安帝便亲自颁旨，任命张衡为太史令，主管天文历法，预报天象气候。张衡一来不好抗旨，二来考虑到这个职务还有利于自己继续钻研学问，于是便打点行装，到太史令府上任了。

当时，关于天体，人们还停留在初步认识的阶段，最流行的观点有二：持“盖天说”的人认为，大地是平的，天像一只巨大的碗，反扣在大地上面；而持“浑天说”的人却主张，大地就好比是蛋黄，天像蛋壳似的包在地的外面。张衡是坚定的“浑天说”派。为进一步证实自己的观点，他利用职务带来的得天独厚的研究条件，决定制造一个天体模型，把天地的构造以及日月星辰的运行情况，都用仪器显示出来，这样，就能直观而形象地说明那复杂的天文现象了。

然而，要把抽象的思维变成一个能看得见、摸得着的实物，谈何容易？不知度过了多少个不眠之夜，不知翻阅了多少书籍资料，一张精致的天球图终于绘制出来了。

一天深夜，张衡带着天球图轻轻地走到正在灵台（即天文台）观测天象的工作人员背后，倒把几个人吓了一跳：“咦，太史令怎么到这儿来了？”

“别慌，别慌，我是来和大伙儿商量一件事情的。”张衡一边说，一边打开手中的图纸，“你们看，这是我刚刚画好的天球图。我打算照这张图制作一个天体模型，好为浑天说作个证，要不，两派争论不休，谁也不服谁，对的东西，毕竟只有一个啊！”

张衡以炯炯有神的目光扫了众人一眼，见大家都在聚精会神地听着，便接着说：“可是，如果不准确地掌握日月星辰的运行情况，这个天体模型做出来也没有什么价值。往后我会天天来这里，和诸位一起观测，还请多多帮忙。”

张衡的人品学识，早已博得大家的尊重，这番话，更说得众人怦然心动，马上就分工干了起来。他们在张衡的指导下，把天上的星星分成几个区，一颗一颗地数。那一份细致，那一份耐心，真无法用言语形容。就这样，他们硬是数出了2500颗星星，其中有名字的有320颗。这些星星的名字，有不少还是张衡给命名的呢。天文学发展到今天，已经证实，人的肉眼能看见的、六等以上的星体约有2500至3000颗，而早在1900年前，张衡主持的天文台就已大体测出了这么多的星星。

在观测过程中，张衡对照实际，对天球图做了反复的修改，直到认为准确无误了，这才动手设计制造天体模型。传说，有一天，他一大早起来就钻进书房，琢磨着模型的事儿。可怎么想，心里也还是觉着不踏实：那图上的天球变成模型，该是什么样儿的呢？想着想着，不觉踱出书房。

“喂，你怎么有了闲空儿啦？”正在厨房做午饭的妻子见他居然有时间在院中散步，不由得开口问道。

张衡一直沉浸在模型的构想之中，猛听得妻子问话，反倒吃了一惊，“嗯”了一声，信步走进厨房。

妻子正忙着做点心。面案上，堆着一团和好的面，旁边放着一小碟芝麻。张衡盯着面案呆了一会儿，忽然眉宇间透出一丝喜色。只见他匆匆洗了洗手，抓起一小团面就揉了起来。

这张衡成年累月不离书房，在家里是“衣来伸手、饭来张口”的，如今突然亲自下厨，倒把妻子弄懵了：“你，你还要做饭？”

“咳，哪儿跟哪儿呀！”张衡这才笑了，“我是想试着做一个天体模型哩！”

“没见过你这样的人，真真走火入魔了！”

张衡没再言声儿，只顾把面揉成圆圆的一团，又把它在芝麻碟里一滚，面团上就星星点点地沾了不少芝麻。然后，他又取出一根筷子，从面团中心穿了过去，用手捏着筷子的两端，让面团旋转着。

“对，就是这个样子！你来看，”张衡喜孜孜地对妻子说道，“这个面团就好比是天球，上面的芝麻呢，好比是星星，筷子两端就算是北极和南极吧。天球就是这样绕着北极和南极转，星星也同时跟着天球一起转。”

“那，天球也转，星星也转，又怎么看得出星在移动呢？”

“问得好！”说着，张衡让妻子接过“天球”，自己用两手的拇指和食指围成一个平平的圆圈，套在“天球”外面，让“天球”的上半部在北极底下，下半部在南极上面，“你转转看，我的手指，就算是地平线。要是‘天球’上站着一个人，不论他站在什么位置上，都是只能看地平线上面的半个天，而看不到地平线以下的那半个天。前些日子我们在灵台数星星时，就是先数了头顶上的，然后等下面的星星转上来时才数出来的呢。”

“哎，你来看！”妻子忽然发现了一个问题，“这北极附近的星转来转去，都永远在地平线以上，这……”

“你真不愧是我的夫人啊”张衡素来喜欢妻子的聪明、贤慧，“那些星叫做常明星，我已经数过了，总共有124颗。”

从张衡捏面团那时起，花开花落，转眼又是一年过去了。这一年中，张衡没日没夜地设计、制作、实验、改进。功夫不负苦心人，天体模型于制造出来了：那是一个铜铸的球体，装在一个倾斜的轴上，可以旋转，样子和今天的地球仪大致相仿。铜球的周长1丈4尺6寸1分（合4．87米），直径4尺6寸5分（合1．55米），球面上刻着南北两极、经度纬度、赤道黄道及日月星辰，还有一个表示地平线的环。如果把铜球由西向东拨了一下，刻在上面的星辰便从东方升起，又从西边落下，和实际情形相差无几。

这个天体模型，被张衡命名为“浑天仪”。它是世界上第一台能够比较准确地反映天象的仪器。

不过，使张衡感到美中不足的是，非得用手拨动，浑天仪才能转，而实际上，天上的星是在自动旋转的啊。他的眉头又紧锁起来了。这天早晨，张衡一边洗脸，一边仍在思谋着浑天仪的事，手指下意识地把水撩得哗哗作响。蓦然间，他眼前一亮：水！是的，那是家乡的白河水。他小时侯，曾和小伙伴们到白河边看过铁匠炼铁。聪明的铁匠师傅们，在白河中筑了一条坝，把本来水流就很急的白河水位提高了。安装在急流中的水轮，在湍急的水流冲击下，日夜不停地转着，水轮上的铁轴带动别的机件，最后通过一根铁杆一来一往地拉动风箱，朝铁炉内鼓风。对，就用水力！

张衡立刻叫人把浑天仪安装在灵台的一间房屋里，又在屋顶安放了一只特大的漏壶（古代计时的工具）。这漏壶的壶嘴，是一条精雕细刻的玉龙，龙嘴里不断往外喷水，水冲动水轮，水轮带动齿轮，齿轮又连着浑天仪上的铜轴，这样，浑天仪就可以自动旋转了。由于水流量计算得非常精确，所以浑天仪正好一昼夜转一圈。

浑天仪的发明，不仅相当准确地反映了天象，使坚持“盖天论”的人改变了主张，心悦诚服，而且震动了整个学术界，被誉为“学术上罕见的奇迹”。

成功往往特别垂青那些在科学的崎岖小路上不畏险阻、勇于攀登的人。仿佛是命运的故意安排，就在张衡“浑天仪旋风”刮了将近一年，刚刚趋于平息的时候，他又获得了一次成功的机遇。

那是早春二月的一个深夜，张衡正在油灯下埋头写他的数学专著《算罔论》，猛地觉得身下一阵剧烈的颤动，抬眼一看，门窗、桌椅、立柜都在摇晃，摆在桌上的花瓶“啪”的一下摔在地上，碎了。

“地震！”张衡本能地喊了一声，嘱咐家人赶紧起来到院中躲避，自己迅速翻身上马，向灵台疾驰而去。

一连4天，张衡一面在灵台接待外地报告灾情的信使，一面亲自带领官员到民间察看震情，忙得脚不点地，眼睛红肿了，喉咙嘶哑了。当他综合各地灾情，明白这是30年间当地最严重的一次地震时，心情愈发沉重。地震刚过，他马上带人奔赴重灾区。所到之处，断垣残壁，尸横遍地，景象惨不忍睹。震中的情形更是令人瞠目结舌：好端端的大地被撕裂成两半，连小山也被拦腰切断，滔滔洪水，从一条1里多长、丈余宽的大裂缝中汹涌而出，四下蔓延。

“这究竟是为什么？”张衡面对苍天，痛心疾首。

当然，激情并不能替代科学。在严峻的震灾面前，张衡深深地思索着：既然造成地震的原因暂时还摸不透，那么能不能制造出一种能够预报地震的仪器呢？那至少也会使人们避免更大的伤亡。

又是无数个忙碌的日日夜夜，张衡被这个世上从未有过的地震仪器迷得废寝忘食、形销骨立。终于在公元132年，他54岁的时候，造成了世界上第一台能测报地震的地动仪。据《后汉书?张衡列传》记载，它“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，下有赡蜍，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，伺者因此觉之。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，未有之也。”

但是，这个伟大的成功，带给张衡的并不是鲜花和颂歌，而是无法抗拒的诬蔑、诽谤和讥刺。当地动仪还在“母腹”中时，那些抱残守缺、冥顽不化的官僚就诅咒张衡“触犯天神，必遭恶报”，甚至向皇帝告了他的黑状。地动仪制造出来后，他们又接连上书，排斥打击张衡。最后，张衡虽被迫辞去太史令的职务，但他用心血和汗水凝聚而成的地动仪却永远留在灵台。他坚信，科学必将战胜迷信，地动仪将与天地永存。

令人欣慰的是，张衡终于在有生之年亲耳聆听了地动仪成功的消息：那是公元138年的一天，灵台的值班员忽闻地动仪“当”地响了一声，忙跑过去一看，原来是西北方向的那条龙头吐出铜丸，落在蟾蜍口中。他不敢怠慢，赶紧向新任太史令报告，却遭到一顿斥责。两三天过去，并无地震动静，他也就把这事淡忘了。谁知，又过了几天，就在新任太史令还在向人大肆挖苦张衡和他的地动仪时，信使飞马赶到朝廷，报告说陇西地区前几日发生强烈地震。陇西正好位于洛阳西北，相距千余里，地动仪能精确灵敏地预报那里的地震，真令人不得不叹服。难怪英国科学史家李约瑟感慨地说：“中国的这些发明和发现往往远远超过同时代的欧洲，特别是在15世纪之前更是如此。”

一个人的一生，能创造出世界上第一台天球仪、第一台地震仪，仅这两个“世界第一”就足以使他名垂科学史册了。然而张衡一生的贡献还远远不止于此，在数学领域，在文学领域，以至在艺术领域，无不留下了他闪光的成绩。在传世名篇《应闲》《思玄赋》等文章中，他写下寄情志的名句“君子不患位之不尊，而患德之不崇；不耻禄之不夥，而耻智之不博。”（大意是：一个人不应担心自己的地位不高，而应担心自己的道德不高尚；不该为自己的收入微薄而羞耻，而应当为知识不广博感到害臊。）这不仅是张衡光辉人格的真实写照，也是后来者勉励自己奋发成材的座右铭。

为科学事业奋斗终身的张衡，晚年心力交瘁，体弱多病。公元139年，这位人类史上罕见的伟大科学家终于永远离开了他魂萦梦绕的事业，终年62岁。

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