（中国古代史专业论文）中国古代晶体生长史初探.pdf

原刨性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名：坐豳 日 善却 期： 关于学位论文使用授权的声明 本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷件和电子 版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手 段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 警哇予 论文作者签名：握基自导师签名： 期： 山东大学硕士学位论文 摘要 本文在简述晶体的基本概念及其重要性的基础上，通过对基本史料的分析， 总结了我国古代对晶体的认识，详细介绍了史料述及的各类宝玉石晶体、矿物晶 体和药用晶体在古代作为饰物和药用的悠久历史，综述了从天然晶体到人工晶体 的发展历程。在对炼丹和炼丹术史料的收集和整理的前提下，探究了炼丹术的兴 起及其在我国科学技术发展中的作用，用现代科学观点割析了炼丹术中最典型的 实例，指出我国古代的炼丹实践积累了大量关于物质及其变化的知识和经验，炼 丹过程是最早的人工气相生长晶体的过程，银朱( 丹砂) 是最早采用气相法生长 的人工晶体。同时，还从水溶液晶体生长的角度总结了我国古代关于食盐、食糖、 硝和珍珠等各种不同种类物质制各的实践活动，从助熔剂生长的角度探讨了古代 结晶釉的制备及釉中晶花的形成。 本文还从中国和欧洲古代对晶体和晶体生长的相似认识，以及中国古代和 日本近代对珍珠养殖，黑釉瓷器的制作技艺等方面尝试探索古代中外晶体生长及 相关科技交流与传播的历史。 根据本文所论述的史实，较为全面系统地展现了我国古代晶体生长的全貌， 表明我国的晶体生长事业不仅在当今世界占有重要地位，而且还有着悠久的历 史。我国古代对晶体特征的观察，包括其宏观形态和对称性的认识，以及对晶体 一些重要物理与性质的了解，都要远远早于国外，为传统科学技术的发展作出了 贡献。同时也分析了为什么我国古代晶体已有许多成就和进步，但却与现代晶体 学的开拓失之交臂的内在原因。 本文首次提出有记载的古代晶体生长始于中国的炼丹术，银朱是最早的人工 晶体；同时发现结晶釉是古代助熔剂生长的典型；而且首次初步总结7 中国古代 与晶体生长相关的国际交流史实。 关键词 晶体生长史；炼丹术；气相生长；溶液晶体生长；国际交流 3 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t t i l i st 1 1 e s i s 佗v i e w c dt h eh i s t o r i c a ld e v e l o p m 锄tp r o c e 船f b mn a t t i r a lc r y 或a l st o s y n t h e t i cc r y s t a i sb a s e do nab r i e fi n t m d u c t i o no fs o m e 如n d 锄e n t a lc o n c e p t s 粕d t l l e i r i m p o n a i l c et h m u g l las y s t e m a t i c 锄a l y s i so f h i s t o r i c a ld o c u m e n 招t h e 帅d e r s t 蚰d i n g s o fa n c i 明tc h i n e s eo nc r v s t a lm a l 甜a l sa a l s os u m m a r i z c d d e t a i l e di l l u s t r a t i o n sa 陀 g i v 胁o ng e ms t e s ，m i n e m lc r y s c a l s ，锄dm e d i c a ic r y s t a l s a l o n gw - mt l l e - r a p p l c a t i o n s d e o o r a t i o n s 鲫dm c d i c i n 髓i n 锄c i 伽tc h i m 1 1 1 er i o f a l c h e m y 锄d i t sr 0 慨i nt l l e i e l l t i f i c 锄dt e c i l i i o l o g i ld “e l o p m 踟to f 锄c i e n tc h i ma 化e x p l o r e d 锄dd i s c u s s c di nav i e w d o i i l to fm o d 咖s c i e n c e ni sc o n c l u d e dt h a t 册c i tc h i n e h a da c c u m u l a t e de x t 朗s i v ee x p c r i c c 锄dh o w l e d g e t h ec h e m i c a lp f o c e 豁i n go f c r y s t a lm a t c r i a l s t h ea l c h 啪yo fi m m o r t a i i t yi st i l ee a r i i e s ta 曲e m p to fh u m 锄b e i n g s o nt h eg r o 、t ho fc r y s t a lm 曲晡a l st t l r o u 曲av a p o rp h a p r o c e s s i n gt h n o l o g y 锄d c i n n a b a ri st h ee 甜i e s ta r t i f i c i a lc r y s t a lb yu s i n gt h i sm e m o d i na d d i t i o n ，t h ep m c t i c e s o f 彻c i e mc h i n e 辩t a b i e 阻l t s u g 矾豫l t p e t 卸dp e a r la r ea l s o 蚰m m 州z e d 1 1 1 e m e c h a n i s m sg o v e m i n gt i l ep i o c e s s i n go fc r y s t a l l i n e a z e 锄dt h ef o m a t i o no ft i n y c r y s t a l i i n ef l o w e 体w i t h i ng l a z ea d i u s s e d t h eh i s t o r yo fc r y s t a lg r o 、t l l ，i e n t m ce x c h a n g eo fr e l a t e dt e c h n j q u e s ，锄d t h e rp m p a g a t i o na m u n dt h ew o r i da 陀a l 把v i e w e di nd i 仃e r e n tp o i n t so fv i e w 1 1 1 e s i m i l a r i t i e sb e m e e n 锄c i 朋tc h i n aa n de u m p eo nt h eu n d e r s t a l l d i n g so fc r y 刚 m 舢e r i a l s 锄dc r y s t a l 掣饥v t ha ms u m m 盯i z c d 1 na d d i t i o n ，t e c h n i q u e su t i l i z e di n a n c i tc h i 舱锄dm o d e mj a p 觚o np e a c u l t u r i n g 卸dm 缸u f h c t u 陀o fb l k c r y s t a l l i n eg l a z e sa a l s oc o m p a 删 t h eh i s t o r yo ft h eg r o 、v t ho fs ”t h e t i cc r y s t a l si sa l s os y s t e m a t i c a l l yp r e 湖t e d 锄dd e s c r i b e da c c o r d i n gt ot h eh i s t o r i c a ld o c u m e n 诅t i o n st h e 卸t h o rc o l l e c t e d 柚d c o l l a t e d i ti sc o n f i m e dt h a tt h eg r o 叭ho fs y n t h e t i cc r y s 协l si n 锄c i e n tc h i n ah 鹤a l o n gt i m eh i s t o r y 卸dt h es y n t h e s i sl e c h n i q u e sa l s oh o l d 柚i m p o r t a i l tm l ei nt h ew o r l d ni sb c l i “e dt h a tt l l e 锄c i 朗tc h i n e s eh a dm a d em 锄ys i g l l m c 锄tc o n t 曲u t i o n st 0t h e p m c e s s i n go fc r y s t a lm a t 盯i a l s ，w h i c he x c e e d e dt h e 化s to f t h ew o r i dn o to n l y t l l e q u a l i l yi n s p e c t i o n so ft h ec r y s 协im a t e r i a l s ，b u ta l s o o nt h ee v a l u a t i o n so fm e 山东大学硕士学位论文 m r o o p i cm o r p h o i o g y c r y s t a ls y m m e t 叫罄w e l l 私m ep h y s i c a lp r o p c r t i e s t h e i n m n s i c 托a s o n s 向rt h e 柚c i e n tc h i n e h a v i n gm a d e m 锄y h i e v 啪朗t s 锄d a d 啪c c s 觚dw h yt i l em o d e mc h i n e 掣a d u a l l yl o o s i n gt h e i rc o m p e t i t i v e n e s sa 舱a l d i s c u s s e d i t i sp r o p o s c d 蕾o rt h ef i r s tt - m et h 缸t h e 伊叭ho fs y n t h e t i cc r y s t a l sc o u l db e 臼a c e db kt oa l c h 啪yi n 锄c i e n tc h i 舱锄dc i n m b 盯i st 量i ef i r s ts ”t i i c t i cc r y s t a l s i ti s a i 如岫dm a tt l l ef o 肿a t i o no fc r y s t a l l i n eg l 舵e so np o t t e f yw e a 鹉i n v o i v 豁at y p i c a l f l u xg 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的科学基础，包括物理学、化学、材料科学乃至生物学和计算机学科等基础知识， 而且要求研究人员具有良好的技能和心理素质，耐心细致，吃苦耐劳，将现代科 技发展和中国历史、传统文化中的精华相结合，努力创新，为我国晶体生长事业 的跨越式发展奠定坚实的科学技术和文化基础。 古代，人们在实践中早已认识晶体，并在研究和了解晶体的特性后，逐步在 许多方面利用晶体，进一步开始为特定目的去制备晶体，这一过程已是不争的事 实。但是，对中国古代晶体生长历史的探索和认识，尚没有b i 起学界足够的重视， 所进行的研究工作还较为零星，史料挖掘尚需进一步耐心细致地进行。为了继承 我国古代人民在晶体生长方面留下的这份珍贵遗产，为了追溯中国晶体生长事业 的历史渊源，为了鼓励现代科学技术人员特别是鼓励青少年认识历史、了解中华 6 山东大学硕士学位论文 古代文明，有必要通过对古代晶体文献的系统搜集、整理和分类，去粗取精，去 伪存真，作进一步的学术分析与思考，全面展现我国古代晶体生长的全貌。并向 世界证明，中国的晶体生长不仅在当今世界科学技术之林占有重要的一席之地， 而且有着光辉而悠久的历史，中国现代的晶体生长事业是历史的继续、发展和新 的跨越与崛起，从而激励人们更加奋进，将我国的晶体生长事业推向新的高峰。 2 研究概述 中国是一个有悠久历史的文明古国，是世界文明的重要发祥地之一中国古 代文明，不仅包括政治、经济、思想、哲学、文化艺术等各方面的发展，更包括 科学( “格物”) 技术( “技艺”) 的进步。在世界科技发展史上，中国曾处于世界 领先地位，许多有重大意义的、划时代的科学技术，差不多都是中国最早发明和 最早使用的。最突出的如四大发明( 即造纸术、指南针、火药和印刷术) ，对于 整个人类科技发展和社会进步，起着巨大的推动作用。恩格斯曾经指出：火药、 指南针和印刷术的发明，都是资产阶级发展的必要前提。近代实验科学鼻祖培根 也说过，没有一个国家、学派和人物能比这三大发明在人类历史中产生更大的力 量和影响。1 四大发明既是我国成为世界文明古国的重要标志之一，也是我国古代 科学技术发展重要的里程碑。 我国古代科学技术的发展，是古代人民生产生活的基础，是社会进步的动力， 也是国家实力的标志，同样也是民族文明程度的度量。但是，在中国几千年的封 建社会中，从事科技的人只能列入“方技”之列，科学技术处于十分低下的地位， 有“君子不器”、“巫医乐师百工之流君子不齿”等价值观念。特别是汉代以后， 儒家思想文化处于正统地位，以孔子为代表的儒家哲学思想，不仅对科技漠不关 心，坚持重道轻器，重人文轻理工，慎修身斥技艺，甚至把科技视之为。奇技淫 巧”，“雕虫小技”。在儒生们的心目中， 是做学问的主要目的和任务，至于工具、 之中。 “穷天理，明人伦，讲圣言，通世故”2 乃 器物、方法、手段等则不在他们的视野 由于长期受重人文轻科技思想的影响，古代文献一直不重视科学技术的记 载。自有文字以来，人们就十分重视历史我国历史上虽不乏各种弘扬人文精神 1 姜铁军、李成刚：中国古代科技的兴衰原因及启示 ，军事历史 1 9 鲫年，第三期第3 3 0 页 2 智识学术同( h 卸m w 眦i 5 l 地咖n 毗嘲“y l x y j 偿5 0 5 l o - 1 9 7 7 4 j 岫) l 朱熹格物致知论的科学精神及 其历史作用 7 山东大学硕士学位论文 的学术组织和著名人物，但以自然科学为旨归的则廖廖无几。即使是中国引以为 自豪的“四大发明”，也仅与民间信仰中的颂经、祭祀、风水活动有关，无法真 正成为具有实质意义的科学成就。1 尽管劳动人民创造历史，推动历史发展，是历 史发展的真正动力，科学技术是生产力发展的基础，但是从石器时代、铜器时代 到铁器时代，从有巢氏、神农氏到鲁班、华佗，从张衡、祖冲之到李时珍、宋应 星，一些科学人物却被淹没在帝王将相、宫廷斗争的刀光剑影中。科技记载寥若 晨星，闪闪烁烁。 。 在浩如烟海的中国古代文化典籍中，科技文献所占比例虽然不大，但这些文 献却记载着中国古代科学技术的辉煌成就，具有很强的实用性。我国古代科技文 献主要见于： ( 1 ) 丛书中的科技资料因为是原著的汇辑，所以保存了不少完整的科技史料， 如四库全书等。 ( 2 ) 类书中的科技资料如宋代的太平御览所摘录的古书资料，内容涉及 天文、地理、政治、经济、军事、文化、飞禽、草木、虫鱼等，记述极为广泛， 几乎无所不包，其中在卷8 6 5 中就有“宿沙氏煮盐”的记载。 ( 3 ) 正史中的科技资料正史中的五行志、天文志、地理志及人物传记中都有 不少科技资料。如汉书五行志中有关于太阳、黑子、地震的记载等。 “) 方志中的科技资料中国地方志编撰已有一千九百多年历史，保存了丰富 的自然和社会史料。从中可以找到其他典籍中没有的当地手工业、农业、自然灾 害等史料。如章鸿钊先生经过几十年资料收集。辑录了数十万字的古矿录， 将我国各史书中有关矿产地点的材料，按照地区和矿种加以汇编整理，这些资料 中不仅比较详细记载了各种矿产资源，而且记载了各种产品加工制造的经验和方 法。 ( 5 ) 文学作品中的科技资料文学作品以其特有的方式，记载着中国古代的科技 知识而成为古代科技资料的组成部分。如 诗经中就有关于多晶及玉石硬度的描 写。 ( 6 ) 笔记、杂著类文献中的科技资料。古代笔记、杂著中也保存了许多科技资料， 尤其是工业技术方面资料的记载，有很重要的价值。如沈括的梦溪笔谈，内 l 郭洪纪：儒家哲学与巾闫古代科技) ，西北大学报 2 0 0 5 年4 2 卷，第6 期，第2 0 页 山东大学硕士学位论文 容涉及广泛，成为人们了解当时科技发明极其珍贵的历史资料。 ( 7 ) 儒家经典和子书中的科技资料中国最早的科技史料记载多出自儒家经 典。大戴礼记夏小正、尚书尧典、尚书禹贡、 礼记月令 和周礼冬宫考工记等篇，都是先秦儒家所整理和编纂的科技文献。 ( 8 ) 出土文献中的科技资料。出土文献中也有一些重要的科技文献资料，如敦 煌遗书中就有算经、算术等数学方面的文献资料，还有天文学方面的日历、星图， 印刷术、兵器、酿造、炼铁以及大量的、医学方面资料。1 需要指出的是中国古代科技文献对科技成果的记述多于论述，经验色彩浓厚。 理论色彩淡薄。文献大多属于对当时生产经验的直接记载或对自然现象的直观描 述，极少进行科学原理的探讨。如中国古代对天文现象的观察记录极为详细，但 是缺乏深层次的规律分析和理论概括。总之，我们虽然有丰富的古代科技文献资 料，但其中许多是零散的、不系统的。除专门科技文献外，在许多非科技文献中， 也包含有大量科技资料，需要进一步挖掘整理，才能全面深入地了解和研究中国 古代科技发展的辉煌成就，才能真正做到古为今用，为当代科学研究服务。随着对 中国科技史研究的深入，这些古代科技文献，将越来越受到国内外学者的青睐和 重视。 在古代科技文献资料中，与晶体相关的较为系统地记载和描述，主要见于 梦 溪笔谈、 天工开物等笔记类书籍和神农本草经、本草纲目等本草类著 作中北宋沈括的 梦溪笔谈，是以笔记体裁写成的百科全书类式的科学典籍， 其内容包括天文、数学、地理、地质、物理、生物、医学、药学、军事、文学、 史学、考古、音乐等各个学科，还记述了当时一些重大科技成就，如指南针、活字 印刷、炼铜、炼钢、石油等。值得一提的是，沈括在书中还对硫酸盐“太阴玄精” 等盐类晶体进行比较和鉴定，他根据晶体的形状、颜色、加热时失去晶水的变化 及潮解等性质来鉴别物质，记载得相当严密而正确。他还提醒人们正确对待药物， 为此他讽刺炼丹家求仙的妄想，警告患者不要把钟乳、丹砂当作“上药”而大量 饵服。在他看来朱砂本身虽无毒，但与其它物质反应，“因火力所变，遂能杀人”， 因此他要求对神仙羽化术“不可不戒也”书中还图文并茂地介绍了一些自然现 象，资源分布、科学的物质制备过程等。与梦溪笔谈一样，宋代还有其它一 张秀红，中国古代科技文献概况 ，图书情报 2 5 年，第5 期，第2 5 2 9 页 9 山东大学硕士学位论文 些有关晶体知识的书籍，例如南宋王灼的糖霜谱，详细叙述了冰糖的制造( 溶 液中生长晶体) 的方法。此外北宋时期编撰的大部头类书太平御览也保存了 不少与晶体有关的化学知识。 明代宋应星的天工开物是我国最全面、最系统介绍农业和手工业生产技 术的科技著述。天工开物共1 8 章，总结了各个生产领域的知识，包括种植、 纺织、染色、粮食加工、熬盐、制糖、烧制陶瓷、冶铸、制造车船、锤锻、烧制 灰硫、榨油、造纸、采矿、兵器、颜料、酿酒等诸多内容。其中在作咸、甘嗜、 丹青、珠玉等篇中，作者无论是对晶体生长的操作技术( 制盐、炼糖、炼丹、养 殖珍珠) ，还是工具( 设备) 等，都进行了较为详尽地量化精确描述。书中还附 有大量插图，记述当时工农业各领域的生产技术，而且给出了定量的技术数据，并 提出了不少理论概念。书中对有关炼丹设备、条件及操作过程都作了详尽地记载。 天工开物是保留我国科技史料最丰富的一部书，但该书还只是停留在以收集 整理资料为主的阶段，并未对其中的科学原理进一步作出分析解释，对晶体的认 识也只是停留在零星、片面和简单的状态描述。 古代本草著作中的记载主要偏重于医疗方面。但是有必要指出的是，所有古 代中国矿物学著作都注意到了晶体，指出哪些矿物是六角形晶体，哪些是针状结 晶、锥形结晶或是其他类型的结晶。早在l l 世纪，苏颂就在本草图经中谈 到过矿物被打碎以后，由晶体结构形成的特殊断面。在提到朱砂时他这样写到： “丹砂碎之，崭岩作墙壁，又似云母”。1 可以看出那时人们已经开始试图 描述晶体形状和性质了。约成书于秦汉时期的神农本草经是我国现存最早的 药物学专著，书中记载了一些炼丹术的内容。明代李时珍的本草纲目则集我 国1 6 世纪以前药学成就之大成，是一部重要的古典科学巨著，对我国古代本草 学的历史成就作了系统总结。它在训诂、语言文字、历史、地理、植物、动物、 矿物、冶金等方面也有突出成就，特别是其中对有些药物晶体的形态、产地、药 性、结构特征等进行了详尽地描述，有的还配有形象的图示。该书不仅将炼丹家 的矿物晶体知识收入其中，而且还将本草学、药物学、矿物学和晶体学融为一体， 形成了我国独具特色的本草药物学，为我们提供了古人有关晶体最完备、最集中 的认识。 l ( 英) 李约瑟z 中华科学文明史 第二二卷上海人跨出版社2 2 年版，第3 4 i 页 t o 山东大学硕士学位论文 此外，在明清之际，我国还出现了其他一些科学著作。其中方以智撰写的物 理小识含有相当丰富的化学知识，书中的医药、饮食、金石、器 用、草木及地诸篇，都有大量条目与化学有关，其中有些也涉及到晶 体方面的知识。特别是在金石类分金炉篇中，对一些晶体特性及生长等做 了详细的记载。事实上我们从这些一鳞半爪的记载中，也可以看出古代对晶体的 认识有一定的水平，从中也反映出我国古代晶体学发展的一个侧面。 目前学术界关于中国晶体生长史研究的成果大致可以分为以下两大类： 第一类是今人所写的科技史、地质史。2 0 世纪以来，些关于中国古代自然 科学史、物理学史，化学史的研究著作中，也涉及到一些晶体生长方面的成就和 进展。例如：中国科学院物理所陆学善先生的中国晶体学史料掇拾，对中国 晶体生长历史进行了专门的探索，在晶体学和晶体生长史的史料发掘和整理方面 做了大量细致的工作。他在对古籍进行大量查阅分析的基础上，对于一些长期争 论的问题进行了澄清。例如：硝石与芒硝、石膏和方解石等，都一一进行产地、 性状的对比，对历史上的一些错误进行了纠正，成为学界目前我国这方面研究工 作中最完整、翔实的资料。1 戴念祖、老亮所著的中国物理学史大系力学史， 对历史文献中涉及的玉石及药用晶体作了专门的考证，证实了所述固体绝大部分 是晶体，指出中国古代晶体学知识是由矿物学家和药物学家共同研究发展起来 的。2 我国著名的地质科学史专家章鸿钊所撰地石雅、古矿录，从近代地质 科学角度研究了中国古籍中有关古生物、矿物、岩石和地质矿产等方面的问题， 开我国地质科学史研究之先河，书中对一些晶体的形态作了详细地描述，如对玄 精石就进行了详尽地分析和研究。他还对宝石晶体开发和利用的历史进行了考证 和记载。著名英籍中国科学史家李约瑟花费近5 0 年心血撰著的多卷本中国科 学技术史，通过丰富的史料、深入细致的分析和大量的东西方科技工作比较研 究，全面、系统地论述了中国古代科学技术的辉煌成就及其对世界文明的伟大贡 献，内容涉及哲学、历史、科学思想、数、理、化、天、地、生、农、医及工程 技术等诸多领域。中国科学技术史，在第二卷数学、天文、地学分册中，对于 古代矿物晶体的分布、性状及用途进行了考证；在第五卷的第二、第三、第四分 册中，讲述了炼丹术的起源，讨论了中国的长生不老思想，研究了炼丹术的发展 1 陆学善t 中陶晶体学史料掇拾 。载科技史文集 第1 2 辑。上海科学技术出版社1 9 年舨 2 戴念祖、老亮：中国物理学史丈系力学史 ，湖南教育出版杜2 1 年版 山东大学硕士学位论文 与早期化学发展史的关系，从古代的丹砂到合成胰岛素，从中国炼丹术的理论基 础到其在阿拉伯、拜占庭及欧洲的传播，都进行了较为详细的考证。 第二类为我国晶体牛长工作者在国内外刊物上发表的有关我国古代晶体生 长方面的研究论文和在国际晶体生长会议等相关学术会议上的报告。相关论文主 要有：上海交通大学科学史系孙毅霖教授的中国古代秋石提炼考，全面考证 了秋石( p r e p a r c ds a l t ) 提炼史，得出了中国古代秋石的炼制始于东汉，兴于北宋， 盛于明代，衰于清朝的结论1 山东大学谭景玉的宋元时期食品中明矾的应用、 宋代矾的流通四题、宋代矾产地“西山保霸州”考和宋代矾之名称考述 等文章，从不同方面对宋代矾业进行了综合性研究，指出矾在我国宋代已被广泛 应用，并对矾的产地、名称、矾业的生产关系及流通等方面进行了详细的探究。 2 这些工作从一个侧面反映了我国古代对晶体认识和利用的大致过程。另外还有学 者就炼丹术对于化学的贡献作了专门研究。如周春生撰写的我国古代炼丹术和医 药中的化学成就，指出炼丹术和本草纲目是中华民族对世界文化发展所作贡 献的一部分，化学是在炼金术的基础上发展起来的。作者从汞化学、铅化学、砷 化学、矾化学、火药以及其它方面对中国古代炼丹术和我国古代在化学方面的成 就进行了阐述，使人们对我国古代在化学方面( 晶体学) 的成就和科学方法有更 加全面的认识。3 对我国古代晶体的国际交流有所研究的论文有广东汕头大学东南 亚研究中心冷东的 2 0 0 3 年第4 期； 宋代矾之名称考迷，南京中睦药人学学报( 社会科学版) 2 0 0 6 年第l 期 3 周存生：我i 问占代炼丹术和跃药中的化学成就 ，曲洛师范专科学校学报2 0 0 2 年第l 期 冷东：中心占代炼丹术存眄域的传播，f 【i 演变，化学教学 1 9 9 9 年第1 0 期 m h j i 锄g ：c | y s 【a lg m 、v 山i nc h i 舱，o p t i c s p l 咖bn c 啪) 1 9 帅0 5 1 2 山东大学硕士学位论文 大会作了题为“中国的晶体学和晶体学界”的报告，后发表在1 9 9 4 年物理 杂志上，文章介绍了中国晶体学和晶体学界的沿革和发展，对我国晶体学的历史 和三个发展阶段进行了概括的分析和总结。 总之，截至到目前，我国学者对晶体生长历史进行的探索虽然已经取得了一 定的成绩，但仍然不够充分。先前学界在国内外刊物发表的有关晶体史的文章， 大都是对古代某种晶体的提炼进行考证，或者是关于一些与晶体生长相关的技术对当 代学科发展的影响所作的研究，对晶体生长历史的研究还不够全面，仍缺乏对这一 学科系统地发掘和整理。至今学术界还没有一部完整的关于中国晶体生长发展史 的文章和论著，这也就为这一论题的进一步系统研究提供了广阔的空间。 本文主要研究内容及特色 1 论文内容及结构 鉴于对中国古代晶体生长历史的研究和认识还没有引起学界的足够重视，尤 其是尚缺系统的研究，本文试图进一步论述我国古代晶体生长研究的必要性，并 广泛搜集史料，拟从以下六个方面对中国古代的晶体和晶体生长进行论述： 第一、简述古代对晶体的认识，在简述晶体存在的普遍性和重要性的基础上 着重从作为宝玉石的矿物晶体和药用晶体两个方面论述古人对晶体的认知。 第二、论述炼丹术与气相晶体生长的关系，分别从炼丹术的兴起及炼丹术和 气相生长实践，炼丹术对药物学和化学的贡献等几方面切入古代晶体生长技术的 主题。 第三、论述古代制盐、硝、炼糖和殖珠等从溶液中生长晶体的方法。 第四、以结晶釉为实例，介绍了古代晶体生长的助熔剂方法。 第五、通过炼丹术和长生之道的西传、南珠和东珠、天日釉和兔毫盏等方面 的考证，总结我国古代晶体生长的国际交流的史实。 第六，总结、探讨晶体学及晶体生长的源起及其演进发展的历程，总结其科 学内涵和科学成就；对其价值、影响及其在当时世界科技中的地位作出评估，同 时总结在撰写本文过程中引发的一些思考。 2 本文的特色 与以往论著相比，本论文主要的新意在于： 山东大学硕士掌位论文 ( 1 ) 首次提出有记载的古代晶体生长始于中国的炼丹术，银朱( 丹砂) 是最 早的人工晶体； ( 2 ) 提出结晶釉的制备是古代助熔剂生长的典型； ( 3 ) 总结了中国古代与晶体生长相关的国际交流史实。 由于收集资料不够全面，有些原始文献还一时无法看到，加之笔者水平有限， 在发掘和整理我国古代晶体生长方面只是做了初步工作，以期达到抛砖引玉，引 起讨论的目的，文中有些观点仅为作者的浅见陋识，挂一漏万，在所难免，有疏 漏和不当之处，企望学界先贤和专家斧正。 1 4 山东大学硕士学位论文 一、对晶体的认知 n 晶体及其存在的普遍性和重要性 1 晶体的概念 晶体，对人们来说是一个既熟悉又陌生的一个名词，只要注意观察，我们就 会发现，晶体在我们身边几乎无处不在：红宝石，蓝宝石、金刚石是晶体；天上 的雪花、地下的冰霜是晶体；山岩是多种矿物晶体的集合体；我们出行乘坐的交 通工具，也离不开金属晶体；人们住的房子也是由各种金属和无机非金属晶体构 成的；人们家中的各种家电和现代通信工具的核心部件主要都是由半导体单晶硅 制成的集成电路芯片；人们天天吃的食盐、糖、味精也是晶体；许多常用药品是 晶体：甚至人们身体中的一些硬组织，如骨骼和牙齿，也是由晶体组成的。可以 毫不夸张地说，人们确实生活在晶体世界里。1 但是要人们准确地说出晶体的定义， 并不是每个人都能做到的。在人们不了解晶体内部构造的时候，人们将晶体定义 为具有规则多面体形状固体物质，这就是人们常常在地矿博物馆或晶体工厂和实 验室看到的瑰丽多彩的天然和人工晶体。他们往往都具有规则、对称的外形。他 们的许多物理性质往往与方向有关，而且受到晶体对称性的制约。古人看到晶体， 特别是天然宝石、金刚石在阳光下熠熠发光，就将它与太阳( 日) 联系起来，从 而造出“晶”字。 许慎在说文解字中把“晶”字解释成“精光也”，即精华的光亮。清代 王筠在说文句读也写道： 晶，精光也，物之精者必有光，天精为日，地精为月，人精为目，精则 生明，其光发矣z 但这只是对晶体的一个表面粗浅的认识。要了解晶体的物理性质，需要具备晶体 学的基础知识，特别是与晶体的各向异性和对称性有关的知识。3 二十世纪初期， 德国科学家伦琴发现x 射线，开启了人类认识微观世界的大门，布拉格首先用x 射线测定了晶体的结构，因而得以从微观结构出发给晶体以科学的定义，即晶体 是由原子或分子在空间作周期性的有规则排列而成的固体，或者说晶体的基本特 1 蒋民华：人工晶体的发展 ，科学) 。2 0 0 2 年第5 期，第l o 1 4 页 2 【清) 王筠：l 说文句读) 第二册，北京中国书店1 9 8 3 年版，第3 5 7 页 蒋民华：晶体物理 。山东科技出版社l 螂年版，第1 页 1 5 山东丈学硕士学位论文 征就是长程有序。各种不同对称性的晶体结构形成了不同晶格，其格位由相应的 原子或摹团占据就形成了晶体。正是由于晶体的长程有序特征，形成了晶体的几 个基本性质，即自范性、对称性，均匀性、各向异性和最小内能性。 自范性就是指所有晶体都会在空间自发地生长出由晶面、晶棱和顶点构成的 完整几何多面体外形。这也就是为什么我们看到在自由状态下生长发育的晶体都 有很规则外形的原因，对称性是指在晶体外形和结构在本身某几个不同方位自相 重合的特性，而在这些方位，晶体的物理性质也可以是相同的：均匀性是指晶体 所有同一方向上的宏观性质是均匀的，而各向异性指出了晶体因不同方向而呈现 性质差异的特性；晶体的均匀性和各向异性就是晶体的格子结构在宏观性质上表 现出来的两个侧面。最小内能是晶态物质在所有的物质态中内能最小，从而表明 晶体是最稳定的，其他状态的物质有自发转化为晶态的趋势，但是晶体不可能自 发地转化为其他状态。 2 晶体存在的普遍性及重要作用 正因为晶体的这些特性，使得它无处不在，人们用x 射线方法对大量的物体 进行了检测，结论是，绝大多数的固体都是晶体。所有的金属，如铁、铜、银、 金、铝、镁、锡、铅及其合金，内部原予都是有规则排列的，都是晶体；没有规 则外形的岩石，如石灰石、花岗岩、长石、白云石等，其内部原子和离子也是规 则排列的，也都是晶体，几乎所有的建筑材料，如石头、砖瓦、水泥等都是由晶 体构成，甚至贝壳、粘土、毛发、蚕丝、骨骼、牙齿等都是由规则排列的原子、 分子和基团构成的，也是晶体。 材料是人类文明的物质基础。现代科学技术的发展和信息社会的建立，在一 定程度上可以说是建立在晶体材料，特别是功能晶体材料发展的基础上的。目前， 被广泛应用的计算机技术是在大规模集成电路基础上发展起来的，而大尺寸无位 错的单晶硅则是集成电路的基础。目前，激光技术已经被广泛应用于国民经济和 国家安全的各个领域，而其关键材料，无论是半导体激光器的芯片或者是全固态 激光器的激光基质，都是功能晶体。到现代，大屏幕显示、交通信号灯、电视机、 收音机、手机、计时的钟表、其核心部件无一不与功能晶体相关。如果说，在上 世纪初期，人们只是感知和了解晶体材料的话，那么到今天，人们已经在主动地 制备和切实地利用晶体材料造福于人类了。 1 6 山东大学硕士学位论文 这就是晶体，人们熟悉而又陌生的固体材料。在本文中，我们将努力发掘史 料，还原从古代到今天对晶体的认识过程和我们古代劳动人民在晶体生长方面作 出的贡献和取得的成绩，同时也尝试探讨为何现代晶体学和晶体生长没有从中国开始 的缘由。 口中国古代对晶体的认识 在生产实践和科学实验中，人们对晶体的认识经历了一个由表及里由现象到 本质的过程。人类最早接触的晶体是矿物。远古时人们就开始使用具有特殊外形 的天然矿物和石头作武器和工具，其后人们又利用矿物冶炼金属，在长期生产劳 动的社会实践中，对自然界存在的晶体外形积累了些感性认识，我国劳动人民 很早就对晶体的外形、物理性质有了细致的观察及记载。开始从惊讶到产生疑问 继之通过日积月累的观察，而得出初步的规律，然后在这个基础上加以解释，这 实际上就是朴素的唯物主义所走的道路。气象变化，是先民最初接触到的自然现 象。早在史前时期，美丽晶莹的晶体就引起了人们的注意，我们的祖先很早就知 道水汽变成水、从水变成冰的物质三态的变化。特别是对雪花晶体的认识，古人 赏雪吟雪，很早就观察到雪花的形状。在公元纪元前后，我国就发现了雪花是六 角形的。据太平御览记载： 大戴礼日：天地积阴，温则为雨，寒则为雪镬春秋元命苞日： 阴 阳凝而为雪1 这里最值得提出的是对雪花形态及对称性的观察。太平御览对此也有记载： 韩诗外传曰：凡草木花多五出，雪花独六出，雪花日羹2 根据上面的记载，可以看出，我们祖先在2 0 0 0 多年前就观察到雪花晶体的对称 性了。3 据记载，我国古代对晶体的认识，主要来自对自然界矿物单晶体的观察和 利用。许多矿物单晶，具有美丽规则的外形。古人对此早有认识，唐苏恭等编 人比f l 版社1 9 9 4 年版，第4 贞。 2 0 山东大学硕士学位论文 括金刚石、刚玉和石英。当时打制石器所用的原料般是就地取材。如北京人采 取的就是周口店带的山丘和河滩上的石英砂岩、火成岩，以及燧石、水晶( 古 称水精) 、蛋白石等。虽然当时还不可能有先进的自然科学知识，但水晶、蛋白 石等宝玉石确实是利用起来了。图卜5 是 本草纲目有关水晶( 水精) ，玉 的描绘。1 我们注意到图中有水精与日同辉，宝玉熠熠发光的生动景象。 图l 矗 水晶及玉示意图 中国古代对天然矿物晶体的开发利用，开始是以饰物和工艺品为主的宝石业 的兴起和发展为标志的。随着社会的发展和进步，宝石资源品种不断扩大，产品 工艺水平日益精湛。根据历史文献和出士文物资料统计，古代使用过的宝玉石材 料至少在5 0 种以上( 见表1 1 ) 2 ，大致可分宝石、玉石、彩石三类。 【明) 李时珍：本苹纲目 ( 第二册) ，商务印书馆出版1 9 3 0 年版，第4 ，第1 7 页 2 赵松龄，阵康德t 宝石鉴赏指南 ，东方出版社1 9 妮年敝，第l i 页 2 i 山东大学硕士学位论文 表1 1 中国古代所用宝玉石筒衰 历史时代 重饔宝玉石及其类似矿产资源 原 | h 石嚣早期 水晶，蛋b 石土髓，罐石。各种火成岩瓶积眷，变质岩 始时代 晚期水晶、玉髓绿飧石、石墨洛种彩色省石等 社 摄石f 英盔白打鸿瑙。碧玉，雨花石赤铁矿，苴田玉，绿襁石、驮玉昆山玉、硬玉、螬岩 “ 新石器时代五 五、南阳玉糟石、寿山石大理石，花岗石，煤精及其它各种彩石等 奴 夏昆山玉( 臼韦) 、绿按石，南阳玉、各种彩色岩石等 隶 商 孔雀石、绿铪石昆山玉、蛐岩玉滴扦1 最，大理石、金等 社 西餍 会硝石葩山玉l 夜光玉岩玉缘韩、石，煤耩冶等 会 夺狱 水晶、玛瑶、绿松石孔蕾石、昆山，砖孔盔石、和氏璧、垒等 求晶灵壁玉绿铨石昆山玉准皤尔崔、馥光玉、和氏蔓、翡翠屠石花岗石，火理石垒、锻 战国 荨 奏 卸氏壁蘸田禾、昆山玉、砚再花岗石，大理石、其它彰石等 鼋喇石、红宝百、蓝宝石、水晶，奢 晶。玛瑙，噩田玉、孔雀右蟓羟石昆山玉、弱翠、蛐苔玉、鸯 汉 象石、南舯正、聩珀、珍碡、花岗石、大理百，砚石及其它彩右、金镊等 两开 金刚石，术龠：玛璃、绿检石壤珀、珍殊、燕子右及其它砚石花茜| 石、大理石等 金眦石、红童石，兰宝石、雨花石磊田玉、昆山曩，骋翠。甫孵玉、麓珀，大理石，花埘石、寿山 封南嘲 石尊 ? ： 隋 酏u i 玉! - 自玉) ，琥珀，砚石、芘岗石。太理石、其它彰石荨 建 红宝石，益宝石、承晶，玛瑶、蓝田玉绿轮丘，昆m 玉、糟犟、便光五、琥珀，花岗石丈理石，堵 唐 百，簸石红鲤石，洗石、盍蠲打、磐并垒，银并 社五代十同 昆山玉、歙再、薹打、花岗石、大理石等 来 灵鐾五、畦田五、昆山玉，寿山石膏幽石，花肖石、太理石、鬟石，端石红丝石，砣矶石、太谢 会 右、金、钮荨 豇渣、元 绿丰蛰石，昆山壬，寿山石，田黄竹柠田石昌化石、各种硬石花 ；f 石、大理石、金、银等 红宝石、益蛊石、金宝石、令绿蓥暇尖晶石绿童石，祖母缘，绿橙石、昆山薹，寿山石，田黄 啊 石青且j 石、鸡血石、大理石，花岗石筑珀、煤精、燕子石及其它爱石渣银等 金刚石，红宝右、蓝宝石、术晶、玛瑙、雨花石蘸田玉、耋i 橙石菊花石，碧釜昆山玉准噶尔 精 玉，翡翠、寿山石、瞄黄石、青田石、玛血石五花石、长白玉绿珠石各种鲁砚石、橙花石，贺 兰石，上水石，花岗百、大理石、金，银荨 一般宝石学家都采用摩氏所创立的摩氏硬度来表示宝石的硬度。摩氏硬度情 况见德国矿物学家f r i e d ri c h m o s h 提出的一种实用硬度分类表( 表卜2 ) 。他 从最软的滑石到最硬的矿物金刚石中，选出十种能获得高纯度的矿物并按此抗刻 山东大学硕士学位论文 划能力大小依次排列而成。摩氏硬度表示物质的相对硬度，而非绝对硬度。因此 摩氏硬度表中各级硬度之间不具备比例关系。