張衡的家族世代為當(dāng)?shù)氐拇笮?。他的祖父張堪,,自小志高力行,被人稱為圣童,,曾把家傳余財數(shù)百萬讓給他的侄子,。光武帝劉秀登基后張堪被任命為蜀郡太守,隨大司馬吳漢討伐割據(jù)益州的公孫述,立有大功,。其后又領(lǐng)兵抗擊匈奴有功,,被拜為漁陽太守。曾以數(shù)千騎兵擊破匈奴來犯的一萬騎兵,。此后在他的任期內(nèi)匈奴再也沒有敢來侵?jǐn)_,。他又教人民耕種,開稻田八千頃,,人民由此致富,。所以,有民謠歌頌他說:“張君為政,,樂不可支,。”張堪為官清廉,。伐蜀時他是首先攻入成都的,,但他對公孫述留下的堆積如山的珍寶毫無所取。蜀郡號稱天府,,但張堪在奉調(diào)離蜀郡太守任時乘的是一輛破車,,攜帶的只有一卷布被囊。
張衡像他的祖父一樣,,自小刻苦向?qū)W,,少年時便會做文章,。16歲以后曾離開家鄉(xiāng)到外地游學(xué)。他先到了當(dāng)時的學(xué)術(shù)文化中心三輔(今陜西省西安市一帶)地區(qū),。這一地區(qū)壯麗的山河和宏偉的秦漢古都遺址給他提供了豐富的文學(xué)創(chuàng)作素材,。以后又到了東漢都城洛陽。在那兒,,他進(jìn)過當(dāng)時的最高學(xué)府太學(xué),,結(jié)識了后來著名的學(xué)者崔瑗,與他結(jié)為摯友,。張衡興趣廣泛,,自學(xué)《五經(jīng)》,貫通了六藝的道理,,而且還喜歡研究算學(xué),、天文、地理和機(jī)械制造等,。但在青年時期,,他的志趣大半還在詩歌、辭賦、散文上,,盡管他才高于世,,卻沒有驕傲之情。平常從容淡泊,,不喜歡與俗人相交,。
漢和帝永元(89年—105年)年間,張衡被推舉為孝廉,,但他沒有接受,,公府幾次征召也不到。當(dāng)時,,國家太平日久,,自王侯以下,沒有不奢侈過度的,。張衡于是仿照班固的《兩都賦》,,殫精竭思十年,才作成《二京賦》,,用以諷諫朝廷,。大將軍鄧騭欣賞張衡的才華,多次征召他,,張衡都不應(yīng)命,。
公元100年(永元十二年),張衡應(yīng)南陽太守鮑德之請,,作了他的主簿,,掌管文書工作。八年后,,鮑德調(diào)任京師,,張衡即辭官居家。
張衡擅長機(jī)械,,特別用心于天文,、陰陽、歷算,。平常喜愛揚(yáng)雄的《太玄經(jīng)》,,對崔瑗說:“我看《太玄》,才知道子云(揚(yáng)雄字)妙極道數(shù),,可與《五經(jīng)》相比,,不僅僅是傳記一類,使人論辯陰陽之事,,漢朝得天下二百年來的書啊,。再二百年,,《太玄經(jīng)》就會衰微嗎?因為作者的命運(yùn)必顯一世,,這是當(dāng)然之符驗,。漢朝四百年之際,《玄》學(xué)還要興起來的呢,?!睗h安帝早就聽說張衡善術(shù)學(xué),公元111年(永初五年),,張衡被朝廷公車特征進(jìn)京,,被拜為郎中,再升任太史令,。于是研究陰陽,,精通天文歷法,制作渾天儀,,著有《靈憲》,、《算罔論》,寫得較為詳細(xì)明白,。雖然在漢順帝即位初年再調(diào)動它職,,但后來又任太史令,張衡任此職前后達(dá)14年之久,。他許多重大的科學(xué)研究工作都是在這一階段里完成的,。
張衡不慕當(dāng)世的功名富貴,擔(dān)任官職,,往往多年都不得遷升,。自從離開史官的職務(wù)五年后,又回到原職,。于是設(shè)客問體,,作《應(yīng)問》來表明自己的心跡,。當(dāng)時,,政事漸衰,宦官干政,。張衡于是上疏陳事,,勸諫順帝。
公元133年(陽嘉二年),,張衡升任侍中,,順帝任用他在自己身邊對國家的政事提出意見。順帝曾詢問張衡天下所痛恨的人,?;鹿賯兒ε滤f自己的壞話,都用眼睛瞪著他,張衡便用一些不易捉摸的話回答后出來了,。但宦官還是擔(dān)心張衡以后會成為他們的禍害,,于是群起毀謗張衡。張衡常想著如何立身行事,。認(rèn)為吉兇禍福,,幽暗深微,不易明白,,于是作《思玄賦》,,以表達(dá)和寄托自己的情志。
公元136年(永和元年),,張衡被外調(diào)任河間王劉政的國相,。劉政驕奢淫逸,不遵法紀(jì),;又有不少豪強(qiáng)之徒,,糾集在一起做亂。張衡到任后,,嚴(yán)整法紀(jì),,打擊豪強(qiáng),暗中探得奸黨名姓,,一時收捕,,上下肅然,他為政以清廉著稱,。任職三年后,,張衡上書請求辭職歸家,被征召拜為尚書,。
公元139年(永和四年),,張衡逝世,享年六十二歲,。
公元1109年(宋徽宗大觀三年),,張衡因算學(xué)方面的成就被北宋追封為西鄂伯。
后世稱張衡為“木圣”,。為了紀(jì)念張衡的功績,,聯(lián)合國天文組織于1970年將月球背面的一個環(huán)形山命名為“張衡環(huán)形山”,又于1977年將小行星1802命名為“張衡星”,,2003年,,國際小行星中心為紀(jì)念張衡及其誕生地河南南陽,將小行星9092命名為“南陽星”,。
地動儀
公元132年(陽嘉元年),,張衡在太史令任上發(fā)明了最早的地動儀,,稱為候風(fēng)地動儀。據(jù)《后漢書·張衡傳》記載:地動儀用精銅鑄成,,圓徑八尺,,頂蓋突起,形如酒樽,,用篆文山龜鳥獸的形象裝飾,。中有大柱,傍行八道,,安關(guān)閉發(fā)動之機(jī),。它有八個方位,每個方位上均有一條口含銅珠的龍,,在每條龍的下方都有一只蟾蜍與其對應(yīng),。任何一方如有地震發(fā)生,該方向龍口所含銅珠即落人蟾蜍口中,,由此便可測出發(fā)生地震的方向,。經(jīng)過試驗,與所設(shè)制,,符合如神,,自從有書籍記載以來,是沒有過的,。曾經(jīng)一龍機(jī)發(fā),,地不覺動,雒陽的學(xué)者都責(zé)怪不足信,,幾天之后,,送信人來了,果然在隴西地發(fā)生地震,,眾人于是都服其神妙,。自此之后,朝廷就令史官記載地動發(fā)生的地方,。
關(guān)于地動儀的結(jié)構(gòu),,流行的有兩個版本:王振鐸模型,即“都柱”是一個類似倒置酒瓶狀的圓柱體,,控制龍口的機(jī)關(guān)在“都柱”周圍,。這一種模型已被基本否定。 另一種模型由地震局馮銳提出,,即“都柱”是懸垂擺(見袁宏《后漢紀(jì)》),擺下方有一個小球,,球位于“米”字形滑道交匯處(即《后漢書·張衡傳》中所說的“關(guān)”),,地震時,,“都柱”撥動小球,小球擊發(fā)控制龍口的機(jī)關(guān),,使龍口張開,。另外,馮銳模型還把蟾蜍由面向樽體改為背向樽體并充當(dāng)儀器的腳,。該模型經(jīng)模擬測試,,結(jié)果與歷史記載吻合。
世界上地震頻繁,,但真正能用儀器來觀測地震,,在國外,是19世紀(jì)以后的事,。候風(fēng)地動儀是世界上的地震儀之祖,。雖然它的功能尚只限于測知震中的大概方位,但它卻超越了世界科技的發(fā)展約1800年,。
渾天儀
張衡在西漢耿壽昌發(fā)明的渾天儀的基礎(chǔ)上,,根據(jù)自己的渾天說,創(chuàng)制了一個比以前都精確,、全面得多的“渾天儀”,。
漏水轉(zhuǎn)渾天儀是一種水運(yùn)渾象。用一個直徑四尺多的銅球,,球上刻有二十八宿,、中外星官以及黃赤道、南北極,、二十四節(jié)氣,、恒顯圈、恒隱圈等,,成一渾象,,再用一套轉(zhuǎn)動機(jī)械,把渾象和漏壺結(jié)合起來,。以漏壺流水控制渾象,,使它與天球同步轉(zhuǎn)動,以顯示星空的周日視運(yùn)動,,如恒星的出沒和中天等,。它還有一個附屬機(jī)構(gòu)即瑞輪冥菜,是一種機(jī)械日歷,,由傳動裝置和渾象相連,,從每月初一起,每天生一葉片,;月半后每天落一葉片,。它所用的兩級漏壺是現(xiàn)今所知最早的關(guān)于兩級漏壺的記載,。
張衡在創(chuàng)作了渾天儀之后曾寫過一篇文章。此文全文已佚,。只是在梁代劉昭注《后漢書·律歷志》時作了大段引述而使之傳世,。劉昭注中把這段文字標(biāo)題為《張衡渾儀》。稱之為“渾儀”可能是劉昭所作的一種簡化,。在古代,,儀器的定名并不嚴(yán)格。雖然后世將“渾儀”一詞規(guī)范為專指觀測儀器,,但在隋,、唐以前,“渾儀”也可用于表演儀器,。
瑞輪莢
瑞輪莢是張衡別出心裁創(chuàng)造的自動日歷,,它模仿神話中奇樹蓂莢的特征,靠流水作用,,從每月初一開始,,一天出現(xiàn)一片葉子,到滿月出齊15片,,然后每天再收起一片,,到月末為止,循環(huán)開合,。這個神話曲折地反映了堯帝時天文歷法的進(jìn)步,。張衡的機(jī)械裝置就是在這個神話的啟發(fā)下發(fā)明的。聽謂“隨月盈虛,,依歷開落”,,其作用就相當(dāng)于現(xiàn)今鐘表中的日期顯示,。
指南車
張衡制造的指南車?yán)脵C(jī)械原理和齒輪的傳動作用,,由一輛雙輪獨轅車組成。車箱內(nèi)用一種能自動離合的齒輪系統(tǒng),,車箱外殼上層置一木刻仙人,無論車子朝哪個方向轉(zhuǎn)動,,木人伸出的臂都指向南方,。
計里鼓車
張衡創(chuàng)造的計里鼓車是用以計算里程的機(jī)械。據(jù)《古今注》記載:“記里車,,車為二層,皆有木人,,行一里下層擊鼓,,行十里上層擊鐲”。記里鼓車與指南車制造方法相同,,所利用的差速齒輪原理,,早于西方1800多年,。
獨飛木雕
張衡制作獨飛木雕,是模仿鳥類高空翱翔的滑翔翼型設(shè)計,。
地形圖
張衡也研究過地理學(xué),,根據(jù)他研究和考察的心得,畫過一幅地形圖,。唐張彥遠(yuǎn)《歷代名畫記》卷三云:“衡嘗作地形圖,至唐猶存,。”
張衡曾參加過在漢安帝延光二年(公元123年)的一次歷法大討論,,據(jù)《后漢書·律歷志》記載,張衡時任尚書郎,。這次大討論的起因是,有人從圖讖和災(zāi)異等迷信觀念出發(fā),,非難當(dāng)時行用的較科學(xué)的東漢《四分歷》,,提出應(yīng)改用合于圖讖的《甲寅元歷》。又有人從漢武帝“攘夷擴(kuò)境,,享國久長”出發(fā),,認(rèn)為應(yīng)該倒退回去采用《太初歷》。張衡和另一位尚書郎周興對上述兩種意見提出了批駁和詰難,,使這二宗錯誤意見的提出者或者無言以對,,或者所答失誤,從而為阻止歷法倒退做出了貢獻(xiàn),。張衡,、周興兩人在討論中還研究了多年的天文觀測記錄,把它們和各種歷法的理論推算進(jìn)行比較,,提出了鑒定,,認(rèn)為《九道法》最精密,建議采用,。的確,,《九道法》的回歸年長度和朔望月長度數(shù)值比《太初歷》和東漢《四分歷》都精密。
而且《九道法》承認(rèn)月亮運(yùn)行的速度是不均勻的,,而當(dāng)時其他的歷法都還只按月亮速度均勻來計算,。所以,,《九道法》所推算的合朔比當(dāng)時的其他歷法更符合天文實際,。只是如果按照《九道法》推算,將有可能出現(xiàn)連著3個月是30天的大月,,或連著兩個29天的小月等的現(xiàn)象,。而按千百年來人們所習(xí)慣的歷法安排,,從來都是大、小月相連,,最多過17個月左右有一次兩個大月相連,,絕無3個大月相連,更無2個小月相連的現(xiàn)象,。所以,,《九道法》所帶來的3大月或2小月相連的現(xiàn)象對習(xí)慣守舊的人是難以接受的。這樣,,張衡,、周興建議采用《九道法》本是當(dāng)時最合理、最進(jìn)步的,,但卻未能在這場大討論中獲得通過,。這是中國歷法史上的一個損失。月行不均勻性的被采入歷法又被推遲了半個多世紀(jì),,直到劉洪的《乾象歷》中才第一次得以正式采用,。
漢安帝永初(107年—113年)年間,謁者仆射劉珍、校書郎劉騊駼等人在東觀撰集《漢記》,,因而考定漢家禮儀,上疏請求讓張衡參加討論,,適逢二人逝世,張衡平時嘆息,,想完成這件事,。等到他任侍中時,,上疏請在東觀專門收檢遺文,,全力補(bǔ)綴。又條上司馬遷,、班固所記與典籍不合的十多件事,。還認(rèn)為王莽本傳,只應(yīng)記載篡奪皇位而已,,至于編年月,,記災(zāi)祥,應(yīng)改稱為《元后本紀(jì)》,。認(rèn)為更始帝居位,,人民沒有什么異議。光武帝最初是更始帝的將領(lǐng),,后來才即位,,應(yīng)該把更始年號建在光武之前。上書數(shù)次,,都沒被采納,。后來的著述,多未詳見于典籍,,時人感到遺憾,。
劉勰在《文心雕龍》中對此曾評價說:“張衡司史,而惑同遷固,,元平二后,,欲為立紀(jì),謬亦甚矣,。尋子弘雖偽,,要當(dāng)孝惠之嗣;孺子誠微,,實繼平帝之體,;二子可紀(jì),何有于二后哉?”
東漢讖緯之學(xué)風(fēng)行于世,,自東漢建國后,,儒生爭學(xué)圖緯,更附以妖言,。張衡認(rèn)為圖緯虛妄,,不是圣人之法。于是上疏認(rèn)為“國讖虛妄,,非圣人之法,。”并認(rèn)為“此皆欺世罔俗……宜收藏國讖,。一禁絕之,。”翦伯贊在《中國史綱要》中稱張衡為“反讖緯的思想家,?!?/p>
張衡掌握高明的機(jī)械技術(shù),據(jù)傳他當(dāng)時還制做過兩件神奇的器物,。一件是有三個輪子的機(jī)械,,可以自轉(zhuǎn);一件是一只木雕,,能在天上飛翔,。
關(guān)于木雕,《墨子·魯問》就有記載:“公輸子削竹木以為鵲,。成而飛之,,三日不下?!薄读凶印珕枴泛汀俄n非子·外儲說》都記載說,,墨子本人也造過能飛的木鳶。這些木鵲或木鳶大概是一種鳥狀的風(fēng)箏,。不可能是其他裝有動力機(jī)的,、如今日飛機(jī)之類的飛行器。因為當(dāng)時還不可能有連續(xù)運(yùn)行一日乃至三日之久的動力機(jī),。張衡的木雕,,大概也是一種風(fēng)箏。不過,,北宋類書《太平御覽·工藝部九》引《文士傳》中一段記載說:“張衡嘗作木鳥,,假以羽翮,腹中施機(jī),,能飛數(shù)里,?!边@里說到“腹中施機(jī)”,而且“能飛數(shù)里”,,因此,,過去有的作者認(rèn)為是一種飛機(jī)類的飛行器。但裝在飛行器上的動力機(jī)必須重量足夠輕而馬力足夠大,,并且還要求飛行器本身具有一定的適宜起飛上升的形狀等等,,這些條件在張衡時代沒有一條是能做得到的。所以,,張衡的木雕即使真的“腹中施機(jī)”,,那么,這種機(jī)也不會是動力機(jī),,而是一種裝在風(fēng)箏上用線控制飛行的操縱機(jī)構(gòu),。
關(guān)于三個輪子可以自轉(zhuǎn)的機(jī)械,古來就有不同意見,。南宋學(xué)者王應(yīng)麟認(rèn)為是一種記里鼓車,。這種車?yán)靡唤M齒輪系把大車轉(zhuǎn)動時車軸的運(yùn)動傳遞到一個木人的手臂上,使它過一里路時敲一下鼓,。這個設(shè)想看來不大符合“三輪可使自轉(zhuǎn)”的意思。敲鼓的動作一般是不當(dāng)作轉(zhuǎn)動看的,。另一種意見則認(rèn)為是一種指南車,。清代王先謙《后漢書集解·張衡傳》中引《宋書·禮志》:“指南車,其始周公作,,張衡始復(fù)創(chuàng)造”(按:這是《宋書·禮志》的摘引,,實非原文)。因此,,指南車的形象更符合于“自轉(zhuǎn)”的用詞,,因為不管下面輪子怎么轉(zhuǎn),車上的人只見到指南車木人的手指在自動地轉(zhuǎn)向南方,。
總之,,張衡在機(jī)械技術(shù)方面非常高明?!短接[·工藝部九》引晉代葛洪《抱樸子》:“木圣:張衡,、馬鈞是也?!备咚茖O的《緯略》也說“張衡,、馬忠號‘木圣’?!?/p>
崔瑗:①數(shù)術(shù)窮天地,,制作侔造化,。②于惟張君,資質(zhì)懿豐,,德茂材羨,,高明顯融。焉所不學(xué),,亦何不師,,盈科而逝,成章乃達(dá),。一物不知,,實以為恥,聞一善言,,不勝其喜,。包羅品類,稟授無形,,酌焉不竭,,沖而復(fù)盈。廩廩其庶,,亹亹其幾,,膺數(shù)命世,紹圣作師,。茍華必實,,令德惟恭,柔嘉伊則,,孝友祗容,。允出在茲,維帝念功,,往才女諧,,化洽民雍。愍天不吊,,降此咎兇,,哲人其萎,罔不時恫,。紀(jì)于銘勒,,永終譽(yù)兮,死而不朽,,芳烈著兮,。
夏侯湛:奕奕張生,秉德淑清,。研深綜理,,思俊才英,。實掌天地,幽贊神明,。冠曩興美,,傾漢流聲。匪唯天象,,亦垂人文,。有炳其猶,有鑠其新,。仰鑒遺籍,,馳心哲人。殊世投好,,百載交神,。奉命南邦,行出爾涂,。(闕一字)及隧首,,輟駕前衢。徘徊崇碑,,逍遙故墟,。企仰網(wǎng)瞻,長懷焉如,。昔在先賢,,唯德作友。古而無死,,愿言攜手。世則茲泯,,道乃(闕二字),。在珠詠隋,于璧稱和,。戢寶無雕,,人壽幾何?望兼京臺,,思逾俟河,。
鄭谷:張平子才高過人,性巧,,明天象,,善畫。
歸有光:賈生之通達(dá),,蔡邕之文學(xué),,張衡之精思,,卓茂之循良,李膺之高節(jié),,黃憲之雅度,,鄧禹之功勛,有不可一二數(shù)者,。
王夫之:何休,、鄭玄之治經(jīng)術(shù),京房,、襄楷,、郎顗、張衡之論治道,,始以鬼魅妖孽之影響亂六籍,。而上動天子,下鼓學(xué)士,,曰此圣人之本天以治人也,。
郭沫若:張衡(79-139)東漢末葉杰出的文學(xué)家,他的兩京賦在漢代文學(xué)中有優(yōu)越地位,。但在天文方面,,他也有獨到成就。年四十時(公元117年)制成渾天儀,,以觀察天體運(yùn)行,。其后十五年,又制成候風(fēng)地動儀,,以測候地震,。如此全面發(fā)展之人物,在世界史中亦所罕見,,萬祀千齡,,令人敬仰。
翦伯贊《中國史綱要》:渾天說的代表人物,,是東漢的太史令張衡,。張衡是有名的文學(xué)家,又是反讖緯的思想家,,也是杰出的科學(xué)家,。
范文瀾《中國通史簡編》:王充的著作,有益于科學(xué)思想,,張衡的發(fā)明,,推進(jìn)了科學(xué)知識。論衡與地動儀是東漢兩大創(chuàng)造,,王充與張衡是東漢文化界的兩個偉人,。
白壽彝:張衡是中國歷史上一個偉大的科學(xué)家和文學(xué)家,。他的文學(xué)創(chuàng)作反映了他在仕途生活中遭受的曲折和坎坷,他在辭賦,、詩歌和散文等方面都有優(yōu)秀的業(yè)績,,表現(xiàn)了獨創(chuàng)性。
錢偉長:張衡創(chuàng)渾天學(xué)說,,作渾天儀......其精巧為以前中外所未有,。張衡不但對于天文有很好的成就,他還發(fā)明了候風(fēng)地動儀,。同時,,他也是有數(shù)的文學(xué)家和藝術(shù)家。他死后崔瑗為之撰碑說他‘?dāng)?shù)術(shù)窮天地,,制作侔造化,。’無疑地像張衡這樣人,,在任何時代,,統(tǒng)可成為一個鳳毛麟角的人......張衡創(chuàng)造了渾天學(xué)說,說明天象的運(yùn)行原則,。根據(jù)他所測繪的星圖——‘靈憲圖’這便是現(xiàn)代‘假天儀’的原始鼻祖,。遠(yuǎn)在機(jī)械工業(yè)發(fā)展前約二千年的祖國,竟能發(fā)明制作出這樣精巧的儀器,,真是驚人而值得我們崇拜了,。漢代學(xué)者蔡邕參觀了這個儀器,曾經(jīng)有愿意終生偃臥在渾天儀里的感嘆,,足見張衡的偉大和渾天儀的精巧絕倫了,。
賴家度:張衡在一生中,努力學(xué)習(xí),,刻苦鉆研,,毫不倦怠和自滿,精益求精的前進(jìn),。不論在知識領(lǐng)域的那一方面,他的造詣都是廣博而精深的,;文學(xué)藝術(shù)上有他的優(yōu)秀作品,,天文歷算上有他的綜合研究,機(jī)械制造上有他的特殊技巧,,而在學(xué)術(shù)思想上他曾堅持著反圖讖的斗爭,,在政治實踐上他也曾有積極而進(jìn)步的活動;尤其在自然科學(xué)方面,,他有如渾天儀和地動儀等的空前發(fā)明,。這些豐富而珍貴的勞績,,在我們祖國和全世界的科學(xué)史上都占著崇高的地位,值得我們紀(jì)念和學(xué)習(xí),。
嚴(yán)濟(jì)慈:精儀揭天地,,科圣著千秋。
《恒星物理》:張衡‘在人類文化早期發(fā)展的時期就有實驗科學(xué)上的偉大發(fā)現(xiàn),,實為不可思議的奇跡,。’
《簡明不列顛百科全書》:張衡兩度任太史令,,是中國古代宇宙結(jié)構(gòu)理論渾天說的代表,。