书城文化四大发明古代科技(影响世界的中国元素)
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第36章 张衡发明地动仪的故事

地震作为一种毁灭性的天灾,具有无法估量的破坏性,它曾经无数次给人类造成累累伤痕。因而,对地震的预测,在人类生存领域中占有极为重要的位置。

我国东汉时期科学家张衡,是世界上最早科学地测报地震的人,他发明了第一台测报地震的仪器,叫“地动仪”。

东汉时期,我国地震十分频繁。身为朝廷太史令的张衡,负责记录全国各地发生地震的详细情况。

公元119年,京都和附近四十二个郡发生了一场大地震,张衡亲眼看到无数的房屋倒塌,土地陷裂,百姓死伤不计其数。惨不忍睹的情景大大刺激了张衡,他发誓道:“我一定要制成一种能够测报地震的仪器,让天下老百姓少受灾害!”

说起来容易,做起来难。在那个时代里,还从来没有人听说地震可以测知。在人们的观念中,地震灾难的降临,是因为上天发怒,是对人类的惩罚。

人们听张衡要制作能测地震的仪器,很多人都嘲笑他说:“你这是白日做梦!痴心妄想!”

对于人们的嘲笑,张衡一点也不在意。他是在做“梦”,不仅白天想着这事,连晚上也不能释怀。他凭着百折不挠的精神,结合自己丰富的天文地理知识,花了好几年的功夫潜心研究,并进行了无数次的试验。

功夫不负有心人。公元132年,一台能测报地震方向的仪器终于问世了。它被称做“地动仪”,由青铜铸成,形状像个大酒樽,顶上有凸起的盖子。地动仪的表面刻着篆文、山石、乌龟和鸟兽花纹。周围还镶着八条倒伏的龙,龙头朝着不同的方向。每条龙的嘴里都含着一颗浑圆的铜球;龙头下面的地上,各蹲着一只铜铸的青蛙,它们都抬头张嘴,似乎在等待着吞食龙嘴里吐出来的铜球。

一旦哪个方向发生地震,中间的钢柱就朝哪个方向摆去,牵动横杆,就把那个方向龙头的上部提起,龙嘴就会张开,钢球也就自动落到下面青蛙的嘴里面。这时,人们就知道哪个方向发生了地震。

听说张衡制成了一架能测报地震的仪器,很多人都不相信。他们跑来参观了半天,也看不出什么名堂,嘀咕道:

“就这么个酒坛子一样的东西,能测报地震?”

“它要是能测报地震,我就把我家的酒坛子也抱来!”

不管人们怎么嘲笑,张衡一声不吭。他相信,虽然人们现在不理解,总有一天人们会相信的。

公元138年的一天,张衡正在看书。忽然间,只听“当”的一声。清脆的响声,惊动了张衡,他赶忙跑过去一看,是地动仪朝西北方向的龙嘴里吐出了铜球,铜球落进了蛤蟆嘴里。

张衡激动地叫了起来:“西北方向发生地震了!”

这是张衡的仪器第一次起作用啊,他太高兴了。可是,当时的洛阳城里没有人感觉到地震,他们嘲笑张衡是扰乱民心、瞎折腾,连一向信任他的皇帝这回也半信半疑了。

没想到,过了几天,甘肃陇西派人骑马赶来向皇帝报告:“陇西四天前发生地震,灾情严重!”

这一下,张衡地动仪测报地震的准确性得到了验证,整个洛阳一下子轰动了,人们完全消除了对地动仪的疑虑。要知道,东汉的陇西位于现在的甘肃省临洮县一带,距洛阳有五百多公里。因此当地发生的强烈地震,京都地区的人丝毫没有感觉到,而地动仪却利用地震波测出了那个方向发生了地震!

张衡创制的地动仪,是世界上最早的一台会测报震向的科学仪器,它首开人类科学测报地震的先河。

在此之后一千多年,欧洲人才发明了类似的地震仪。

第一字中国古代造船工程技术成就

中国是世界上造船历史最悠久的国家之一。在历史上,中国木船船型十分丰富多彩。到本世纪五十年代估计有千种左右,仅海洋渔船,船型就有两三百种之多。我国古代航海木帆船中的沙船、鸟船、福船、广船,是最有名的船舶类型,尤以沙船和福船驰名于中外。

沙船在唐代出现于江苏崇明。它的前身,可以上溯到春秋时期。沙船在宋代称“防沙平底船”,在元代称“平底船”,明代才通称“沙船”。

沙船载重量,一般记载说是四千石到六千石(约合五百吨到八百吨),一说是二千石到三千石(约合二百五十吨到四百吨),元代海运大船八九千石(一千二百吨以上)。清代道光年间上海有沙船五千艘,估计当时全国沙船总数在万艘以上。沙船运用范围非常广泛,沿江沿海都有沙船踪迹。元明海运最盛时期年运量达三百五十万石以上。远洋航线沙船也很活跃。早在宋代以前公元十世纪初,就有中国沙船到爪哇的记载。在印度和印度尼西亚都有沙船类型的壁画。二十世纪初有人认为,当时从我国北方到新加坡航线上的沙船,就是中世纪以前从我国到红海以及东非港口贸易的那种船。

公元15世纪初的明代初年,郑和七次下“西洋”,二十多年间访问了三十多国,在世界航海史上写下了光辉的一页。每次出动船舰一百多艘或两百多艘,其中宝船四十多艘或六十多艘,共载两万七千多人。当时在南京和太仓造船,集中在太仓刘家港整队出海。郑和宝船长约一百五十米,舵杆长十一点零七米,张十二帆,这是最大的沙船了。

沙船有许多特点:第一,沙船底平能坐滩,不怕搁浅。在风浪中也安全。特别是风向潮向不同时,因底平吃水浅,受潮水影响比较小,比较安全。第二,沙船能调戗使斗风(详见船舶动力一节),顺风逆风都能航行,甚至逆风顶水也能航行,适航性能好。第三,船宽初稳性大,又有各项保持稳性的设备,所以稳性最好。第四,多桅多帆,帆高利于使风,吃水浅,阻力小,快航性好。

沙船方头方尾,俗称“方艄”;甲板面宽敞,型深小,干舷低;采用大梁拱,使甲板能迅速排浪;有“出艄”便于安装升降舵,有“虚艄”便于操纵艄篷;多桅多帆,航速比较快;舵面积大又能升降,出海时部分舵叶降到船底以下,能增加舵的效应,减少横漂,遇浅水可以把舵升上。沙船采用平板龙骨,比较弱,宽厚是同级缯船缯船的百分之四五十,而大(是沙船两舷前后纵通材,非常粗壮坚实)特别多,大中型沙船每侧有大四根到六根,直压到头,川口镶口(沙船舱口前后的纵通材)也很粗壮,直通前后。因而结构强度仍比其他同级航海帆船大。采用多水密隔舱以提高船的抗沉性。七级风能航行无碍,又能耐浪,所以沙船航程远达非洲。

福船是一种尖底海船,以行驶于南洋和远海着称。宋人说:“海舟以福建为上。”明代我国水师以福船为主要战船。古代福船高大如楼,底尖上阔,首尾高昂,两侧有护板。全船分四层,下层装土石压舱,二层住兵士,三层是主要操作场所,上层是作战场所,居高临下,弓箭火炮向下发,往往能克敌制胜。福船首部高昂,又有坚强的冲击装置,乘风下压能犁沉敌船,多用船力取胜。福船吃水四米,是深海优良战舰。1974年七八月间,福建泉川湾后渚港发掘出一艘宋代海船,尖底而船身扁阔,平面近似椭圆形,头尖尾方,从龙骨到舷侧有船板十四行,一到十行是两层船板叠合,十一到十三行是三层船板叠合,三层总厚度十八厘米(里层八厘米,中层五厘米,外层五厘米),用三层板是防水线附近波浪冲击,这和沙船用大甚至用护是一个道理。船板搭接和平接两种方法混合使用。板缝有麻丝、竹茹和桐油灰捣成的艌合物。泉州古船十三舱,复原以后的船长三十四米五,宽九米九,深三米二七,排水量三百七十四点四吨。

公元七世纪的唐代,我国海船就以体积大、载量多、结构坚固、抗风力强闻名于世。此后,阿拉伯商人常乘中国帆船往来于东南亚一带。九世纪中叶晚唐时期以后,我国建造的大海船更为许多亚非国家的人民所乐于乘坐。宋元时期,我国造船业又进一步发展。许多外国朋友往往用“世界最进步的造船匠”来称誉我国船工。

我国古代造船技术的特点,是能创造出可以适应各种不同地理环境、各种不同性能要求的优良船型。例如,周代的方舟,是一种双体船。战国时期有舫船,也是两船并连在一起的双体船,不仅能提高稳性,更便于装货载人。汉代的楼船非常高大雄壮。三国时期海上大船长二十多丈。晋代卢循作八槽舰。南北朝时期祖冲之作千里船。唐代有海鹘船,又出现新型漕船叫歇艎支江船。宋代最大的车船(桨轮船),长三十六丈,宽四丈一尺。明代有郑和宝船,还有两头船、蜈蚣船、连环舟、子母舟以及其他新型船舰。连环舟分前后两截,前截冲炸敌船,后截脱环驶回。连环舟还长时期地用于民间运输,也很方便,在弯曲小河中可以分成两截,便于转弯。子母舟后部中空藏小船,入敌阵后发火和敌船同毁,战士乘小船返回。

我国船工还善于吸取几种优良船型的优点,综合起来,创造新船型。例如宋代的江海两用船,就是采用湖船底、战船盖、海船头尾的新船型。又如清初康熙年间的福州运木船,又称三不像船,它不像沙船,不像鸟船,不像疍船,实际上就是吸取了这三种船型的优点创造出来的新船型。