中国古代科学家张衡

东汉时期，大约1800年前(公元117年)，一种由水力驱动的大型天文仪器“水上浑象”在东汉京都洛阳成功制造。二十年后(公元138年)，另一种仪器，位于京都洛阳的后峰地震仪，准确地报告了几千英里外的西部地震。这标志着人类用仪器记录和研究地震的新时代的开始。这两种著名仪器的发明者是东汉时期的一位伟大的科学家和作家张衡。张衡在中国古代天文学、地震学和机械力学方面做出了杰出的贡献。传说他还制造了指南车和基利鼓车，这两种车因其高水平的机械制造而被誉为“木圣人”。张衡的一生，张衡，生于汉武帝第三年(公元78年)，在南阳县谢县石桥镇，成了一个破败的官僚家庭(今河南南阳市以北50英里的石桥镇)。祖父张堪是当地的一名官员，是蜀和榆阳的知府。张衡年轻时，他的家庭已经衰败，有时他不得不依靠亲戚朋友的支持。正是这种贫困的生活使他能够接触到下层劳动人民和一些实际的生产生活条件，从而对他后来的科学创造产生了积极的影响。南阳当时是一个经济文化发达的地区，被称为“杜南”。张衡就是在这样的环境中长大的，他从小就努力学习。年轻时，他为后来的文学和科学生涯打下了良好的基础。由于家书记载不能满足张衡的求知欲，他离开家乡求学，16岁就成了一名著名的学者。他去了汉代的古都长安，参观了当地的名胜古迹，并参观了周围的山川、产品和风俗以及世界。后来，他去了当时的首都洛阳，在最高学府——商科学习。成为更有知识的学者。当时，当地*曾推荐他为“连笑”。*也多次邀请他当官员，但他拒绝了。张衡从小就对文学有着特殊的兴趣和研究。他有许多文学作品和不同的风格。有些形式短小精悍，注重抒情，如《还乡赋》。有的气势磅礴，广写风光，如《二京赋》；有些特点是突出的，如“四愁诗”和“同声歌”。永乐十二年(公元100年)，23岁的张衡被邀请回国，担任南阳太守鲍德的主簿，负责文书工作。在处理*事务时，他专注于文学创作。他以在长安和洛阳求学的经历为素材，花了十年时间对其进行精心的推敲和修改。永初元年(公元107年)，于安写了著名的《东京赋》和《西京赋》，素有“第二京赋”之称，广为流传。他的画也很出色。后来，鲍德被调走，张衡辞职回家了。为了笼络文人，控制*的皇帝邓芝派了几个人去邀请张衡做他的幕僚，以加强他的*。然而，张衡一方面不喜欢外戚的皇权，另一方面又想专心学习知识，但他坚决拒绝了。张衡三十四岁时，他的研究兴趣逐渐转向哲学和自然科学。他喜欢杨雄的哲学著作《神秘大经》。《太玄经》的内容涉及天文、历法、数学等，引起了他的极大兴趣。张衡也深受《太玄经》中一些朴素的唯物主义观点的启发。安雍四年(公元111年)，张衡应征入京，先后担任医生、最高法院官员和公车官。其中，太史令任职时间最长，历时14年。敕令是一个官员，负责观察天文现象，编辑日历，等待天气，并调整时钟法律(度量衡和旋律)。在他的任期内，他对天文历法的计算进行了细致的研究，并做出了巨大的贡献。汉代已经有三种关于天体运行和宇宙结构的理论:盖天论、浑天论和叶璇论。盖天说，天空是圆的，像一把张开的伞，地面是正方形，像一个棋盘。浑天说，天地的形状就像一个鸡蛋，天地的关系就像一个裹着蛋黄的蛋壳。叶璇说天空没有明确的形状和质量，太阳、月亮和五星(金、木、水、火和地球)漂浮在气体中。张衡根据自己对天体规律的认识和实际观察，认真研究了这三个理论，认为亨廷顿的理论更符合实际观察。他继承和发展了前人的亨廷顿理论，并大胆地提出了许多关于天文现象的新观点。张衡在西汉耿寿昌发明的浑仪的基础上，根据自己的浑仪理论，创造了一种比以前更精确、更全面的浑仪。创造了一个“浑天仪”，可以准确地表现浑天仪的思想。浑天仪是一个可以旋转的空心铜球。铜球上刻有28颗星星和其他星星的位置。有一根铁棒穿过球的中心。轴的两端象征着北极和南极。球体外有几个铜圆，代表地平线圆、子午线圆、黄道圆和赤道圆。二十四个节气刻在赤道和黄道上。张衡当时知道的所有重要天象都刻在浑仪上。为了使“浑天仪”能自动旋转，张衡还利用液压驱动齿轮的原理，利用从滴壶中滴落的液压动力驱动齿轮使空心铜球绕轴旋转。铜球以与地球相同的速度旋转。这样，坐在房间里的人可以从浑仪上看到天体的运动。从公元89年到140年，在东汉的都城洛阳和陇西发生了33次地震。特别是公元119年，洛阳等地接连发生两次大地震，促使张衡加强了对地震的研究。公元132年，他终于发明并制造了中国第一台地动仪。张衡制造的地动仪非常灵敏和精确。公元138年的一天，地动仪在距洛阳1000多英里的陇西准确地探测到了一次地震，表明他的精度达到了相当高的水平。欧洲在1880年才制造出类似的地动仪，比张衡晚了1700多年。在气象学方面，张衡还发明了一种测量风向的仪器——侯风义，也叫祥丰铜鸟。一只嘴里叼着一朵花的铜鸟被放在一根五英尺高的杆子上，这根杆子可以随风旋转。鸟头的方向是风向。这种仪器类似于欧洲的屋顶风标，但后者只是在12世纪才出现，比张衡的风标晚了一千年。张衡一生为中国的科学文化事业做出了突出贡献，是中国古代伟大的科学家之一。他学习谦虚、谨慎、勤奋。“就像四川之死一样，我不会日夜放弃”。几十年来，在我的职业生涯中，我一直表现出一丝不苟、不断改进、无所畏惧的能力和进取的研究风格。他不求名利的高尚品格更值得我们学习。永和四年(公元139年)，张衡请求不要回国。他被调到法院当部长，但他任职仅一年就去世了，享年61岁。《凌线》是张衡一生中最著名的天文著作。这是一本描述天、地、日、月、星及其运动的天文学理论著作，代表了张衡在天文学研究方面的成就。它总结了当时的天文知识。尽管其中有一些错误，但它仍然提出了许多先进的科学思想和独到的见解。例如，张衡在阐述亨廷顿理论时，虽然仍保留了旧的地平线概念，并提出了“天球”的直径，但他进一步明确指出，“天球”之外仍有空间。他说:「经历过这件事而且已逝去的人，是不知道的。如果一个人不知道或不知道，宇宙也被称为“宇宙”。宇宙的表面是无限的，宇宙的尽头是无限的。”也就是说，我们能观察的空间是有限的，我们不能观察的地方是一个无尽的宇宙。这段话清楚地提出了宇宙在时间和空间上是无限的这一观点，这是非常有价值的。张衡在《精神宪法》中指出，月亮本身不发光，而月亮是反射阳光的。他说:“丈夫的日子就像水，火会发光，水包含风景。因此，月亮生于太阳，灵魂生于太阳。在那一天，光将是充分的，在那一天，光将是耗尽的”(场景是阴影，而精神指的是月亮的不足部分)。他生动地把太阳和月亮比作火和水。火可以发光，水可以反射光。他指出，月光是由阳光造成的，有时月光看不见，因为阳光是隐藏的。当时他的观点非常新颖和正确。同时，张衡进一步解释了日食的原因。他说:“如果光不总是与白天的匆忙一致，躲在地下意味着黑暗和空虚。在星星中，星星很小；在月球上，他们吃东西。”这段话的意思是:“满月”在看月亮时应该是可见的，但有时不是，因为太阳被地球遮住了。他把地球阴影的黑暗之处称为“黑暗虚空”。当月亮穿过“黑暗虚空”时，就会发生月食。他精辟地阐述了日食的原理。至于“星星在天上时是暗淡的”这句话，据说当它们遇到“黑暗的空虚”时就消失了。现在看来，这种说法是不正确的。由于恒星离地球很远，而且大多是明亮的恒星，它们不属于像月亮一样的行星，所以没有恒星会进入地球的阴影并失去它的光。这是张衡的不足之处。也可以看出，在那个时候，古代的研究不可能是完美的。今天的人们也是如此。做任何事情都不可能绝对正确，但我们必须最大限度地正确反映客观现实。此外，张衡还计算了《灵修》中太阳和月亮的角径，记录了中原洛阳观测到的2500多颗恒星、124颗普通恒星和320颗恒星的名称。这与现代天文学家观察到的结果非常接近。张衡的另一部天文著作《浑天仪图册》也确定地球绕太阳一年所需时间为“365度，一周四个刻度之一”，与现代天文学家测量的365天、5小时、48分46秒非常接近，表明张衡的天文学研究达到了较高的水平。