数穷天地,制作造化——张衡

游都邑以永久,无明略以佐时;徒临川以羡鱼,俟河清乎未期。感蔡子之慷慨,从唐生以决疑。谅天道之微昧,追渔父以同嬉;超埃尘以遐逝,与世事乎长辞! ——张衡 ·《归田赋》

河南省,南阳市。

现在的南阳,只是一个不知道被排到几线的、在河南省内还算不错的地级市。而说到南阳的名人,估计八成以上的人第一反应都是“臣本布衣,躬耕于南阳”的诸葛丞相。不错,喜欢《三国志》系列的一定对游戏中的宛城印象深刻,这是处在中原腹地、战略位置非常重要的大城。宛城其实才是南阳郡的郡治所在地,诸葛丞相玩农家乐的新野,只是南阳的郊区县罢了。

在历史上,南阳是一所历史可以追溯到春秋时期的名城,是当年天命之子光武帝刘秀和云台二十八将的起家之地。在东汉,南阳号称“帝乡”,满朝权贵半出于此,着实是根正苗红的革命老区。

当然,南阳所出现过的牛人也并不是只有光武帝和诸葛武侯。再向前追溯千年,还有著名的玉虚宫毕业高材生左封神榜右打神鞭七十岁以后才创业成功但依然是个妻管严的谋圣姜子牙、功成身退从国家领导人变成世界首富携有故事的前选美冠军现大国王妃归隐江湖的商圣范蠡等一众强者。这些人以后我们自然会一一道来,不过今天要讲的不是他们,而是一个常出现在科普书彩页上的名字——张衡。

张衡是东汉中期人,他的祖父张堪当年搭上了光武帝的创业快车,不仅顺利做到了太守的高位,而且为人品性极好,声誉极高。“乐不可支”这个成语,就是出自当时治下百姓们歌颂张堪的童谣:“桑无附枝,麦穗两歧,张君为政,乐不可支”。当官当到这个份上,可以算是名垂青史了。

出生在名门望族中的张衡,从小就性格沉稳、品行高洁,和他的祖父有很多共同之处。十六岁时,张衡成功考上了首都洛阳太学,拿到了人人羡慕的好学历。在同学们的眼中,这个清瘦帅气的小伙子“善机巧,尤致思于天文、阴阳、历算,常耽好玄经”,是个笼罩着神秘色彩的人物,和其他的年轻人颇有不同——

嘛,用现在的话来说,张衡同学其实是个技术宅……

汉代之时,可学的东西并不太多。春秋战国时期虽然有过百家争鸣的思想大爆发,但经过始皇帝的焚书坑儒、董仲舒的独尊儒术,真正流传于世的典籍已经很少了。汉初曾经一度流行过的黄老之学、刑名之学被儒学逐渐压倒、吸收,孔子所创立的原始儒学,被汉代人不断改造,最终形成了一个名叫“经学”的怪物。

汉代,孔子见老子图

如果一定要形容的话,汉代经学就好像是对孔子原始儒学的神化。孔子之外的文章都被经学舍弃了,只留下了《诗》《书》《礼》《易》《春秋》这几本。汉代之儒,用了种种繁复的文字来解释这薄薄的几本书,据说当时的大儒秦延君,光解释《书》中的“尧典”两个字,就写了十几万字的专著。这种行为,就像佛教高僧讲经时能把“如是我闻”几个字讲成一本厚书一样,是一种完全过度的、无意义的解读。

更可怕的,是汉代经学将谶纬之说列入正式的学问,开始光明正大的搞迷信。谶纬,指的是各种预言和占卜,比如现在大家所熟知的《推背图》、始皇帝时的“亡秦者胡也”,就是最有名的谶纬。当年刘邦斩白蛇而起家,随后的新皇帝王莽、光武帝刘秀的发家过程中也满是谶纬的身影。也正是因为这些原因,使得汉代朝廷对谶纬一直持有暧昧、甚至是支持的态度。很多“大师”千方百计的将谶纬和经学结合起来,将这些毫无根据的传说解释的上承天命、下顺儒学,很是博得了朝廷的欢心。

我最喜欢的一件谶纬T恤 ^_^

于是乎,这种又枯燥又迷信的玩意,反而成了为汉代官方所认证的官学。朝廷专门设立了“五经博士”的职称,认可这些大师们晦涩难明的学说。无数的士人为求一个好的出身,终其一生都在学习这些又苦又难还毫无意义的东西,“白首而不能通一经”的大有人在。

本来对太学颇有期待的张衡倍感失望。出身于名门望族的他,从小接触的是祖父和族中大儒们所解释的经文真意,而不是那些太学生们终日苦苦背诵的枯燥教条。至于谶纬——聪明人都知道,谶纬迷信卜卦算命这类东西就是用来忽悠蠢货的智商税。缺乏知识和眼界的愚民们信还情有可原,一个真正掌握了思想和知识的人怎么会去相信这东西呢?

在张衡的心目中,真正的学识,应该是自洽的、完整的、有意义的。这些学识不应该是毫无益处的空谈或者全无根据的臆想,而是要能够真正解答世界上种种的未知。这些学识也不应该是混乱矛盾的,而是要精妙的构成一个完美的整体,仿佛是一台万能的机械一样。

儒学可以满足张衡的需求吗?孔子的儒学是自洽的,可以教会你如何和人相处,教会你社会的规则,可以搭建起一个很好的道德架构。但儒学是模糊的,既无法解释人的内心,更无法解释世间万物、日月星辰运转的奥秘。

文学可以满足张衡的胃口吗?文学一道,浩荡无涯,但终归只是文字排列的游戏。文字有穷,排列也有穷,精通数算的张衡知道,总有一天,人们可以发现所有的排列,创作出所有不朽的作品。

除了这些之外,还有哪些知识是值得追求的呢?

张衡将目光投向整个天地。“上下四方曰宇,古往今来曰宙。宇之表无极,宙之端无穷”,古代华夏的哲人们,很早就有了空间和时间的概念,并且从一开始就认为,不管是代表空间的“宇”还是代表时间的“宙”,都是无限无穷的。以天地之大,在宇宙之中,也不过只是一粒微尘而已。

尽管宇宙的广大远超人力所能探索的极限,但并不代表宇宙是不可知的。中国的智者们坚信,虽然宇宙无边无际,但总有某种存在先于宇宙而生。“有物混成,先天地生。寂兮寥兮,独立而不改,周行而不殆,可以为天下母。吾不知其名,强字之曰道,强为之名曰大。”

这名叫“大道”的存在看似虚无缥缈,但却永恒不变,宇宙万物不仅因其创生,更是无时无刻的依其运转。“吾生也有涯,而知也无涯”,如果能用有限的人力去找到这大道,那是否就可以明了整个宇宙的无限奥秘了呢?

这才是值得赌上一生去追寻的知识啊!

家境优渥,不需要为了温饱而劳作的张衡拒绝了朝廷的一再征召,将自己的闲暇时间都投入到针对大道的研究中。他先是从老子、杨雄等人的著作入手,继承了他们关于“道”和“玄”的理念后,随即开始尝试用自己的方法去寻找具体的理论和道路。

他选择的道路是数学、天文和机械。张衡意识到,要真切的寻找到宇宙的大道,单凭纯粹的哲学思辨是不够的。只有以数学为工具、以机械为轨尺、以群星为目标,才有希望触摸到大道的边缘,寻找到终极的真理。

张衡在家一宅就是十余年。这期间,虽然曾经应南阳太守的邀请,做过几年负责推行教育的地方官员,但他的心思完全不在仕途之上。当赏识他的太守一离任,他就立刻辞官回家,继续钻到他摆满纸张和模型的屋子中去。在研究的闲暇之余,他也会在计算草稿的背面写些诗赋,作为放松大脑的娱乐——

没错,常常作为古代科学家出现在课本上的张衡,其实也是汉代最著名的文学家之一。记得第一次读《汉魏六朝诗选》时,前几首就出现了张衡的《四愁诗》,当时很是吃了一惊,以为汉朝居然有两个张衡。仔细看了注释才知道,原来张衡是真正文理兼通的全才:

我所思兮在太山。欲往从之梁父艰,侧身东望涕沾翰。美人赠我金错刀,何以报之英琼瑶。路远莫致倚逍遥,何为怀忧心烦劳。我所思兮在桂林。欲往从之湘水深,侧身南望涕沾襟。美人赠我琴琅玕,何以报之双玉盘。路远莫致倚惆怅,何为怀忧心烦伤。我所思兮在汉阳。欲往从之陇阪长,侧身西望涕沾裳。美人赠我貂襜褕,何以报之明月珠。路远莫致倚踟蹰,何为怀忧心烦纡。我所思兮在雁门。欲往从之雪雰雰,侧身北望涕沾巾。美人赠我锦绣段,何以报之青玉案。路远莫致倚增叹,何为怀忧心烦惋。

仔细品味,这首诗继承了《诗经》中那种主题循环重复,咏唱不绝的特点,又带有《楚辞》里特有的“兮”字助词和香草美人的比拟手法。不但有继承,这首诗更重要的是已经脱离了诗经和楚辞的基本句式,俨然已经是后来的七言诗风格,比后来的曹家父子还早了好几十年。在中国文学史上,这首诗是有据可考的最早七言诗,有着承上启下的重要地位。后来的鲁迅老爷子也很喜欢这首诗,甚至还仿了一首作为白话诗的开篇,也是颇有深意了。

至于这首诗的内容,主流的解释是张衡忧国忧民,以美人比喻君子,以路途艰险比拟小人,抒发自己报国无门的感慨等等。不过我倒是觉得,张衡在一生中并没有表现出多少对官场的热衷,硬说他愿意投身边境报效国家似乎有些牵强。还不如撇开那些高大上的帽子,单纯将这首诗当作一首情诗来看,反而更能体会到诗中那求之不得的婉转之美。

汉代文学,最流行的是赋。当年司马相如作《子虚》《上林》赋、班固作《两都赋》,极尽华美之能,为众人所传唱。仿照前辈,张衡也作了《二京》、《思玄》、《归田》等赋,将这一文体从一味的宏大奢华导向更加轻灵自然的抒情叙志,是汉赋发展中的重要革新。

尽管在文学一道上取得了如此多的、足以令他载入史册的成就,但这些终归只是张衡眼中的小道。他并没有在这上面花费太多的时间,而是继续专注在他的天文观测和计算中。

不过事实总是很讽刺。他苦心钻研的成果无人得知,倒是他随手写下的诗赋很快传扬开来,为他大大的刷了一番名声。在张衡三十多岁时,朝廷一再征召他,实在无法拒绝朝廷意愿的张衡只好出山,带着他的研究心血赶赴京城,在朝廷中出任了郎中的官职。

汉代郎中这个职位有点像皇帝的秘书和顾问角色,主要职能是跟随在皇帝身边,处理皇帝的各项杂事。张衡起初是被安排去整理历史典籍,结果这个技术宅直接将自己缜密的逻辑思维应用到了历史研究上,提了一大堆让皇帝哭笑不得的建议——例如他认为光武帝刘秀在从属关系上算是更始皇帝的将领,所以东汉的纪年应该再向前推几年,将更始皇帝即位的那年算作光武元年,那就很科学了。

某种意义上来说,这种解释也没错,但真这么做的话不是挖开国皇帝的黑历史,打东汉的脸吗?提了几次这样的建议后,皇帝也逐渐认清了张衡的特长,于是就让他升官去做太史令——别看名字中带有史字,但这个官职并不是去修史,而是掌管朝廷历法、天文观测、地理变迁等最贴近自然科学的工作。在东汉,这职位相当于是皇家科学院的院长了。

这真是个对张衡胃口的工作!不管原来张衡多么勤奋,毕竟都是一个人在战斗。现在有了一个帝国的资源支持,他终于可以实现自己最狂野的梦想,将那些只存在于脑海中的精妙构思变成现实了。

张衡在太史令的位置上工作了十多年,主持汉帝国的科研观测工作,同时还设计建造了一系列著名的机械:浑天仪、地动仪等等。浑天仪体现的是张衡所继承和更新的“浑天说”宇宙模型,他认为天地悬浮在宇宙的正中,日月星辰距离大地有远有近,围绕着大地运转不休——这个思路和古希腊学者们提出的地心说非常相似。虽然以现在的眼光来看,提倡地球和日月星辰都是浮游在虚空之中相互盘旋运转的“宣夜说”更符合真相,但浑天说和地心说对于当时的观测计算而言,已经是很够用的了。

后世仿作的张衡浑天仪

在他的天文著作《灵宪》中,张衡提到天上的星辰“常明者百有二十四,可名者三百二十,为星二千五百,而海人之占未存焉。微星之数,盖万一千五百二十”。换而言之,张衡带领着东汉的天文观测机构,编制了一份三千颗星星的星表,并且通过观测,统计了可以看到的上万颗星星,这一数值甚至比现代天文学统计的肉眼可见星表还多。对于还没有发明望远镜的汉代来说,这确实是一项伟大的成就。

而且张衡所做的不仅仅只是观测。他的浑天仪是一颗巨大的金属圆球,球面上铸造出了他们所观测到的星座和数千颗星辰。在精巧的水力机械推动下,这颗圆球可以和真实的天空一起同步旋转,让球面上星辰的位置和实际的星辰保持惊人的一致。圆球的外面,还套着代表地平、黄道、赤道等线的铜环,上面标记了精准的时辰、节气、月相。这台精密的仪器被安置在灵台——汉代的国家天文台——之下的密室中,据说制成之后,汉帝国的天文观测人员就分为两组,一组在密室内记录浑天仪上显示的天象,一组在外观测真实的天象,二者吻合的天衣无缝。

灵台,东汉帝国天文台的遗址

在当时的技术条件下,完成这样的一台仪器简直是神迹。这不仅需要大量的、精确的测量,同时还需要具备出色的数学水平和几近完美的机械工艺。如果不掌握比较精确的π值,如何准确铸造巨大的圆球和铜环?没有大量的统计和计算,如何能得出“周天三百六十五度又四分度之一”这和现代观测几乎一致的数值?没有足够的机械水平,如何制造出精密的水力组件来推动浑天仪的自动运转?

而更令人惊叹的,是张衡所制造的地动仪。在《后汉书》中,对巧夺天工的浑天仪记载只是“作浑天仪”四字一带而过,但对地动仪却大加记录:

“阳嘉元年,夏造候风地动仪。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,下有蟾蜍,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,伺者因此觉知。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,未之有也。尝一龙机发而地不觉动,京师学者咸怪其无征,后数日驿至,果地震陇西,于是皆服其妙。自此以后,乃令史官记地动所从方起。”

地动仪是人类制造的最早的地震测量仪器,很多人把它当成地震预测仪,这是错误的理解。关于地动仪的真实性和复原,是科技史上一件争执了很久的事情。反对者认为,以当时的技术,不可能制作出足以精确测量地震的仪器;赞同者则认为,作为史书上如此大篇幅郑重其事记录下来,还特意注明经过多次验证“合契若神”的对象,地动仪的真实性值得肯定。科技考古学家们虽然制造了不少地动仪的复制品,但因为谁也不知道张衡地动仪的核心原理,所以造出来的都是徒有其型,但并没有真正测震作用的摆设。

最出名的地动仪仿制品,但真实的样子和原理我们并不知道

前后担任了二十年太史令和其他官职后,张衡辞职回乡继续做研究,六十二岁时去世。他去世后,种种著述就逐渐散失。等到了东汉末年的乱世,张衡的浑天仪、地动仪等一系列精密的仪器也都在战火中毁之一旦。他的大量科学著作和观测记录,真正流传下来的,只有部分诗赋和《灵宪》的残篇而已(其中有部分记录在《晋书·天文志》所收录的《浑天仪注》中)。即使是在这只剩寥寥一千多字的残篇中,就已经能够看到张衡在天文学上的一系列成就:

“浑天如鸡子,天体圆如弹丸,地如鸡子中黄,孤居于内,天大而地小。天表里有水,天之包地犹壳之裹黄。天地各乘气而立,载水而浮。”

可以,这很地心说!

“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,故二十八宿半见半隐。其两端谓之南北极。北极乃天之中也,在正北出地上三十六度,然则北极上规径七十二度常见不隐;南极天之中也,在南入地三十六度,南极下规七十二度常伏不见,两极相去一百八十二度半强。天转如东毂之运也,周旋无端,其形浑浑,故曰浑天。”

这段里面有大量的数字,准确地说明了“周天”,也就是太阳绕地球一周的时间(地心说的概念,其实就是一个太阳年的时间)、天球南极北极点的角度等等。以对一个太阳年的测量为例,张衡得出的结果是 365 天 6 小时,和现在所测得的准确结果 365 天 5 小时 48 分 46 秒误差很小。

“八极之维,径二亿三万二千三百里,南北则短减千里,东西则广增千里。”

这个数很有趣……如果说这是计算的地球直径,那就大的离谱。但如果说这是计算的地球和太阳之间的距离(也就是地心到浑天球壳的距离),那其实和 1.496 亿公里的现代测量数值相当。南北短、东西长的描述,也和现在实测的地球两极扁、赤道鼓的现象非常符合。

“悬象着明,莫大乎日月。其径当天周七百三十六分之一,地广二百四十二分之一。”

这是描述的太阳和月亮的角直径——从地球看起来太阳月亮在天球上的大小。张衡算出来的是 29度 21 分,和现在的实测值 31 度 5 分很近似。

“月光生于日之所照,魄生于日之所蔽,当日则光盈,就日则光尽也。当日之冲,光常不合者,蔽于他也。是谓暗虚。在星星微,月过则食。”

张衡在这里很明确的指出,月光其实是反射太阳光的结果,月亮的暗处其实是太阳被(地球)遮住的阴影。当月亮进入太阳光被挡住的“暗虚”区域,就会出现月食。

每次看到这些阐述的时候我都会想,如果张衡所建造的机械能够流传,如果他的著述能被完整保存,那中国古代的科技会不会在他的启发下跨上一个新的高峰?东方的文明,并不缺乏理性思维的能力和超凡卓绝的头脑,这一点已经被张衡、刘徽、祖冲之、沈括和近现代无数的科学大家们所反复证明了。

可惜这终究只是美好的幻想而已。不得不承认,东方传统文明把天赋全都点在了封建制度、官僚体系、开荒种田、军事战斗、文化传统这些上面,而完全忽略了科学思想这一条分支。张衡等人虽然可以凭借着自己的聪明才智带来短暂的爆发,但没有完整体系的支持,这些辉煌的成果只是昙花一现,很快就湮没在历史之中。

这种选择有利有弊。东方文明凭借自己的天赋,建立起了一个绵延数千年而不断绝的中央帝国。但天赋树的短板,也让这个帝国在近现代吃够了苦头。如何平衡各系天赋,利用有限的点数达到最优的效果,确实是一门学问。

回到张衡这个特例身上。我们推崇张衡,并不单单因为他制造了浑天仪、地动仪这些精妙绝伦的机械——春秋战国时期就有名匠鲁班,后世也有大把的巧手匠人,中国人在制造上并不缺乏天赋和惊人的成果。我们推崇张衡,也不仅仅因为他的学识横跨了天文、地理、数学、机械、文学等当时几乎的所有知识领域,是一位全能的通才。我们之所以推崇他,是因为某种意义上来说张衡是中国有史以来的第一位科学家、第一位科技工作者。

我们现在总是说“科技”这个词,但在古代并没有“科技”,只有“科学”和“技术”——两个互不相交的词汇。科学是士大夫和贵族们的清谈,是高高在上虚无缥缈的理论研究,有时近乎于玄学;技术是匠人们手上的老茧、是一锤一凿慢慢锻造出的零件,全凭实践总结出来的经验。科学和技术的大规模结合,是到了近代,在欧洲的科学启蒙中实现的。正是科学和技术的对接与融合,才有效促进了人类文明的迅速爆发,给我们带来了这个神奇的现代社会。

张衡虽然不是一个穿越者,但是却摸索到了现代科学的核心精神——以数学为工具做准确定量的研究,大胆假设可以解决问题的理论,在理论指导下制造实验工具,通过实验和观测来小心求证。这样的核心精神,让他超越了那些空想的科学家和只靠主观经验的匠人,成为古代科技史上最为耀目的存在。

三百年后,当范晔拿起史笔开始撰写《后汉书》的时候,他也模糊的感觉到,在整个两汉历史上,张衡都是一个很特殊的存在:不是名将,不是能吏,不是豪门,不是方士,但却比这些角色都重要。在《后汉书》中,张衡不仅独占一章,而且范晔在卷末还评论说“故知思引渊微,人之上术”,认可张衡最为宝贵的,是他探索天地的思路和精神。

虽然张衡的大部分著作和种种发明都失传了,但和他那些在有限条件下发现的相对真理相比较,我倒是觉得对现代人更宝贵、更值得参考的是他的精神——不仅有和现代文明相符合的科学精神,还有坚决反对迷信谶纬的斗争精神:

“衡以图纬虚妄,非圣人之法,乃上疏曰:此(迷信谶纬)皆欺世罔俗,以昧势位,情伪较然,莫之纠禁。譬犹画工,恶图犬马而好作鬼魅,诚以实事难形,而虚伪不穷也。宜收藏图谶,一禁绝之!”

张衡在向皇帝的上书中举了一个很好的例子。人们之所以相信迷信,就像画家不画骏马而去画鬼神。因为他没有足够的水平画好人人可见的骏马,所以才去画没有实例的虚伪鬼神,这样别人就无法批评他画的好不好了。所以迷信自然有其市场,想靠民众的自觉去杜绝迷信不现实,朝廷应该宣扬教化,查禁这些迷信活动。

但要做到这一点很难。即使是在两千年后的现代,在科技已经很发达、每个人都在享受着进步的便利时,还有人使用科技带来的渠道拼命传播着愚昧落后的思想,还有人宁愿去相信迷信算命鬼神、相信一些古老落后的宗教,也不肯用科学的思路和眼光去看待这个世界。

为何会如此?之所以有很多人相信迷信而不相信科学,是因为相信科学的成本更高,需要一定的学习和知识基础才能做到。而相信迷信并不用成本,只需要愚昧和盲从就够了。就像经济学中的劣币驱逐良币一样,在思想的领域,反而是成本更低的迷信容易击败成本更高的科学!

其实任何人只要像张衡一样,仰望一下繁星点点的夜空,稍加思索就应该明白:在这浩瀚无垠的宇宙中,人类的历史和疆域实在是微不足道的。天穹之上,只有无穷无尽待探索的未知,只有推动这个世界浩浩运行的真理,哪有什么上帝鬼神的位置?就算一定要为这真理找一个拟人化的寄托,那也是爱因斯坦所推崇的、斯宾诺莎的上帝——名为上帝,写作自然,读作科学。这才是人类得以脱离动物、主宰这颗星球的根本原因。是继续向前一步,踏入无边星海;还是向后倒退,重新成为茹毛饮血的动物?这个群体的未来,其实就在每个个体的选择之中。

PS. 标题图借用了一个梗,请大家不要当真 ^_^

未经允许不得转载:我的知识库 » 数穷天地,制作造化——张衡

觉得文章有用就打赏一下文章作者

支付宝扫一扫打赏

微信扫一扫打赏