“接下来，我说一些无关历史的仪器”，邹学明笑着说，“让你们知道我们机械设计可以用在方方面面，而且来源比较早。

最早在于新石器时代，人们打磨石头和骨头为己所用，后来慢慢扩大范围，陶器制造也属于机械设计的开始，因为凡是能用的材料都可以用做机械设计。原始社会人类发展了杠杆原理，进行长棍抬重物分担总重力。

后来，许多遗址都有发现人类对球或圆形的便利性应用，比如石料的运送等。青铜器的出现让机械设计面更广了，量器可以分力等等。冷兵器时代随着铁的冶炼成功，青铜器不再仅限于储存实物，也因为力的压强可以切割实物，这在原始社会的新石器时代打磨工具时，就已经用到。而青铜器的不耐高温让铁更受欢迎，而硬度较大，所以越高级的将领的含铁量越高。

随着冶炼技术的提高，人们不再局限于青铜器，秦国一统天下，铁制品的兵器被重新应用，大量的铁用于农业生产，而少部分铜做为货币等流通于世。但是，还有部分青铜器被民间流传。而将铁用于耕地有利于机械生产，况且随着金的出现，铜钱的地位也下降，普通民众都可以接触到铜。但是农业的发展，让生产力得到发展。

‘文景之治’时，休养生息政策让农业发展很快，灌溉技术有了发展。那就是流体力学的普遍应用，人们不再靠天吃饭，学会改造环境，水车灌溉的作用是将动能转化成机械能，再改变流体，变为动能。从牛的地位可以看出铁已经在田地耕种中占有重要地位。铁不再局限于君王和将领的兵器，而推广于农业。农具的设计也是机械设计变得具体化，而墨家机关的传承更是为机械设计增添了神秘色彩。

这里简单说说阿峰没说到，也涉及的天文领域。

地动仪是中国东汉时期的科学家张衡创造的传世杰作。

张衡初造地动仪的时间不详，复造于汉顺帝阳嘉元年也就是公元132年，是世界上第一架地震仪，也是有史以来人类第一次运用科学手段来测定地震方向的器具。

地动仪有八个方位，它们分别是东、南、西、北、东南、西南、东北、西北，每个方位上均有含龙珠的龙头，在每个龙头的下方都有一只蟾蜍与其对应。任何一方如有地震发生，该方向龙口所含龙珠即落入蟾蜍口中，由此便可测出发生地震的方向。

张衡所处的汉朝东汉时代，地震比较频繁。据《后汉书·五行志》记载，自邓太后摄政的永初元年也就是公元107年，到汉安帝延光四年也就是公元125年，的十八年间，几乎年年大地震。地震区有时大到四十二个郡国，引起地裂山崩、房屋倒塌、江河泛滥，造成了巨大的损失。张衡对地震有不少亲身体验。为了掌握全国地震动态，他经过长年研究，终于在阳嘉元年也就是公元132年，发明了候风地动仪──世界上第一架地震仪。当时利用这架仪器成功地测报了西部地区发生的一次地震，引起全国的重视。这比起西方国家用仪器记录地震的历史早一千七百多年。

汉顺帝阳嘉三年十一月壬寅也就是公元134年12月13日，地动仪的一个龙机突然发动，吐出了铜球，掉进了那个蟾蜍的嘴里。当时在京师也就是今洛阳，的人们却丝毫没有感觉到地震的迹象，于是有人开始议论纷纷，奇怪地动仪不灵验。没过几天，陇西也就是今GS省天水地区，有人快马来报，证实那里前几天确实发生了地震，于是人们开始对张衡的高超技术极为信服。陇西距洛阳有一千多里，地动仪标示无误，说明它的测震灵敏度是比较高的。

但由于历史久远张衡地动仪已经失传，没有留下实物与图样只留下一些简略的文字记载。

现代以来中外很多人为复原张衡地动仪做了很多努力，在历史文献中新发掘出了一些关于张衡和他的地动仪的文字记载。

南朝范晔也就是生于398年，死于公元445年)，根据前人撰述的几十种有关后汉的历史著作，编写成《后汉书》。其中，《后汉书·张衡列传》记载候风地动仪共196字也就是说，‘阳嘉元年，复造候风地动仪。以精铜铸成，圆径八尺，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。’

晋袁宏生于公元328年，死于公元376年，的《后汉纪·顺帝纪》记载候风地动仪的话就是，‘衡作地动仪，以铜为器，圆径八尺，形似酒樽，合盖充隆，饰以山龟鸟兽。樽中有都柱，傍行八道，施关发机；外有八方兆龙，首衔铜丸，蟾蜍承之。其牙机巧制，皆隐樽中，张讫，覆之以盖，周密无际，若一体焉。地动摇樽，所从来龙机发则吐丸，蟾蜍张口受之。丸声震扬，伺音觉知，即有龙机，其余七首不发，则知地震所起从来也。合契若神，自此之后，地动史官注记，记所从方起。来观之者，莫不服其奇。’

西晋司马彪出生不详，死于公元306年，在《续汉书》记载候风地动仪的话是‘张衡性精微，有巧艺。作地动仪，以精铜铸其器，圆径八尺，形似倾樽；其盖穹隆，饰以篆文；外有八龙，首衔铜丸，下有蟾蜍承之。其牙发机，皆隐在樽中，周密无际，如一体焉。地动机发，龙即吐丸，蟾蜍张口受丸，声乃振扬。司者觉知，即省龙机，其馀七首不发，则知地震所从起来也。合契若神，观之莫不服其奇丽。自古所来，未尝有也。’也是取自北宋的李昉所著《太平御览·工艺部》。

对于三个记载候风地动仪的史书，《后汉纪》比《后汉书》早约69年，《续汉书》比《后汉书》早约139年，从记载的原始性看，《续汉书》优于《后汉纪》，《后汉纪》又优于《后汉书》。

地动仪的最重要的作用是记录地震，那么关于它的记录有迹可循。

一些科技史著作声称，张衡在公元132年制造的‘候风地动仪’能够准确记录地震，比西方第一台地震仪也就是由意大利人路吉·帕米里制造于1856年，早了1700多年。

主要原理是什么呢？请听我说。

据学者们考证，张衡在当时已经利用了力学上的惯性原理，‘都柱’实际上起到的正是惯性摆的作用。同时张衡对地震波的传播和方向性也一定有所了解，这些成就在当时来说是十分了不起的，而欧洲直到公元1880年，才制成与此类似的仪器，比起张衡的发明足足晚了一千七百多年。关于地动仪的结构，流行的有两个版本，一个是王振铎模型也就是公元1951年，即‘都柱’是一个类似倒置酒瓶状的圆柱体，控制龙口的机关在‘都柱’周围。这一种模型最近已被基本否定。另一种模型由地震局冯锐也就是公元2005年，提出，即‘都柱’是悬垂摆，摆下方有一个小球，球位于‘米’字形滑道交汇处，这就在即《后汉书·张衡传》中所说的‘关’，地震时，‘都柱’拨动小球，小球击发控制龙口的机关，使龙口张开。另外，冯锐模型还把蛤蟆由面向樽体改为背向樽体并充当仪器的脚。该模型经模拟测试，结果与历史记载吻合。那么，地动仪的内部结构究竟什么样子，有不少学者对此作过探讨。早在南北朝时，北齐信都芳撰《器准》，隋初临孝恭作《地动铜仪经》，都对之有所记述，并传有它的图式和制作方法。可惜的是唐代以后，二书均失传。今人的研究则以王振铎之说影响最大。王振铎根据前人的猜测，讨论了地动仪内部可能有的各种结构，最后推断都柱的工作原理与近代地震仪中倒立式震摆相仿。具体说来，都柱就是倒立于仪体中央的一根铜柱，八道围绕都柱架设。都柱竖直站立，重心高，一有地动，就失去平衡，倒入八道中的一道。八道中装有杠杆，叫做牙机。杠杆穿过仪体，连接龙头上颌。都柱倾入道中以后，推动杠杆，使龙头上颌抬起，将铜丸吐出，起到报警作用。地动仪用精铜制成，圆经八尺，合盖隆起，形似酒樽。表面作金黄色，上部铸有八条金龙，分别伏在东、西、南、北及东北、东南、西北、西南八个方向。龙倒伏，龙首向下，龙嘴各衔一颗小铜球，与地上仰蹲张嘴的蟾蜍相对。地动仪空腔中央，立一根铜柱，上粗下细。铜柱周围有八根横杆，称为‘八道’，各与一龙头相连。铜柱是震摆装置，八道用来控制和传导铜柱运动的方向。在地动仪受到地震波冲击时，铜柱就倒向发生地震的方向，推动同一方向的横杆和龙头，使龙嘴张开，铜球下落到蟾蜍嘴中，并发出响声，以提示人们注意发生了地震及地震的时间和方向。一颗珠子放在平台上，如果将哪方稍微往下一按，珠于就向哪方滚动。又如我们点亮一支蜡烛，将它放在一张不平的桌子上，它总会向低的一方倒。地动仪就是根据这些简单的原理设计的。地动可以传到很远的地方，只不过太远了人就感觉不到了，但地动仪能准确地测到。但是中国科学家认定地动仪的工作原理应该是‘悬垂摆原理’，即地动仪是利用了一根悬挂柱体的惯性来验震的，而非当今历史教科书所说的在仪器底部简单地竖立一根直立杆。

至于地动仪的结构模型，那就有说法了。

王振铎的推断得到了广泛赞同。中国历史博物馆陈列的张衡地震仪模型，就是根据王振铎的设计复原的。但是，也有学者提出不同意见。从文献角度来看，汉代字书《释名》解释‘柱’，说‘柱，住也’，表明柱字原义是建筑中不动的支撑件。由此，倒立摆结构不得称‘柱’，只合称锥。‘都’是集总之义，说明不是孤柱，应该还附带八套机关，而立锥却只能是光杆。这样，仅由‘都柱’这一名称来看，倒立摆之说也不能成立。地动仪的历史资料，最著名的是《后汉书·张衡传》中的记载，虽然只有196个字。早期的复原工作都是据此开展的。冯锐的课题组把资料的考证和利用扩大到《续汉书》、《后汉纪》等古代文献，但相关文献的总字数也不过231个。这些资料，使他们复原的史料根据更加充分。

后汉书记载为‘员径八尺’。‘员径八尺’是有不同的解释的。一段时期的主流解释说，说了一句，员是通假字。员径实际上是圆径。就是如今说的圆的直径。尽管这种解释相当流行，但是，在考古发现放置候风地动仪的房基只有九尺宽以后，人们已经不再认为地动仪是一个庞然大物了。

员字的本意是周围。员径是周围的一圈的意思。我们常常使用的‘幅员辽阔’这个词就是这个含义。这样一来，员径八尺的地动仪实际是周围八尺。可能暗合一尺一龙。看来这八尺不是信手拈来的。如果唯有这个八数和八龙无关，其余的都和八龙相关，这真有些说不过去。八尺是记载中的数值，那个尺是当时所使用的尺子。大概那时的一尺相当于如今SI制的23厘米多一点。因此八尺大概折合当今的59厘米的样子。这是一个确切的基数。以下为原内容。实为误也。

‘圆径八尺’，‘圆径’是圆周长，不是圆半径。圆周长八尺折合185公分，直径为60公分。这样大的仪器是合理的。首先，我国最早的数学书籍《周髀算经》也就是约成书于公元前1世纪，记载圆周率是‘径一周三’，三国时期，数学家刘徽认为‘古之九数，圆周率三圆径率一，其术疏舛。’而把圆周率推算到3.1416，世界领先上千年。可见，现今和汉代对圆形各部术语不同，如今的圆周长当时叫做‘圆径’、圆半径当时叫做‘圆周’；其次，一般是先制作仪器，之后根据仪器大小建筑专用安置房间。1975年，HEN省考古队在LY市南郊，发掘出土了一座搭建在山坡上的建筑。这就是建于东汉建武元年也就是公元25年，著名的灵台。灵台是古时帝王用来观天象，占幸运，卜吉凶的高台建筑。经资料考证‘张衡地动仪’也曾经放置在这里，并进行过地震观测。该建筑室内只有2.2米见方，地动仪若是半径八尺换算一下是1.85米，放进去就没有活动余地了，显然不合适，应该另建更大的。若直径是60公分，只占地面总面积的九分之一，还有很多空间，可放些配套设施，如计时刻漏等；再次，任何器具以用为本，在完成功能的前提下又利于制作和操作，体积尽量小，不是越大越好。地动仪直径1.85米实无必要，而直径是60公分，无论是制作、搬运、安放、操作、观察等都方便。