Чжан Хэн

Чжан Хэн — учёный-чиновник, служивший династии Восточная Хань, которая правила Китаем из столицы Лоян между 25 и 220 годами н. э. Сегодня его помнят прежде всего как учёного и изобретателя. При жизни и ещё много веков спустя он был не менее знаменит как поэт.

Его часто называют полиматом — человеком, обладающим экспертными знаниями во многих областях. Он занимался астрономией, математикой, календарями, механикой, географией и картографией, а также писал длинные оды (фу) и короткие лирические стихотворения, вошедшие в важнейшую антологию ранней китайской литературы.

Его самым известным изобретением, представленным двору в 132 году н. э., был сейсмоскоп — прибор, реагировавший на землетрясения и показывавший их направление. Историки в целом считают его самым ранним из известных приборов такого рода в мире.

Чжан Хэн жил почти в то же время, что и великий греческий астроном Птолемей в римском Египте. Они никогда не знали друг о друге, но современные историки иногда сравнивают их как ведущих астрономов двух великих империй на противоположных концах Евразии.

Чжан Хэн родился в 78 году н. э. в Сиэ, городке в округе Наньян на территории нынешней провинции Хэнань. Его семья пользовалась уважением, но не была богатой; его дед был окружным правителем и поддерживал восстановление династии Хань при императоре Гуан-у. Отец умер, когда Чжан Хэну было около десяти лет, и его воспитывали мать и бабушка.

В 95 году, примерно в семнадцать лет, он покинул дом, чтобы учиться в двух великих городах — Чанъани и Лояне, где посещал императорскую академию Тайсюэ. Он подружился с такими известными учёными, как математик и каллиграф Цуй Юань, знаток классических текстов Ма Жун и философ Ван Фу. Ему предлагали чиновничьи должности, но сначала он отказывался.

Около 100 года он вернулся в Наньян в качестве чиновника по заслугам, составляя официальные документы для местного правителя. Там он несколько лет сочинял свои оды о столицах, а примерно в тридцать лет начал всерьёз заниматься астрономией и математикой.

В 112 году император Ань-ди призвал его ко двору в Лоян за его репутацию в математике. Он дважды занимал должность главного придворного астроном (в 115–120 и 126–132 годах), а затем стал приближённым советником императора Шунь-ди. После столкновения с могущественными дворцовыми евнухами он покинул столицу около 136 года, чтобы служить канцлером княжества Хэцзянь на севере. В 138 году его отозвали обратно в Лоян, где он умер в 139 году.

Землетрясения были серьёзной заботой ханьского государства. Они разрушали города, а кроме того, воспринимались как знаки Неба о том, что в управлении государством что-то не так. Быстрое знание о том, где произошло землетрясение, помогало двору направить помощь и отреагировать на предзнаменование.

В 132 году Чжан Хэн представил прибор под названием хоуфэн дидун и (候風地動儀), который часто переводят как «прибор для измерения сезонных ветров и движений земли». Согласно «Истории поздней Хань», это был большой бронзовый сосуд в форме винного кувшина диаметром около двух метров, с куполообразной крышкой. Вокруг него смотрели наружу восемь драконьих голов — по одной на каждое главное направление, — каждая держала во рту бронзовый шарик. Под каждым драконом сидела на корточках бронзовая жаба с открытым ртом.

Внутри находился центральный столб (дучжу), соединённый с восемью рычагами или направляющими. Когда земля сотрясалась, механизм заставлял пасть одного из драконов открыться и уронить шарик в жабу под ним с громким звуком. Направление, в котором находился этот дракон, указывало, откуда пришло землетрясение.

Та же история рассказывает знаменитый случай: однажды шарик упал, хотя в Лояне никто ничего не почувствовал. Чиновники усомнились в приборе, пока несколько дней спустя не прибыл гонец с сообщением о землетрясении в Лунси, на территории современной провинции Ганьсу, за несколько сотен километров к северо-западу. После этого, как гласит рассказ, двор стал записывать направление землетрясений с помощью этого прибора.

Как главный придворный астроном, Чжан Хэн отвечал за наблюдение неба, запись знамений, составление календаря и советы о том, какие дни благоприятны, а какие нет. В ханьском Китае астрономия была одновременно наукой и частью управления государством: считалось, что движения небес отражают земные события и отвечают на них.

В своём трактате «Линсянь» («Духовная основа мироздания»), написанном около 120 года, он описал космос согласно учению хуньтянь («окутывающее небо»): небеса подобны куриному яйцу, круглому, как арбалетная пуля, а земля покоится внутри, как желток. Это учение конкурировало с более старой теорией гайтянь, согласно которой небо было подобно куполу над плоской землёй.

Чжан Хэн писал, что Луна, подобно воде, не имеет собственного света и светит, лишь отражая солнечный, поэтому обращённая к Солнцу часть светла, а другая темна. Лунные затмения он объяснял тем, что Луна попадает в область, где солнечный свет заслонён. Он также составил звёздный каталог, в который вошли около 2500 звёзд в 124 созвездиях, и отметил, что существуют ещё тысячи более тусклых звёзд.

Он участвовал в придворных спорах о календаре. В 123 году он выступил против предложения реформировать календарь на основе пророческих «апокрифических» текстов (чэньвэй), утверждая, что им нельзя доверять, и даже предложил такие тексты запретить. Календарь не изменили, но и его предложение о запрете текстов было отклонено, а его откровенные высказывания нажили ему врагов.

Армиллярная сфера — это модель неба, состоящая из колец, каждое из которых представляет большой круг, например небесный экватор или путь Солнца (эклиптику). Китайские астрономы добавили экваториальное кольцо ещё к 52 году до н. э., а кольцо эклиптики — к 84 году н. э. Чжан Хэн завершил прибор, добавив кольца горизонта и меридиана.

Его самым замечательным шагом было заставить прибор вращаться самостоятельно. Используя воду, вытекающую из водяных часов, и водяное колесо с зубчатой передачей, его сфера медленно вращалась в такт вращению настоящего неба. Наблюдатель внутри помещения мог назвать, какие звёзды восходят или заходят, и это совпадало с тем, что видели наблюдатели снаружи. Чжан Хэн — первый известный человек, применивший силу воды для приведения в движение астрономического прибора.

Он также усовершенствовал водяные часы с притоком (клепсидру). В простых часах вода капает из резервуара в приёмный сосуд с плавающим стержнем, отмечающим время. По мере опустошения верхнего резервуара давление воды падает, и часы замедляются. В записях около 117 года Чжан Хэн описал добавление дополнительного компенсирующего резервуара между накопителем и приёмником, чтобы поддерживать поток равномерным.

Эти идеи имели долгое будущее. Позднейшие китайские астрономы строили всё более сложные водяные приборы, что привело к спусковому механизму И Сина в VIII веке и к великой астрономической часовой башне Су Суна в XI веке, который прямо назвал армиллярную сферу Чжан Хэна своим образцом.

Чжан Хэн работал над значением числа пи — отношением длины окружности к диаметру. Долгое время китайские математики просто использовали число 3. Работая с объёмами куба и вписанной в него сферы, Чжан Хэн пришёл к значению квадратного корня из 10, то есть около 3,162. В астрономических расчётах он также использовал значение около 3,17. Позднейшие математики, такие как Лю Хуэй (III век) и Цзу Чунчжи (V век), получили гораздо более точные значения.

Он был и картографом. Источники сообщают, что в 116 году он представил двору топографическую карту. Некоторые историки, включая Рейфа де Креспиньи, приписывают ему введение прямоугольной сетки для китайских карт — идею, позднее полностью описанную картографом Пэй Сю в III веке. Однако доказательств немного, и другие учёные относятся к этому с большей осторожностью.

Позднейшие тексты также приписывают Чжан Хэну «колесницу, указывающую на юг» — двухколёсную повозку, чьи зубчатые передачи удерживали фигуру, всегда указывающую на юг, — и повозку-одометр, ударявшую в барабан после каждого пройденного ли. Эти приписывания сомнительны. «Колесницу, указывающую на юг», точно построил Ма Цзюнь в III веке, а повозка-одометр, судя по всему, постепенно развивалась усилиями придворных мастеров.

Вероятно также, что Чжан Хэн скорее проектировал свои приборы, чем отливал их лично. Историк Энтони Барбьери-Лоу утверждает, что чиновник его ранга работал бы вместе с искусными ремесленниками и литейщиками в императорских мастерских, которые тоже заслуживают часть признания.

Для современников Чжан Хэн был прежде всего литератором. Его парные оды о западной столице («Сицзин фу») и восточной столице («Дунцзин фу»), созданные по образцу более ранних од Бань Гу о «двух столицах», описывают Чанъань и Лоян в богатых подробностях: дворцы, рынки, охотничьи угодья, праздники и развлечения. В отличие от Бань Гу, Чжан Хэн использовал великолепие старой столицы как предостережение: роскошь и упадок погубили Западную Хань и могли погубить Восточную Хань тоже.

Его «Ода южной столице» прославляла его родной край Наньян. В «Оде созерцанию сокровенного» («Сысюань фу»), написанной, когда на него нападали при дворе, он представляет духовное путешествие через космос, перекликающееся с древней поэмой «Лисао», и задаётся вопросом, должен ли добродетельный человек удалиться от испорченного мира или остаться и сохранить прямоту.

Особое влияние оказали два более коротких произведения. «Ода возвращению к полям» («Гуйтянь фу») — короткая ода, выражающая желание оставить службу ради простой жизни на природе, — тема, ставшая центральной для позднейшей китайской поэзии. «Четыре печали» («Сычоу ши») — одни из самых ранних китайских стихотворений с семью иероглифами в строке; внешне это любовные стихи, но их читали как жалобы на то, что мелкие люди не позволяют приблизиться к государю.

Несколько его произведений сохранились в антологии «Вэнь сюань» («Избранные произведения изящной словесности»), составленной лянским принцем Сяо Туном в VI веке, что обеспечило им читателей в последующих поколениях. Поэт Тао Цянь хвалил Чжан Хэна за сдержанность и простоту языка.

Служебная карьера Чжан Хэна показывает напряжённость при дворе Восточной Хань. Императоры часто восходили на трон молодыми, а власть переходила между семьями императриц, дворцовыми евнухами и учёными-чиновниками. Чжан Хэн твёрдо принадлежал к лагерю учёных-чиновников, и его принципиальные позиции стоили ему продвижения по службе.

Из-за его взглядов на апокрифические тексты и мнения о том, что недолго правивший император Гэнши заслуживает большего признания в истории восстановления династии Хань, его исключили из комиссии, писавшей официальную историю династии, и он так и не получил престижную должность придворного историка, которую, судя по всему, желал.

После землетрясения 133 года он подал доклад с критикой новых правил набора чиновников. Вскоре после этого его сделали приближённым советником, и он использовал свою близость к императору Шунь-ди, чтобы предостерегать его от евнухов. Евнухи оклеветали его, и он ответил литературным произведением — «Ответом на критику» («Инцзянь»), в котором воображаемый гость призывает его добиваться власти, а он отвечает, что благородный муж ценит добродетель выше должности.

Чжан Хэна почтили вскоре после его смерти. Его друг Цуй Юань написал надпись на его надгробной стеле, восхваляя расчёты, «исчерпавшие небеса и землю», и изобретения, соперничавшие с трудами богов. В III веке чиновник Сяхоу Чжань написал ещё одну надпись для его могилы, а писатель Фу Сюань сокрушался, что таким талантам, как Чжан Хэн и инженер Ма Цзюнь, так и не дали должностей в Министерстве работ, где их мастерство могло бы принести пользу всем.

Его приборы имели долгую последующую жизнь. После падения Западной Цзинь его старые армиллярные приборы были найдены заново, когда Лю Юй, будущий основатель династии Лю Сун, захватил Чанъань в 410-х годах, а в 436 году астроному Цянь Лэчжи было приказано построить новый движимый водой небесный глобус по образцу Чжан Хэна. Мастера Северной Ци и Суй строили новые сейсмоскопы, вдохновлённые его прибором.

За пределами Китая сейсмолог Джон Милн, один из основателей современной сейсмологии в Японии в 1870–1880-х годах, писал о приборе Чжан Хэна, и тот стал стандартным примером в историях науки. Сегодня его имя носят лунный кратер, астероид 1802 Zhang Heng, минерал чжанхэнгит и первый китайский электромагнитно-сейсмический спутник «Чжан Хэн-1», запущенный в 2018 году.

Единственное подробное описание сейсмоскопа — короткий отрывок в жизнеописании Чжан Хэна в «Истории поздней Хань», составленной Фань Е более чем через три века после его смерти. Сам прибор был утрачен; уже во времена династии Юань учёный Чжоу Ми отмечал, что не сохранилось ни одного из сейсмоскопов, построенных позднейшими подражателями.

Главная проблема — «центральный столб» (дучжу). Большинство реконструкций считают его маятником, но каким именно? Сейсмолог Джон Милн, а в 1936 году китайский учёный Ван Чжэньдо предложили висячий маятник, качающийся в сторону одной из восьми направляющих. В 1939 году японские сейсмологи Акицунэ Имамура и Хагивара предложили вместо этого перевёрнутый маятник — стоячий столб, падающий в направлении первого толчка, — утверждая, что качающийся маятник уронил бы больше одного шарика. Более поздняя модель Ван Чжэньдо также использовала стоячий столб. В 2005 году группа китайских сейсмологов объявила, что построила работающую копию.

Инженеры, такие как Янь Хунсэнь, отмечали, что ни одна современная копия не достигла чувствительности, описанной в историческом источнике, а он предполагает, что прибор мог обнаружить далёкое землетрясение, которое не почувствовали люди поблизости. Историю о Лунси тоже подвергают сомнению: некоторые авторы связывают её с крупным землетрясением в Ганьсу, зафиксированным в 130-х или 140-х годах, но его дату и подробности нельзя подтвердить независимыми записями.

Поэтому большинство историков признают, что Чжан Хэн построил настоящий прибор, реагировавший на движение земли и указывавший направление, но с осторожностью относятся к утверждениям о его чувствительности и точности. Правильнее называть его сейсмоскопом, который показывает, что произошло сотрясение, а не сейсмометром или сейсмографом, которые измеряют и записывают его.

В популярной литературе Чжан Хэна иногда представляют как «китайского Леонардо» или древнего учёного нового типа. Историки предостерегают от такого взгляда. Его астрономия была неотделима от толкования знамений: он читал кометы, затмения и движения планет как указания для управления государством и принимал традиционное представление о том, что стихийные бедствия могут быть ответом Неба на дурное правление. Его теория землетрясений опиралась на представления о ци и «предсказаниях по ветрам», а не на геологию.

Сравнение с Птолемеем хорошо иллюстрирует эту мысль. Историки Цзинь Гуаньтао, Фань Хунъе и Лю Цинфэн утверждают, что армиллярная сфера Чжан Хэна физически была очень близка к геоцентрической модели, но он не выстроил геометрическую, аксиоматическую теорию, подобную птолемеевской; китайская астрономия сосредотачивалась на арифметических циклах и календарных предсказаниях, а не на геометрических моделях. Другие возражают, что это отражает иную, но весьма эффективную традицию, а не неудачу.

«Наука и цивилизация в Китае» Джозефа Нидэма поставила Чжан Хэна у истоков долгой китайской традиции механических часовых механизмов, ведущей через И Сина к Су Суну. Сама концепция Нидэма, задававшегося вопросом, почему современная наука возникла в Европе, а не в Китае, широко оспаривалась, но его тома остаются базовым источником по приборам Чжан Хэна.

Наконец, у самой репутации Чжан Хэна есть своя история. В XX веке он стал национальным символом китайских научных достижений: его изображали на почтовых марках, включали в учебники и почтили именем спутника для мониторинга землетрясений, запущенного в 2018 году. Отделить исторического Чжан Хэна от этих современных образов, признавая при этом его подлинную гениальность, — часть работы историка.