這裡所抄出的幾頁，是講我國第一位科學家在科學上的貢獻。我還要先聲明：我介紹這位科學家，是用"傳"的體裁。因為要使讀者瞭解他"整個的人"，所以對於他生平的行歷，雖然和科學沒有關係，也要說說。
一
我國的第一位大科學家是誰?曰：張衡。
張衡別字平子，後漢南陽西鄂人，即現在河南鄧縣，生於章帝建初三年(紀元七八年)。他的家族是當時累代著名的大姓。他的祖父張堪曾做過蜀郡的太守。
他性情很謙虛，淡靜，雖聰明絕世，而沒有驕尚的態度，但也不喜歡和俗人交接。他生平"不患位之不尊，而患德之不崇；不恥祿之不夥，而恥智之不博"(用《答難》中自述語)。
因為如此，所以從前中國一般讀書人的做官熱，他簡直沒有。永元間，當地的官吏舉他為孝廉，他不行；公府裡徵聘他，他也不就。當時有一位炙手可熱的大將軍鄧騭，仰慕他的才名，屢次召他，他也沒有答應。後來安帝聞他的名，拜為郎中--一 位近侍的官吏，品秩和前清的侍郎差不多。再遷為太史令，是一個掌理史事和曆法的職任。因為他無意做官，所以好幾年都沒有陞官。後來離了太史令職改官尚書 郎。到順帝即位又為太史令。這時候也許有些人笑他本事不好，不會高升。所以他做了一篇《答難》來表明他的意志。我們從這篇文章裡，可以看出他的人格。沒幾 久，他又遷為侍中，和皇帝很親近。當時政權完全在太監手裡，他於是上疏請"勿令刑德八柄不由天子。"他在皇帝跟前，也常時諷刺左右的人物。有一天皇帝問 他："天下所痛恨的是什麼人?"在旁的太監們怕他說自己壞話，鼓起眼睛盯住他。他只得含糊答應而出。那群太監到底怕他為後患，於是時時在皇帝面前說他長短。後來他外放做河間相，政績極好。做了三年，他上書告老求歸，征拜為尚書。這便是他在政界的履歷。
他本來是一位文學家，自少便有文學天才。他做《兩京賦》，"精思傅會，十年乃成"。一生的精力大半都費在文學上。著有詩、賦，箴，銘，《七言》、《應間》、《七辯》、《訓詁》、《懸》等三十二篇，大部分現在還存。我們試把他的《兩京賦》、《思玄》等篇一讀，便曉得他在我國文學史上的位置了。
他也研究過經學。少年時在太學--當時的國立大學裡念過書，並且"通《五經》，貫六藝"，曾著過一部《周官訓詁》，這部書現在已不存。據他的同時人崔瑗說是"不能有異於諸儒"。也許他對於這種學問未嘗有深刻的研究。他又想補孔子《易》說的缺漏，但是後來到底沒有做成。
他對於漢代的掌故也很留心。永初中，兩位姓劉的人在東觀裡司理著作，撰集一部《漢紀》，因為想定漢家禮儀，上疏請使張衡幫助他們。可是沒多久這兩人競死了。 衡常時嘆息，想把它完成，到了做侍中的時候，便上疏請"得專事於東觀，畢力於紀記。"書上後，皇帝沒有答應。他又上書指摘司馬遷、班固所記的錯失十餘事； 又陳述他所主張漢史的體例。他所指摘和主張有價值與否，另為一問題，但是可以證明他嘗有志於史學了。
二
上面所說，還沒有半個字表現他在科學史上的位置。我為這位科學家做傳，說了一大堆和科學沒有關係的話，讀者一定覺得討厭。現在我要歸入本題了。
在張衡那時代，像張衡一樣對於科學的貢獻是很不容易發生的。因為：
一、當時"圖緯五行"之說--科學的大對頭--盛行，差不多沒有一門學問不被它盤踞。
二、當時政府所提倡，學問界所趨向，全在"古文派"的儒家。一般讀書人，個個都向半偽的經典的一家師說裡討生活，永世不會望見師說以外的天日，那些藝成而下的東西，更不必說了。
張衡雖服膺儒家的經典，但是因為他平生"恥智之不博"，所以他對於儒者所以為藝而下的學問，如天文、歷學、數學、機械等都盡力去研究。他對於當時時髦的圖緯學極力反對。當他做太史令的時候，嘗上疏請"收圖緯一切禁絕之"，說圖緯是"一卷之書，互異數事"的，是"欺世罔俗"的。這件事在我們今日看來本無足奇。但是在他那時候，圖緯是帝王所祖述，儒者所爭學的(《後漢書•張衡傳》言："光武善讖，及顯宗、肅宗，因祖述焉。自中興之後，儒者爭學圖緯")，他竟能發生這大膽的反抗，我們不能不佩服他的勇氣。由此可見，他的治學精神，和當時的儒者，完全是兩路的。因為如此，他挨當時人們的痛罵不少，所以他在《答難》裡說："嘗見謗於鄙儒。"後來還要勞範蔚宗在他的傳裡替他辯護，說他不是一個"藝成而下"的人!
他在科學上的貢獻是什麼呢?下面要分開來說。在分述之前，請先說說他關於科學的遺著。
一、《靈憲》一卷，《靈憲圖》一卷。《靈憲》是他的天文學著作，《靈憲圖》是一部天文圖。這兩部書，《隋書•經籍志》都有記載。到《唐書•經籍志》，《靈憲》便亡了。過了宋代，《靈憲圖》也亡了。《靈憲》一書，後人從類書和引用他的書裡輯出首尾相續的還有一千五百多字。
二、《渾天儀》一卷，這部書是他的渾天儀器的說明書，隋唐志都有著錄，到宋便亡了。現在也有輯本。
三、《算罔書》一卷，這書《隋志》尚存，《唐志》便亡了。現在無隻字可考。
我們根據這些殘闕的遺著，和《後漢書》裡頭的《張衡傳》、《律歷志》，以及《晉書》、《隋書》的《天文志》中關於張衡的記載，和《九章注》所引張衡的演算法，大略還可以考見張衡在科學上的貢獻。
三
1．張衡的天體說及天象的新解釋。
張衡是主張渾天說的。渾天說創於漢武帝時之落下閎。可惜落下閎的學說，現在沒有半個字可考。張衡說天體道：
渾天如雞子。天體圓如球，如彈丸。地如雞子中黃，孤居於內。天大而地小，表裡有水。天之包地，猶殼之裹黃。天地各乘氣而立，載水而浮。周天三百六十五度四分度之一，又中分之，則一百八十二度八分之五覆地上；一百八十二度八分之五繞地下。"(《渾天儀》)
這種解說，拿現在的眼光來看，淺薄極了。但是比之他以前的天體說，其進步真不可以道里計了!
他說地如雞子中黃，是打破從前"天圓地方"的謬說；他說"地孤居於天內"、"乘氣而立"，是打破從前"天柱地維"的謬說；又他以為是半覆地上、半繞地下，越發和近代的科學解釋有點接近了。最奇者，他說地是"載水而浮"，和希臘的泰利斯(Thales)竟不約而同(參看W．T．Sedgwick and H．W．Tyler的A Short History of Science，P．45)；他說"地如雞子中黃"，和希臘Milesian說地在天之中心，也有點相似(參看同書頁四十六)。
他解釋月所以有光和圓缺的緣故說：
夫日譬猶火，月譬猶水；火則外光，水則含影。月光生於日之所照，魄(謂月虧也)生於日之所蔽；當日則光盈，就(此字疑有誤)日則光盡也。"(《靈憲》)
又以為：日之所以有光，也是這個道理，但是星的光是由月轉給它的，所以說："眾星被耀，因水轉光。"(《靈憲》)
星和月的光，既是由於日之直接的或間接的所照，為什麼有的時候他們正"當日之衡"卻會沒有光--即是交蝕--呢?他解釋這點，說是因為"蔽於地"，所以說：
當日之沖，光常不合者，蔽於地也。是為暗虛，在星，星微，月過則蝕。(《靈憲》)
他在二千年前，解釋月光，月的圓缺，和交蝕等現象，和近代科學的解釋，競不爽毫釐。這不獨是張衡在科學史上的榮耀，也是我國在文化史上的榮耀啊!雖是月假日光的道理，在張衡以前的泰利斯也嘗說過(參看A Short History of Science，P．44)，但張衡對於月盈缺和交蝕的解釋，實非泰利斯所能夢見。
2．歷學及渾天儀。
張衡做過兩任太史令，歷學是他的職掌。他曾和當時的歷家辯論過。他的歷學，大半祖述前人，沒有什麼發明。他在我國歷像界的功勞，完全在渾天儀的創造。
渾天儀是什麼一件東西呢?這件儀器，是用銅製的，他在鑄造之先，曾用竹片針......等物做了一個小模型，名為"小渾"。他製造這模型的方法，現在輯本的渾天儀還有詳明記載。我們還可以依他的方法重造一個。海內的儀器製造家何不試試?
3．候風地動儀及其他機械之製造。
張衡極精於機械之製造。他的渾天儀，固然是他的天文和歷學的結晶，也是他機械精巧的表現。此外他的機械製造還不止此。
陽嘉元年(公元一三二)張衡造了一個測驗地震的儀器，名"候風地動儀"， 用精銅鑄成，圓徑八尺，上面有突起的蓋，形狀很像一個酒樽。上刻篆文、山龜、鳥獸等形狀來做裝飾。中間有一條主要的柱。旁邊有八處，可以施放機關。外有八 條龍，每條龍口裡含著一顆銅丸，下面有蟾蜍張口來接。機器隱在樽的裡頭，覆蓋得很周密，沒有一些罅漏。如有地震，樽便受振動，龍內的機關發動，把銅丸吐 出，落在下面蟾蜍的口裡。銅丸落下的時候，發生很大的聲響，伺候的人便可曉得。地震時，只有一條龍的機關發放，其餘的一些都不動。尋那條龍所指的方向，便 曉得地震所在。經過事實的證明，是很應驗的。有一天，其中一條龍的機關發動了卻沒有覺得地震。於是京師的學者，都怪他靠不住。過了幾天，驛站裡的消息傳 來，果然是隴西地震。眾人才服他的神妙。
這件儀器的確是科學界的一大創作。可惜它的內容，和它所根據的原理，現在都不可考了。
他又曾製造過一架三輪自轉的機器，可惜這種機器，現在也失傳了。
他又嘗製造一個土圭--測日影的儀器。但是正史也沒有記載。此外他製造的儀器，正史裡沒有記載的一定不少。可惜現在已無可考了。
四
從上面所述看來，張衡在科學上的貢獻，真正不少。他不獨是我國科學史上的第一個人物，他在世界科學史也有不朽的位置。可惜他的學業，幾千年來，竟沒有人繼續 下去，也沒有發生什麼影響，並且連他苦心孤詣的發明，也和他的生命一齊死滅。這不獨是我國文化的損失，也是世界文化的損失啊!
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