第一篇古代物理学

1、 第一篇第一篇 古代物理学古代物理学 -启明之光启明之光第一章第一章 中国古代的物理学萌芽中国古代的物理学萌芽第二章第二章 西方古代古代物理学进展西方古代古代物理学进展第一章第一章 中国古代的物理学萌芽中国古代的物理学萌芽第一节：物质本原思想第一节：物质本原思想 一元素与原子的观点一元素与原子的观点 1.阴阳学说阴阳学说 2.五行思想五行思想 3.原子的观点原子的观点 二二 元气说元气说第二节：物理学知识的积累第二节：物理学知识的积累 一一.力学力学 二二.热学热学 三三.光学光学 四四.电磁学电磁学 五五.声学声学 六六.天文学天文学启启 明明 之之 光光: : 一一. . 中中 国国 古古

2、 代代 的的 物物 理理 学学 萌萌 芽芽在图片上点击鼠标左键为播放/暂停第一章第一章.中国古代物理学中国古代物理学概况概况 在古代，无论是古希腊还是中国，都谈不上有在古代，无论是古希腊还是中国，都谈不上有“物理物理学学”。当时人们还不可能自觉地、系统地运用实验方法，。当时人们还不可能自觉地、系统地运用实验方法，也不可能通过严密的逻辑推理和数学形式进行科学的概括，也不可能通过严密的逻辑推理和数学形式进行科学的概括，使之成为完整的知识体系。但这一阶段仍是物理学形成和使之成为完整的知识体系。但这一阶段仍是物理学形成和发展的先导和渊源。是物理学发展的孕育和萌芽时期。发展的先导和渊源。是物理学发展的孕

3、育和萌芽时期。 在中国，在中国，自夏、商、西周起自夏、商、西周起，随着手工技术的发展，随着手工技术的发展，物理知识开始积累。物理知识开始积累。春秋战国时期春秋战国时期科学技术蓬勃发展，中科学技术蓬勃发展，中国古代物理学开始形成国古代物理学开始形成 ；秦汉时期秦汉时期，形成一个发展高峰；，形成一个发展高峰；宋元时期宋元时期达到鼎盛。至此，在西方近代科学诞生之前，中达到鼎盛。至此，在西方近代科学诞生之前，中国的科学技术在各个领域都居世界领先地位。国的科学技术在各个领域都居世界领先地位。明末至清初明末至清初以后以后，科学和科学技术的发展逐渐落后于西方，这一时期，科学和科学技术的发展逐渐落后于西方，这

4、一时期，西方物理知识开始向中国输入。西方物理知识开始向中国输入。一一. .元素与原子的观点元素与原子的观点 1. 1. 阴阳学说阴阳学说 阴阳是中国古代哲学的一对范畴。阴阳的最初涵义是表阴阳是中国古代哲学的一对范畴。阴阳的最初涵义是表示阳光的向背，向日为阳，背日为阴。示阳光的向背，向日为阳，背日为阴。 后来，又给它赋予了一定的意义后来，又给它赋予了一定的意义，把自然界和社会上一，把自然界和社会上一切对立的现象抽象为阴阳，用阴阳概念来解释自然界两种对切对立的现象抽象为阴阳，用阴阳概念来解释自然界两种对立和相互消长的物质势力，用来解释天文气象、四季变化、立和相互消长的物质势力，用来解释天文气象、四

5、季变化、万物兴衰等自然现象。万物兴衰等自然现象。 如气候的寒暖，方位的上下、左右、内外，运动状态的如气候的寒暖，方位的上下、左右、内外，运动状态的躁动和宁静，以及天地、男女、昼夜、君臣、夫妻等。躁动和宁静，以及天地、男女、昼夜、君臣、夫妻等。 阳代表阳代表积极、进取、刚强、上升、温热、明亮、雄性、积极、进取、刚强、上升、温热、明亮、雄性、太阳等阳性和具有这些特征的事物；太阳等阳性和具有这些特征的事物； 阴代表阴代表消极、退让、柔弱、下降、寒冷、晦暗、雌性、消极、退让、柔弱、下降、寒冷、晦暗、雌性、月亮等阴性和具有这些特征的事物。月亮等阴性和具有这些特征的事物。第一节：物质本原思想第一节：物质本

6、原思想 认为：认为：阴阳的对立统一运动，是自然界一切事物发生、发阴阳的对立统一运动，是自然界一切事物发生、发展、变化及消亡的根本原因。是自然界一切事物运动变化的固展、变化及消亡的根本原因。是自然界一切事物运动变化的固有规律。阴阳的对立和消长是宇宙的基本规律。有规律。阴阳的对立和消长是宇宙的基本规律。 素问素问阴阳应象大论阴阳应象大论：“阴阳者，天地之道也，万物之阴阳者，天地之道也，万物之纲纪，变化之父母，生杀之本始纲纪，变化之父母，生杀之本始”。 事物的阴阳属性，并不是绝对的，而是相对的。这种相事物的阴阳属性，并不是绝对的，而是相对的。这种相对性，一方面表现为在一定的条件下，阴和阳之间可以发生

7、对性，一方面表现为在一定的条件下，阴和阳之间可以发生相互转化，即阴可以转化为阳，阳也可以转化为阴。另一方相互转化，即阴可以转化为阳，阳也可以转化为阴。另一方面，体现于事物的无限可分性。面，体现于事物的无限可分性。 以天地而言，天气轻清为阳，地气重浊为阴；以水火而以天地而言，天气轻清为阳，地气重浊为阴；以水火而言，水性寒而润下属阴，火性热而炎上属阳。言，水性寒而润下属阴，火性热而炎上属阳。 阴和阳，既可以表示相互对立的事物，又可用来分析一阴和阳，既可以表示相互对立的事物，又可用来分析一个事物内部所存在着的相互对立的两个方面。个事物内部所存在着的相互对立的两个方面。阴阳学说的阴阳学说的基本内容基本

8、内容包括阴阳对立、阴阳互根、阴阳消包括阴阳对立、阴阳互根、阴阳消长和阴阳转化四个方面。长和阴阳转化四个方面。 “阴阳有序、整体和谐阴阳有序、整体和谐”是世间的最佳状态，也是世间的最佳状态，也是事物稳定的基本保证。是事物稳定的基本保证。白纸称为无极，画上一个圆圈，称为白纸称为无极，画上一个圆圈，称为无极生太极（宇宙），中间一条曲线无极生太极（宇宙），中间一条曲线分成黑白两个部分，称为太极生两仪，分成黑白两个部分，称为太极生两仪，中间的曲线表示了阴阳的相互运动和中间的曲线表示了阴阳的相互运动和相互转化。黑白两个半球中各有一个相互转化。黑白两个半球中各有一个与之颜色相反的小圆圈，称为阴阳子，与之颜色

9、相反的小圆圈，称为阴阳子，表示阴中有阳，阳中有阴。表示阴中有阳，阳中有阴。 在中医学理论体系中，处处体现着阴阳学说的思想。在中医学理论体系中，处处体现着阴阳学说的思想。阴阴阳学说被用以阳学说被用以说明人体的组织结构、生理功能及病理变化，说明人体的组织结构、生理功能及病理变化，并用于指导疾病的诊断和治疗。并用于指导疾病的诊断和治疗。四象和阴阳的组合再生四象和阴阳的组合再生八卦八卦：乾、坤、震、撰、坎、离、艮：乾、坤、震、撰、坎、离、艮（gngn）、兑。）、兑。 八卦八卦则是其形式化和符号化：则是其形式化和符号化：为阴，为阴，为阳为阳，分，分别称作别称作阴爻（阴爻（yoyo)和和阳爻阳爻，阴爻和阳

10、爻的组合构成，阴爻和阳爻的组合构成四象四象： 周易周易以阴阳的范畴为基础，说明天地变化及各种现以阴阳的范畴为基础，说明天地变化及各种现象：象：“易有太极，是生两仪；两仪生四象，四象生八卦易有太极，是生两仪；两仪生四象，四象生八卦”（易经易经系辞上系辞上）。意思是：宇宙的的本原是）。意思是：宇宙的的本原是太极太极（物质的原始状态），太极生出天地（阴阳），天地生出四（物质的原始状态），太极生出天地（阴阳），天地生出四时（春、夏、秋、冬），再生出时（春、夏、秋、冬），再生出八卦八卦（天、地、山、泽、（天、地、山、泽、水、火、风、雷）。水、火、风、雷）。2223周易周易是以阴（阴爻）、阳（阳爻是以阴（

11、阴爻）、阳（阳爻）为基本单位而）为基本单位而形成的一种对事物的理论性把握。阴与阳二单位的不同组合形成的一种对事物的理论性把握。阴与阳二单位的不同组合形成八卦，将八卦中之任意两卦叠合即形成六十四卦。形成八卦，将八卦中之任意两卦叠合即形成六十四卦。每卦每卦有六爻，共组成有六爻，共组成384爻。八卦的卦、爻、位之间，有复杂的关爻。八卦的卦、爻、位之间，有复杂的关系，系，64卦的卦象变化和爻数就更加复杂，它反映了事物之间卦的卦象变化和爻数就更加复杂，它反映了事物之间错综复杂的相互关系。错综复杂的相互关系。在易学中，事物的性质即由阴与阳所在易学中，事物的性质即由阴与阳所占整体成份之多少及阴阳空间相对位置

12、关系所决定。占整体成份之多少及阴阳空间相对位置关系所决定。 老子老子说：说：“万物负万物负阴而抱阳阴而抱阳”。 周代人周代人伯阳父伯阳父将地震将地震成因归于成因归于“阳伏而不能出，阳伏而不能出，阴迫而不能蒸。阴迫而不能蒸。” ” 故事：故事：德国数学家莱布尼兹德国数学家莱布尼兹16791679年提出年提出“论二进位制论二进位制”，17011701年他将二进位制表寄给中国的法国传教士白晋，白晋立年他将二进位制表寄给中国的法国传教士白晋，白晋立即看出二进位制与中国伏羲八卦的六爻有关，遂回信并附寄即看出二进位制与中国伏羲八卦的六爻有关，遂回信并附寄伏羲伏羲6464卦图。卦图。17031703年年4

13、4月月1 1日，莱布尼兹收到到回信和图，日，莱布尼兹收到到回信和图，4 4月月2 2日又复信，并将论文送出发表，论文题目是：日又复信，并将论文送出发表，论文题目是：“二进位制计二进位制计算的阐述算的阐述”，副题是，副题是“关于只用关于只用0 0和和1 1，兼论其用途和伏羲所，兼论其用途和伏羲所用数字的意义用数字的意义”。八卦与二进制：八卦与二进制： 若以阴爻若以阴爻表示表示0 0，阳爻，阳爻表示表示1 1，则坤卦，则坤卦即为即为000000，乾卦，乾卦即为即为111111，实际相当于八进制：，实际相当于八进制：0-70-7。. .五行思想五行思想 五行五行：金、木、水、火、土五种基本物质或元素

14、。：金、木、水、火、土五种基本物质或元素。“水曰水曰炎上，木曰曲直，金曰从革，土爰稼穑。炎上，木曰曲直，金曰从革，土爰稼穑。”（尚书尚书洪范洪范） 构成构成：世界万物皆由上述五种元素构成。：世界万物皆由上述五种元素构成。“以土与金、木、以土与金、木、火、水杂，以成百物火、水杂，以成百物”（国语国语郑语郑语）。）。 相互关系相互关系：相生与相克：土生金、金生水、水生木、木生：相生与相克：土生金、金生水、水生木、木生火、火生金；土克水、水克火、火克金、金克木、木克土。火、火生金；土克水、水克火、火克金、金克木、木克土。 发展：发展：五行说的起源早于五行说的起源早于“太极太极”和和“道道” ，在殷末

15、已普遍流传；春秋战国时期，在殷末已普遍流传；春秋战国时期，五行说与阴阳说相结合，形成了阴阳五行说，五行说与阴阳说相结合，形成了阴阳五行说，形成了五行相生相克的关系。宋代以后，五行形成了五行相生相克的关系。宋代以后，五行作为由太极到万物的中间环节，被容纳于宇宙作为由太极到万物的中间环节，被容纳于宇宙生成体系之中。宇宙由太极而生，太极生出阴生成体系之中。宇宙由太极而生，太极生出阴阳，阴阳生出五行，五行相互作用，生出男女阳，阴阳生出五行，五行相互作用，生出男女及世间万物。及世间万物。和西方比较：和西方比较：古希腊的四根说，古印度的四大说，无金。古希腊的四根说，古印度的四大说，无金。3 .3 .原子的

16、观点原子的观点 名家名家：代表人物：代表人物 慧施（约前慧施（约前375375前前318318）：）：“至大至大无外，谓之大一；至小无内，谓之小一。无外，谓之大一；至小无内，谓之小一。”（庄子庄子天天下下）。）。 儒家儒家：“语小，天下莫能破焉语小，天下莫能破焉”（中庸中庸）。）。 墨家墨家：“端，体之无厚而最前者也端，体之无厚而最前者也”，“非半弗非半弗著著斤斤，则不动，说在端，则不动，说在端”（墨经墨经经上经上）。意思是）。意思是端端无厚，不可再分。墨家观点的特征是：对物质可进行分无厚，不可再分。墨家观点的特征是：对物质可进行分割，但分割到割，但分割到端端就不能再分割下去。类似现在的原就不

17、能再分割下去。类似现在的原子观点。子观点。 相反观点：相反观点：战国时期公孙龙提出：战国时期公孙龙提出： “ “一尺之棰，日一尺之棰，日取其半，万世不竭取其半，万世不竭”（庄子庄子天下天下）。）。和西方相比：和西方相比：古希腊原子论：原子是不能再分割的最小单位。古希腊原子论：原子是不能再分割的最小单位。二二 元气说元气说1. 概述：概述：中国古代的哲人们期望着将世界万物本源归结为一中国古代的哲人们期望着将世界万物本源归结为一种统一的物质，认为世界应该是由一种连续分布于整个空间的种统一的物质，认为世界应该是由一种连续分布于整个空间的物质所构成，而不像物质所构成，而不像“五形说五形说”是各种元素的

18、组合。在是各种元素的组合。在“道道”和和“太极太极”的思想指导下，逐渐形成并发展成为在中国古代自的思想指导下，逐渐形成并发展成为在中国古代自然观中重要的、占主流地位的然观中重要的、占主流地位的“元气说元气说”。 春秋战国时期，春秋战国时期，老子老子认为由最高范畴的道生出阴阳二气，认为由最高范畴的道生出阴阳二气，进而产生万物。进而产生万物。庄子庄子继承和发扬老子的学说，提出继承和发扬老子的学说，提出“通天下一通天下一气气”的思想。战国末期的的思想。战国末期的荀（荀（xnxn）况）况也指出气是构成万物的也指出气是构成万物的基本元素。基本元素。 元气说在春秋战国时期出现，在汉代逐渐成熟，经过唐、元气

19、说在春秋战国时期出现，在汉代逐渐成熟，经过唐、宋得到相当大的发展，明末清初达到高峰。由汉代的王充、唐宋得到相当大的发展，明末清初达到高峰。由汉代的王充、唐代的柳宗元和刘禹锡为代表，形成了代的柳宗元和刘禹锡为代表，形成了“元气自然论元气自然论”；由宋代；由宋代张载和明末清初的王夫之为代表形成了张载和明末清初的王夫之为代表形成了“元气本体论元气本体论”。1. 1. 概述：概述：中国古代的哲人们期望着将世界万物本源归结为一中国古代的哲人们期望着将世界万物本源归结为一种统一的物质，认为世界应该是由一种连续分布于整个空间种统一的物质，认为世界应该是由一种连续分布于整个空间的物质所构成，而不像的物质所构成

20、，而不像“五形说五形说”是各种元素的组合。在是各种元素的组合。在“道道”和和“太极太极”的思想指导下，逐渐形成并发展成为在中的思想指导下，逐渐形成并发展成为在中国古代自然观中重要的、占主流地位的国古代自然观中重要的、占主流地位的“元气说元气说”。 春秋战国时期，春秋战国时期，老子老子认为由最高范畴的道生出阴阳二气，认为由最高范畴的道生出阴阳二气，进而产生万物。进而产生万物。庄子庄子继承和发扬老子的学说，提出继承和发扬老子的学说，提出“通天下通天下一气一气”的思想。战国末期的的思想。战国末期的荀（荀（xnxn）况）况也指出气是构成万也指出气是构成万物的基本元素。物的基本元素。 元气说在春秋战国时

21、期出现，在汉代逐渐成熟，经过唐、元气说在春秋战国时期出现，在汉代逐渐成熟，经过唐、宋得到相当大的发展，明末清初达到高峰。由汉代的王充、宋得到相当大的发展，明末清初达到高峰。由汉代的王充、唐代的柳宗元和刘禹锡为代表，形成了唐代的柳宗元和刘禹锡为代表，形成了“元气自然论元气自然论”；由；由宋代张载和明末清初的王夫之为代表形成了宋代张载和明末清初的王夫之为代表形成了“元气本体论元气本体论”。二二 元气说元气说 管子管子内业内业记载：记载：“凡物之精，比则为生。下生五谷，凡物之精，比则为生。下生五谷，上列为星；流于天地之间，谓之鬼神；藏于心中，谓之圣上列为星；流于天地之间，谓之鬼神；藏于心中，谓之圣人

22、。杲（人。杲（gaogao，明亮）乎如登于天，杳（，明亮）乎如登于天，杳（yaoyao 阴暗，隐没）阴暗，隐没）乎如入于渊，淖（乎如入于渊，淖（naonao 泥沼，柔和）乎如在大海，卒乎如泥沼，柔和）乎如在大海，卒乎如在于屺（在于屺（qiqi 不长草木的山）不长草木的山）”。 荀（荀（xunxun）子）子（约前（约前298298前前238238）荀子荀子王制王制：“水火有气而无生，草木有生而无知，禽兽有知而无义，水火有气而无生，草木有生而无知，禽兽有知而无义，人有气有生有知有义，故谓天下贵也人有气有生有知有义，故谓天下贵也”2.“2.“通天下一气通天下一气”思想和思想和“精气精气”说说 庄子庄

23、子知北游知北游中记载：中记载：“人之生，气之聚也。聚则为人之生，气之聚也。聚则为生，散则为死。生，散则为死。故万物一也。故万物一也。通天下一气耳。通天下一气耳。”3 3“元气说元气说”的主要思想：的主要思想：气是充满整个宇宙气是充满整个宇宙 客观存在的物质，是万物本原。客观存在的物质，是万物本原。 王充在王充在论衡论衡中说：中说：“天地，含气之自然也。天地，含气之自然也。”论论衡衡 谈天谈天，“天地合气，万物自生天地合气，万物自生”论衡论衡 自然自然。 论衡论衡言毒言毒说：说：“万物之生，皆禀元气。万物之生，皆禀元气。” 宋代宋代二程遗书二程遗书卷五说：卷五说：“万物之始，皆气化。万物之始，皆

24、气化。” 宋代朱熹宋代朱熹朱子遗书朱子遗书说：说：“天地之间，一气而已。天地之间，一气而已。” 明代王廷相的明代王廷相的雅述雅述上篇说：上篇说：“元气之上无物元气之上无物” 王廷相王廷相王氏家藏集王氏家藏集卷二十七说：卷二十七说：“天地未判之前，天地未判之前，只有一气而已。一气中即有阴阳，只有一气而已。一气中即有阴阳，二者离之不可得二者离之不可得”。王充（王充（27-27-约约9797）：）：东汉时期的唯物主义哲学家和进步思想东汉时期的唯物主义哲学家和进步思想家，创立了以气为基础的元气自然论。主要著作有家，创立了以气为基础的元气自然论。主要著作有论衡论衡，共共3030卷，卷，8585篇，涉及力

25、学、声学、光学、热学、电磁学等多篇，涉及力学、声学、光学、热学、电磁学等多方面的知识，是我国中古时期的一部百科全书。方面的知识，是我国中古时期的一部百科全书。张载简介：张载简介：宋代唯物主义者，提出宋代唯物主义者，提出“元气本体论元气本体论”和物质不和物质不灭思想，主要著作有灭思想，主要著作有正蒙正蒙；王夫之简介王夫之简介：明末清初人，：明末清初人，学术著作较多，有学术著作较多，有周易外传周易外传，张子正蒙注等张子正蒙注等。王夫之王夫之（1619161916921692，明末清初，明末清初) )：“虚空者，气之量，气虚空者，气之量，气弥沦无崖而希微不形，则人见虚空而不见气。凡虚空者，弥沦无崖而

26、希微不形，则人见虚空而不见气。凡虚空者，气也。气也。聚则显，显则人谓之有；散则隐，隐则人谓之无聚则显，显则人谓之有；散则隐，隐则人谓之无。”张子正蒙注张子正蒙注太和太和。张载（张载（1020102010771077，宋）：，宋）：“太虚者，气之体太虚者，气之体形聚为物，形聚为物，形溃反原形溃反原”正蒙正蒙 乾称乾称；“气不能不聚而为万物，万气不能不聚而为万物，万物不能不散而为太虚物不能不散而为太虚”“”“气之聚散于太虚，犹冰凝释于水，气之聚散于太虚，犹冰凝释于水，知太虚即气知太虚即气”正蒙正蒙太和太和。气有聚散两态，太虚为气，气形转化气有聚散两态，太虚为气，气形转化 黄帝内经黄帝内经素问素问：

27、“地气上为云，天气下为雨地气上为云，天气下为雨” ” ； 左传左传昭公元年昭公元年：“气有六，阴、阳、风、雨、晦、明气有六，阴、阳、风、雨、晦、明” 气分阴阳，永远处于运动变化之中气分阴阳，永远处于运动变化之中阴阳二气的相互作用、相互感应，构成了天地万物存在与阴阳二气的相互作用、相互感应，构成了天地万物存在与变化的多样性，天地万物变化的实质即气的运动变化。变化的多样性，天地万物变化的实质即气的运动变化。张载张载正蒙正蒙：“气有阴阳，屈伸相感之无穷气有阴阳，屈伸相感之无穷”。王夫之王夫之张子张子正蒙注正蒙注：“感者，交相感。阴感于阳而形乃成，阳感于阴感者，交相感。阴感于阳而形乃成，阳感于阴而象乃

28、著而象乃著”。西周末年的伯阳父西周末年的伯阳父解释地震现象时说：解释地震现象时说：“夫天夫天地之气，不失其序。若过其序地之气，不失其序。若过其序阳伏而不能出，阴迫而不阳伏而不能出，阴迫而不能蒸，于是有地震。能蒸，于是有地震。”（国语国语周语周语）物质不灭思想物质不灭思想 王夫之王夫之张子正蒙注张子正蒙注太和太和：气：气“散而归于太虚，复其散而归于太虚，复其氤氲之本体，非消灭也。聚而为庶物之生，自氤氲之常性，氤氲之本体，非消灭也。聚而为庶物之生，自氤氲之常性，非幻成也非幻成也”“”“聚散变化，而气本体不为之损益聚散变化，而气本体不为之损益。”；“车薪车薪之火，一烈而尽，而为焰，为烟，为烬，木者仍

29、归木，水者之火，一烈而尽，而为焰，为烟，为烬，木者仍归木，水者仍归水，土者仍归土，特希微而人不见者。仍归水，土者仍归土，特希微而人不见者。”；“一甑一甑（zengzeng）之炊，湿热之气，蓬蓬勃勃，必有所归；若盖严密，）之炊，湿热之气，蓬蓬勃勃，必有所归；若盖严密，则郁而不散。则郁而不散。”3.3.元气说的局限、以太和场元气说的局限、以太和场 元气学说注重元气学说注重物质连续与不连续的相互统一，强调事物间物质连续与不连续的相互统一，强调事物间的相互联系和相互转化。符合自然界的真实变化，与自然本的相互联系和相互转化。符合自然界的真实变化，与自然本性更接近。但元气说终究是一种思辩理论，没有实验、数

30、学性更接近。但元气说终究是一种思辩理论，没有实验、数学等科学方法的配合，长期停留在推测、玄想阶段，致使中国等科学方法的配合，长期停留在推测、玄想阶段，致使中国没有走上诞生近代科学的道路。没有走上诞生近代科学的道路。 中国古代的气概念因为在理论上要泛化而更多脱离了自然中国古代的气概念因为在理论上要泛化而更多脱离了自然存在的一种物质形态的范畴，另一方面在抽象程度上又没能达存在的一种物质形态的范畴，另一方面在抽象程度上又没能达到哲学的高度。在具体运用中气的内涵也是可以在抽象的元气到哲学的高度。在具体运用中气的内涵也是可以在抽象的元气与具体的空气间漂移。与具体的空气间漂移。尽管也被中国古人用来解释自然

31、现象，尽管也被中国古人用来解释自然现象，但在中国的文化中，气更多地成为了自然哲学层次的概念而不但在中国的文化中，气更多地成为了自然哲学层次的概念而不是物理学层次的概念是物理学层次的概念。 16441644年，笛卡儿年，笛卡儿提出以太旋涡理论，以解释原子间的虚提出以太旋涡理论，以解释原子间的虚空问题和超距作用。后经美国传教士丁韪良的考证，他认为，空问题和超距作用。后经美国传教士丁韪良的考证，他认为，笛卡儿的以太论可能来源于张载的元气论。笛卡儿的以太论可能来源于张载的元气论。 李约瑟李约瑟认为：认为：“元气，像现代人心目中以太波或辐射线。元气，像现代人心目中以太波或辐射线。”（JoscphJosc

32、ph Needham:Needham: ScienceScience andand CivilisationCivilisation inin ChinaChina J.CaJ.Cambridgembridge press press , , Vol.Vol. , 1962.1962. 472472） 何祚庥何祚庥先生则认为气先生则认为气“与其说是接近于以太，不如说更接与其说是接近于以太，不如说更接近于现代科学所说的场近于现代科学所说的场”，“元气学说元气学说是现代量子场论的是现代量子场论的滥觞滥觞（lan shang:事物的起源事物的起源) ”。 （杨仲耆，申先甲：物理学思想（杨仲耆，申先甲

33、：物理学思想史，湖南教育出版社）史，湖南教育出版社）评价：评价：第二节第二节 物理学知识的积累物理学知识的积累一一 力学力学1.1.物理计量：物理计量：时间计量、时间计量、度量衡度量衡2.2.时间、空间、运动：时间、空间、运动： 空间和时间空间和时间 运动与静止运动与静止 运动的相对性运动的相对性3.3.对力的认识：对力的认识：4.4.力学知识的应用力学知识的应用 一一 力学力学1.1.物理计量物理计量时间计量时间计量 a.a.干支纪法干支纪法：春秋时鲁隐公三年（前春秋时鲁隐公三年（前722722）二月己巳日至清）二月己巳日至清宣统年（宣统年（19111911）。）。“干支干支”是是“天干天干

34、”和和“地支地支”的合称。的合称。天干：天干：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸。甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸。地支：地支：子、丑、寅、卯、辰、巳、戊（午）、未、申、酉、子、丑、寅、卯、辰、巳、戊（午）、未、申、酉、戍（戍（xx) )、亥。、亥。 天干和地支相互组合成天干和地支相互组合成“六十干支六十干支”：甲子、乙丑、：甲子、乙丑、癸酉、甲戊、乙亥癸酉、甲戊、乙亥癸亥。共个组合，也称癸亥。共个组合，也称“六十甲六十甲子子”，周而复始，不断循环。，周而复始，不断循环。 b.b.十二时辰记时法十二时辰记时法：子时：子时：23231 1时，丑时：时，丑时：1 13 3时，时，, ,亥

35、时：亥时：21212323时。时。表表1-1 1-1 十二时辰与十二时辰与2424小时纪日法的对应关系小时纪日法的对应关系子时 231时 辰时 79时申时 1517时丑时 13时巳时 911时酉时 1719时寅时 35时午时 1113时 戊时 1921时卯时 57时未时 1315时 亥时 2123时c. c.百刻时制（漏壶记时制）百刻时制（漏壶记时制）： 采用采用日晷日晷或或漏壶漏壶将一昼夜分为十时，一时分为十刻。将一昼夜分为十时，一时分为十刻。刻刻为漏壶的基本记时单位，在竹或木制的箭上为漏壶的基本记时单位，在竹或木制的箭上个等分刻度，其高度正好等于一昼夜漏壶滴水的高度。个等分刻度，其高度正好

36、等于一昼夜漏壶滴水的高度。1 1刻等于现在的刻等于现在的14.414.4分钟。分钟。d.d.测时仪器：测时仪器：圭表圭表由圭和表垂直由圭和表垂直构成。利用太阳投影构成。利用太阳投影指示时间的仪器。表指示时间的仪器。表为直立的杆子，圭为为直立的杆子，圭为一平板，板上有刻度，一平板，板上有刻度，由表向北延伸。由表向北延伸。日晷：日晷：和圭表原理相似，由晷盘和晷针组成，晷针安在晷盘和圭表原理相似，由晷盘和晷针组成，晷针安在晷盘中央，并垂直与晷盘。中央，并垂直与晷盘。星晷星晷月晷月晷漏漏壶壶： 漏壶有两种形式：漏壶有两种形式：泻水型泻水型和和受水型受水型。我国最早的西汉青铜挈壶为泻水型漏壶，我国最早的

37、西汉青铜挈壶为泻水型漏壶，只有一把挈壶，出水口在壶底侧。由于只有一把挈壶，出水口在壶底侧。由于挈壶里水位不同时出水速度不同，后来挈壶里水位不同时出水速度不同，后来又发展出受水型。并逐渐由最初的两壶又发展出受水型。并逐渐由最初的两壶发展成多壶。右图为根据唐朝吕才发展成多壶。右图为根据唐朝吕才历历象汇编历法典象汇编历法典9999卷刻漏图制作的四级卷刻漏图制作的四级漏壶。漏壶。周礼周礼夏宫夏宫记载：记载：“挈挈(qe(qe) )壶氏：掌挈壶以令军井，壶氏：掌挈壶以令军井，皆以水火守之，以分昼夜。皆以水火守之，以分昼夜。”隋制隋制上说：上说：“周礼周礼挈壶氏，其法总以百刻，分以昼挈壶氏，其法总以百刻，

38、分以昼夜，冬至昼漏四十刻，夜漏六十刻，夏至昼漏六十刻，夜漏夜，冬至昼漏四十刻，夜漏六十刻，夏至昼漏六十刻，夜漏四十刻；春秋二分昼夜，各五十刻。四十刻；春秋二分昼夜，各五十刻。”浮漏：浮漏：宋代沈括在多级漏壶的宋代沈括在多级漏壶的基础上发明了浮漏，每昼夜基础上发明了浮漏，每昼夜误差小于误差小于2020秒。宋代燕肃制秒。宋代燕肃制作的莲花漏改进了刻箭的刻作的莲花漏改进了刻箭的刻度方法，精度提高到度方法，精度提高到14.414.4秒；秒；宋代赵友钦则将精度提高宋代赵友钦则将精度提高6 6秒。秒。机械记时：机械记时：东汉时期张衡东汉时期张衡117117年发明年发明浑天仪浑天仪，用于测定天体，用于测定天

39、体位置，一天转一周。后经唐宋发展，成为世界上最早的天位置，一天转一周。后经唐宋发展，成为世界上最早的天文钟。文钟。度量衡：度量衡：度度-长度长度 量量-容量容量 衡衡-重量重量a.a.计量单位：计量单位：汉书汉书 律历志律历志详细记载：详细记载：长度单位：引、丈、尺、寸、分，十进制；长度单位：引、丈、尺、寸、分，十进制；容量单位：斛（容量单位：斛（hh) )、斗、升、合、龠（、斗、升、合、龠（yuyu），十进制。），十进制。 重量单位：石、钧、斤、两、铢，非十进制。重量单位：石、钧、斤、两、铢，非十进制。长度：长度：孔子家语孔子家语记载：记载：“布指知寸，布手知尺，舒肘知寻布指知寸，布手知尺，

40、舒肘知寻”即：从中指的指端到第一横纹叫一寸，拇指和中指一扎为一尺，即：从中指的指端到第一横纹叫一寸，拇指和中指一扎为一尺，两臂伸开长八尺，叫一寻。两臂伸开长八尺，叫一寻。孙子算经孙子算经：“度之所起，起与度之所起，起与忽。蚕吐丝为忽。十忽为一丝，十丝为一毫，十毫为一厘，十忽。蚕吐丝为忽。十忽为一丝，十丝为一毫，十毫为一厘，十厘为一分。厘为一分。”。 汉书汉书律历志律历志记载：记载：“度本起黄钟之长。度本起黄钟之长。九十分九十分黄钟之长，一为一分，十分为寸，十寸为尺，十尺为丈，十丈黄钟之长，一为一分，十分为寸，十寸为尺，十尺为丈，十丈为引为引”。容量容量：一手所盛为：一手所盛为“溢溢”, ,二手

41、合盛为二手合盛为“掬掬”,“,“掬四谓之豆掬四谓之豆” 公元公元211211年，秦始皇统一中国后，在商鞅变法的基础上对度年，秦始皇统一中国后，在商鞅变法的基础上对度量衡进行了统一，制发了一大批度量衡标准器，意义重大。量衡进行了统一，制发了一大批度量衡标准器，意义重大。b.b.计量器具计量器具： 长度量具：长度量具：最早商代的最早商代的牙尺牙尺，等于现在的，等于现在的16.95cm16.95cm；战国的战国的铜尺铜尺，合现在的，合现在的23.0cm23.0cm；公元年，新莽时期的；公元年，新莽时期的铜卡尺，长度铜卡尺，长度14.22cm14.22cm，分固定尺和活动尺两部分，相当，分固定尺和活动

42、尺两部分，相当于现在的游标卡尺。另外还有唐朝于现在的游标卡尺。另外还有唐朝镂牙尺（镂牙尺（0.3m)0.3m)、鎏金鎏金雕花铜尺雕花铜尺、木尺木尺、黄钟玉尺等黄钟玉尺等。 远距离长度计量远距离长度计量：唐宋时的丈杆、测绳、步车，特：唐宋时的丈杆、测绳、步车，特别是别是记里鼓车记里鼓车利用车轮的转动，间接而自动的记录车行利用车轮的转动，间接而自动的记录车行里数。里数。 容量量具：容量量具：斛、斗、升、合、龠（斛、斗、升、合、龠（yuyu）。）。 重量量具：重量量具：古人称之为古人称之为衡衡，衡的形式包括：等臂，衡的形式包括：等臂天平、不等臂天平、杆秤。天平、不等臂天平、杆秤。权权就是砝码或秤砣。

43、就是砝码或秤砣。19541954年年在湖南长沙战国楚墓出土了我国最早的等臂天平和砝码，在湖南长沙战国楚墓出土了我国最早的等臂天平和砝码，天平为木杆，杆端有两盘，还有以两为单位的九个砝码。天平为木杆，杆端有两盘，还有以两为单位的九个砝码。2.2.时间、空间和运动时间、空间和运动时间与空间时间与空间尸子尸子“上下四方曰宇，往古今来曰宙上下四方曰宇，往古今来曰宙”。魏国尸佼。魏国尸佼（前（前390390330330）。）。 这里这里宇就是空间，宙就是时间宇就是空间，宙就是时间。庄子庄子中记载：中记载：“有实而无乎处者，宇也；有长而无本有实而无乎处者，宇也；有长而无本剽者，宙也。剽者，宙也。” ” 即

44、：宇是实在的和无处不在的，宙有长即：宇是实在的和无处不在的，宙有长短但无始终。短但无始终。墨径墨径：“久，弥异时也；宇，弥异所也久，弥异时也；宇，弥异所也”，弥，弥-遍及遍及的意思的意思. .在在经说经说中对中对“久、宇久、宇”进行了解释：进行了解释：“久，久，合古今旦幕；宇，蒙东西南北合古今旦幕；宇，蒙东西南北”。 时空无限性时空无限性：庄子曰：庄子曰：“天与地无穷天与地无穷”，张衡说：，张衡说：“宇之宇之表无极，宙之端无穷表无极，宙之端无穷”等；墨家：等；墨家：“久，有穷，无穷久，有穷，无穷”等。等。运动的相对性运动的相对性吕氏春秋吕氏春秋：“刻舟求剑刻舟求剑”故事；故事；隋书隋书 天文志

45、天文志：“乘船以涉水，水去船不徙也乘船以涉水，水去船不徙也”，“仰游仰游云以观，日月常动而云不移云以观，日月常动而云不移”（晋代束皙（晋代束皙xx 262-301 262-301）。）。抱朴子抱朴子 塞难塞难：“见游云西行，而谓月之东驰见游云西行，而谓月之东驰”（晋代葛（晋代葛洪洪283-343283-343）春秋纬春秋纬 元命苞元命苞（汉代）：（汉代）：“天左旋，地右动天左旋，地右动”. .春秋纬春秋纬 考灵曜（考灵曜（y y o o）“地恒动不止，而人不知，比如地恒动不止，而人不知，比如人在大舟中，闭牖（人在大舟中，闭牖（yuyu）而坐，舟行而人不觉）而坐，舟行而人不觉”。比比伽利伽利略（

46、略（1564-16421564-1642）相对性原理）相对性原理早一千多年。早一千多年。运动与静止运动与静止墨径墨径：“动，域徙也动，域徙也”“”“止，以久也止，以久也”。这里。这里以以停止的意思。停止的意思。“边际徙者，户枢免瑟边际徙者，户枢免瑟”指转动；指转动；3 3 对力的认识对力的认识（1 1）力的概念）力的概念 墨径墨径：“力，刑之所以奋也力，刑之所以奋也”，这里，这里刑刑即形，指物，即形，指物，奋奋即飞，动的意思。即飞，动的意思。 王充王充论衡论衡效力篇效力篇：“人有知学，则有力矣。文吏以人有知学，则有力矣。文吏以理事为力，而儒理事为力，而儒 生以学问为力生以学问为力”，“举重拔坚

47、，壮士之力举重拔坚，壮士之力也也”，“故故 夫垦草殖谷，农夫之力也夫垦草殖谷，农夫之力也”（东汉）。（东汉）。 西方，西方，1717世纪初世纪初弗兰西斯弗兰西斯培根培根提出：提出：“知识就是力知识就是力量量”。（3 3）杠杆原理）杠杆原理 墨径墨径中对不等臂天平的论述：中对不等臂天平的论述：“衡，加重于其一衡，加重于其一旁，必捶，权、重相若也。相衡，则本短标长。两加焉，旁，必捶，权、重相若也。相衡，则本短标长。两加焉，重相若，则标必下，标得权也。重相若，则标必下，标得权也。”（2 2）外力与内力）外力与内力 王充王充论衡论衡：“古之多力者，身能负荷千钧，手能决古之多力者，身能负荷千钧，手能决角

48、伸钩，使之自举不能离地。角伸钩，使之自举不能离地。”（4 4）. .重心与平衡重心与平衡 西安半坡仰韶文化（距今西安半坡仰韶文化（距今5000500060006000年前）遗址出年前）遗址出土的吸水陶罐：口小、腹大、底尖，两侧耳环稍低于罐土的吸水陶罐：口小、腹大、底尖，两侧耳环稍低于罐的重心。的重心。 西周及历代的西周及历代的欹欹（qq倾斜倾斜）器：器：又称又称宥宥（yuyu, ,宽宽容容）坐之器坐之器，形状同上。，形状同上。 作用有二：作用有二： 容器容器：荀子荀子 宥坐宥坐记载孔子观鲁桓公庙时所说记载孔子观鲁桓公庙时所说“吾闻宥坐之器者，虚则欹，中则正，满则覆吾闻宥坐之器者，虚则欹，中则正

49、，满则覆”。 劝告之器劝告之器：告戒人们行为和思想不可过或不及。：告戒人们行为和思想不可过或不及。 王充王充论衡论衡：圆物投之于地，是随遇平衡；方物：圆物投之于地，是随遇平衡；方物及地，是稳定平衡；而山中处危峭之大石则是不稳定平衡。及地，是稳定平衡；而山中处危峭之大石则是不稳定平衡。（5 5）浮力）浮力：曹冲称象等。曹冲称象等。（6 6）弹力）弹力：弓箭的制作等（东汉郑玄弓箭的制作等（东汉郑玄127-200127-200）。）。（7 7）大气压力）大气压力 西汉时期已利用西汉时期已利用虹吸虹吸管管-渴乌，东汉时已广泛用于渴乌，东汉时已广泛用于灌溉，唐朝已有隔山取水的大型引水工程。灌溉，唐朝已有

50、隔山取水的大型引水工程。 关尹子关尹子：“瓶存二窍，以水实之，倒泻；闭一则水瓶存二窍，以水实之，倒泻；闭一则水不下，盖（气）不升则水不降。不下，盖（气）不升则水不降。” 唐代王冰唐代王冰素问素问：“虚管灌满，捻上悬之，水固不虚管灌满，捻上悬之，水固不泻，泻，；空瓶小口，顿灌不入，为气不出而不能入也。；空瓶小口，顿灌不入，为气不出而不能入也。”（8 8）惯性）惯性：春秋战国时期的春秋战国时期的考工记考工记中描述：中描述：“马力既马力既竭，轴犹能一取焉竭，轴犹能一取焉”4 4 力学知识应用力学知识应用 尖劈、辘轳、滑轮、水转筒车、水转连磨、尖劈、辘轳、滑轮、水转筒车、水转连磨、水碓水碓（dudu

51、舂米用具）、水排鼓风机（公元舂米用具）、水排鼓风机（公元3131年东汉南阳太守杜诗发年东汉南阳太守杜诗发明）、明）、被中香炉被中香炉、记里鼓车、水运浑象仪等。、记里鼓车、水运浑象仪等。 古代建筑学上力学的应用：如隋代李春建造的古代建筑学上力学的应用：如隋代李春建造的赵周桥赵周桥，是我国古代留传至今最古老、跨度最大、弧度最浅的石拱桥，是我国古代留传至今最古老、跨度最大、弧度最浅的石拱桥，距今已距今已13001300年；年； 公元公元10561056年建造的辽代山西应县年建造的辽代山西应县木塔木塔，是世界上现存的是世界上现存的最高的古代木构建筑，高最高的古代木构建筑，高67.3167.31米，经受

52、近一个世纪的风雪米，经受近一个世纪的风雪袭击，袭击，1212次六级以上地震，至今安然屹立。次六级以上地震，至今安然屹立。 宋代建筑师喻皓曾在开封建宋代建筑师喻皓曾在开封建“开宝寺塔开宝寺塔”斜塔斜塔：“塔初塔初成，望之不正，而势倾西北。人怪而问之。皓曰：成，望之不正，而势倾西北。人怪而问之。皓曰：京师地京师地平无山，而多西北风，吹之不百年当正也。平无山，而多西北风，吹之不百年当正也。”归田录归田录。 明代的北京明代的北京故宫群故宫群等等。等等。被中香炉被中香炉水排鼓风机水排鼓风机（取自（取自王祯农书王祯农书）启启 明明 之之 光光: : 一一. . 中中 国国 古古 代代 的的 物物 理理 学

53、学 萌萌 芽芽中国古代科技中国古代科技水碓水碓二二 热学热学1.1.火的利用火的利用 我国我国170170万年前的元谋人已开始用火；万年前的元谋人已开始用火； 60006000多年前的半坡人已经用火烧制陶器；多年前的半坡人已经用火烧制陶器； 古人取火的三种方法：古人取火的三种方法： 摩擦、打击：钻木取火、火镰和火石取火等；摩擦、打击：钻木取火、火镰和火石取火等； 用铜制的凹面镜：即阳燧取火；用铜制的凹面镜：即阳燧取火； 用硫磺摩擦取火：和用硫磺摩擦取火：和1919世纪欧洲发明的火柴世纪欧洲发明的火柴 （洋火）相似。（洋火）相似。2.2.对热现象和热本质的认识对热现象和热本质的认识温度、湿度极其

54、测量温度、湿度极其测量以感觉分级以感觉分级：冰、寒、凉、温、热。掌握了冰、寒、凉、温、热。掌握了冰点冰点和人和人或动物或动物体温体温这两个较恒定的温度标准。这两个较恒定的温度标准。 淮南子淮南子：“睹瓶中之水而知天下之寒暑。睹瓶中之水而知天下之寒暑。”湿度：湿度：淮南子淮南子：“琴弦缓，天且雨琴弦缓，天且雨”“”“风雨之变，风雨之变，可以音律知之可以音律知之”，即现在，即现在毛发湿度计毛发湿度计的原理的原理.“火候火候”：在在烧制陶器烧制陶器和和冶炼金属冶炼金属的过程中，通过对的过程中，通过对“火火候候”的观察，来定性的判断温度的高低。的观察，来定性的判断温度的高低。考工记考工记记载了记载了青

55、铜冶炼时火色与温度的关系：青铜冶炼时火色与温度的关系：“凡铸金之状，金与锡。黑凡铸金之状，金与锡。黑浊之气竭，黄白次之；黄白之气竭，青白次之；青白之气竭，浊之气竭，黄白次之；黄白之气竭，青白次之；青白之气竭，青气次之，然后可铸也。青气次之，然后可铸也。”即当即当“炉火纯青炉火纯青”时，炉温达到时，炉温达到12001200度度 左右，杂质挥发，铜锡融合，可以用来浇铸了。火色左右，杂质挥发，铜锡融合，可以用来浇铸了。火色实际为物质原子的发射光谱及其强度的表现。实际为物质原子的发射光谱及其强度的表现。v热的传播热的传播v冰鉴：冰鉴：温酒器具温酒器具殷周时期即有用青铜器制造的温酒器殷周时期即有用青铜器

56、制造的温酒器具，并用具，并用“冰室冰室”冷藏食物：随县曾侯乙墓出土的战国冷藏食物：随县曾侯乙墓出土的战国时期的时期的“冰鉴冰鉴”，外面是一个大方鉴，里面是方尊缶。，外面是一个大方鉴，里面是方尊缶。即内容器盛酒，外容器盛热水或冰。即内容器盛酒，外容器盛热水或冰。v温度与距离得关系：温度与距离得关系：王充：王充：“夫近水则寒，近火则温，夫近水则寒，近火则温，远之渐微。何则？气之所加远近有差也。远之渐微。何则？气之所加远近有差也。”v伊阳古瓶伊阳古瓶：保温器具，保温器具，南宋洪迈南宋洪迈夷坚甲志夷坚甲志：“张虞张虞卿者卿者得古瓶于土中，置书室养花。方冬极寒，一夕忘去水，得古瓶于土中，置书室养花。方冬

57、极寒，一夕忘去水，意为冰裂，明日视之，凡他物有水者皆冻，独此瓶不然。异意为冰裂，明日视之，凡他物有水者皆冻，独此瓶不然。异之，试之以汤，终日不冷。之，试之以汤，终日不冷。惜后为醉仆触碎，视其中，夹惜后为醉仆触碎，视其中，夹底厚二寸。底厚二寸。”热胀冷缩与热应力热胀冷缩与热应力 热胀冷缩；增大热应力：热胀冷缩；增大热应力：在公元前在公元前250250年都江堰水利工程中年都江堰水利工程中的应用记载：的应用记载：“大滩江中，其崖崭峻不可凿，乃积薪烧之。大滩江中，其崖崭峻不可凿，乃积薪烧之。”这种增大热应力开凿巨石的记载很多。这种增大热应力开凿巨石的记载很多。热的本性热的本性 五行说：五行说：热（火）是构成物质的一种元素；热（火）是构成物质的一种元素； 元气说：元气说：热这种物质的本原仍是气。热这种物质的本