物理學史物理學院

張雪

第一篇

古代物理學

第一章

中國古代物理學第二章

西方古代物理學

第一篇

古代物理學

第一章

中國古代物理學第二章

西方古代物理學一、物質本原思想二.物理學知識的積累

在古代，無論是古希臘還是中國，都談不上有“物理學”。當時人們還不可能自覺地、系統地運用實驗方法，也不可能通過嚴密的邏輯推理和數學形式進行科學的概括，使之成為完整的知識體系。但這一階段仍是物理學形成和發展的先導和淵源。是物理學發展的孕育和萌芽時期。

在中國，自夏、商、西周起，隨著手工技術的發展，物理知識開始積累。春秋戰國時期科學技術蓬勃發展，中國古代物理學開始形成

；秦漢時期，形成一個發展高峰；宋元時期達到鼎盛。至此，在西方近代科學誕生之前，中國的科學技術在各個領域都居世界領先地位。明末至清初以后，科學和科學技術的發展逐漸落后于西方，這一時期，西方物理知識開始向中國輸入。第一節：物質本原思想一、老子的核心思想：“道”關于鬼神（自然神與祖先神）或天主宰萬物的思想在《老子》中已不復存在，而具有哲學意涵的“道”則是老子思想的核心概念。第一節：物質本原思想道可道，非常道；名可名，非常名。（可以用言詞表達的道，就不是永恒的“道”；可以說得出來的名，就不是永恒的“名”。）第一節：物質本原思想“無”與“有”在《老子》中究竟是在闡述“本體論”還是“宇宙生成論”？第一節：物質本原思想道：宇宙的發生論（有和無）天下萬物生于有，有生于無。（四十章）第一節：物質本原思想道：宇宙的發生論道生一，一生二，二生三，三生萬物。萬物負陰而抱陽，沖氣以為和。（四十二章）第一節：物質本原思想道一：宇宙原始的混沌狀態二：陰、陽二氣三：陰、陽合氣萬物第一節：物質本原思想畢達哥拉斯學派：畢達哥拉斯(前580—前500年)是古代希臘著名的哲學家、數學家，創立了一個政治、學術和宗教三位一體的學派，即“畢達哥拉斯學派”。他們把數學和哲學結合起來，提出“數字是萬物本原”的核心命題。第一節：物質本原思想二、儒家的宇宙生成論《易經·系辭傳上》：“易有太極，是生兩儀，兩儀生四象，四象生八卦。”第一節：物質本原思想太極（有）兩儀四象八卦第一節：物質本原思想第一節：物質本原思想

陰陽學說

陰陽是中國古代哲學的一對范疇。陰陽的最初涵義是表示陽光的向背，向日為陽，背日為陰。

后來，又給它賦予了一定的意義，把自然界和社會上一切對立的現象抽象為陰陽，用陰陽概念來解釋自然界兩種對立和相互消長的物質勢力，用來解釋天文氣象、四季變化、萬物興衰等自然現象。

如氣候的寒暖，方位的上下、左右、內外，運動狀態的躁動和寧靜，以及天地、男女、晝夜、君臣、夫妻等。

陽代表積極、進取、剛強、上升、溫熱、明亮、雄性、太陽等陽性和具有這些特征的事物；

陰代表消極、退讓、柔弱、下降、寒冷、晦暗、雌性、月亮等陰性和具有這些特征的事物。

認為：陰陽的對立統一運動，是自然界一切事物發生、發展、變化及消亡的根本原因。是自然界一切事物運動變化的固有規律。陰陽的對立和消長是宇宙的基本規律。陰陽學說的基本內容包括陰陽對立、陰陽互根、陰陽消長和陰陽轉化四個方面。

“陰陽有序、整體和諧”是世間的最佳狀態，也是事物穩定的基本保證。第一節：物質本原思想

《周易》以陰陽的范疇為基礎，說明天地變化及各種現象：“易有太極，是生兩儀；兩儀生四象，四象生八卦”（《易經·系辭上》）。意思是：宇宙的的本原是‘太極’（物質的原始狀態），太極生出天地（陰陽），天地生出四時（春、夏、秋、冬），再生出‘八卦’（天、地、山、澤、水、火、風、雷）。

白紙稱為無極，畫上一個圓圈，稱為無極生太極（宇宙），中間一條曲線分成黑白兩個部分，稱為太極生兩儀，中間的曲線表示了陰陽的相互運動和相互轉化。黑白兩個半球中各有一個與之顏色相反的小圓圈，稱為陰陽子，表示陰中有陽，陽中有陰。

《周易》是以陰（陰爻－－）、陽（陽爻—）為基本單位而形成的一種對事物的理論性把握。陰與陽二單位的不同組合形成八卦，將八卦中之任意兩卦疊合即形成六十四卦。每卦有六爻，共組成384爻。八卦的卦、爻、位之間，有復雜的關系，64卦的卦象變化和爻數就更加復雜，它反映了事物之間錯綜復雜的相互關系。在易學中，事物的性質即由陰與陽所占整體成份之多少及陰陽空間相對位置關系所決定。第一節：物質本原思想八卦是構成《周易》卦畫的基本符號，八卦是由—（陽爻）與--（陰爻）兩個符號連疊三層構成:?乾，?坤，?震，?艮，?離，?坎，?兌，?巽。第一節：物質本原思想八卦兩兩重疊而成六十四卦。六十四卦每一卦都由六爻構成，前人將三爻的八卦叫做經卦，六爻的六十四卦叫作別卦或重卦。第一節：物質本原思想傳統觀點認為，《周易》的六十四卦形成于殷末周初，六十四卦出自文王之手，而卦、爻辭是周公所作。現代學者一般認為卦、爻辭的作者較難確定，文王、周公所作無法得到證明，卦、爻辭當作于西周初年（有人認為作于西周末年）。第一節：物質本原思想《周易》卜筮方法（蓍草→銅錢）《易·系辭傳》：“大衍之數五十，其用四十有九。分而為二以象兩，掛一以象三，揲之以四以象四時，歸奇于扐以象閏，五歲再閏，故再扐而后掛。”第一節：物質本原思想《易傳》對傳統易學的創造性改造1、以“陰陽不測之謂神”的新概念，改造了《周易》中自然神與祖先神的“神”之根本性質。“一陰一陽之謂道，繼之者善也，成之者性也。”“一陰一陽的運行變化稱之為道，人從天道變化中得到了善，人性使天道賦予人的這種善得到完成和顯現。”2、用“天一地二，天三地四”等十個自然數，奇數為陽，偶數為陰的天地陰陽之數取代了崇拜蓍草有靈的“大衍之數”。改蓍草通靈、通鬼神的性質，而成為以天地陰陽之數的變化求證萬物變化之理。《易傳》對傳統易學的創造性改造大衍之數五十。其用四十有九，分而為二以象兩，掛一以象三，揲之以四以象四時，歸奇于扐以象閏，五歲再閏，故再閏而后卦。天一地二，天三地四，天五地六，天七地八，天九地十。天數五，地數五，五位相得而各有合。天數二十有五，地數三十，凡天地之數五十有五，此所以成變化而行鬼神也。乾之策三百一十有六，坤之策百四十有四，凡三百六十，當期之日，二篇之策，萬有一千五百二十，當萬物之數也。是故四營而成易，十有八變而成卦。八卦而小成，引而伸之，觸類而長之，天下事能畢矣。顯道神德行，是故可與酬酢，可與祐神矣。3、六十四卦本為自然神或祖先神答占筮者的種種答案，但因《易經》改造了“神”之概念與數之性質、所以六十四卦隨著也變成了用天地陰陽之數組成的探討天地人三才之道的六十四個模式。（陳恩林）《易傳》對傳統易學的創造性改造三.五行思想

五行：金、木、水、火、土五種基本物質或元素。“水曰炎上，木曰曲直，金曰從革，土爰稼穡。”（《尚書·洪范》）

構成：世界萬物皆由上述五種元素構成。“以土與金、木、火、水雜，以成百物”（《國語·鄭語》）。

第一節：物質本原思想

相互關系：相生與相克：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。五行依一定的相生次序而相生；又依一定的相克次序而相征服。這種關系深刻地揭示了組成世界的五種基本物質元素在相互轉化的復雜變換過程中，生成和消失的速率是受控的，在量上是互補的，因而元素的種類和總量不增不減，物質守恒。第一節：物質本原思想第一節：物質本原思想

發展：五行說的起源早于“太極”和“道”

，在殷末已普遍流傳；春秋戰國時期，五行說與陰陽說相結合，形成了陰陽五行說，形成了五行相生相克的關系。宋代以后，五行作為由太極到萬物的中間環節，被容納于宇宙生成體系之中。宇宙由太極而生，太極生出陰陽，陰陽生出五行，五行相互作用，生出男女及世間萬物。和西方比較：古希臘的四根說，古印度的四大說，無金。四、

元氣說1.概述：中國古代的哲人們期望著將世界萬物本源歸結為一種統一的物質，認為世界應該是由一種連續分布于整個空間的物質所構成，而不像“五形說”是各種元素的組合。在“道”和“太極”的思想指導下，逐漸形成并發展成為在中國古代自然觀中重要的、占主流地位的“元氣說”。

春秋戰國時期，老子認為由最高范疇的道生出陰陽二氣，進而產生萬物。莊子繼承和發揚老子的學說，提出“通天下一氣”的思想。戰國末期的荀（xún）況也指出氣是構成萬物的基本元素。

元氣說在春秋戰國時期出現，在漢代逐漸成熟，經過唐、宋得到相當大的發展，明末清初達到高峰。由漢代的王充、唐代的柳宗元和劉禹錫為代表，形成了“元氣自然論”；由宋代張載和明末清初的王夫之為代表形成了“元氣本體論”。第一節：物質本原思想2．“元氣說”的主要思想①氣是充滿整個宇宙

客觀存在的物質，是萬物本原。

王充在《論衡》中說：“天地，含氣之自然也。”《論衡?

談天》，“天地合氣，萬物自生”《論衡?

自然》。

王充（27-約97）：東漢時期的唯物主義哲學家和進步思想家，創立了以氣為基礎的元氣自然論。主要著作有《論衡》，共30卷，85篇，涉及力學、聲學、光學、熱學、電磁學等多方面的知識，是我國中古時期的一部百科全書。第一節：物質本原思想2．“元氣說”的主要思想②氣有聚散兩態，太虛為氣，氣形轉化

張載（1020～1077，宋）：“太虛者，氣之體…形聚為物，形潰反原”《正蒙?

乾稱》

王夫之（1619～1692，明末清初)：“虛空者，氣之量，氣彌淪無崖而希微不形，則人見虛空而不見氣。凡虛空者，氣也。聚則顯，顯則人謂之有；散則隱，隱則人謂之無。”《張子正蒙注?太和》。第一節：物質本原思想③氣分陰陽，永遠處于運動變化之中④物質不滅思想

王夫之《張子正蒙注?太和》：氣“散而歸于太虛，復其氤氳之本體，非消滅也。聚而為庶物之生，自氤氳之常性，非幻成也”“聚散變化，而氣本體不為之損益。”；“車薪之火，一烈而盡，而為焰，為煙，為燼，木者仍歸木，水者仍歸水，土者仍歸土，特希微而人不見者。”；“一甑（zeng）之炊，濕熱之氣，蓬蓬勃勃，必有所歸；若蓋嚴密，則郁而不散。”第一節：物質本原思想3.元氣說的局限、以太和場

元氣學說注重物質連續與不連續的相互統一，強調事物間的相互聯系和相互轉化。符合自然界的真實變化，與自然本性更接近。但元氣說終究是一種思辯理論，沒有實驗、數學等科學方法的配合，長期停留在推測、玄想階段，致使中國沒有走上誕生近代科學的道路。

中國古代的氣概念因為在理論上要泛化而更多脫離了自然存在的一種物質形態的范疇，另一方面在抽象程度上又沒能達到哲學的高度。在具體運用中氣的內涵也是可以在抽象的元氣與具體的空氣間漂移。盡管也被中國古人用來解釋自然現象，但在中國的文化中，氣更多地成為了自然哲學層次的概念而不是物理學層次的概念。第一節：物質本原思想五、本體論（Ontology）與形而上學本體論是關于存在及其本質的抽象學說。古希臘的本體論研究，主要是探究世界的本原或基質。其中米利都學派首先提出世界本原問題，開創了本體論的研究。亞里士多德把實體（本體）作為哲學研究的主要對象，認為本體論是關于存在及其本質的學問，是高于其它一切科學的第一哲學（形而上學）。第一節：物質本原思想至近代，法國哲學家笛卡爾首先把研究本體論的哲學叫做“形而上學本體論”，德國哲學家萊布尼茨則建立一套包括本體論、宇宙論、理性心理學和理性神學在內形而上學體系。康德主張通過純粹理性的批判，建立一種可能的形而上學本體論。第一節：物質本原思想康德的本體論在古代哲學中，純粹理性的探討者在構成感性世界的感性存在體或現象之外，就已經設想出可以構成心智世界的理智存在體（本體）。由于他們把現象等同于假象，所以，只有理智存在體才有實在性。第一節：物質本原思想本體論是關于“being”（“是”或“存在”）的學問，是以探尋“tobeastobe”（是之所以成其為是）為其宗旨的，世界的本原或終極原因、追尋本原和終極原因的方法與世界的辯證本性，皆寓于ontology的論證之中。換言之，本體論所探討的對象集中在產生萬物的東西，指萬物的起始。第一節：物質本原思想JosephNeedham1900-1995ScienceandCivilizationinChina《中國科學技術史》“李約瑟難題”

（Needham’sQuestion）第一節：物質本原思想－思考《中國科學技術史》全書共七卷（原版分為二十分冊出版），李約瑟第一次以令人信服的史料和證據，全面而又系統地闡明了四千年來中國科學技術的發展歷史，展示了中國在古代和中世紀科技方面的成就及其對世界文明所做的貢獻。第一卷，主要評介中國文獻、地理、歷史、交通、中西科技交流，包括全書規劃等；第二卷，評介影響中國主流文化的四大家，即儒、道、墨、法，中國科學基本思想，偽科學和懷疑論傳統，中西方的社會法則與自然法則；第三卷，研究中國數學、天文學、氣象學、地理學、地圖學、地質學、地震學、礦物學；第四卷，研究中國的物理學、機械工程、土木工程、水利技術；第五卷，研究中國的早期化學、煉金、制藥所用器具和理論根據、內丹、造紙、印刷、采礦、冶金、陶瓷、火藥、火器、鹽業；第六卷，研究中國的植物學、動物學、生物技術如營養、發酵、農業、醫藥、醫療、解剖、胚胎、針炙、麻醉；第七卷，中國的社會與經濟。1、解高次方程的霍納法是法國數學家霍納于1819年建立的，但是宋代數學家秦九韶在1247年提出的方法實際上與霍納法一致，卻早于霍納572年。2、當西方人爭論誰在1615年左右最先發現太陽黑子時，中國早在公元前18年以來便系統記錄了太陽黑子，比歐洲早了1500年。公元前1400年至公元1600年間，中國有90項超新星記錄，其中1054超新星是近代射電天文學家感興趣的蟹狀星云的殘跡，而西方過去對此聞所未聞。中國早在公元前1361年就有日食記錄……3、近代科學革命的關鍵儀器就是時鐘，而其靈魂是擒縱裝置，過去認為是十四世紀歐洲人的發明。中國在723年僧一行已制出這種裝置，1090年蘇頌在開封研制的水運儀象臺構造中便有機械鐘。這種中國時鐘由英國人坎布里奇復原后，每小時誤差僅在20秒以內。4、當西方人對磁極性一無所知時，中國人已在關心磁偏角及磁感應性了。在英國人尼坎姆于1190年在歐洲首次提到磁極性和磁感應之前，沈括已于1080年對磁針作了描述并指出磁偏角。5、西方人在十三世紀以前還不知道硝石為何物，而中國早在850年的《真元妙道要略》就記載以硝石、硫黃和木炭制成火藥混合物，1044年的《武經總要》更給出最早的軍用火藥配方。6、1380年前，歐洲人還無法制造出一小塊鑄鐵，而中國早在公元前四世紀已在工業規模上生產鑄鐵了，到一世紀中國人已是鑄鐵大師，歐洲人相比之下落后了1500年。他還根據考古資料，將中國古代的冶煉爐與后來西方的冶煉爐作了對比，得出結論，中國古代在鋼鐵冶煉方面長期處于領先的地位。7、在植物學方面，明代1406年刊行的《救荒本草》列舉可供救荒食用的野生植物414種，對其生態特征、地理分布和處理方法都作了說明，并附有精美的植物插圖。歐洲直到十八世紀布雷安特才開始注意到野生植物的食用價值，比中國晚400年。8、中世紀中國從人尿中提制性激素，是一項最大的生物化學成就。西方認為尿為污穢之物，直到1927年阿什海姆和宗德克才從尿中獲得性激素。在中國，葉夢得（1077-1148）在《云水錄》中已描述了從尿液中提制性激素的方法。9、近代醫學科學中最偉大、最有益于人類的一個學科——免疫學，產生于人類為預防天花而進行的種痘實踐中。葛洪于300年最早記載了這種疾病，在1000年已經發明天花預防接種，1500年中醫已公開著書介紹這種療法。這時歐洲人對此一無所知，許多患者因此失去生命。10、中國至遲在公元前200年的漢初，就有了有效的胸帶挽具，公元六世紀有了更進步的頸圈挽具。這兩種有效的挽具直到公元1000年歐洲才開始出現。西方過去用頸肚帶挽具，拉力來自頸部，極易使牲畜窒息。李約瑟難題為什么在公元前一世紀到公元十六世紀之間，古代中國人在科學和技術方面的發達程度遠遠超過同時期的歐洲？為什么近代科學沒有產生在中國，而是在十七世紀的西方，特別是文藝復興之后的歐洲？為什么中國傳統科學一直處于原始的經驗主義階段，而沒能自發地出現近代科學及隨之而來的工業革命？李約瑟難題李約瑟在其編著的《中國科學技術史》中正式提出了著名的“李約瑟難題:“如果我的中國朋友們在智力上和我完全一樣，那為什么像伽利略、斯蒂文、牛頓這樣的偉大人物都是歐洲人而不是中國人或印度人呢？為什么近代科學和科學革命只產生在歐洲呢？??為什么直到中世紀中國還比歐洲先進，后來卻會讓歐洲人領先了呢？怎么會產生這樣的轉變呢？”李約瑟難題中國世界文明古國之一，在科學技術上曾有燦爛輝煌的成就。除了舉世矚目的四大發明外，領先于世界的科學發明和發現還有100種之多，美國學者羅伯特·坦普爾在著名的《中國，文明的國度》一書中曾寫道：“如果諾貝爾獎在中國的古代已經設立，各項獎金的得主，就會毫無爭議地全都屬于中國人。”然而，從17世紀中葉之后，中國的科學技術卻如同江河日下，跌入窘境。據有關資料研究，從公元6世紀到17世紀初，在世界重大科技成果中，中國所占的比例一直在54%以上，而到了19世紀，劇烈滑坡到0.4%。其他領域的數據也能得出類似的結論，即中國地發展速度在18世紀晚期開始明顯落后于西方世界。54%0.4%すぎたげんぱく杉田玄白（1733—1817）杉田玄白が刑死者の解剖に立ち會った場所でもあります杉田玄白與《狂醫之言》杉田玄白提倡蘭醫過程中所遇到的巨大阻力，反映了中醫學在當時日本醫藥界所占據的重要地位……當有人問及“蘭醫”是否一定可信時，他的回答不但是肯定的，而且還講得十分具體。人們不僅可以從中想象出他當年手持荷蘭醫書，將書上圖譜與解剖的尸體兩相核對時不斷點頭的情景……《處州府志》中的一則故事，聊堪解頤：明成化年間，處州景寧有一孝子名吳翱，母患重疾，雖四方討藥而無效。一日，翱早出而晚歸，顏面慘白，手持寸余肝肉交與諸弟，曰：聞言人肝可療母疾，遂往神廟祈禱，后剖腹取肝。請呈食之，母疾庶幾可救，云云。據考證，取肝療親的事例，宋代見諸史籍者不下十余人。元、明兩代亦為數不少。肝臟是人和脊椎動物所特有的消化腺，具有合成與貯存養料、分泌膽汁、解毒、防御等多種功能。人一旦沒有了肝臟，即等于宣布了人的死亡。在古代沒有先進的醫療設施、解剖學基礎知識的條件下而欲剖腹取肝，則必死無疑。然而，史書中所記載的割肝療親孝子，卻絕大多數都安然無恙，這就不能不讓人懷疑這些記載的真實性了。杉田玄白與《狂醫之言》“支那之書者有方無法也，非無法，所以為法者不明也。其法也，人人阿所好設說作論，立以為法也。故十書十說未一定焉，譬如隔銅器察熱，或云炭火，或云柴火，或云熱湯，或云熱飯，不辨湯與火，唯知其熱，而論之焉耳。”全書略論日本西洋醫學之文化特質與醫學爭議，點明日本西洋醫界之文化及社會傳承，側寫與殖民地西洋醫學發展之關系。作者盼望以此書呈現幕末侍醫門風在明治醫學現代化中的演化，并展現日本現代醫學發展中的文化與傳統特質。李約瑟難題的解答政治、經濟角度的解答1、封建社會不斷強化的中央集權統治對科技的束縛愈來愈嚴重；2、連年的戰爭和社會動亂使得古代中國不能保持科學發展的連續性。使很多的科學技術浪費，失傳。3、缺乏專利與股份4、缺乏交流與交通李約瑟難題的解答思想，文化，哲學角度的解答1、缺乏古希臘科學哲學思想中國古代沒有完善的形式邏輯思想，很難產生嚴密的理論武器。“希臘哲學家發明形式邏輯體系以及發現通過系統的實驗可以找出因果關系。我們可以知道古代中國是不具備“形式邏輯體系和通過科學實驗發現因果關系”這兩個基礎的，所以在古代中國沒有產生近現代科學，所以我國古代的一切技術只能歸結為經驗技術，而非科學技術。李約瑟難題的解答2、缺乏解放普通勞動者的發明思想中國古代文明的特征主要是技術發明。大多數的發明創造并非是古代政府的有目的的創造，很難形成一個產業，一個大方向，大多數的發明來自于普通民眾，很零散，無法集中利用，統一規劃，發明力量無法有力發揮。李約瑟難題的解答3、東西方思維方式的差異邏輯思想是整個文明與科學的極其重要的理論基礎。（1）東方思維方式通常不注意思維工具或手段的理性研究和系統鍛造，而是注重工具的直接使用。西方思維則不同，他們固然注意術的研究，注意思維手段及其他手段運用的研究，更注重工具的系統的鍛造。李約瑟難題的解答（2）東方思維方式在思維活動中往往表現出較強的功利主義，很少進行枯燥的純理論研究。其功利主義太強，并和特定的政治倫理觀點結合太緊密。而西方思維方式則相反。（3）東方思維方式中，更多地注意經驗的簡單總結和事物表面相似點的類比，而忽視了演繹和因果關系的探求、西方思維方式同樣與之相反。二者顯示了不同思維水平的深度和高度。李約瑟難題的解答（4）東方思維方式由于長期受封建專制統治的控制，往往注重于對占統治地位的思想的詮釋，而缺乏理性的創新精神。西方思維方式表現出較多的沖破框框的創新精神，他們較少有以權威為當然依據的思維定勢，而較多有對權威的懷疑和挑戰精神。或許正是由于這一差別，使得西方的新科學層出不窮，而東方總是在西方的后面模仿學習。李約瑟難題的解答4、科學本身所需的角度（1）純科學真空和連續性破壞（兩因論）。（2）中國古代文明的特征主要是工匠文明。中國古代的技術基本上都是經驗技術，屬于工匠文明，并且形成了強大的慣性，成為了一個無法逾越的文化形態。沒有系統理論和基礎學科支撐的民間發明很難發展成為近現代科學。李約瑟難題的解答（3）科技結構自身缺陷制約著中國科技的發展。中國古代科技過分強調實用性，很少理論探討，沒有嚴密的邏輯體系，科技的傳播和發展是封閉的，（4）經驗技術相對于科學技術的嚴重不足。科學和技術是兩個內涵完全不同的概念，不能混為一談。由于科學與思維方式密切相關，因而它具有鮮明的文化特色，而技術則不然；以經驗為基礎李約瑟難題的解答的經驗技術與以科學為基礎的科學技術在許多方面都存在著重大差異。近代科學的誕生是必然的到了19世紀，由于與科學結合在一起的西方技術在整個世界顯示出了強大威力，因此它迫使我們中國人最終拋棄了我們傳統的科學，而全盤接受了西方的科學。那么為什么近代技術設有誕生在中國，而且一向先進的中國技術為什么又突然落后了呢？技術有兩個來源：經驗和科學。西方的近代技術是以實證知識的科學作為基礎的，它們之間的結合是由它們各自的本質所決定的。是一種必然趨勢。近代中國既然沒有出現實證知識的科學，當然也就不會出現以它為基礎的技術——科學技術。由于近代以來西方的科學技術是一種前生技術、多生技術、知識技術和突變技術，因而其發展速度明星呈加速趨勢，這樣一來，它在很短的時間里超過中國緩慢發展的傳統經驗技術。第二節

物理學知識的積累

力學知識起源于古代人對自然現象的觀察和生產勞動中的實踐經驗，并逐步發展為生產技術和初步的自然哲理，這在東西方古代都是如此。在我國古代，手工工藝技術成果遠比經驗性的理論總結突出得多，這是中國古代對力學研究的主要特點。從時間來看，大體可分為春秋戰國、兩漢、宋明三個高潮。第二節

物理學知識的積累一

力學1.物理計量：①時間計量、②度量衡2.時間、空間、運動：

①空間和時間②運動與靜止③運動的相對性3.對力的認識：4.力學知識的應用一

力

學1.物理計量①時間計量

a.干支紀法：春秋時魯隱公三年（前722）二月己巳日至清宣統年（1911）。“干支”是“天干”和“地支”的合稱。

天干：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸。

地支：子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥。（注：十二地支對應十二生肖——子：鼠；丑：牛；寅：虎；卯：兔；辰：龍；巳：蛇；午：馬；未：羊；申：猴；酉：雞；戌：狗；亥：豬。）

組成“六十干支”：甲子、乙丑、…癸酉、甲戊、乙亥…癸亥。共60個組合，也稱“六十甲子”，周而復始，不斷循環。

把天干：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸。依次定義為數字4甲5乙6丙7丁8戊9己0庚1辛2壬3癸把地支：子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥。也依次定義為數字4子5丑6寅7卯8辰9巳10午11未0申1酉2戌3亥天干就不用計算了，年份末位數字即是對應的天干。比如2010年，年份末位數字是0可得出天干是“庚”1911年，年份末位數字是1可得出天干是“辛”再來說一下地支，年份除以12看余數就行了。比如2101/12余數是6,可得地支是“寅”，1911/12余數是3可得地支是“亥”這樣就可以輕松算出1911年是農歷辛亥年，而2010年是農歷庚寅年一

力

學1.物理計量①時間計量

a.干支紀法：春秋時魯隱公三年（前722）二月己巳日至清宣統年（1911）。“干支”是“天干”和“地支”的合稱。

天干：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸。

地支：子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥。

組成“六十干支”：甲子、乙丑、…癸酉、甲戊、乙亥…癸亥。共60個組合，也稱“六十甲子”，周而復始，不斷循環。

b.十二時辰記時法：

子時：23～1時，丑時：1～3時，…,亥時：21～23時。c.百刻時制（漏壺記時制）：

采用日晷或漏壺將一晝夜分為十時，一時分為十刻。‘刻’為漏壺的基本記時單位，在竹或木制的箭上100個等分刻度，其高度正好等于一晝夜漏壺滴水的高度。1刻等于現在的14.4分鐘。d.機械記時：

東漢時期張衡117年發明渾天儀，用于測定天體位置，一天轉一周。后經唐宋發展，成為世界上最早的天文鐘。星晷月晷圭表日晷漏壺：

漏壺有兩種形式：瀉水型（沉漏）和受水型。我國最早的西漢青銅挈壺為瀉水型漏壺，只有一把挈壺，出水口在壺底側。由于挈壺里水位不同時出水速度不同，后來又發展出受水型。并逐漸由最初的兩壺發展成多壺。右圖為根據唐朝呂才《歷象匯編歷法典》99卷刻漏圖制作的四級漏壺。玉壺浮漏：

宋代沈括在多級漏壺的基礎上發明了浮漏，每晝夜誤差小于20秒。宋代燕肅制作的蓮花漏改進了刻箭的刻度方法，精度提高到14.4秒；宋代趙友欽則將精度提高6秒。宋天圣八年(1030)燕肅(生卒不詳)發明“蓮花漏”，精度大為提高。其法是使漏壺水面總保持漫溢高度，從而使水壓穩定而流速不變。沈括承襲這一成果，于熙寧七年(1074)在司天監制成玉壺浮漏（圖3），還寫了一篇呈皇帝的《浮漏議》，這是現存關于刻漏的最詳盡的也是最高水平的文獻，全文完整地收存在《宋史·天文志》中。

②度量衡：度---長度

量---容量

衡---重量《漢書?律歷志》詳細記載：

長度單位：引、丈、尺、寸、分，十進制；容量單位：斛（hú)、斗、升、合、龠（yuè），十進制。

重量單位：石、鈞、斤、兩、銖[zhū]，非十進制。長度：《孔子家語》記載：“布指知寸，布手知尺，舒肘知尋”即：從中指的指端到第一橫紋叫一寸，拇指和中指一扎為一尺，兩臂伸開長八尺，叫一尋。《孫子算經》：“度之所起，起與忽。蠶吐絲為忽。十忽為一絲，十絲為一毫，十毫為一厘，十厘為一分。”。《漢書·律歷志》記載：“度本起黃鐘之長。…九十分黃鐘之長，一為一分，十分為寸，十寸為尺，十尺為丈，十丈為引”。②度量衡：度---長度

量---容量

衡---重量《漢書?律歷志》詳細記載：

長度單位：引、丈、尺、寸、分，十進制；容量單位：斛（hú)、斗、升、合、龠（yuè），十進制。

重量單位：石、鈞、斤、兩、銖[zhū]，非十進制。容量：一手所盛為“溢”,二手合盛為“掬”,“掬四謂之豆”

（《小爾雅·廣量》）《左傳·昭公三年》說“四升為豆”，這兩種說法是相通的，就是說掬也就是升。升的本義是“登”、“進”的意思，兩手所盛是基本的容量數，然后從這個數登進，按四進有豆、區、釜，按十進有斗、斛。所以升（亦即掬）是容量的基本單位。后來《漢書·律歷志》對容量單位作了系統的整理，命名為龠、合、升、斗、斛五量，一合等于二龠，合以上都是十進（宋以后一斛為五斗）。升是容量的基本單位，斗和斛則為實用單位。至于《說苑·辨物》云“十龠為一合”，說法有所不同，可資參考。附帶提一下石，石本來是重量單位，為一百二十斤，但自秦漢開始，石也作為容量單位，與斛相等。關于容量的小單位，《孫子算經》卷上說：“六粟為一圭，十圭為抄，十抄為撮，十撮為勺，十勺為合。”這樣，六粟為一圭（一說，十粟為一圭），其余圭、抄、撮、勺以及合、升、斗、斛八個單位，都是十進。這種計算方法，自漢代以后一直都在采用。②度量衡：度---長度

量---容量

衡---重量《漢書?律歷志》詳細記載：

長度單位：引、丈、尺、寸、分，十進制；容量單位：斛（hú)、斗、升、合、龠（yuè），十進制。

重量單位：石、鈞、斤、兩、銖[zhū]，非十進制。重量：古人將重量器具稱之為‘衡’，衡的形式包括：等臂天平、不等臂天平、桿秤。權就是砝碼或秤砣。

公元211年，秦始皇統一中國后，在商鞅變法的基礎上對度量衡進行了統一，制發了一大批度量衡標準器，意義重大。2.時間、空間和運動①時間與空間《尸子》“上下四方曰宇，往古今來曰宙”。②運動的相對性《呂氏春秋》：“刻舟求劍”故事；《隋書?天文志》：“乘船以涉水，水去船不徙也”，“仰游云以觀，日月常動而云不移”

。《抱樸子?塞難》：“見游云西行，而謂月之東馳”。《春秋緯?元命苞》（漢代）：“天左旋，地右動”。《春秋緯?考靈曜（yào）》“地恒動不止，而人不知，比如人在大舟中，閉牖（yǒu）而坐，舟行而人不覺”。比伽利略（1564-1642）相對性原理早一千多年。3對力的認識（1）力的概念

※《墨徑》：“力，刑之所以奮也”，這里刑即形，指物，奮即飛，動的意思。

※王充《論衡?效力篇》：“人有知學，則有力矣。文吏以理事為力，而儒

生以學問為力”，“舉重拔堅，壯士之力也”，“故

夫墾草殖谷，農夫之力也…”（東漢）。

※西方，17世紀初‘弗蘭西斯?培根’提出：“知識就是力量”。（3）杠桿原理

《墨徑》中對不等臂天平的論述：“衡，加重于其一旁，必捶，權、重相若也。相衡，則本短標長。兩加焉，重相若，則標必下，標得權也。”（2）外力與內力

王充《論衡》：“古之多力者，身能負荷千鈞，手能決角伸鉤，使之自舉不能離地。”（4）浮力：曹沖稱象等。（5）彈力：弓箭的制作等（東漢鄭玄127-200）。（6）大氣壓力

西漢時期已利用虹吸管---渴烏，東漢時已廣泛用于灌溉，唐朝已有隔山取水的大型引水工程。

（4）浮力：曹沖稱象等。（5）彈力：弓箭的制作等（東漢鄭玄127-200）。（6）大氣壓力

西漢時期已利用虹吸管---渴烏，東漢時已廣泛用于灌溉，唐朝已有隔山取水的大型引水工程。

《關尹子》：“瓶存二竅，以水實之，倒瀉；閉一則水不下，蓋（氣）不升則水不降。”

唐代王冰《素問》：“虛管灌滿，捻上懸之，水固不瀉，…；空瓶小口，頓灌不入，為氣不出而不能入也。”（7）慣性：春秋戰國時期的《考工記》中描述：“馬力既竭，軸猶能一取焉”4力學知識應用

※尖劈、轆轤、滑輪、水轉筒車、水轉連磨、水碓（duì

舂米用具）、水排鼓風機（公元31年東漢南陽太守杜詩發明）、被中香爐、記里鼓車、水運渾象儀等。

※古代建筑學上力學的應用：如隋代李春建造的趙周橋，是我國古代留傳至今最古老、跨度最大、弧度最淺的石拱橋，距今已1300年；

※公元1056年建造的遼代山西應縣木塔，是世界上現存的最高的古代木構建筑，高67.31米，經受近一個世紀的風雪襲擊，12次六級以上地震，至今安然屹立。

※宋代建筑師喻皓曾在開封建“開寶寺塔”斜塔：“塔初成，望之不正，而勢傾西北。人怪而問之。皓曰：‘京師地平無山，而多西北風，吹之不百年當正也。’”《歸田錄》。

※

明代的北京故宮群等等。

春秋戰國時期（公元前770～前221年）

公元前316年，蜀守李冰修建都江堰，“正面取水，側面排沙”，其飛沙堰工程巧妙地利用了彎道環流，說明當時測河水流量、了解泥沙規律等水力學知識及水利工程已有相當的水平，成都平原二千多年來始終受益。

傳為齊人著的《考工記》，是記錄我國古代農具、兵器、樂器、炊具、酒具、水利、建筑等古代手工藝規范的專著。其中慣性現象的記述“馬力既竭，輈（zhōu，指車轅）猶能一取焉”，車輪大小與拉力的關系（輪太低，馬總是像上坡一樣費勁），箭羽影響箭飛行速度的關系（“后弱則翔，中強則揚，羽豐則遲”），以及堤壩設計的經驗尺寸等，都反映了我國當時的生產技術水平和經驗知識水平。與《考工記》幾乎同時的《墨經》，則進一步得出一些初步的力學哲理（如“奮”“衡”“本”“標”“重”“權”等），給力下了比較科學的定義：“力，刑（形）之所以奮也。”可惜這一形成科學的抽象思維進程在后世沒有順利繼續下去。這一時期是以記錄與積累生產經驗為主，也形成了初步哲理。

兩漢到五代時期（前206～960）

簡單機械逐漸發展為精巧的或大型的聯合機械，如張衡的水運渾天儀、候風地動儀，西漢未巧工丁緩（公元1世紀）的“被中香爐”是世界上已知最早的常平支架，祖沖之（429～500年）的水磨等等。被中香爐是中國古代盛香料熏被褥的球形小爐。它的球形外殼和位于中心的半球形爐體之間有兩層或三層同心圓環。爐體、內環、外環和外殼內壁的支承軸線依次互相垂直。爐體由于重力作用，不論球如何滾轉，爐口總是保持水平狀態。被中香爐水排鼓風機（取自《王禎農書》）啟

明

之

光:一.中

國

古

代

的

物

理

學

萌

芽中國古代科技——水碓趙周橋公元1056年建造的遼代山西應縣木塔

宋元明時期（960～1644）

蘇頌（1020～1101）和韓公廉1092年建成了我國古代最大型的先進天文鐘樓“水運儀象臺”，其結構詳細載于蘇頌《新儀象法要》中，它涉及天文、力學、機械制造，其中有相當于鐘表擒縱器的“天衡”，是保證等時性的杠桿裝置。元代郭守敬（1231～1316）在天文儀器制造的種類（簡儀、仰儀、定時儀、日月食儀等十幾種）、結構和精度方面達到很高水平。水運儀象臺

河北石家莊隆興寺的轉輪藏建于北宋，人在臺上繞軸走動時輪藏會緩慢地反向轉動，這實際上是動量矩原理的應用。

河北石家莊隆興寺的轉輪藏建于北宋，人在臺上繞軸走動時輪藏會緩慢地反向轉動，這實際上是動量矩原理的應用。

宋應星（1587～1644（？））的《天工開物》是明代農業和手工業生產技術的百科全書，在卷十五《佳兵篇》中記述了測試弓弦彈力大小的方法：“凡試弓力，以足踏弦就地，秤鉤搭掛弓腰，弦滿之時，推移秤錘所壓，則知多少”，方法十分巧妙。該書在我國失傳300年，于1926年才由日本找回翻印本。總的來說，我國古代力學知識與古代精湛的工藝技術往往密不可分，但各時期對技術知識的整理匯集、研究提高、保存流傳都未受到重視，致使技術特別是科技理論不能代替人力形成明顯的生產力，科舉八股把教育與知識分子的注意力引到文字游戲或仕途官場上。一方面是大量生產知識與技術積累而又散失，缺乏系統整理，一方面是經驗性的定性的力學概念始終帶有思辨色彩（如“氣”、“道”），缺乏數學的定量引用和系統實驗的基礎，因此經典力學理論只能等待西方傳入。二

熱學1.對熱現象和熱本質的認識

我國古代的熱學知識大部分是生活和生產經驗的總結。至今所知的古籍中對熱的研究記載較少，還有待于進一步發掘。

火的利用和控制，使人類第一次支配了自然力，使人類文明大大前進了一步，同時，它也是古人對熱現象認識的開端。我國山西省芮城西侯度舊石器的遺址，說明大約180萬年前人類已經開始使用火。二

熱學1.對熱現象和熱本質的認識①溫度、濕度及其測量

約在公元前2000年，我國已有氣溫反常的記載，在兩周初期，人們開始掌握降溫術和高溫術。據《周禮》記載，當時已設專人司貯冰事，冬季鑿冰加以貯藏，到春、夏季用來降溫。我國冶煉業的發展較早，高溫技術也很早被人們掌握。江蘇省曾出土春秋晚期的一塊鐵，經科學分析，它是一塊生鐵，生鐵的冶煉溫度比熟鐵高，需達攝氏千度以上。生鐵的出土，說明在那時的高溫技術已達到一定水平。二

熱學1.對熱現象和熱本質的認識①溫度、濕度及其測量※“火候”：在燒制陶器和冶煉金屬的過程中，通過對“火候”的觀察，來定性的判斷溫度的高低。《考工記》記載了青銅冶煉時火色與溫度的關系：“凡鑄金之狀，金與錫。黑濁之氣竭，黃白次之；黃白之氣竭，青白次之；青白之氣竭，青氣次之，然后可鑄也。”即當“爐火純青”時，爐溫達到1200度

左右，雜質揮發，銅錫融合，可以用來澆鑄了。火色實際為物質原子的發射光譜及其強度的表現。※濕度：《淮南子》：“琴弦緩，天且雨”“風雨之變，可以音律知之”，即現在毛發濕度計的原理.②熱脹冷縮與熱應力

熱脹冷縮；增大熱應力：在公元前250年都江堰水利工程中的應用記載：“大灘江中，其崖嶄（chan）峻不可鑿，乃積薪燒之。”這種增大熱應力開鑿巨石的記載很多。

熱脹冷縮是重要的熱現象之一，在我國古代對它已有所研究和利用。漢代《淮南萬畢術》記述了這樣一個現象：把盛水銅甕加熱，直到水沸騰時密閉其口，急沉入井中，銅甕發出雷鳴般響聲。這現象可能是發熱物體在急速冷卻時發生了內破裂，破裂聲由井內傳出，這是一個典型的熱脹冷縮現象。元代陶宗儀曾親自作熱脹冷縮實驗，他把帶孔的物體加熱以后，使另一個物體進入孔洞，從而這兩個物體如“轆轤旋轉，無分毫縫罅（xia）”。他明確指出，這是前一物體“煮之胖脹”的緣故。③熱的本性

五行說：熱（火）是構成物質的一種元素；

元氣說：熱這種物質的本原仍是氣。

對熱的本性，東漢王充還曾從理論上加以探討，在他的著作《論衡·寒溫篇》中寫道：“夫近水則寒，近火則溫，遠之漸微，何則？氣之所加，遠近有差也。”他把“氣”作為物體之間進行“溫”“寒”傳遞的物質承擔者，還指出距離變遠，“氣”的作用漸小。這里已涉及熱傳遞的理論問題，但它只是思辯性的，是我國“元氣說”的一種應用。對水的物態變化，在我國古代也早有認識，例如對雨和雪形成的探討，認為是由于“積水上騰”而造成。《論衡》中對此有明確的表述：“云霧，雨之微也，夏則為露，冬則為霜，溫則為雨，寒則為雪。雨露冰凝者，皆由地發，不從天降也。”此文說明露、霜、雨、雪是因為不同的溫度由水凍凝而成，它們都是水由地面蒸發而產生的。漢代以后的古籍中，對雨、露、雪、霜成因的討論更多，說明當時對物態變化的知識有了新的認識。漢代董仲舒從“氣”的觀念出發，解釋雨、露、雪、霜成因的道理是：水受日光照射，蒸發成水汽，再在不同條件下形成雨、霰、雪等。從現在看來，這些分析也基本上是正確的。2熱能利用與熱功高溫技術：殷商時期在高溫冶煉鑄造技術方面就已卓有成效。殷代文物司母戊鼎、商代的四羊尊、戰國的銅尊盤、秦始皇陵的大型銅馬車等。春秋末期制造的白口鐵和中碳鋼劍，表明當時的冶煉已達到1300℃的高溫。

松脂燈（孔明燈）：

走馬燈：利用冷熱空氣對流帶動紙輪旋轉。

關于走馬燈我國古代有較多記載，有的古籍把它稱作“馬騎燈”、“影燈”。宋代《武林舊事》在記述各種元宵彩燈時寫道：“若沙戲影燈、馬騎人物、旋轉如飛……”，這表明當時已利用了冷熱空氣的對流制造出各種各樣的走馬燈。2熱能利用與熱功高溫技術：殷商時期在高溫冶煉鑄造技術方面就已卓有成效。殷代文物司母戊鼎、商代的四羊尊、戰國的銅尊盤、秦始皇陵的大型銅馬車等。春秋末期制造的白口鐵和中碳鋼劍，表明當時的冶煉已達到1300℃的高溫。

松脂燈（孔明燈）：

走馬燈：利用冷熱空氣對流帶動紙輪旋轉。

熱氣球：14世紀初，元朝仁宗登基時在元大都（北京）升起世界上第一個熱氣球。

據《淮南子》記載：“取雞子，去其汁，然（燃）艾火納空卵中，疾風因舉之飛”。這是關于“熱氣球”的最早設想，也是空氣受熱上升的具體應用。五代時期，據說還利用這一原理制成信號燈，所謂“孔明燈”也是應用了這一道理。2熱能利用與熱功高溫技術：殷商時期在高溫冶煉鑄造技術方面就已卓有成效：殷代文物司母戊鼎、商代的四羊尊、戰國的銅尊盤、秦始皇陵的大型銅馬車等。春秋末期制造的白口鐵和中碳鋼劍，表明當時的冶煉已達到1300℃的高溫。

松脂燈（孔明燈）：

走馬燈：利用冷熱空氣對流帶動紙輪旋轉。

熱氣球：14世紀初，元朝仁宗登基時在元大都（北京）升起世界上第一個熱氣球。

省油燈：

我國古代，在生產和生活實踐中，創制了利用熱的各種器具。如宋代曾發明一種“省油燈”，在“燈盞一端作小竅，注清冷水于其中”，據說這種燈能“省油幾半”。現在分析，文中所說加入冷水，目的是降低溫度，避免油被燈火加熱后急速蒸發，其中包含了對油的汽化和溫度的關系的認識。2熱能利用與熱功高溫技術：殷商時期在高溫冶煉鑄造技術方面就已卓有成效：殷代文物司母戊鼎、商代的四羊尊、戰國的銅尊盤、秦始皇陵的大型銅馬車等。春秋末期制造的白口鐵和中碳鋼劍，表明當時的冶煉已達到1300℃的高溫。

松脂燈（孔明燈）：

走馬燈：利用冷熱空氣對流帶動紙輪旋轉。

熱氣球：14世紀初，元朝仁宗登基時在元大都（北京）升起世界上第一個熱氣球。

省油燈：

火藥：四大發明之一。火器，煙花等。

火箭：宋代的管形火器“突火槍”。元代的銅炮；明代的多種多發火箭。萬虎：明代官員，是“第一個企圖利用火箭飛行的人。他用47只最大的火箭綁在椅子背后，手拿兩個大風箏，想借助火箭的推力和風箏上升的力量飛向空中。1970年國際天文學會為了紀念他，把月球背面的一個環行山命名為“萬虎環行山”。

在我國古代，很早就出現了對熱動力的認識和利用，唐代出現了煙火玩物，“煙火起輪，走絨流星”。宋代制成了用火藥的火箭、火球、火蒺藜。明代制成了“火龍出水”的火箭，這些都是利用燃燒時向后噴射產生反作用力使火箭前進的道理，屬熱動力的應用，它是近代火箭的始祖，被世界所公認。殷代文物司母戊鼎商代的四羊尊走馬燈三

光學

我國古代對光的認識是和生產、生活實踐緊密相連的。它起源于火的獲得和光源的利用，以光學器具的

發明、制造及應用為前提條件。根據籍記載，我國古代對光的認識大多集中在光的直線傳播、光的反射、大氣光學、成像理論等多個方面。

三

光學1.光的直線傳播與小孔成像2.光的反射與鏡面成像3.光的折射與透鏡4.光的色散1.光的直線傳播與小孔成像

《墨經》：景倒，在午有端與。景：光之人，照若射，下者之人也高，

高者之人也下。足蔽下光，故成景與

上。首蔽上光，故成景與下。(午：交叉；

端：小孔)。

趙友欽實驗（宋末元初）：趙友欽實驗在中國古代史上占有重要地位，其實驗目的明確，設計合理，步驟清晰，結果可靠，是中國物理學史上的的一個首創。

《夢溪筆談》：“若鳶（yuān）飛空中，其影隨鳶而移；或中

間為窗所

束則影與鳶相違，鳶東則影西，鳶西則影東。又如窗隙中樓塔之影，中間為窗所束，亦皆倒垂。”趙友欽實驗：實驗中他固定幾個條件，改變一個條件來觀察成像情況。實驗分五步進行：①改變孔的大小，比較成像情況；②改變光源強度，作日月蝕模擬實驗；③改變像距；④改變光源距離，觀察小孔成像的變化；⑤改變孔的大小和形狀，做大孔成像實驗。2.光的反射與鏡面成像

我國古代由于金屬冶煉技術的發展，銅鏡在公元前2000年夏初的齊家文化時期已經出現。后

來隨著技術的發展，古鏡制作技術逐漸提高，應用范圍逐擴大，種類也逐漸增多，出現了各

種平面鏡、凹面鏡和凸面鏡，甚至還制造出被國外稱為魔鏡的“透光鏡”。

宋代科學家沈括在《夢溪筆談》中對“透光鏡”的原理進行了分析：“世有透光鑒，鑒背有銘文，凡二十字，字極古，莫能讀。以鑒承日光，則背文（紋）及二十字，皆透在屋壁上，了了分明。人有原其理，以謂鑄時薄處先冷，唯背文上差厚，后冷而銅縮多。文雖在背，而鑒面隱然有跡，所以于光中現。予觀之，理誠如是。”

平面鏡：“景，日之光反燭人，則景在日與人之間”凸面鏡：“鑒團，景一。…鑒者近，則所鑒大，景亦大；其遠，所鑒小，景亦小，而必正。”

即鑒團只成一縮小的正立的像（虛）。凹面鏡：“鑒洼，景，一小而易，一大而正，說在中之外、內。……中之內，鑒者近中，則所鑒大，景亦大；遠中，則所鑒小，景亦小，而必正，起于中緣正而長其直也。中之外，鑒者近中，則所鑒大，景亦大；遠中，則所鑒小，景亦小而必易。合于中長直也。”“鑒洼”即凹面鏡，“中”為焦點，“易”即倒置。2.光的反射與鏡面成像《墨經》中論述了光的反射，包括平面鏡、凹面鏡、凸面鏡的反射情況。鏡術：利用平面鏡成像制成“萬花筒”樣的“魔鏡”：日月鏡、四規鏡等。

“燈衢（qú）”(清代黃履莊造)：“做小屋一間，內懸燈數盞，人入其中，如至通街大市，人間稠雜，燈火連綿，一望數里。”

“羅漢堂”(清代鄭復光造)：從側面小洞向里看“千門萬戶，百千羅漢”。

凹凸面鏡：殷武丁時期就出現了凹、凸面銅鏡。

透光鏡：現上海博物館珍藏有西漢時期的“透光鏡”（青銅）。

隋唐《古鏡記》記載：“承日照之，則背上文字，墨入影內，纖毫無失”。沈括：“陽燧面洼，以一指迫而照之則正，漸遠則無所見，過此遂倒。”

“小鑒不能全觀人面，故令微凸，收人面令小，，則鑒雖小而能全納人面。仍覆量鑒之小大增損高下，常令人面與鑒大小相若。”3.光的折射與透鏡

※冰透鏡：西漢《淮南萬畢術》記載：”削冰令圓，舉向以日，以艾承其影，則火生。“

※鯽魚杯：宋代《春渚（zh?）紀聞》：“有一鯽，長寸許，游泳可愛。水倒出，魚不復見。復酌水酒中，須臾一魚泛然而起。”

※

“蝴蝶杯”、“蘭花杯”等。4.光的色散雨后成虹和造虹實驗：

唐初孔穎達《禮記注疏》“日照雨滴則虹生”

唐代張志和《玄真子》“雨色映日而為虹”“背日噴乎水，成虹霓之狀。”

南宋蔡卞《毛詩名物解》：“云薄漏日，日照雨滴則虹生。今以水噴日，自側視之，則暈為虹霓…。故今雨氣成虹，朝陽射之則在西，夕陽射之則在東。”雞子石英證含光圖：

著名道士張果修煉內丹的著作《修真歷驗鈔圖》：講到從白石英看到：“映日則光玉也…，五色玄英”。白石英為無色透明晶體，屬六角晶系。用白石英作的三棱鏡對日光產生了色散。

明末方以智《物理小識》四

電磁學1.對電的認識2.對磁的認識3.電與磁的應用

王充在《論衡·雷虛篇》中寫道：“云雨至則雷電擊”，明確地提出云與雷電之間的關系。在其后的古代典籍中，關于雷電及其災害的記述十分豐富，其中尤以明代張居正（1525～1582）關于球形閃電的記載最為精彩，他在細致入微的觀察的基礎上，詳細地記述了閃電火球大小、形狀、顏色、出現的時間等，留下了可靠而寶貴的文字資料。(一)對電的認識

我國古代對電的認識，是從雷電及摩擦起電現象開始的。早在3000多年前的殷商時期，甲骨文中就有了“雷”及“電”的形聲字。西周初期，在青銅器上就已經出現加雨字偏旁的“電”字。

在細致觀察的同時，人們也在探討雷電的成因。《淮南子·墜形訓》認為，“陰陽相薄為雷，激揚為電”，即雷電是陰陽兩氣對立的產物。王充也持類似看法。明代劉基（1311～1375）說得更為明確：“雷者，天氣之郁而激發也。陽氣困于陰，必迫，迫極而迸，迸而聲為雷，光為電”。

尖端放電也是一種常見的電現象。古代兵器多為長矛、劍、戟（jǐ），常常可導致尖端放電發生，因這一現象多有記述。如《漢書·西域記》中就有“元始中（公元3年）……矛端生火”，晉代《搜神記》中也有相同記述：“戟鋒皆有火光，遙望如懸燭”。避雷針是尖端放電的具體應用，我國古代采用各種措施防雷。古塔的尖頂多涂金屬膜或鎏金，高大建筑物的瓦飾制成動物形狀且沖天裝設，都起到了避雷作用。如武當山主峰峰頂矗立著一座金殿，至今已有500多年歷史，雖高聳于峰巔卻從沒有受過雷擊。金殿是一座全銅建筑，頂部設計十分精巧。除脊飾之外，曲率均不太大，這樣的脊飾就起到了避雷針作用。我國古人還通過仔細觀察，準確地記述了雷電對不同物質的作用。《南齊書》中有對雷擊的詳細記述：“雷震會稽山陰恒山保林寺，剎上四破，電火燒塔下佛面，而窗戶不異也”。即強大的放電電流通過佛面的金屬膜，金屬被融化。而窗戶為木制，仍保持原樣。沈括在《夢溪筆談》中對類似現象敘述更為詳盡：“內侍李舜舉家，曾為暴雷所震。其堂之西室，雷火自窗間出，赫然出檐。人以為堂屋已焚，皆出避之。及雷止，其舍宛然。墻壁窗紙皆黔。有一木格，其中雜貯諸器，其漆器銀者，銀悉熔流在地，漆器曾不焦灼。有一寶刀，極堅鋼（剛），就刀室中熔為汁，而室亦儼然。人必謂火當先焚草木，然后流金石。今乃金石皆鑠，而草木無一毀者，非人情所測也。”

在我國，摩擦起電現象的記述頗豐，其常用材料早期多為琥珀及玳瑁。早在西漢，《春秋緯》中就載有“瑇瑁（玳瑁）吸衤若（細小物體）”。《論衡》中也有“頓牟掇芥”，這里的頓牟也是指玳瑁。三國時的虞翻，少年時曾聽說“琥珀不取腐芥”。腐芥因含水分，已成為導體，所以不被帶電琥珀吸引。

西晉張華（232～300）記述了梳子與絲綢摩擦起電引起的放電及發聲現象：“今人梳頭，脫著衣時，有隨梳、解結有光者，亦有咤聲”。唐代段成式描述了黑暗中摩擦黑貓皮起電：“貓黑者，暗中逆循其毛，即若火星”。摩擦起電也有具體應用。據宋代的張邦基《墨莊漫錄》記載：孔雀毛扎成的翠羽帚可以吸引龍腦（可制香料的有機化合物碎屑）．“皇宮中每幸諸閣，擲龍腦以辟（避）穢。過則以翠羽掃之，皆聚，無有遺者”。關于摩擦起電的記載還很多。

近代電學正是在對雷電及摩擦起電的大量記載和認識的基礎上發展起來的，我國古代學者對電的研究，大大地豐富了人們對電的認識。

(二)對磁的認識

我國古代典籍中也記載了一些磁石吸鐵和同性相斥的應用事例。例如《史記·封禪書》說漢武帝命方士欒大用磁石做成的棋子“自相觸擊”；而《椎南萬畢術》（西漢劉安）還有“取雞血與針磨搗之，以和磁石，用涂棋頭，曝干之，置局上則相拒不休”的詳細記載。南北朝（512～518年）的《水經注》（酈道元）和另一本《三輔黃圖》都有秦始皇用磁石建造阿房宮北闕門，“有隱甲懷刃入門”者就會被查出的記載。（1）

磁石的吸鐵性及其應用

我國是對磁現象認識最早的國家之一，公元前4世紀左右成書的《管子》中就有“上有慈石者，其下有銅金”的記載，這是關于磁的最早記載。類似的記載，在其后的《呂氏春秋》中也可以找到：“慈石召鐵，或引之也”。在東漢以前的古籍中，一直將磁寫作慈。相映成趣的是磁石在許多國家的語言中都含有慈愛之意。《晉書·馬隆傳》記載：相傳3世紀時智勇雙全的馬隆在一次戰役中，命士兵將大批磁石堆壘在一條狹窄的小路上。身穿鐵甲的敵軍個個都被磁石吸住，而馬隆的兵將身穿犀甲，行動如常。敵軍以為馬隆的兵是神兵，故而大敗。

古代，還常常將磁石用于醫療。《史記》中有用“五石散”內服治病的記載，磁石就是五石之一。晉代有用磁石吸出體內鐵針的病案。到了宋代，有人把磁石放在耳內，口含鐵塊，因而治愈耳聾。

磁石只能吸鐵，而不能吸金、銀、銅等其他金屬，也早為我國古人所知。《淮南子》中有“慈石能吸鐵，及其于銅則不通矣”，“慈石之能連鐵也，而求其引瓦，則難矣”。

（2）

磁石的指向性及其應用在我國很早就發現了磁石的指向性，并制出了指向儀器

司南。《鬼谷子》中有“鄭子取玉，必載司南，為其不惑也”的記載。稍后的《韓非子》中有“故先王立司南，以端朝夕”的記載。東漢王充在《論衡》中記有“司南之杓（勺子），投之于地（中央光滑的地盤），其柢（勺的長柄）指南”。不言而喻，司南的指向性較差。北宋時曾公亮與丁度（990～1053）編撰的《武經總要》（1044年）在前集卷十五記載了指南魚的使用及其制作方法，極為清晰地論述了熱退磁現象的應用。當燒至通赤時，溫度超過居里點，磁疇瓦解，這時成為順磁體。再用水冷卻，磁疇又重新恢復。這時魚尾正對子位（北方），在地磁場作用下，磁疇排列具有方向性，因而被磁化。從司南到指南魚，無疑是一個重大進步，但在使用上仍多有不便。我國古籍中關于指南針的最早記載，始見于沈括的《夢溪筆談》。該書介紹了指南針的四種用法：水法，用指南針穿過燈芯草而浮于水面；指法，將指南針擱在指甲上；碗法，將指南針放在碗沿；絲懸法，將獨股蠶絲用蠟粘于針腰處，在無風處懸掛。磁針的制作，采用了人工磁化方法。正是由于指南針的出現，沈括最先發現了磁偏現象，“常微偏東，不全南也”。

南宋時，陳元靚在《事林廣記》中記述了將指南龜支在釘尖上。由水浮改為支撐，對于指南儀器這是在結構上的一次較大改進，為將指南針用于航海提供了方便條件。

指南針用于航海的記錄，最早見于宋代朱彧的《萍洲可談》：“舟師識地理，夜則觀星，晝則觀日，陰晦觀指南針”。以后，關于指南針的記載極豐。到了明代，遂有鄭和下西洋，遠洋航行到非洲東海岸之壯舉。西方“關于指南針航海的記載，是在1207年英國納肯（A.Neckam，1157～1217）的《論器具》中。

（3）

其他與磁有關的自然現象

極光源于宇宙中的高能荷電粒子，它們在地磁場作用下折向南北極地區，與高空中的氣體分子、原子碰撞，使分子、原子激發而發光。我國自公元前2000年到公元1751年，有關極光的記載達474次。在公元1～10世紀的180余次記載中，有確切日期的達140次之多。在西方最早記載極光的，當推亞里士多德，他稱極光為“天上的裂縫”。“極光”這一名稱，始于法國哲學家伽桑迪。

太陽黑子也是一種磁現象。在歐洲人還一直認為太陽是完美無缺的天體時，我國先人早已發現了太陽黑子。自公元前165年～1643年（明崇禎十六年）史書中觀測黑子的記錄為127次。這些古代觀測資料為今人研究太陽活動提供了極為珍貴、翔實可靠的資料。

遺憾的是，中國古代關于磁的認識盡管極為豐富，但關于磁現象的本質及解釋，往往又是含糊的，缺乏深入細致的研究。就連被稱作“中國科學史上的坐標”的沈括，對磁現象也認為，“莫可原其理”，“未深考耳”，致使在我國歷史上，一直未能產生可與英國吉爾伯特《論磁》比美的著作。

（三）.電與磁的應用

①避雷針：②磁性指南器：③磁化

地磁場磁化法：1044年出版的宋代曾公亮《武經總要》：“魚法，以薄鐵葉剪裁，長二寸闊五分，首尾銳如魚形，置碳火中燒之，侯通赤，以鐵鈐鈐（qián印、章)魚首出火，以尾正對子位，蘸水盆中，沒尾數分則止，以密器收之，用時置水碗于無風處，平放魚在水面令浮，其首常南向午也。”將鐵片燒紅的是使磁疇重新分布成為順磁體，淬火使磁疇穩定。

磁石磁化法：

沈括《夢溪筆談》：“方家以磁石磨針鋒，則能指南，然常微偏東（地磁偏角），不全南也。中國古代科技——指南車模型

啟

明

之

光:一.中

國

古

代

的

物

理

學

萌

芽五

聲學1.聲音的產生（略）2.聲音的傳播（略）3.共振4.共鳴及其消除5.聲音的反射6.古代樂器7.律學1.共振

《莊子?徐無鬼》：“為之調瑟，廢于一堂，廢于一室。鼓宮宮動，鼓角角動，音律同矣。夫改調一弦，于五音無當也，鼓之，二十五弦皆動。”

《夢溪筆談》：“琴瑟弦皆有應聲，宮弦則應少宮，商弦則應少商，其余皆