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        中國古代物理學史概述【點擊數:


        從遠古到西周時期

        在原始社會時期,當人們學會用火、學會制造石器時,人們就在勞動實踐中播下了物理學的種子。據古籍記載,這時期的人們“刳木為舟、剡〔yan演〕木為楫”,“斷木為杵、掘地為臼”,“弦木為弧、剡木為矢”,船、杵臼和弓箭的制造,可知力學中有關浮力、杠桿、彈性的知識開始萌芽。“燧人氏鉆木取火”的記載,也表明人們開始懂得熱學中摩擦生熱的道理。

        夏、商、西周時期,交通運輸工具的制造,用以計量時間的壺漏的發明,貿易交換中必備的權衡器,杠桿和桔槔在生產中的應用,燒陶和冶銅中控制火候的技術,銅鏡和陽燧(凹面銅鏡)的鑄造,各種樂器的創制,這些技術的發展為物理學知識的積累創造了條件,也為其后總結物理學理論打下了堅實的基礎。

        春秋戰國時期

        歷史學家一般把這個時期稱之為從奴隸制向封建制過渡的社會變革時代。這個時期也完成了我國從青銅時代向鐵器時代的過渡。隨著冶鐵和鐵制工具的使用、農田水利的發達、都邑建筑的興盛,以及列國兼并戰爭的刺激,以《墨經》和《考工記》兩書為標志,中國古代物理學開始了它的形成時期。

        墨子(約公元前468—前376年)是這個時期具有唯物主義傾向的哲學家,也是我國古代最早的物理學家。墨子,名翟,魯國人,他和他的弟子組成的墨家,是春秋戰國時期物理學成就最大的學派。其代表作《墨經》一書,記載了有關力學、聲學、光學等方面的知識。尤其是在光學方面,它以八條文字連續有序地記述了光、影、鏡面成像的光學問題。它不僅是中國最早的幾何光學著作,而且在世界古代文化史上也是一篇很難得的和較全面的光學杰作,比歐幾里得光學還早百余年。

        《考工記》是春秋末年齊國人的著作。它論述了當時手工業的主要工種,是一部關于我國古代手工技術規范的總匯集。尤為可貴的是,該書在記述各種手工技術的同時,還分別闡明了它們的科學道理。其中包括許多力學、聲學和熱學方面的物理知識,堪稱為集我國古代物理學知識在工藝技術上應用的大成。例如:在敘述車和車輪的制造技術時,指出了車輪的物質均勻對稱檢驗法;最早記述了車子運動的慣性現象;對牛車、馬車上下坡的力學問題作了分析;在敘述皮革制造時,指明皮革的變形與受力有關;在敘述弓箭制造中,講明了保持箭在疾風中一定彈道的技術問題;在敘述制鐘技術時,還說明了鐘壁厚薄、鐘口形狀、鐘甬長短對發聲的影響,它比歐洲同樣內容的論述文字要早1500年。為《考工記》制鐘技術的文字記載作證的是,1978年考古發掘出湖北隨縣曾侯乙編鐘一套64個,其總音域跨五個八度。

        此外,在這個時期,人們還發現了磁石吸鐵現象,發明了最古老的磁性方向指示器,即“司南”。在《管子·地員篇》中記下了弦線音高與其長度的定量關系。

        從秦漢到五代時期

        從秦統一六國開始,經過漢、三國、晉、南北朝、隋、唐,到五代約1200年間,古代中國有合有分,時戰時和,封建制度日趨完善。隨著鑄鐵和耕作技術的不斷進步,古代物理學也有較為全面的發展。集中表現為:一、制造了不少大型的復雜的機械,如指南車、記里鼓車、水運渾儀等;二、發明了許多小型器具,如被中香爐(即常平支架)、透光鏡等;三、這個時期雖然沒有一本如同《墨經》、《考工記》那樣較為集中地記述物理學知識的專著,但在許多歷史典籍中,如劉安(公元前179—前122年)的《淮南萬畢術》、《淮南子》,劉歆(公元?—23年)的《西京雜記》(一說晉代葛洪撰),王充(公元27—約97年)的《論衡》,張華(公元232—300年)的《博物志》,南北朝成書的《關尹子》,段成式(公元803—863年)的《酉陽雜俎》,譚峭(活躍于10世紀上半葉)的《化書》等等,零散地記載了大量的物理學經驗或思辨性理論,涉及了熱、力、聲、光、電和磁等方面的內容。

        值得一提的是,在這個時期還出現了一些有關器物的專門圖書。如敘述弓弩制造和彈道問題的《望遠連弩射器法》;祖沖之的兒子祖暅〔geng更〕(約公元5—6世紀初)撰《稱物重率術》、《權衡經》,它們闡述了密度、重心和平衡等有關力學問題;北齊信都芳撰《器準》,“聚渾天、欹器、地動、銅鳥、漏刻、候風諸巧事,并圖畫為器準”(《北齊書·信都芳傳》),這可能是我國歷史上第一部科學儀器圖著。可惜這些涉及機械制造和力學原理的書籍都已失傳了。

        宋、元時期

        這是中國古代物理學發展的鼎盛時期。

        宋代是我國封建專制主義大發展的時期,社會經濟有顯著進步,尤其在農業、手工業、冶金、武器制造、紡織業、陶瓷和國內外貿易方面較前都有所發展,行會制度盛行,城市經濟繁榮,紙幣及匯兌流行,這一切都促使科學技術有較大的提高。元代基本上仍維持宋代水平。

        宋元時代,包含了豐富的物理學內容的五本巨著相繼問世,它們是:沈括(公元1031—1095年)的《夢溪筆談》、蘇頌(公元1020—1101年)的《新儀象法要》、曾公亮(公元999—1078年)的《武經總要》、李誡(公元1035—1110年)的《營造法式》、趙友欽(宋末元初人)的《革象新書》。此外,《宋史》中的“天文志·儀象”、“律歷志”、“儀衛志·政和大駕”、“輿服志·指南車、記里鼓車”等篇章,都是極有價值的科學著作。

        宋元時代還有許多在當時屬于世界一流的有關物理學方面的發明創造。

        力學方面,《宋史·輿服志》詳細記載了燕肅(公元960—1040年)等人制造的指南車、記里鼓車。指南車是一種指示方向的機械車;記里鼓車是能夠記錄車輛運行路程長短的機械車。根據史書留下的有關記載,不僅表明古代人嫻熟地掌握了有關齒輪及其匹配法則的力學知識,而且今天還可以照書本復原制造。蘇頌和韓公廉等人在1092年制造了一架大型的水運儀象臺,即天文鐘。它是現代鐘表的祖先,也表明宋代人完全掌握了控制等速運動的技術方法。李誡在《營造法式》中系統地總結了歷代建筑經驗,特別是提出了橫梁的高與其寬之比的規律,比西方材料力學中同樣的公式要早400年到600年。曾公亮在《武經總要》中記述了在兩山之間引水過山,建造大型虹吸管的方法。宋僧懷丙(生卒年不詳)在1066年利用類似現代起重浮艇的原理打撈沉落江中的萬斤鐵牛。此外,液體比重計和表面張力儀也是這一時代的發明。

        熱學方面,宋代人發明了火藥、火柴,以及以火藥為燃料而噴射推進的火箭,還發明了水套式省油燈。在煮水泡茶的生活實踐中,人們還發現了水的遞次沸騰現象。關于熱脹冷縮的原理在實踐中也得到了廣泛應用。

        光學方面,沈括的《夢溪筆談》對日食、月食、雨虹的成因作了理論性總結。沈括還發現了陽燧的焦點,對凹面鏡成像原理作了正確的敘述,并探討了“透光鏡”反射成像的原因和“紅光驗尸”的光學道理。趙友欽在《革象新書》中描述了一個大型的有關小孔成像的實驗,并得出了正確的結論。他的實驗室是一個三層樓房,光源是上千支蠟燭,這是中世紀時期最大型的光學實驗。此外,關于色散知識也有大量記載,幻燈、影戲、以磷光物質作畫等方面皆有長足的進步。

        聲學方面,沈括不僅在理論上闡述了編鐘的形狀與其發音的關系,而且還創造了以“紙人”演示共振現象的實驗方法。南宋初年,趙希鵠在其著《洞天清錄集》中對建筑聲學作了最早的探討,提出了設計琴室的一些標準。

        電和磁學方面,指南針的發明及其在航海中的運用,地磁偏角的發現和記載,以及對雷電性質的觀察研究,都是這一時期的重大成就。

        明、清時期

        這是中國科學史上一個獨特的時期:一方面,中國的封建社會仍在緩慢地向前發展,其經濟和生產逐漸滯后于文藝復興后的西方,與此相適應的中國科學技術也漸漸處于落后狀態;另一方面,此時的中國也曾幾度有過資本主義因素的萌芽,因此也有個別的有關物理學的獨創性發現。1581年,隨著西方傳教士入華,以傳播西方科學技術作為傳教手段。從此,近代物理學知識開始在我國傳播。

        這個時期,中國人最偉大的創造性的發現是在聲學上。明代王子朱載堉〔 yu育〕 (公元1536—1611年)在世界上首次提出了十二平均律的數理理論,為現代鍵盤樂器(如鋼琴)的創制打下了基礎。方以智(公元1611—1671年)在《物理小識》中首次記述了隔聲以及建造隔聲房的方法,它比西方同樣的理論和建筑要早約250年。另外,宋應星(公元1587—?年)著的《天工開物》等,都為中國古代物理學的發展作出了貢獻。

        隨著西方物理學知識在中國的傳播,中國人不僅開始制造“千里眼”(望遠鏡)、萬花鏡,也知道原子、X光、無線電報。中國人起初將力學譯為“重學”,將物理學譯為“格致學”。1900年,正式以“物理學”命名的教科書第一次在中國出版。上世紀末本世紀初,由于出國留學人員中攻讀物理學的人數逐漸增多,物體內部的運動規律愈被人們所認識,科學能夠轉變為生產力的論斷也逐漸為政府所重視。因此,中國的近代物理學也慢慢地發展起來了。


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