中国古代物理学.doc

中国古代物理学
中国古代物理学
严格地说,在古代世界中是没有近代意义的物理学的,但这并不是说物理学不是历史发展的产物。在漫长的20多个世纪中,中国古代物理学在世界上一直处于领先的地位,只是到了明、清,由于欧洲近代物理学的兴起,它才显得落后了,可以称之为衰落时期。从"五四"新文化运动开始,中国物理学汇合于世界物理学,呈现出不同于古代物理学的新面目。

先秦时期的伟大哲学家墨翟(约公元前468-前376)及其墨家学派(公元前4世纪-公元前3世纪)在他们的论着《墨经》中记述了大量的物理知识,这是春秋战国时期物理学成就最大的学派,《墨经》的主要成就在力学与光学方面。它探讨了力的定义,叙述了惯性运动,研究了杠杆、滑轮、轮轴、斜面等装置省力的原因,以及浮力与平衡原理,指出了光的直线传播及反射规律以及小孔、平面镜、凹凸面镜的成像情况;观察了温度与火色的关系。同时期的《考工记》是应用力学、声学方面的书,记载了滚动摩擦、斜面运动、惯性现象、抛物轨道、水的浮力、材料强度以及钟、鼓、磬的发音、频率、音色、响度及乐器形状的关系。这时期的《管子·地数篇》、《鬼谷子》、《吕氏春秋》等书中还记载了天然磁石的吸铁现象以及最早的指南针"司南"。
汉代王充(27~约97)的《论衡》是中国中古时期的百科全书。在力学方面指出外力能改变物体的运动状态,改变运动速度。而内力不能改变物体的运动,还讨论了相对运动,在声学方面研究了声的发生、传播与衰减,并用水波做比喻。在热学方面研究了热的平衡、传导及物态变化。在光学方面阐述了光的强度、光的直线传播及球面聚焦现象。在电磁学方面记录了摩擦起电及磁指南器。
在唐代,《玄真子》中记叙了人造虹的简单实验:"背日喷水"。唐人将风力分为八个等级。了解到共鸣的道理并应用于音乐中,并指出了雷与电的关系。
宋代沈括(1031-1095)的《梦溪笔谈》具有很高的科学价值,被称为"中国科学史上的坐标",其主要成就是在声学、光学、磁学方面。他研究了声音的共振现象、针孔成像与凹凸镜成像规律,形象地说明了焦点、焦距、正倒像等问题;研究了人工磁化方法,指出了把磁场的磁偏角,讨论了指南针的装置方法,为航海用指南针的制造奠定了基础。他还研究了大气中的光、电现象。
元代的赵友钦(1279-1368)在《革象新书》中研究了光的直进、针孔成像,利用模拟实验研究月亮盈亏以及日、月蚀。他擅长用比喻解释自然现象,使之生动、形象,易于被人们理解。
在明、清时代,朱载堉(1536-1610)在《乐律全书》中用精密方法首次阐明了音乐中的十二平均律。方以智(1611-1671)兼取古今中外知识精华,在《物理小识》中涉及力、光、磁、热学,研究了比重、浓度、表面张力及杠杆原理,螺旋原理,研究了光的反射、折射、光学仪器,进行了分光实验解释虹,还研究了磁偏角随地域的变化以及金属导热问题。《物理小识》是300年前的一部科学著作。
在物理世界观或宇宙观方面,中国古代物理学(与哲学混杂在一起)也有独到之处。在先秦时期,墨家、惠施(公元前370-前310)提出过类似原子论的思想。他们认为物质可以分割,但分到最后存在着不可再分割的"端","端"是物质的最小单位,类似于原子。但是原子论在以后并未得到发展。中国古代物理中最有特色的理论是阴阳五行说及元气论,在漫长的中国历史上长存而不衰。
中国古代物理学虽然在16世纪以前在世界上是领先的,而在17世纪以后却大大落后了。然后,17世纪以后发展起来的西方近代物理学传入中国,使中国的物理学改变了面目。"五四"新文化运动后,中国物理学汇入世界物理学。从而使人们感到中国古代物理学遥远了。然而,历史的发展却又在提示,中国古代物理学中某些深刻的思想(如元气论)与现代物理中的某些思想(例如场)极其相近。英国科学史家李约瑟说过一句发人深思的话:"中国传统科学的思想复合体可能会在科学发展的最终状态中发挥出大于人们所承认的作用"。

磁石的吸铁性及其应用
我国是对磁现象认识最早的国家之一,公元前4世纪左右成书的《管子》中就有"上有慈石者,其下有铜金"的记载,这是关于磁的最早记载。类似的记载,在其后的《吕氏春秋》中也可以找到:"慈石召铁,或引之也"。东汉高诱在《吕氏春秋注》中谈到:"石,铁之母也。以有慈石,故能引其子。石之不慈者,亦不能引也"。在东汉以前的古籍中,一直将磁写作慈。相映成趣的是磁石在许多国家的语言中都含有慈爱之意。
我载了一些磁石吸铁和同性相斥的应用事例。例如《史记·封禅书》说汉武帝命方士栾大用磁石做成的棋子"自相触击";而《椎南万毕术》(西汉刘安)还有"取鸡血与针磨捣之,以和磁石,用涂棋头,曝干之,置局上则相拒不休"的详细记载。南北朝(512~518年)的《水经注》(郦道元)和另一本《三辅黄图