大科学家张衡

2009-11-01 21:53 作者: 张荫麟

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讲到科学,我们中国真是"瞠乎其后"了。就物质的科学说,现在我国简直找不出一个创造家。这是何等可耻啊!但是,我们只要努力,不要自馁。试拿我们的科学史和西方的科学史一比较,在十三四世纪以前,我国也未尝"独后于人"。倘若现在我们能努力去继续从前的光荣,那么,在过了一千几百年后的我国科学史里,近世所占的几页是毫不相干的。我们努力啊!现在把我们的科学史抄出几页来和大家看看,或者也可以鼓起我们的勇气去努力。

这里所抄出的几页,是讲我国第一位科学家在科学上的贡献。我还要先声明:我介绍这位科学家,是用"传"的体裁。因为要使读者了解他"整个的人",所以对于他生平的行历,虽然和科学没有关系,也要说说。



我国的第一位大科学家是谁?曰:张衡。

张衡别字平子,后汉南阳西鄂人,即现在河南邓县,生于章帝建初三年(纪元七八年)。他的家族是当时累代著名的大姓。他的祖父张堪曾做过蜀郡的太守。

他性情很谦虚,淡静,虽聪明绝世,而没有骄尚的态度,但也不喜欢和俗人交接。他生平"不患位之不尊,而患德之不崇;不耻禄之不夥,而耻智之不博"(用《答难》中自述语)。

因为如此,所以从前中国一般读书人的做官热,他简直没有。永元间,当地的官吏举他为孝廉,他不行;公府里征聘他,他也不就。当时有一位炙手可热的大将军邓骘,仰慕他的才名,屡次召他,他也没有答应。后来安帝闻他的名,拜为郎中--一 位近侍的官吏,品秩和前清的侍郎差不多。再迁为太史令,是一个掌理史事和历法的职任。因为他无意做官,所以好几年都没有升官。后来离了太史令职改官尚书 郎。到顺帝即位又为太史令。这时候也许有些人笑他本事不好,不会高升。所以他做了一篇《答难》来表明他的意志。我们从这篇文章里,可以看出他的人格。没几 久,他又迁为侍中,和皇帝很亲近。当时政权完全在太监手里,他于是上疏请"勿令刑德八柄不由天子。"他在皇帝跟前,也常时讽刺左右的人物。有一天皇帝问 他:"天下所痛恨的是什么人?"在旁的太监们怕他说自己坏话,鼓起眼睛盯住他。他只得含糊答应而出。那群太监到底怕他为后患,于是时时在皇帝面前说他长短。后来他外放做河间相,政绩极好。做了三年,他上书告老求归,征拜为尚书。这便是他在政界的履历。

他本来是一位文学家,自少便有文学天才。他做《两京赋》,"精思傅会,十年乃成"。一生的精力大半都费在文学上。著有诗、赋,箴,铭,《七言》、《应间》、《七辩》、《训诂》、《悬》等三十二篇,大部分现在还存。我们试把他的《两京赋》、《思玄》等篇一读,便晓得他在我国文学史上的位置了。

他也研究过经学。少年时在太学--当时的国立大学里念过书,并且"通《五经》,贯六艺",曾著过一部《周官训诂》,这部书现在已不存。据他的同时人崔瑗说是"不能有异于诸儒"。也许他对于这种学问未尝有深刻的研究。他又想补孔子《易》说的缺漏,但是后来到底没有做成。

他对于汉代的掌故也很留心。永初中,两位姓刘的人在东观里司理著作,撰集一部《汉纪》,因为想定汉家礼仪,上疏请使张衡帮助他们。可是没多久这两人竞死了。 衡常时叹息,想把它完成,到了做侍中的时候,便上疏请"得专事于东观,毕力于纪记。"书上后,皇帝没有答应。他又上书指摘司马迁、班固所记的错失十余事; 又陈述他所主张汉史的体例。他所指摘和主张有价值与否,另为一问题,但是可以证明他尝有志于史学了。



上面所说,还没有半个字表现他在科学史上的位置。我为这位科学家做传,说了一大堆和科学没有关系的话,读者一定觉得讨厌。现在我要归入本题了。

在张衡那时代,像张衡一样对于科学的贡献是很不容易发生的。因为:

一、当时"图纬五行"之说--科学的大对头--盛行,差不多没有一门学问不被它盘踞。

二、当时政府所提倡,学问界所趋向,全在"古文派"的儒家。一般读书人,个个都向半伪的经典的一家师说里讨生活,永世不会望见师说以外的天日,那些艺成而下的东西,更不必说了。

张衡虽服膺儒家的经典,但是因为他平生"耻智之不博",所以他对于儒者所以为艺而下的学问,如天文、历学、数学、机械等都尽力去研究。他对于当时时髦的图纬学极力反对。当他做太史令的时候,尝上疏请"收图纬一切禁绝之",说图纬是"一卷之书,互异数事"的,是"欺世罔俗"的。这件事在我们今日看来本无足奇。但是在他那时候,图纬是帝王所祖述,儒者所争学的(《后汉书•张衡传》言:"光武善谶,及显宗、肃宗,因祖述焉。自中兴之后,儒者争学图纬"),他竟能发生这大胆的反抗,我们不能不佩服他的勇气。由此可见,他的治学精神,和当时的儒者,完全是两路的。因为如此,他挨当时人们的痛骂不少,所以他在《答难》里说:"尝见谤于鄙儒。"后来还要劳范蔚宗在他的传里替他辩护,说他不是一个"艺成而下"的人!

他在科学上的贡献是什么呢?下面要分开来说。在分述之前,请先说说他关于科学的遗著。

一、《灵宪》一卷,《灵宪图》一卷。《灵宪》是他的天文学著作,《灵宪图》是一部天文图。这两部书,《隋书•经籍志》都有记载。到《唐书•经籍志》,《灵宪》便亡了。过了宋代,《灵宪图》也亡了。《灵宪》一书,后人从类书和引用他的书里辑出首尾相续的还有一千五百多字。

二、《浑天仪》一卷,这部书是他的浑天仪器的说明书,隋唐志都有著录,到宋便亡了。现在也有辑本。

三、《算罔书》一卷,这书《隋志》尚存,《唐志》便亡了。现在无只字可考。

我们根据这些残阙的遗著,和《后汉书》里头的《张衡传》、《律历志》,以及《晋书》、《隋书》的《天文志》中关于张衡的记载,和《九章注》所引张衡的算法,大略还可以考见张衡在科学上的贡献。



1.张衡的天体说及天象的新解释。

张衡是主张浑天说的。浑天说创于汉武帝时之落下闳。可惜落下闳的学说,现在没有半个字可考。张衡说天体道:

浑天如鸡子。天体圆如球,如弹丸。地如鸡子中黄,孤居于内。天大而地小,表里有水。天之包地,犹壳之裹黄。天地各乘气而立,载水而浮。周天三百六十五度四分度之一,又中分之,则一百八十二度八分之五覆地上;一百八十二度八分之五绕地下。"(《浑天仪》)

这种解说,拿现在的眼光来看,浅薄极了。但是比之他以前的天体说,其进步真不可以道里计了!

他说地如鸡子中黄,是打破从前"天圆地方"的谬说;他说"地孤居于天内"、"乘气而立",是打破从前"天柱地维"的谬说;又他以为是半覆地上、半绕地下,越发和近代的科学解释有点接近了。最奇者,他说地是"载水而浮",和希腊的泰利斯(Thales)竟不约而同(参看W.T.Sedgwick and H.W.Tyler的A Short History of Science,P.45);他说"地如鸡子中黄",和希腊Milesian说地在天之中心,也有点相似(参看同书页四十六)。

他解释月所以有光和圆缺的缘故说:

夫日譬犹火,月譬犹水;火则外光,水则含影。月光生于日之所照,魄(谓月亏也)生于日之所蔽;当日则光盈,就(此字疑有误)日则光尽也。"(《灵宪》)

又以为:日之所以有光,也是这个道理,但是星的光是由月转给它的,所以说:"众星被耀,因水转光。"(《灵宪》)

星和月的光,既是由于日之直接的或间接的所照,为什么有的时候他们正"当日之衡"却会没有光--即是交蚀--呢?他解释这点,说是因为"蔽于地",所以说:

当日之冲,光常不合者,蔽于地也。是为暗虚,在星,星微,月过则蚀。(《灵宪》)

他在二千年前,解释月光,月的圆缺,和交蚀等现象,和近代科学的解释,竞不爽毫厘。这不独是张衡在科学史上的荣耀,也是我国在文化史上的荣耀啊!虽是月假日光的道理,在张衡以前的泰利斯也尝说过(参看A Short History of Science,P.44),但张衡对于月盈缺和交蚀的解释,实非泰利斯所能梦见。

2.历学及浑天仪。

张衡做过两任太史令,历学是他的职掌。他曾和当时的历家辩论过。他的历学,大半祖述前人,没有什么发明。他在我国历象界的功劳,完全在浑天仪的创造。

浑天仪是什么一件东西呢?这件仪器,是用铜制的,他在铸造之先,曾用竹片针......等物做了一个小模型,名为"小浑"。他制造这模型的方法,现在辑本的浑天仪还有详明记载。我们还可以依他的方法重造一个。海内的仪器制造家何不试试?

3.候风地动仪及其他机械之制造。

张衡极精于机械之制造。他的浑天仪,固然是他的天文和历学的结晶,也是他机械精巧的表现。此外他的机械制造还不止此。

阳嘉元年(公元一三二)张衡造了一个测验地震的仪器,名"候风地动仪", 用精铜铸成,圆径八尺,上面有突起的盖,形状很像一个酒樽。上刻篆文、山龟、鸟兽等形状来做装饰。中间有一条主要的柱。旁边有八处,可以施放机关。外有八 条龙,每条龙口里含着一颗铜丸,下面有蟾蜍张口来接。机器隐在樽的里头,覆盖得很周密,没有一些罅漏。如有地震,樽便受振动,龙内的机关发动,把铜丸吐 出,落在下面蟾蜍的口里。铜丸落下的时候,发生很大的声响,伺候的人便可晓得。地震时,只有一条龙的机关发放,其余的一些都不动。寻那条龙所指的方向,便 晓得地震所在。经过事实的证明,是很应验的。有一天,其中一条龙的机关发动了却没有觉得地震。于是京师的学者,都怪他靠不住。过了几天,驿站里的消息传 来,果然是陇西地震。众人才服他的神妙。

这件仪器的确是科学界的一大创作。可惜它的内容,和它所根据的原理,现在都不可考了。

他又曾制造过一架三轮自转的机器,可惜这种机器,现在也失传了。

他又尝制造一个土圭--测日影的仪器。但是正史也没有记载。此外他制造的仪器,正史里没有记载的一定不少。可惜现在已无可考了。



从上面所述看来,张衡在科学上的贡献,真正不少。他不独是我国科学史上的第一个人物,他在世界科学史也有不朽的位置。可惜他的学业,几千年来,竟没有人继续 下去,也没有发生什么影响,并且连他苦心孤诣的发明,也和他的生命一齐死灭。这不独是我国文化的损失,也是世界文化的损失啊!




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