大科學家張衡

2009-11-01 21:53 作者: 張蔭麟

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講到科學,我們中國真是"瞠乎其後"了。就物質的科學說,現在我國簡直找不出一個創造家。這是何等可恥啊!但是,我們只要努力,不要自餒。試拿我們的科學史和西方的科學史一比較,在十三四世紀以前,我國也未嘗"獨後於人"。倘若現在我們能努力去繼續從前的光榮,那麼,在過了一千幾百年後的我國科學史裡,近世所佔的幾頁是毫不相干的。我們努力啊!現在把我們的科學史抄出幾頁來和大家看看,或者也可以鼓起我們的勇氣去努力。

這裡所抄出的幾頁,是講我國第一位科學家在科學上的貢獻。我還要先聲明:我介紹這位科學家,是用"傳"的體裁。因為要使讀者瞭解他"整個的人",所以對於他生平的行歷,雖然和科學沒有關係,也要說說。



我國的第一位大科學家是誰?曰:張衡。

張衡別字平子,後漢南陽西鄂人,即現在河南鄧縣,生於章帝建初三年(紀元七八年)。他的家族是當時累代著名的大姓。他的祖父張堪曾做過蜀郡的太守。

他性情很謙虛,淡靜,雖聰明絕世,而沒有驕尚的態度,但也不喜歡和俗人交接。他生平"不患位之不尊,而患德之不崇;不恥祿之不夥,而恥智之不博"(用《答難》中自述語)。

因為如此,所以從前中國一般讀書人的做官熱,他簡直沒有。永元間,當地的官吏舉他為孝廉,他不行;公府裡徵聘他,他也不就。當時有一位炙手可熱的大將軍鄧騭,仰慕他的才名,屢次召他,他也沒有答應。後來安帝聞他的名,拜為郎中--一 位近侍的官吏,品秩和前清的侍郎差不多。再遷為太史令,是一個掌理史事和曆法的職任。因為他無意做官,所以好幾年都沒有陞官。後來離了太史令職改官尚書 郎。到順帝即位又為太史令。這時候也許有些人笑他本事不好,不會高升。所以他做了一篇《答難》來表明他的意志。我們從這篇文章裡,可以看出他的人格。沒幾 久,他又遷為侍中,和皇帝很親近。當時政權完全在太監手裡,他於是上疏請"勿令刑德八柄不由天子。"他在皇帝跟前,也常時諷刺左右的人物。有一天皇帝問 他:"天下所痛恨的是什麼人?"在旁的太監們怕他說自己壞話,鼓起眼睛盯住他。他只得含糊答應而出。那群太監到底怕他為後患,於是時時在皇帝面前說他長短。後來他外放做河間相,政績極好。做了三年,他上書告老求歸,征拜為尚書。這便是他在政界的履歷。

他本來是一位文學家,自少便有文學天才。他做《兩京賦》,"精思傅會,十年乃成"。一生的精力大半都費在文學上。著有詩、賦,箴,銘,《七言》、《應間》、《七辯》、《訓詁》、《懸》等三十二篇,大部分現在還存。我們試把他的《兩京賦》、《思玄》等篇一讀,便曉得他在我國文學史上的位置了。

他也研究過經學。少年時在太學--當時的國立大學裡念過書,並且"通《五經》,貫六藝",曾著過一部《周官訓詁》,這部書現在已不存。據他的同時人崔瑗說是"不能有異於諸儒"。也許他對於這種學問未嘗有深刻的研究。他又想補孔子《易》說的缺漏,但是後來到底沒有做成。

他對於漢代的掌故也很留心。永初中,兩位姓劉的人在東觀裡司理著作,撰集一部《漢紀》,因為想定漢家禮儀,上疏請使張衡幫助他們。可是沒多久這兩人競死了。 衡常時嘆息,想把它完成,到了做侍中的時候,便上疏請"得專事於東觀,畢力於紀記。"書上後,皇帝沒有答應。他又上書指摘司馬遷、班固所記的錯失十餘事; 又陳述他所主張漢史的體例。他所指摘和主張有價值與否,另為一問題,但是可以證明他嘗有志於史學了。



上面所說,還沒有半個字表現他在科學史上的位置。我為這位科學家做傳,說了一大堆和科學沒有關係的話,讀者一定覺得討厭。現在我要歸入本題了。

在張衡那時代,像張衡一樣對於科學的貢獻是很不容易發生的。因為:

一、當時"圖緯五行"之說--科學的大對頭--盛行,差不多沒有一門學問不被它盤踞。

二、當時政府所提倡,學問界所趨向,全在"古文派"的儒家。一般讀書人,個個都向半偽的經典的一家師說裡討生活,永世不會望見師說以外的天日,那些藝成而下的東西,更不必說了。

張衡雖服膺儒家的經典,但是因為他平生"恥智之不博",所以他對於儒者所以為藝而下的學問,如天文、歷學、數學、機械等都盡力去研究。他對於當時時髦的圖緯學極力反對。當他做太史令的時候,嘗上疏請"收圖緯一切禁絕之",說圖緯是"一卷之書,互異數事"的,是"欺世罔俗"的。這件事在我們今日看來本無足奇。但是在他那時候,圖緯是帝王所祖述,儒者所爭學的(《後漢書•張衡傳》言:"光武善讖,及顯宗、肅宗,因祖述焉。自中興之後,儒者爭學圖緯"),他竟能發生這大膽的反抗,我們不能不佩服他的勇氣。由此可見,他的治學精神,和當時的儒者,完全是兩路的。因為如此,他挨當時人們的痛罵不少,所以他在《答難》裡說:"嘗見謗於鄙儒。"後來還要勞範蔚宗在他的傳裡替他辯護,說他不是一個"藝成而下"的人!

他在科學上的貢獻是什麼呢?下面要分開來說。在分述之前,請先說說他關於科學的遺著。

一、《靈憲》一卷,《靈憲圖》一卷。《靈憲》是他的天文學著作,《靈憲圖》是一部天文圖。這兩部書,《隋書•經籍志》都有記載。到《唐書•經籍志》,《靈憲》便亡了。過了宋代,《靈憲圖》也亡了。《靈憲》一書,後人從類書和引用他的書裡輯出首尾相續的還有一千五百多字。

二、《渾天儀》一卷,這部書是他的渾天儀器的說明書,隋唐志都有著錄,到宋便亡了。現在也有輯本。

三、《算罔書》一卷,這書《隋志》尚存,《唐志》便亡了。現在無隻字可考。

我們根據這些殘闕的遺著,和《後漢書》裡頭的《張衡傳》、《律歷志》,以及《晉書》、《隋書》的《天文志》中關於張衡的記載,和《九章注》所引張衡的演算法,大略還可以考見張衡在科學上的貢獻。



1.張衡的天體說及天象的新解釋。

張衡是主張渾天說的。渾天說創於漢武帝時之落下閎。可惜落下閎的學說,現在沒有半個字可考。張衡說天體道:

渾天如雞子。天體圓如球,如彈丸。地如雞子中黃,孤居於內。天大而地小,表裡有水。天之包地,猶殼之裹黃。天地各乘氣而立,載水而浮。周天三百六十五度四分度之一,又中分之,則一百八十二度八分之五覆地上;一百八十二度八分之五繞地下。"(《渾天儀》)

這種解說,拿現在的眼光來看,淺薄極了。但是比之他以前的天體說,其進步真不可以道里計了!

他說地如雞子中黃,是打破從前"天圓地方"的謬說;他說"地孤居於天內"、"乘氣而立",是打破從前"天柱地維"的謬說;又他以為是半覆地上、半繞地下,越發和近代的科學解釋有點接近了。最奇者,他說地是"載水而浮",和希臘的泰利斯(Thales)竟不約而同(參看W.T.Sedgwick and H.W.Tyler的A Short History of Science,P.45);他說"地如雞子中黃",和希臘Milesian說地在天之中心,也有點相似(參看同書頁四十六)。

他解釋月所以有光和圓缺的緣故說:

夫日譬猶火,月譬猶水;火則外光,水則含影。月光生於日之所照,魄(謂月虧也)生於日之所蔽;當日則光盈,就(此字疑有誤)日則光盡也。"(《靈憲》)

又以為:日之所以有光,也是這個道理,但是星的光是由月轉給它的,所以說:"眾星被耀,因水轉光。"(《靈憲》)

星和月的光,既是由於日之直接的或間接的所照,為什麼有的時候他們正"當日之衡"卻會沒有光--即是交蝕--呢?他解釋這點,說是因為"蔽於地",所以說:

當日之沖,光常不合者,蔽於地也。是為暗虛,在星,星微,月過則蝕。(《靈憲》)

他在二千年前,解釋月光,月的圓缺,和交蝕等現象,和近代科學的解釋,競不爽毫釐。這不獨是張衡在科學史上的榮耀,也是我國在文化史上的榮耀啊!雖是月假日光的道理,在張衡以前的泰利斯也嘗說過(參看A Short History of Science,P.44),但張衡對於月盈缺和交蝕的解釋,實非泰利斯所能夢見。

2.歷學及渾天儀。

張衡做過兩任太史令,歷學是他的職掌。他曾和當時的歷家辯論過。他的歷學,大半祖述前人,沒有什麼發明。他在我國歷像界的功勞,完全在渾天儀的創造。

渾天儀是什麼一件東西呢?這件儀器,是用銅製的,他在鑄造之先,曾用竹片針......等物做了一個小模型,名為"小渾"。他製造這模型的方法,現在輯本的渾天儀還有詳明記載。我們還可以依他的方法重造一個。海內的儀器製造家何不試試?

3.候風地動儀及其他機械之製造。

張衡極精於機械之製造。他的渾天儀,固然是他的天文和歷學的結晶,也是他機械精巧的表現。此外他的機械製造還不止此。

陽嘉元年(公元一三二)張衡造了一個測驗地震的儀器,名"候風地動儀", 用精銅鑄成,圓徑八尺,上面有突起的蓋,形狀很像一個酒樽。上刻篆文、山龜、鳥獸等形狀來做裝飾。中間有一條主要的柱。旁邊有八處,可以施放機關。外有八 條龍,每條龍口裡含著一顆銅丸,下面有蟾蜍張口來接。機器隱在樽的裡頭,覆蓋得很周密,沒有一些罅漏。如有地震,樽便受振動,龍內的機關發動,把銅丸吐 出,落在下面蟾蜍的口裡。銅丸落下的時候,發生很大的聲響,伺候的人便可曉得。地震時,只有一條龍的機關發放,其餘的一些都不動。尋那條龍所指的方向,便 曉得地震所在。經過事實的證明,是很應驗的。有一天,其中一條龍的機關發動了卻沒有覺得地震。於是京師的學者,都怪他靠不住。過了幾天,驛站裡的消息傳 來,果然是隴西地震。眾人才服他的神妙。

這件儀器的確是科學界的一大創作。可惜它的內容,和它所根據的原理,現在都不可考了。

他又曾製造過一架三輪自轉的機器,可惜這種機器,現在也失傳了。

他又嘗製造一個土圭--測日影的儀器。但是正史也沒有記載。此外他製造的儀器,正史裡沒有記載的一定不少。可惜現在已無可考了。



從上面所述看來,張衡在科學上的貢獻,真正不少。他不獨是我國科學史上的第一個人物,他在世界科學史也有不朽的位置。可惜他的學業,幾千年來,竟沒有人繼續 下去,也沒有發生什麼影響,並且連他苦心孤詣的發明,也和他的生命一齊死滅。這不獨是我國文化的損失,也是世界文化的損失啊!





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