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中國古代物理學(xué)史概述

佚名 2025-03-26 11:35:26

從遠(yuǎn)古到西周時期

在原始社會時期，當(dāng)人們學(xué)會用火

、學(xué)會制造石器時
，人們就在勞動實(shí)踐中播下了物理學(xué)的種子
。據(jù)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(xué)中有關(guān)浮力
、杠桿、彈性的知識開始萌芽
?div id="jfovm50" class="index-wrap">！办萑耸香@木取火”的記載，也表明人們開始懂得熱學(xué)中摩擦生熱的道理
。

夏、商

、西周時期
，交通運(yùn)輸工具的制造，用以計量時間的壺漏的發(fā)明
，貿(mào)易交換中必備的權(quán)衡器
，杠桿和桔槔在生產(chǎn)中的應(yīng)用，燒陶和冶銅中控制火候的技術(shù)
，銅鏡和陽燧(凹面銅鏡)的鑄造
，各種樂器的創(chuàng)制，這些技術(shù)的發(fā)展為物理學(xué)知識的積累創(chuàng)造了條件
，也為其后總結(jié)物理學(xué)理論打下了堅實(shí)的基礎(chǔ)
。

春秋戰(zhàn)國時期

歷史學(xué)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(nóng)田水利的發(fā)達(dá)
、都邑建筑的興盛，以及列國兼并戰(zhàn)爭的刺激
，以《墨經(jīng)》和《考工記》兩書為標(biāo)志
，中國古代物理學(xué)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(xué)家

，也是我國古代最早的物理學(xué)家
。墨子，名翟
，魯國人
，他和他的弟子組成的墨家，是春秋戰(zhàn)國時期物理學(xué)成就最大的學(xué)派
。其代表作《墨經(jīng)》一書
，記載了有關(guān)力學(xué)、聲學(xué)
、光學(xué)等方面的知識
。尤其是在光學(xué)方面，它以八條文字連續(xù)有序地記述了光
、影
、鏡面成像的光學(xué)問題。它不僅是中國最早的幾何光學(xué)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(xué)杰作
，比歐幾里得光學(xué)還早百余年。

《考工記》是春秋末年齊國人的著作

。它論述了當(dāng)時手工業(yè)的主要工種
，是一部關(guān)于我國古代手工技術(shù)規(guī)范的總匯集。尤為可貴的是
，該書在記述各種手工技術(shù)的同時
，還分別闡明了它們的科學(xué)道理。其中包括許多力學(xué)
、聲學(xué)和熱學(xué)方面的物理知識
，堪稱為集我國古代物理學(xué)知識在工藝技術(shù)上應(yīng)用的大成。例如：在敘述車和車輪的制造技術(shù)時
，指出了車輪的物質(zhì)均勻?qū)ΨQ檢驗(yàn)法
；最早記述了車子運(yùn)動的慣性現(xiàn)象；對牛車
、馬車上下坡的力學(xué)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(guān)；在敘述弓箭制造中
，講明了保持箭在疾風(fēng)中一定彈道的技術(shù)問題
；在敘述制鐘技術(shù)時，還說明了鐘壁厚薄
、鐘口形狀
、鐘甬長短對發(fā)聲的影響，它比歐洲同樣內(nèi)容的論述文字要早1500年
。為《考工記》制鐘技術(shù)的文字記載作證的是
，1978年考古發(fā)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(fā)現(xiàn)了磁石吸鐵現(xiàn)象
，發(fā)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(guān)系
。

從秦漢到五代時期

從秦統(tǒng)一六國開始

，經(jīng)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(zhàn)時和
，封建制度日趨完善。隨著鑄鐵和耕作技術(shù)的不斷進(jìn)步
，古代物理學(xué)也有較為全面的發(fā)展
。集中表現(xiàn)為：一、制造了不少大型的復(fù)雜的機(jī)械
，如指南車、記里鼓車
、水運(yùn)渾儀等
；二、發(fā)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(jīng)》
、《考工記》那樣較為集中地記述物理學(xué)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(shù)》
、《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(guān)尹子》
，段成式(公元803—863年)的《酉陽雜俎》
，譚峭(活躍于10世紀(jì)上半葉)的《化書》等等，零散地記載了大量的物理學(xué)經(jīng)驗(yàn)或思辨性理論
，涉及了熱
、力、聲
、光
、電和磁等方面的內(nèi)容。

值得一提的是

，在這個時期還出現(xiàn)了一些有關(guān)器物的專門圖書
。如敘述弓弩制造和彈道問題的《望遠(yuǎn)連弩射器法》；祖沖之的兒子祖暅〔geng更〕(約公元5—6世紀(jì)初)撰《稱物重率術(shù)》
、《權(quán)衡經(jīng)》
，它們闡述了密度、重心和平衡等有關(guān)力學(xué)問題
；北齊信都芳撰《器準(zhǔn)》
，“聚渾天、欹器
、地動
、銅鳥、漏刻
、候風(fēng)諸巧事
，并圖畫為器準(zhǔn)”(《北齊書·信都芳傳》)，這可能是我國歷史上第一部科學(xué)儀器圖著
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？上н@些涉及機(jī)械制造和力學(xué)原理的書籍都已失傳了。

宋

、元時期

這是中國古代物理學(xué)發(fā)展的鼎盛時期

。

宋代是我國封建專制主義大發(fā)展的時期

，社會經(jīng)濟(jì)有顯著進(jìn)步，尤其在農(nóng)業(yè)
、手工業(yè)
、冶金、武器制造
、紡織業(yè)
、陶瓷和國內(nèi)外貿(mào)易方面較前都有所發(fā)展，行會制度盛行
，城市經(jīng)濟(jì)繁榮
，紙幣及匯兌流行，這一切都促使科學(xué)技術(shù)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(xué)內(nèi)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(jīng)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(wèi)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(xué)著作
。

宋元時代還有許多在當(dāng)時屬于世界一流的有關(guān)物理學(xué)方面的發(fā)明創(chuàng)造

。

力學(xué)方面，《宋史·輿服志》詳細(xì)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(jī)械車；記里鼓車是能夠記錄車輛運(yùn)行路程長短的機(jī)械車
。根據(jù)史書留下的有關(guān)記載
，不僅表明古代人嫻熟地掌握了有關(guān)齒輪及其匹配法則的力學(xué)知識，而且今天還可以照書本復(fù)原制造
。蘇頌和韓公廉等人在1092年制造了一架大型的水運(yùn)儀象臺
，即天文鐘。它是現(xiàn)代鐘表的祖先，也表明宋代人完全掌握了控制等速運(yùn)動的技術(shù)方法
。李誡在《營造法式》中系統(tǒng)地總結(jié)了歷代建筑經(jīng)驗(yàn)，特別是提出了橫梁的高與其寬之比的規(guī)律
，比西方材料力學(xué)中同樣的公式要早400年到600年
。曾公亮在《武經(jīng)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(xiàn)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(fā)明
。

熱學(xué)方面

，宋代人發(fā)明了火藥、火柴
，以及以火藥為燃料而噴射推進(jìn)的火箭
，還發(fā)明了水套式省油燈。在煮水泡茶的生活實(shí)踐中
，人們還發(fā)現(xiàn)了水的遞次沸騰現(xiàn)象
。關(guān)于熱脹冷縮的原理在實(shí)踐中也得到了廣泛應(yīng)用。

光學(xué)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(jié)
。沈括還發(fā)現(xiàn)了陽燧的焦點(diǎn)
，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(yàn)尸”的光學(xué)道理
。趙友欽在《革象新書》中描述了一個大型的有關(guān)小孔成像的實(shí)驗(yàn)
，并得出了正確的結(jié)論。他的實(shí)驗(yàn)室是一個三層樓房
，光源是上千支蠟燭
，這是中世紀(jì)時期最大型的光學(xué)實(shí)驗(yàn)。此外
，關(guān)于色散知識也有大量記載
，幻燈、影戲
、以磷光物質(zhì)作畫等方面皆有長足的進(jìn)步
。

聲學(xué)方面，沈括不僅在理論上闡述了編鐘的形狀與其發(fā)音的關(guān)系

，而且還創(chuàng)造了以“紙人”演示共振現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)方法
。南宋初年，趙希鵠在其著《洞天清錄集》中對建筑聲學(xué)作了最早的探討
，提出了設(shè)計琴室的一些標(biāo)準(zhǔn)
。

電和磁學(xué)方面

，指南針的發(fā)明及其在航海中的運(yùn)用，地磁偏角的發(fā)現(xiàn)和記載
，以及對雷電性質(zhì)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(xué)史上一個獨(dú)特的時期：一方面

，中國的封建社會仍在緩慢地向前發(fā)展，其經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)逐漸滯后于文藝復(fù)興后的西方
，與此相適應(yīng)的中國科學(xué)技術(shù)也漸漸處于落后狀態(tài)
；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(guān)物理學(xué)的獨(dú)創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)
。1581年，隨著西方傳教士入華
，以傳播西方科學(xué)技術(shù)作為傳教手段
。從此，近代物理學(xué)知識開始在我國傳播
。

這個時期

，中國人最偉大的創(chuàng)造性的發(fā)現(xiàn)是在聲學(xué)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(shù)理理論
，為現(xiàn)代鍵盤樂器(如鋼琴)的創(chuàng)制打下了基礎(chǔ)
。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(yīng)星(公元1587—？年)著的《天工開物》等
，都為中國古代物理學(xué)的發(fā)展作出了貢獻(xiàn)
。

隨著西方物理學(xué)知識在中國的傳播，中國人不僅開始制造“千里眼”(望遠(yuǎn)鏡)

、萬花鏡
，也知道原子、X光
、無線電報
。中國人起初將力學(xué)譯為“重學(xué)”，將物理學(xué)譯為“格致學(xué)”
。1900年
，正式以“物理學(xué)”命名的教科書第一次在中國出版。上世紀(jì)末本世紀(jì)初，由于出國留學(xué)人員中攻讀物理學(xué)的人數(shù)逐漸增多
，物體內(nèi)部的運(yùn)動規(guī)律愈被人們所認(rèn)識
，科學(xué)能夠轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)力的論斷也逐漸為政府所重視。因此
，中國的近代物理學(xué)也慢慢地發(fā)展起來了
。

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