Чжан Хэн ( китайский :張衡; 78–139 гг. н. э.), ранее латинизированный как Чан Хэн , был китайским учёным -полиматиком и государственным деятелем, жившим во времена династии Хань . Получив образование в столицах Лоян и Чанъань , он добился успехов как астроном , математик , сейсмолог , инженер-гидротехник , изобретатель , географ , картограф , этнограф , художник , поэт , философ , политик и литературовед.
Чжан Хэн начал свою карьеру в качестве мелкого государственного служащего в Наньяне . В конце концов он стал главным астрономом, префектом Главных служб официальных перевозок, а затем дворцовым слугой при императорском дворе. Его бескомпромиссная позиция по историческим и календарным вопросам привела к тому, что он стал фигурой неоднозначной, не позволив ему подняться до статуса Великого историка. Его политическое соперничество с дворцовыми евнухами во время правления императора Шуня (годы правления 125–144) привело к его решению уйти из центрального двора, чтобы служить администратором королевства Хэцзянь в современном Хэбэе . Чжан ненадолго вернулся домой в Наньян, прежде чем его снова отозвали на службу в столицу в 138 году. Он умер там год спустя, в 139 году.
Чжан применил свои обширные знания в области механики и механизмов в нескольких своих изобретениях. Он изобрел первую в мире армиллярную сферу с водяным приводом для астрономических наблюдений; [1] улучшили часы притока воды , добавив еще один резервуар; [2] и изобрел первый в мире сейсмоскоп , который определил кардинальное направление землетрясения на расстоянии 500 км (310 миль). [1] [3] [4] Он улучшил предыдущие китайские расчеты числа пи . Помимо регистрации около 2500 звезд в своем обширном звездном каталоге , Чжан также выдвинул теории о Луне и ее отношении к Солнцу : в частности, он обсуждал сферичность Луны, ее освещение отраженным солнечным светом с одной стороны и скрытую природу другой. и природа солнечных и лунных затмений . Его поэзия фу (рапсодия) и ши были известны в свое время и изучались и анализировались более поздними китайскими писателями. Чжан получил множество посмертных наград за свою ученость и изобретательность; некоторые современные ученые сравнивают его работу по астрономии с работой греко-римского Птолемея (86–161 гг. н.э.).
Чжан Хэн родился в городе Сиэ в провинции Наньян (к северу от современного города Наньян в провинции Хэнань ). Он происходил из знатной, но небогатой семьи. [5] [6] [7] Его дед Чжан Кан (張堪) был губернатором командования и одним из лидеров, которые поддержали восстановление Хань императором Гуанву ( годы правления 25–57) после смерти узурпатор Ван Ман из Синя (9–23 гг. Н.э.). [5] [8] [9] [10] Когда ему было десять лет, отец Чжана умер, оставив его на попечение матери и бабушки. [9]
Опытный писатель в юности, Чжан покинул дом в 95 году, чтобы продолжить учебу в столицах Чанъань и Лоян . [5] Путешествуя в Лоян, Чжан проходил мимо горячего источника возле горы Ли и посвятил ему одно из своих первых стихотворений фу . [11] В этой работе, озаглавленной « Фу на горячих источниках» ( Wēnquán fù溫泉賦), описываются толпы людей, посещающих горячие источники, которые позже стали известны как « Горячие источники Хуацин », любимое место отдыха императорской наложницы Ян . Гуйфэй во времена династии Тан . [12] Проучившись несколько лет в Тайсюэ в Лояне , он хорошо разбирался в классике и дружил с несколькими известными людьми, в том числе с математиком и каллиграфом Цуй Юанем (78–143), официальным и философским комментатором Ма Жуном (79–143) . 166) и философ Ван Фу (78–163). [5] [7] Правительственные власти предложили Чжану назначения на несколько должностей, в том числе должность одного из императорских секретарей , но он действовал скромно и отказался. [5] [11]
В 23 года Чжан вернулся домой в звании «Почетный офицер в Наньяне», исполняя обязанности мастера документов под управлением губернатора Бао Дэ (занимал должность со 103 по 111). [5] [7] [8] Поскольку ему было поручено составлять надписи и панихиды для губернатора, он приобрел опыт написания официальных документов. [8] Будучи почетным офицером в командовании, он также отвечал за назначения на местные должности и рекомендации столице кандидатов на высшие должности. [13] Большую часть своего времени он провел, сочиняя рапсодии о столицах. Когда в 111 г. Бао Дэ был отозван в столицу на должность министра финансов, Чжан продолжил свою литературную деятельность дома, в Сиэ. [5] [8] [11] Чжан Хэн начал изучать астрономию в возрасте 30 лет и начал публиковать свои работы по астрономии и математике . [8]
В 112 г. Чжан был вызван ко двору императора Аня (годы правления 106–125), который слышал о его познаниях в математике. [8] Когда его назначили на службу в столицу, Чжана препроводили в экипаже — символе его официального статуса — в Лоян, где он стал придворным джентльменом, работающим в Императорском секретариате . [5] [8] Он был назначен главным астрономом при дворе, отбывая свой первый срок со 115 по 120 год при императоре Ань и второй срок при последующем императоре с 126 по 132 год. [8] Как главный астроном, Чжан был подчиненным. министра церемоний, один из девяти министров занимал ранг чуть ниже трех превосходительства. [14] Помимо записи небесных наблюдений и знамений, подготовки календаря и сообщения о том, какие дни были благоприятными, а какие зловещими, Чжан также отвечал за углубленный тест на грамотность для всех кандидатов в Императорский Секретариат и Цензорат , оба члены которого должны были знать не менее 9000 символов и все основные стили письма. [14] [15] При императоре Ань Чжан также служил префектом Главных служб официальных перевозок при Министерстве гвардии, отвечая за получение памятников трону (официальные эссе по политике и управлению), а также кандидатов на официальные назначения. . [16] [17]
Когда правительственный чиновник Дэн Сун предложил реформировать китайский календарь в 123 году, чтобы принять определенные апокрифические учения , Чжан выступил против этой идеи. Он считал учения сомнительными и полагал, что они могут внести ошибки. [5] Другие разделяли мнение Чжана, и календарь не был изменен, однако предложение Чжана о запрете апокрифических писаний было отклонено. [5] Чиновники Лю Чжэнь и Лю Таоту, члены комитета по составлению династической истории Дунгуань Ханьцзи (東觀漢記), обратились к суду за разрешением проконсультироваться с Чжан Хэном. [5] Однако Чжану было запрещено помогать комитету из-за его противоречивых взглядов на апокрифы и его возражений против понижения роли императора Гэнши (годы правления 23–25) в восстановлении династии Хань как меньшей, чем император. Гуанву. [20] [21] Лю Чжэнь и Лю Таоту были единственными союзниками Чжана-историками при дворе, и после их смерти у Чжана не было дальнейших возможностей для продвижения на престижную должность придворного историка. [20]
Несмотря на эту неудачу в своей официальной карьере, Чжан был повторно назначен главным астрономом в 126 году после того, как на трон взошел император Шунь Хань (годы правления 125–144). [18] [22] Его интенсивная астрономическая работа была вознаграждена только званием и зарплатой в размере 600 бушелей, или ши , зерна (в основном замененного на наличные монеты или рулоны шелка ). [18] [23] Чтобы представить это число в контексте: в иерархии из двадцати официальных рангов самый низкооплачиваемый чиновник получал звание и зарплату в размере 100 бушелей, а самый высокооплачиваемый чиновник зарабатывал 10 000 бушелей во время Хань. [24] Ранг в 600 бушелей был самым низким, который император мог напрямую назначить на должность в центральном правительстве; любое должностное лицо более низкого статуса находилось под контролем центральных или провинциальных чиновников высокого ранга. [25]
В 132 году Чжан представил суду сложный сейсмоскоп, который, как он утверждал, мог определить точное кардинальное направление далекого землетрясения . [26] Однажды его устройство показало, что на северо-западе произошло землетрясение. Поскольку в столице не ощущалось заметного сотрясения, его политические враги на короткое время смогли насладиться неудачей его устройства, [26] пока вскоре после этого не прибыл гонец и не сообщил, что землетрясение произошло примерно от 400 км (248 миль) до 500 км. (310 миль) к северо-западу от Лояна в провинции Ганьсу . [26] [27] [28] [29]
Через год после того, как Чжан представил суду свой сейсмоскоп, чиновников и кандидатов попросили дать комментарии по поводу серии недавних землетрясений, которые можно было истолковать как знаки недовольства Небес. [18] Древние китайцы рассматривали стихийные бедствия как космологическое наказание за проступки, совершенные китайским правителем или его подчиненными на земле. В мемориале Чжан, обсуждая причины этих стихийных бедствий, он раскритиковал новую систему набора персонала Цзо Сюна, которая установила возраст подходящих кандидатов на титул « Сыновный и Неподкупный » - сорок лет. [18] Новая система также передала полномочия по оценке кандидатов трем превосходительствам, а не генералам двора, которые по традиции курировали дела придворных джентльменов. [18] Хотя мемориал Чжана был отклонен, его статус вскоре был значительно повышен до дворцового служащего, и эту должность он использовал, чтобы влиять на решения императора Шуня. [17] [18] На этой престижной новой должности Чжан получал зарплату в размере 2000 бушелей и имел право сопровождать императора. [30]
Будучи дворцовым слугой императора Шуня, Чжан Хэн пытался убедить его, что придворные евнухи представляют угрозу императорскому двору. Чжан указал на конкретные примеры прошлых придворных интриг с участием евнухов и убедил Шуня, что ему следует взять на себя большую власть и ограничить их влияние. [18] Евнухи попытались оклеветать Чжана, который ответил фу- рапсодией под названием « Фу , размышляя над тайной», в которой выразил свое разочарование. [12] Рэйф де Креспиньи утверждает, что в рапсодии Чжана использовались образы, похожие на стихотворение Цюй Юаня (340–278 до н.э.) « Ли Сао », и основное внимание уделялось тому, должны ли хорошие люди бежать из испорченного мира или оставаться в нем добродетельными. [18] [31]
Работая в центральном суде, Чжан Хэн имел доступ к множеству письменных материалов, находящихся в архивах Восточного павильона. [33] Чжан прочитал многие великие исторические труды своего времени и заявил, что нашел десять примеров, когда «Записи великого историка» Сыма Цяня (145–90 гг. до н.э.) и « Книга Хань» Бань Гу (32–32 гг. н.э.) 92) отличался от других древних текстов, которые были ему доступны. [5] [34] Его рассказ был сохранен и записан в тексте V века « Книги Поздней Хань» Фань Е (398–445). [34] Его рапсодии и другие литературные произведения отражают глубокое знание классических текстов, китайской философии и истории . [5] Он также составил комментарий к Тайсюань (太玄, «Великая тайна») даосского автора Ян Сюна (53 г. до н.э. – 18 г. н.э.). [7] [8] [18]
Сяо Тун (501–531), наследный принц династии Лян (502–557), увековечил несколько произведений Чжана в своей литературной антологии « Избранные изысканной литературы» ( Вэнь сюань 文選). Среди фу- рапсодий Чжана - «Рапсодия западного мегаполиса» ( Xī jīng fù 西京賦), «Рапсодия восточного мегаполиса» ( Dōng jīng fù 東京賦), «Рапсодия южной столицы» ( Nán dū fù 南都賦), «Рапсодия о созерцании тайны». ( Sī xuán fù 思玄賦) и « Рапсодия по возвращении в поля » ( Guī tián fù 歸田賦). [35] Последний сплавляет даосские идеи с конфуцианством и был предшественником более поздней китайской метафизической поэзии природы, согласно Лю У-чи. [36] К предисловию Чжана также прилагается сборник из четырех коротких лирических стихотворений ( ши 詩) под названием «Лирические стихи о четырех скорбях» ( Sì chóu shī 四愁詩). Этот набор представляет собой одни из самых ранних написанных семисложных китайских стихов ши . [37] [38] Еще находясь в Лояне, Чжан вдохновился на написание своих «Рапсодии западного мегаполиса» и «Рапсодии восточного мегаполиса», которые были основаны на «Рапсодии о двух столицах» историка Бан Гу. [5] Работа Чжана была похожа на работу Пана, хотя последний полностью восхвалял современный режим Восточной Хань, в то время как Чжан предупреждал, что его может постигнуть та же участь, что и Западную Хань, если он тоже придет в состояние упадка и морального разложения. [5] Эти две работы высмеивали и критиковали то, что он считал чрезмерной роскошью высших классов. [11] «Рапсодия Южной столицы» Чжана посвящена памяти его родного города Наньян, дома реставратора династии Хань Гуанву. [5]
В стихотворении Чжан Хэна «Четыре печали» он сетует, что не может добиться расположения красивой женщины из-за препятствий гор, снегов и рек. [8] [18] Ученые Рэйф де Креспиньи и Дэвид Р. Кнехтгес утверждают, что Чжан написал это как намек, намекающий на его неспособность поддерживать контакт с императором, которому мешают недостойные соперники и мелкие люди. [8] [18] Это стихотворение — одно из первых в Китае, в строке которого содержится семь слов. [37] Его «Четыре печали» гласят:
В другом его стихотворении под названием «Стабилизация страстей» ( Dìng qíng fù定情賦), сохранившемся в энциклопедии династии Тан (618–907), но ранее упомянутом Тао Цянем (365–427) в похвалу лирическому минимализму Чжана. — Чжан демонстрирует свое восхищение привлекательной и образцовой женщиной. [39] Этот более простой тип стихотворения фу повлиял на более поздние произведения видного чиновника и ученого Цай Юна (132–192). [37] Чжан писал:
Длинные лирические стихи Чжана также раскрывают большой объем информации о планировке города и основах географии. Его рапсодия «Сэр, основанный ни на чем» подробно описывает местность, дворцы, охотничьи парки, рынки и выдающиеся здания Чанъаня , столицы Западной Хань. [11] [35] Подтверждая его внимание к деталям, его рапсодия о Наньяне описывает сады, наполненные весенним чесноком, летними побегами бамбука , осенним луком-пореем, зимней рапсовой репой, периллой , эводией и фиолетовым имбирем. [40] Записи Чжан Хэна подтверждают размер императорского охотничьего парка в пригороде Чанъаня, поскольку его оценка окружности стены, окружающей парк, согласуется с оценкой историка Бан Гу примерно в 400 ли (один ли во времена Хань). была равна 415,8 м, или 1364 фута, в результате чего окружность стены парка составила 166 320 м, или 545 600 футов). [41] Вместе с Сыма Сянжу (179–117 до н. э.) Чжан перечислил множество животных и охотничьих диких животных, населяющих парк, которые были разделены на северную и южную части парка в зависимости от того, откуда животные первоначально прибыли: северные и южные части парка . или Южный Китай . [42] Несколько похоже на описание Сыма Сянжу, Чжан описал императоров Западной Хань и их окружение, наслаждающихся прогулками на лодках, водными играми, рыбалкой и демонстрацией стрельбы из лука, нацеленной на птиц и других животных с натянутыми стрелами с вершин высоких башен вдоль Чанга. Озеро Куньмин в Ань. [43] Сосредоточение творчества Чжана на конкретных местах и их местности, обществе, людях и их обычаях также можно рассматривать как ранние попытки этнографической категоризации . [44] В своем стихотворении «Сицзин фу» Чжан показывает, что он знал о новой иностранной религии буддизме , принесенной через Шелковый путь , а также о легенде о рождении Будды с видением белого слона , вызывающего концепция. [45] В своей «Рапсодии западного мегаполиса» (西京賦) Чжан описал придворные развлечения, такие как дзюэди (角抵), форма театральной борьбы, сопровождаемая музыкой, в которой участники бодались головами с масками из бычьего рога. [46]
Чжан был одним из первых писателей и сторонником китайского литературного жанра шелунь , или гипотетического дискурса. Авторы этого жанра создавали письменный диалог между собой и воображаемым человеком (или реальным человеком из их окружения или объединения); последний ставит перед автором вопросы о том, как вести успешную жизнь. [48] Он также использовал это как средство критиковать себя за то, что ему не удалось получить высокий пост, но пришел к выводу, что истинный джентльмен проявляет добродетель, а не жажду власти. [18] В этой работе Доминик Деклерк утверждает, что человек, убеждавший Чжана продвигаться по карьерной лестнице во времена правительственной коррупции, скорее всего, представлял евнухов или влиятельных родственников императрицы Лян (116–150) в клане Лян . [22] Деклерк утверждает, что эти две группы «были бы обеспокоены тем, можно ли переманить этого знаменитого ученого на свою сторону», но Чжан категорически отверг такое совпадение, заявив в этом политически заряженном произведении литературы, что его джентльменское стремление к добродетель превзошла любое его стремление к власти. [49]
Чжан писал о различных любовных похождениях императоров, недовольных императорским гаремом, выходивших в город инкогнито в поисках проституток и певчих девушек. Это было воспринято как общая критика императоров Восточной Хань и их имперских фаворитов, замаскированная под критику более ранних императоров Западной Хань. [50] Помимо критики императоров Западной Хань за расточительность, Чжан также отметил, что их поведение и церемонии не соответствовали должным образом китайским циклическим верованиям в инь и ян . [51] В стихотворении, критикующем предыдущую династию Западная Хань, Чжан писал:
На протяжении веков китайцы приближали число Пи к 3; Лю Синь (ум. 23 г. н.э.) предпринял первую известную китайскую попытку более точного расчета 3,1457, [52] но нет никаких записей, подробно описывающих метод, который он использовал для получения этой цифры. [53] [54] В своей работе около 130 года, [55] Чжан Хэн сравнил небесный круг с диаметром Земли, приняв пропорцию первого как 736, а второго как 232, таким образом вычислив число Пи как 3,1724. [56] Во времена Чжана соотношение площади квадрата к площади вписанного в него круга составляло 4:3, а объем куба и объем вписанной сферы также должны были составлять 4 2 :3 2 . [56] В формуле, где D обозначает диаметр, а V обозначает объем, D 3 :V = 16:9 или V= D 3 ; Чжан понял, что значение диаметра в этой формуле было неточным, отметив несоответствие как значение, принятое для соотношения. [54] [56] Затем Чжан попытался исправить это, добавив в формулу дополнительный D 3 , следовательно, V = D 3 + D 3 = D 3 . [56] При соотношении объема куба к вписанной сфере 8:5 подразумеваемое отношение площади квадрата к кругу составляет √ 8 :√ 5 . [56] [57] По этой формуле Чжан вычислил число Пи как квадратный корень из 10 (или приблизительно 3,162). [17] [18] [56] [57] [58] Чжан также рассчитал число Пи как = 3,1466 в своей книге Лин Сянь (靈憲). [59] В III веке Лю Хуэй сделал расчет более точным с помощью своего π-алгоритма , который позволил ему получить значение 3,14159. [60] Позже Цзу Чунчжи (429–500) приблизил число Пи к 3,141592, что является наиболее точным вычислением числа Пи, которого смогли достичь древние китайцы. [61]
В своей публикации 120 года нашей эры под названием « Духовная конституция Вселенной» (靈憲, Лин Сянь , букв. «Возвышенная модель»), [18] [62] Чжан Хэн предположил, что Вселенная подобна яйцу, «круглому, как арбалет ». «пеллета» со звездами на скорлупе и Землей в центре желтка. [4] [63] Эта теория Вселенной соответствует геоцентрической модели , а не гелиоцентрической модели . Хотя китайские астрономы времен Воюющих царств (403–221 гг. до н. э.) Ши Шен и Гань Дэ составили первый в Китае звездный каталог в IV веке до н. э., Чжан, тем не менее, каталогизировал 2500 звезд, которые он отнес к категории «ярко сияющих» (китайцы оценили всего их будет 14 000), и он узнал 124 созвездия. [18] [63] Для сравнения, в этом звездном каталоге представлено гораздо больше звезд, чем 850, задокументированные греческим астрономом Гиппархом ( ок. 190 – ок. 120 до н.э. ) в его каталоге, и больше, чем у Птолемея (83–161 гг. н.э.), каталогизировавший более 1000. [64] Чжан поддержал теорию «излучающего влияния» для объяснения солнечных и лунных затмений, теорию, против которой выступал Ван Чун (27–97 гг. Н.э.). [65] В «Лин Сянь» Чжан писал:
夫日譬猶火,月譬猶水,火則外光,水則含景。故月光生於日之所照,魄生於日之所蔽,當日則光盈, 就日則光盡也。
Солнце подобно огню, а Луна подобна воде. Огонь излучает свет, а вода отражает его. Таким образом, яркость Луны возникает из-за сияния Солнца, а тьма Луны происходит из-за того, что (свет) Солнца заслоняется. Сторона, обращенная к Солнцу, полностью освещена, а сторона, обратная от него, темна
.在星星微,月過則食。
Планеты (как и Луна) имеют природу воды и отражают свет. Свет, исходящий от Солнца, не всегда достигает Луны из-за препятствия самой Земли — это называется « ансу », лунное затмение. Когда (подобный эффект) происходит с планетой (мы называем ее) затмением; когда Луна проходит поперек (путь Солнца), происходит солнечное затмение.- Чжан Хэн (120 г. н.э.), Возвышенная модель ( Джозеф Нидэм , пер.) [66]
Чжан Хэн также рассматривал эти астрономические явления со сверхъестественной точки зрения. Признаки комет, затмений и движений небесных светил могли быть истолкованы им как небесные ориентиры в том, как вести государственные дела. [18] Современные писатели также писали о затмениях и сферичности небесных тел. Теоретик музыки и математик Цзин Фан (78–37 до н.э.) писал о сферической форме Солнца и Луны, обсуждая затмения:
Луна и планеты — это Инь; у них есть форма, но нет света. Это они получают только тогда, когда их освещает Солнце. Бывшие мастера считали Солнце круглым, как арбалетная пуля, и считали, что Луна имеет природу зеркала. Некоторые из них тоже признали Луну шаром. Те части Луны, которые освещает Солнце, выглядят яркими, те части, которые оно не освещает, остаются темными. [67]
Теория, выдвинутая Чжаном и Цзином, была поддержана более поздними учёными досовременной эпохи, такими как Шэнь Го (1031–1095), которые расширили рассуждения о том, почему Солнце и Луна имели сферическую форму. [68] Теория небесной сферы , окружающей плоскую квадратную Землю, позже подверглась критике со стороны учёного-чиновника династии Цзинь Юй Си (эт. 307–345). Он предположил, что Земля может быть круглой, как небо. Теория сферической Земли была полностью принята математиком Ли Е (1192–1279), но не общепринятой китайской наукой до европейского влияния в 17 веке. [69]
Клепсидра оттока была устройством для измерения времени, которое использовалось в Китае еще во времена династии Шан (ок. 1600–1050 до н. э.) и, конечно же, при династии Чжоу (1122–256 до н. э.). [70] Приточная клепсидра с индикаторным стержнем на поплавке была известна в Китае с начала правления династии Хань в 202 г. до н.э. и пришла на смену отливному типу. [70] Китайцы- ханьцы отметили проблему с падением напора в резервуаре, что замедляло отсчет времени устройства по мере заполнения приточного резервуара. [70] Чжан Хэн был первым, кто решил эту проблему, указанную в его трудах из 117, добавив дополнительный компенсационный резервуар между резервуаром и приточным резервуаром. [2] [18] Чжан также установил две статуэтки китайского бессмертного и небесного стража на вершине приточной клепсидры, двое из которых направляли стержень индикатора левой рукой и указывали на градации правой. [71] Джозеф Нидхэм утверждает, что это, возможно, был предок всех домкратов для часов, которые позже будут отбивать часы, найденные в механических часах к 8-му веку, но он отмечает, что эти фигуры на самом деле не двигались, как фигурки часовых домкратов, и не отбивали часы. [71] Многие дополнительные компенсационные резервуары были добавлены к более поздним клепсидрам в традиции Чжан Хэна. В 610 году инженеры династии Суй (581–618) Гэн Сюнь и Ювэнь Кай создали безменные весы с неравными плечами, способные производить сезонную регулировку напора компенсационного резервуара, чтобы он мог контролировать скорость потока воды на разной длине. дня и ночи в течение года. [72] Чжан упомянул «шею нефритового дракона», что в более поздние времена означало сифон. [73] О поплавках и стержнях-индикаторах приточной клепсидры он писал следующее:
以銅為器,再疊差置,實以清水,下各開孔,以玉虯吐漏水入兩壺。右為夜,左為晝。
Бронзовые сосуды изготавливаются и ставятся один на один. выше другого на разных уровнях; они наполнены чистой водой. Внизу каждого имеется небольшое отверстие в форме «шеи нефритового дракона». Капающая вода (сверху) поступает в два приточных приемника (поочередно), левый – на ночь, а правый – на день
.左手抱箭,右手指刻,以別天時早晚。
На крышках каждого (приемника притока) имеются небольшие литые статуэтки из позолоченной бронзы; левый (ночной) — бессмертный, правый (дневной) — полицейский. Эти фигуры левыми руками управляют стержнем-индикатором (букв. стрелка), а правыми указывают на нем деления, указывая таким образом время. [73]
Чжан Хэн – первый человек, который, как известно, применил гидравлическую движущую силу (то есть, используя водяное колесо и клепсидру ) для вращения армиллярной сферы , астрономического инструмента, представляющего небесную сферу . [74] [75] [76] Греческий астроном Эратосфен (276–194 до н. э.) изобрел первую армиллярную сферу в 255 до н. э. Китайская армиллярная сфера была полностью развита к 52 г. до н. э., когда астроном Гэн Шоучан добавил постоянно фиксированное экваториальное кольцо. [77] В 84 году нашей эры астрономы Фу Ань и Цзя Куй добавили кольцо эклиптики, и, наконец, Чжан Хэн добавил кольца горизонта и меридиана. [18] [77] Это изобретение описано и приписано Чжану в цитатах Сюй Чена и Ли Шаня со ссылкой на его книгу Лу Шуй Чуан Хун Тхиен И Цзе (Аппарат для вращения армиллярной сферы с помощью Клепсидры Воды). Скорее всего, это была не настоящая книга Чжана, а глава из его «Хун I» или «Хун И Тху Чу» , написанная в 117 году нашей эры. [78] Его армиллярный механизм с водяным приводом повлиял на дизайн более поздних китайских водяных часов и привел к открытию спускового механизма к 8 веку. [79] Историк Джозеф Нидэм (1900–1995) утверждает:
Какие факторы привели к появлению первых часов со спусковым механизмом в Китае? Главной традицией, ведущей к И Сину (725 г. н. э.), была, конечно, последовательность «предварительных часов», начавшаяся с Чжан Хэна около 125 г. Были даны основания полагать, что они применяли силу к медленному вращательному движению вычислительных армиллярных сфер. и небесные глобусы с помощью водяного колеса с использованием капельницы клепсидры, которая периодически воздействовала силой выступа на зубья колеса на валу полярной оси. Чжан Хэн, в свою очередь, составил это устройство, объединив армиллярные кольца своих предшественников в экваториальную армиллярную сферу и соединив ее с принципами водяных мельниц и гидравлических молотков, которые получили столь широкое распространение в китайской культуре в предшествующие годы. век. [79]
Чжан не стал инициатором китайской традиции гидротехники , которая зародилась во времена середины династии Чжоу (ок. 6 века до н. э.), посредством работы таких инженеров, как Суньшу Ао и Симэнь Бао . [80] Современник Чжана, Ду Ши (ум. 38 г. н.э.) был первым, кто применил движущую силу водяных колес для приведения в действие сильфонов доменной печи для производства чугуна и вагранки для производства чугуна . [81] [82] Чжан предоставил ценное описание своей армиллярной сферы с водным приводом в трактате 125, заявив:
Экваториальное кольцо огибает брюшко армиллярной сферы на расстоянии 91 и 5/19 градусов от полюса. Окружность эклиптики также огибает дно инструмента под углом 24 (градуса) к экватору. Таким образом, во время летнего солнцестояния эклиптика находится на расстоянии 67 (градусов) и на долю от полюса, а во время зимнего солнцестояния - на расстоянии 115 (градусов) и на долю от полюса. Следовательно (точки), где пересекаются эклиптика и экватор, должны давать северные полярные расстояния весеннего и осеннего равноденствия. Но сейчас (зафиксировано, что) весеннее равноденствие находится на расстоянии 90 и 1/4 (градуса) от полюса, а осеннее равноденствие — на расстоянии 92 и 1/4 (градуса). Первая цифра принята только потому, что она согласуется с (результатами, полученными с помощью) метода измерения солнечных теней в период солнцестояния, воплощенным в календаре Ся (династии). [83]
Армиллярная сфера Чжан Хэна с водяным приводом оказала глубокое влияние на китайскую астрономию и машиностроение последующих поколений. Его модель и сложное использование механизмов сильно повлияли на водяные инструменты более поздних астрономов, таких как И Син (683–727), Чжан Сысунь (10 век), Су Сун (1020–1101), Го Шоуцзин (1231–1231–1231). 1316) и многие другие. Армиллярные сферы с водным приводом в традиции Чжан Хэна использовались в эпоху Троецарствия ( 220–280) и династии Цзинь (266–420) , однако их конструкция временно вышла из употребления между 317 и 418 годами из-за нашествиям северных кочевников -хунну . [84] Старые инструменты Чжан Хэна были обнаружены в 418 году, когда император У Лю Сун (годы правления 420–422) захватил древнюю столицу Чанъань. Хотя градуированные знаки и изображения звезд, Луны, Солнца и планет все еще сохранились, они были сильно изношены временем и ржавчиной. [84] В 436 году император приказал Цянь Луочжи, секретарю Бюро астрономии и календаря, воссоздать устройство Чжана, что ему удалось сделать успешно. [84] Небесный глобус Цяня с водяным приводом все еще использовался во времена династии Лян (502–557), и последующие модели армиллярных сфер с водяным приводом были разработаны в последующих династиях. [84]
С древнейших времен китайцев беспокоила разрушительная сила землетрясений. В «Записках великого историка» Сыма Цяня за 91 г. до н. э. было записано , что в 780 г. до н. э. землетрясение было достаточно сильным, чтобы изменить течение трех рек. [85] В то время не было известно, что землетрясения были вызваны смещением тектонических плит в земной коре; вместо этого люди древней династии Чжоу объясняли их нарушениями космических инь и ян , а также недовольством небес действиями, совершенными (или игнорированием недовольства простых людей) нынешней правящей династией. [85] Эти теории в конечном итоге были получены из древнего текста Ицзин ( Книги Перемен) в ее пятьдесят первой гексаграмме. [86] Существовали и другие ранние теории о землетрясениях, разработанные, например, древними греками . Анаксагор (ок. 500–428 до н. э.) считал, что они вызваны избытком воды у поверхностной коры земной коры, прорывающейся в земные впадины; Демокрит (ок. 460–370 до н. э.) считал, что их причиной стало насыщение Земли водой; Анаксимен (ок. 585–ок. 525 до н. э.) полагал, что они возникли в результате падения массивных кусков Земли в пещеристые впадины в результате высыхания; и Аристотель (384–322 до н.э.) полагал, что они вызваны нестабильностью пара ( пневмы ), вызванной высыханием влажной Земли солнечными лучами. [86]
Во времена династии Хань многие ученые ученые, в том числе Чжан Хэн, верили в « оракулов ветров». [87] Эти оккультные оракулы наблюдали за направлением, силой и временем ветров, чтобы рассуждать о функционировании космоса и предсказывать события на Земле. [88] Эти идеи повлияли на взгляды Чжан Хэна на причины землетрясений.
В 132 году Чжан Хэн представил ханьскому двору то, что многие историки считают его самым впечатляющим изобретением, — первый сейсмоскоп. Сейсмоскоп записывает движения сотрясений Земли, но, в отличие от сейсмометра, он не сохраняет временную запись этих движений. [89] Его назвали «флюгером землетрясения» ( hòufēng dìdòngyí 候風地動儀), [90] и он был способен примерно определить направление (из восьми направлений), откуда произошло землетрясение. [18] [75] Согласно «Книге Позднего Хань» (составленной Фань Е в V веке), его бронзовое устройство в форме урны с качающимся маятником внутри было способно определять направление землетрясения на расстоянии сотен миль/ километров. [91] [92] Это было важно для правительства Хань в отправке быстрой помощи и помощи в регионы, опустошенные этим типом стихийного бедствия. [3] [93] [94] В «Книге Поздней Хань» записано, что однажды устройство Чжана сработало, хотя ни один наблюдатель не почувствовал никаких сейсмических возмущений; несколько дней спустя с запада прибыл гонец и сообщил, что в Лунси (современная провинция Ганьсу ) произошло землетрясение, в том же направлении, которое указывало устройство Чжана, и таким образом суд был вынужден признать эффективность устройства. [95]
Чтобы указать направление далекого землетрясения, устройство Чжана сбросило бронзовый шар с одного из восьми трубчатых выступов в форме головы дракона; мяч упал в пасть соответствующего металлического объекта в форме жабы, каждый из которых представлял направление, подобное точкам на розе компаса . [96] Его устройство имело восемь подвижных рычагов (для всех восьми направлений), соединенных с кривошипами, имеющими фиксирующие механизмы на периферии. [97] При срабатывании кривошип и прямоугольный рычаг поднимали голову дракона и освобождали шар, который поддерживался нижней челюстью головы дракона. [97] Его устройство также включало вертикальный штифт, проходящий через прорезь в кривошипе, фиксирующее устройство, шарнир на выступе, стропу, подвешивающую маятник, крепление для стропы и горизонтальную штангу, поддерживающую маятник. [97] Ван Чжэндуо (王振鐸) утверждал, что технология эпохи Восточной Хань была достаточно сложной, чтобы создать такое устройство, о чем свидетельствуют современные рычаги и рукоятки, используемые в других устройствах, таких как спусковые крючки для арбалетов. [98]
Позднее китайцы последующих периодов смогли заново изобрести сейсмоскоп Чжана. Среди них были математик и геодезист VI века Синду Фан из династии Северная Ци (550–577) и астроном и математик Линь Сяогун из династии Суй (581–618). [99] Как и Чжан, Синду Фан и Линь Сяогун получили императорское покровительство за свои заслуги в изготовлении устройств для двора. [100] Ко времени династии Юань (1271–1368) было признано, что все ранее изготовленные устройства сохранились, за исключением сейсмоскопа. [101] Это обсуждалось ученым Чжоу Ми около 1290 года, который заметил, что книг Синду Фана и Линь Сяогуна с подробным описанием их сейсмологических устройств больше не найти. [101] Хорвиц, Крейтнер и Нидэм предполагают, что сейсмографы эпохи династии Тан (618–907) нашли свой путь в современную Японию ; По словам Нидхэма, «были описаны инструменты явно традиционного типа, в которых маятник несет штифты, выступающие во многих направлениях и способные пробить окружающий бумажный цилиндр». [102]
Хун-сен Ян утверждает, что современные копии устройства Чжана не смогли достичь уровня точности и чувствительности, описанного в китайских исторических записях. [103] Ван Чжэндуо представил две разные модели сейсмоскопа, основанные на древних описаниях устройства Чжана. [104] В его реконструкции 1936 года центральная опора ( ду чжу ) устройства представляла собой подвешенный маятник, действующий как датчик движения, тогда как центральная опора его второй модели 1963 года представляла собой перевернутый маятник . [104] По словам Нидэма, во время работы в Сейсмологической обсерватории Токийского университета в 1939 году Акицунэ Имамура и Хагивара провели реконструкцию устройства Чжана. [98] [105] Хотя Джон Милн и Ван Чжэндуо вначале утверждали, что «центральная опора» Чжана представляла собой подвешенный маятник, Имамура был первым, кто предложил перевернутую модель. [106] Он утверждал, что поперечный удар сделал бы механизм иммобилизации Ванга неэффективным, поскольку он не предотвратил бы дальнейшее движение, которое могло бы выбить другие шары из их положения. [98] 13 июня 2005 года современные китайские сейсмологи объявили, что им удалось успешно создать копию прибора. [107]
Энтони Дж. Барбьери-Лоу, профессор ранней истории Китая в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре , называет Чжан Хэна одним из нескольких высокопоставленных чиновников Восточной Хань, которые занимались ремеслами, традиционно предназначенными для ремесленников ( гун工). , например, машиностроение. [108] Барбьери-Лоу предполагает, что Чжан только спроектировал свой сейсмоскоп, но на самом деле не создал устройство сам. Он утверждает, что, скорее всего, это была работа ремесленников по заказу Чжана. [109] Он пишет: «Чжан Хэн был чиновником умеренно высокого ранга, и его нельзя было увидеть потеющим в литейных цехах вместе с ремесленниками- гунами и государственными рабами. Скорее всего, он работал совместно с профессиональными литейщиками и формовщиками в императорской мастерские." [109]
Картограф и чиновник династий Вэй (220–265) и Цзинь (266–420) и чиновник Пэй Сю ( 224–271) был первым в Китае, кто полностью описал геометрическую сетку для карт, которые позволяли проводить точные измерения с использованием градуированной шкалы . а также топографическая высота . [110] [111] Однако картографирование в Китае существовало, по крайней мере, с 4-го века до нашей эры: карты государства Цинь были найдены в Ганьсу в 1986 году . [112] Точная точность извилистых рек и знание масштабированных расстояний имели была известна со времен династий Цинь и Хань соответственно, о чем свидетельствуют существующие карты, тогда как использование прямоугольной сетки было известно в Китае также со времен Хань. [113] [114] Историк Говард Нельсон утверждает, что, хотя отчеты о работе Чжан Хэна в картографии несколько расплывчаты и отрывочны, существует множество письменных свидетельств того, что Пэй Сю получил использование прямоугольной сетки из карт Чжан Хэна. [115] Раф де Креспиньи утверждает, что именно Чжан установил прямоугольную сетку в китайской картографии. [18] Нидэм указывает, что название его книги « Календарь летающих птиц», возможно, было ошибкой, и что правильнее было бы назвать книгу « Карта с высоты птичьего полета» . [116] Историк Флориан К. Рейтер отмечает, что повествование Чжана «Гуитянь фу» содержит фразу об аплодисментах картам и документам Конфуция династии Чжоу, что, по мнению Рейтера, ставит карты ( ту ) на один и тот же уровень важности с документами ( шу ). [117] Документально подтверждено, что карта физической географии была впервые представлена Чжан Хэном в 116 году нашей эры и называлась Ти Син Ту . [118]
Чжан Хэну часто приписывают изобретение первого одометра , [17] [63] достижение, также приписываемое Архимеду (ок. 287–212 до н.э.) и Герону Александрийскому (10–70 гг. н.э.). Подобные устройства использовались в Римской и Хань-Китайской империях примерно в тот же период. К III веку китайцы назвали это устройство « цзили гучэ» (記里鼓車, « ли -записывающая барабанная каретка» (современное измерение ли = 500 м/1640 футов) [119] .
Древние китайские тексты описывают функции механической каретки; после прохождения одного ли деревянная фигура с механическим приводом ударяла в барабан, а после прохождения десяти ли другая деревянная фигура ударяла в гонг или колокол своей механической рукой. [119] Однако есть основания полагать, что изобретение одометра было постепенным процессом в Китае при династии Хань, в центре которого находились «хуан мэнь» — придворные люди (т. е. евнухи, дворцовые чиновники, служители и фамильяры, актеры, акробаты, и др.), сопровождавших музыкальное шествие царской «колесницы-барабана». [120] Существует предположение, что где-то в I веке до нашей эры удары в барабаны и гонги приводились в движение механически за счет вращения опорных катков. [120] На самом деле это мог быть дизайн Луося Хун (ок. 110 г. до н. э.), однако, по крайней мере, к 125 г. механическая каретка одометра была уже известна, поскольку она была изображена на фреске гробницы Сяо Тан Шань. [120]
Колесница , указывающая на юг, была еще одним механическим устройством, приписываемым Чжан Хэну. [17] Это было немагнитное компасное транспортное средство в форме двухколесной колесницы. Дифференциальные передачи, приводимые в движение колесами колесницы, позволяли деревянной статуэтке (в форме китайского государственного министра) постоянно указывать на юг, отсюда и ее название. В «Сун Шу» (ок. 500 г. н.э.) записано, что Чжан Хэн заново изобрел ее на основе модели, использовавшейся в эпоху династии Чжоу, но насильственный крах династии Хань, к сожалению, не позволил ее сохранить. Независимо от того, изобрел ее Чжан Хэн или нет, Ма Цзюню (200–265) удалось создать колесницу в следующем столетии. [121]
Механические изобретения Чжан Хэна повлияли на более поздних китайских изобретателей, таких как И Син, Чжан Сысунь, Су Сун и Го Шоуцзин. Су Сун прямо назвал армиллярную сферу Чжана с водяным приводом источником вдохновения для своей башни с часами 11-го века . [123] Космическая модель девяти точек Неба, соответствующих девяти областям земли, задуманная в работе учёного-чиновника Чэнь Хунмоу (1696–1771), следовала традиции книги Чжана « Духовное строение Вселенной» . [124] Сейсмолог Джон Милн, который создал современный сейсмограф в 1876 году вместе с Томасом Греем и Джеймсом А. Юингом в Имперском инженерном колледже в Токио , прокомментировал в 1886 году вклад Чжан Хэна в сейсмологию . [125] [126] Историк Джозеф Нидхэм подчеркнул свой вклад в досовременную китайскую технологию, заявив, что Чжан был известен даже в свое время тем, что мог «заставить три колеса вращаться, как если бы они были одним». [127] Многие ученые называли Чжана эрудитом . [7] [29] [38] [94] Однако некоторые ученые также отмечают, что в трудах Чжана отсутствуют конкретные научные теории. [122] Сравнивая Чжана с его современником Птолемеем (83–161) из Римского Египта , Цзинь Гуантао, Фань Хунъе и Лю Цинфэн заявляют:
Поэзия Чжана широко читалась при его жизни и после его смерти. Помимо упомянутого выше сборника Сяо Дуна, чиновник Восточного У Сюэ Цзун (ум. 237) написал комментарии к стихотворениям Чжана «Дунцзин фу» и «Сицзин фу». [128] Влиятельный поэт Тао Цянь писал, что он восхищался поэзией Чжан Хэна за ее «обуздание экстравагантной дикции и стремление к простоте», в отношении воспринимаемого спокойствия и прямоты, соотносящихся с простым, но эффективным языком поэта. [129] Тао писал, что и Чжан Хэн, и Цай Юн «избегали напыщенных формулировок, стремясь главным образом к простоте», и добавляли, что их «композиции начинаются со свободного выражения своих фантазий, но заканчиваются нотой тишины, превосходно служащей для сдерживания недисциплинированных и страстная натура». [130]
Чжану были оказаны большие почести при жизни и после смерти. Философ и поэт Фу Сюань (217–278) из династий Вэй и Цзинь однажды в своем эссе посетовал на то, что Чжан Хэн так и не был назначен в Министерство труда . Высоко оценивая Чжана и инженера-механика III века Ма Цзюня, Фу Сюань писал: «Ни один из них никогда не был чиновником Министерства труда, и их изобретательность не принесла пользы миру. Когда (власти) нанимают персонал без уважения к особому таланту и, услышав, что гений пренебрегает даже проверкой его, — разве это не отвратительно и не губительно?» [131]
В честь достижений Чжана в науке и технике его друг Цуй Зию (Цуй Юань) написал памятную надпись на его погребальной стеле, сохранившейся в Гувэнь- юане . [8] Цуй заявил: «Математические вычисления [Чжан Хэна] исчерпали (загадки) неба и земли. Его изобретения были сравнимы даже с изобретениями Автора перемен. Превосходство его таланта и великолепие его искусства были один с богами». [132] Мелкий чиновник Сяхоу Чжань (243–291) из династии Вэй сделал надпись для своей собственной памятной стелы, которая будет помещена на могилу Чжан Хэна. Оно гласило: «С тех пор, как джентльмены сочиняли литературные тексты, никто не был столь искусным, как Мастер [Чжан Хэн] в правильном выборе слов… если бы только мертвые могли воскреснуть, о, я мог бы тогда обратиться к нему за учителем! " [133]
В наше время в честь Чжана названо несколько объектов, в том числе лунный кратер Чан Хэн , [134] астероид 1802 Чжан Хэн , [135] и минерал чжанхэнгит . В 2018 году Китай запустил исследовательский спутник под названием «Китайский сейсмо-электромагнитный спутник» (CSES), который также называется «Чжанхэн-1» (ZH-1). [136]