中国古代物理学-中国古代物理学史概述

中国古代物理学-中国古代物理学史概述从远古到西周时期在原始社会时期，当人们学会用火、学会制造石器时，人们就在劳动实践中播下了物理学的种子。据古籍记载，这时期的人们“刳木为舟、剡〔yan演〕木为楫”，“断木为杵、掘地为臼”，“弦木为弧、剡木为矢”，船、杵臼和弓箭的制造，可知力学中有关浮力、杠杆、弹性的学问开头萌芽。“燧人氏钻木取火”的记载，也说明人们开头懂得热学中摩擦生热的道理。夏、商、西周时期，交通运输工具的制造，用以计量时间的壶漏的制造，贸易交换中必备的权衡器，杠杆和桔槔在生产中的应用，烧陶和冶铜中掌握火候的技术，铜镜和阳燧(凹面铜镜)的铸造，各种乐器的创制，这些技术的进展为物理学学问的积存制造了条件，也为其后总结物理学理论打下了坚实的根底。春秋战国时期历史学家一般把这个时期称之为从奴隶制向封建制过渡的社会变革时代。这个时期也完成了我国从青铜时代向铁器时代的过渡。随着冶铁和铁制工具的使用、农田水利的兴旺、都邑建筑的兴盛，以及列国兼并战斗的刺激，以《墨经》和《考工记》两书为标志，中国古代物理学开头了它的形成时期。墨子(约公元前468—前376年)是这个时期具有唯物主义倾向的哲学家，也是我国古代最早的物理学家。墨子，名翟，鲁国人，他和他的弟子组成的墨家，是春秋战国时期物理学成就最大的学派。其代表作《墨经》一书，记载了有关力学、声学、光学等方面的学问。尤其是在光学方面，它以八条文字连续有序地记述了光、影、镜面成像的光学问题。它不仅是中国最早的几何光学著作，而且在世界古代文化史上也是一篇很难得的和较全面的光学杰作，比欧几里得光学还早百余年。《考工记》是春秋末年齐国人的著作。它论述了当时手工业的主要工种，是一部关于我国古代手工技术标准的总集合。尤为贵重的是，该书在记述各种手工技术的同时，还分别说明白它们的科学道理。其中包括很多力学、声学和热学方面的物理学问，堪称为集我国古代物理学学问在工艺技术上应用的大成。例如：在表达车和车轮的制造技术时，指出了车轮的物质均匀对称检验法；最早记述了车子运动的惯性现象；对牛车、马车上下坡的力学问题作了分析；在表达皮革制造时，指明皮革的变形与受力有关；在表达弓箭制造中，讲明白保持箭在疾风中肯定弹道的技术问题；在表达制钟技术时，还说明白钟壁厚薄、钟口外形、钟甬长短对发声的影响，它比欧洲同样内容的论述文字要早1500年。为《考工记》制钟技术的文字记载作证的是，1978年考古开掘出湖北随县曾侯乙编钟一套64个，其总音域跨五个八度。此外，在这个时期，人们还觉察了磁石吸铁现象，制造了最古老的磁性方向指示器，即“司南”。在《管子·地员篇》中登记了弦线音高与其长度的定量关系。从秦汉到五代时期从秦统一六国开头，经过汉、三国、晋、南北朝、隋、唐，到五代约1200年间，古代中国有合有分，时战时和，封建制度日趋完善。随着铸铁和耕作技术的不断进步，古代物理学也有较为全面的进展。集中表现为：一、制造了不少大型的简单的机械，如指南车、记里鼓车、水运浑仪等；二、制造了很多小型器具，如被中香炉(即常平支架)、透光镜等；三、这个时期虽然没有一本如同《墨经》、《考工记》那样较为集中地记述物理学学问的专著，但在很多历史典籍中，如刘安(公元前179—前122年)的《淮南万毕术》、《淮南子》，刘歆(公元？—23年)的《西京杂记》(一说晋代葛洪撰)，王充(公元27—约97年)的《论衡》，张华(公元232—300年)的《博物志》，南北朝成书的《关尹子》，段成式(公元803—863年)的《酉阳杂俎》，谭峭(活泼于10世纪上半叶)的《化书》等等，零散地记载了大量的物理学阅历或思辨性理论，涉及了热、力、声、光、电和磁等方面的内容。值得一提的是，在这个时期还消灭了一些有关器物的特地图书。如表达弓弩制造和弹道问题的《望远连弩射器法》；祖冲之的儿子祖暅〔geng更〕(约公元5—6世纪初)撰《称物重率术》、《权衡经》，它们阐述了密度、重心和平衡等有关力学问题；北齐信都芳撰《器准》，“聚浑天、欹器、地动、铜鸟、漏刻、候风诸巧事，并图画为器准”(《北齐书·信都芳传》)，这可能是我国历史上第一部科学仪器图著。惋惜这些涉及机械制造和力学原理的书籍都已失传了。宋、元时期这是中国古代物理学进展的鼎盛时期。宋代是我国封建专制主义大进展的时期，社会经济有显著进步，尤其在农业、手工业、冶金、武器制造、纺织业、陶瓷和国内外贸易方面较前都有所进展，行会制度盛行，城市经济富强，纸币及汇兑流行，这一切都促使科学技术有较大的提高。元代根本上仍维持宋代水平。宋元时代，包含了丰富的物理学内容的五本巨著相继问世，它们是：沈括(公元1031—1095年)的《梦溪笔谈》、苏颂(公元1020—1101年)的《仪象法要》、曾公亮(公元999—1078年)的《武经总要》、李诫(公元1035—1110年)的《营造法式》、赵友钦(宋末元初人)的《革象书》。此外，《宋史》中的“天文志·仪象”、“律历志”、“仪卫志·政和大驾”、“舆服志·指南车、记里鼓车”等篇章，都是极有价值的科学著作。宋元时代还有很多在当时属于世界一流的有关物理学方面的制造制造。力学方面，《宋史·舆服志》具体记载了燕肃(公元960—1040年)等人制造的指南车、记里鼓车。指南车是一种指示方向的机械车；记里鼓车是能够记录车辆运行路程长短的机械车。依据史书留下的有关记载，不仅说明古代人娴熟地把握了有关齿轮及其匹配法则的力学知识，而且今日还可以照书本复原制造。苏颂和韩公廉等人在1092年制造了一架大型的水运仪象台，即天文钟。它是现代钟表的祖先，也表明宋代人完全把握了掌握等速运动的技术方法。李诫在《营造法式》中系统地总结了历代建筑阅历，特别是提出了横梁的高与其宽之比的规律，比西方材料力学中同样的公式要早400年到600年。曾公亮在《武经总要》中记述了在两山之间引水过山，建筑大型虹吸管的方法。宋僧怀丙(生卒年不详)在1066年利用类似现代起重浮艇的原理打捞沉落江中的万斤铁牛。此外，液体比重计和外表张力仪也是这一时代的制造。热学方面，宋代人制造了火药、火柴，以及以火药为燃料而喷射推动的火箭，还制造了水套式省油灯。在煮水泡茶的生活实践中，人们还觉察了水的递次沸腾现象。关于热胀冷缩的原理在实践中也得到了广泛应用。光学方面，沈括的《梦溪笔谈》对日食、月食、雨虹的成因作了理论性总结。沈括还觉察了阳燧的焦点，对凹面镜成像原理作了正确的表达，并探讨了“透光镜”反射成像的缘由和“红光验尸”的光学道理。赵友钦在《革象书》中描述了一个大型的有关小孔成像的试验，并得出了正确的结论。他的试验室是一个三层楼房，光源是上千支蜡烛，这是中世纪时期最大型的光学试验。此外，关于色散学问也有大量记载，幻灯、影戏、以磷光物质作画等方面皆有长足的进步。声学方面，沈括不仅在理论上阐述了编钟的外形与其发音的关系，而且还制造了以“纸人”演示共振现象的试验方法。南宋初年，赵希鹄在其著《洞天清录集》中对建筑声学作了最早的探讨，提出了设计琴室的一些标准。电和磁学方面，指南针的制造及其在航海中的运用，地磁偏角的觉察和记载，以及对雷电性质的观看争论，都是这一时期的重大成就。明、清时期这是中国科学史上一个独特的时期：一方面，中国的封建社会仍在缓慢地向前进展，其经济和生产渐渐滞后于文艺复兴后的西方，与此相适应的中国科学技术也渐渐处于落后状态；另一方面，此时的中国也曾几度有过资本主义因素的萌芽，因此也有个别的有关物理学的独创性觉察。1581年，随着西方传教士入华，以传播西方科学技术作为传教手段。从今，近代物理学学问开头在我国传播。这个时期，中国人最宏大的制造性的觉察是在声学上。明代王子朱载堉〔yu育〕(公元1536—1611律的数理理论，为现代键盘乐器(如钢琴)的创制打下了根底。方以智(公元1611—1671年)在《物理小识》中首次记述了隔声以及建筑隔声房的方法，它比西方同样的理论和建筑要早约250年。另外，宋应星(公元1587—？年)著的《天工开物》等，都为中国古代物理学的进展作出了奉献。随着西方物理学学问在中国的传播，中国人不仅开头制造“