中国古代物理学

1、1,第一章 中国古代物理学,一. 中国古代的物质观 二. 中国古代的力学知识 三. 中国古代的热学知识 四. 中国古代的光学知识 五. 中国古代的电磁学知识 六. 中国古代的声学知识 七. 中国古代物理学的特点,2,思考题: 中国古代有哪些突出的物理学成就?有哪些重要的物理学家? 沈括有哪些科学贡献? 中国古代物理学发展的特点是什么? 简述近代物理学未能在中国诞生的原因。,3,对中国古代物理学的认识：,1. 对物理现象有比较深刻的认识并得以应用； 对自然现象的认识达到极高度抽象的理论层次； 3. 对其认识受限于所能掌握的史料之丰富程度。,随时间的推移、研究的进步、新发现的出现，人们对中国古代物

2、理知识的认识难免还会发生变化。,4,关于物质的构成，中国古代有多种说法， 如 “ 五行说 ”，“八卦说”，“元气说”以及墨家提出的“原子论”。,“五行说” 这一学说始于夏朝，流行于商朝，到了西周发展为“五行元素说”。它不仅具有朴素的元素概念，并具有物质相互转化的观念。,春秋时代，五行相生相克的学说,这种关系深刻地揭示了组成世界的五种基本物质元素在相互转化的复杂变换过程中，生成和消失的速率是受控的，在量上是互补的，因而元素的种类和总量不增不减，物质守恒。,一. 中国古代的物质观,5,“阴阳八卦”说 这一学说起源于殷周之际，实际上也是一种原始的元素论。它从人们生活经常接触的自然界中选取了八种东西作

3、为说明世界上其他多种东西的根源。,所谓八卦，即用八种符号来表示八种自然现象，而这八卦是由阳爻（音挑yao）用“”表示和阴爻用“- -”表示，阳爻和阴爻排列为八卦，再由八卦排列为卦。八卦分别是乾、坤、震、巽（xun）、坎、离、艮、兑等，它们分别表示天、地、雷、风、水、火、山、泽。世界就是在阴阳两种对抗物质势力运动推动下孳生着。发展着。这是一种十分朴素的万物生成的唯物主义观念。,6,7,玻尔族徽,8,“元气说” ：,气是充满整个宇宙 客观存在的物质，是万物本原。 王充在论衡中说：“天地，含气之自然也。”论衡 谈天，“天地合气，万物自生”论衡 自然。,气有聚散两态，太虚为气，气形转化 黄帝内经素问：

4、“地气上为云，天气下为雨” ； 左传昭公元年：“气有六，阴、阳、风、雨、晦、明”,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变化的多样性，天地万物变化的实质即气的运动变化。张载正蒙：“气有阴阳，屈伸相感之无穷”。,物质不灭思想 王夫之张子正蒙注太和： “聚散变化，而气本体不为之损益。”；“车薪之火，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。”；,9,元气说的局限、以太和场,元气学说注重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，与自然本性更接近。但元气说终究是一种思辩理论，没

5、有实验、数学等科学方法的配合，长期停留在推测、玄想阶段，致使中国没有走上诞生近代科学的道路。,1644年，笛卡儿提出以太旋涡理论，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，笛卡儿的以太论可能来源于张载的元气论。,李约瑟认为：“元气，像现代人心目中以太波或辐射线。” (joscphneedham:scienceandcivilisationinchinaj.cambridge press,vol.,1962.472）,何祚庥先生则认为气“与其说是接近于以太，不如说更接近于现代科学所说的场”，“元气学说是现代量子场论的滥觞（lan shang:事物的起源) ”。 （杨仲

6、耆，申先甲：物理学思想史，湖南教育出版社）,评价：,10,二.中国古代的力学知识,力学知识起源于古代人对自然现象的观察和生产劳动中的实践经验，并逐步发展为生产技术和初步的自然哲理，这在东西方古代都是如此。,1.物理计量：时间计量、度量衡 2.时间、空间、运动： 空间和时间 运动与静止 运动的相对性 3.对力的认识： 4.力学知识的应用,11,时间计量 a.干支纪法：春秋时鲁隐公三年（前722）二月己巳日至清宣统年（1911）。“干支”是“天干”和“地支”的合称。 天干：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸。 地支：子、丑、寅、卯、辰、巳、戊（午）、未、申、酉、戍（x)、亥。 天干和地支相互组

7、合成“六十干支”：甲子、乙丑、癸酉、甲戊、乙亥癸亥。共个组合，也称“六十甲子”，周而复始，不断循环。 b.十二时辰记时法：子时：231时，丑时：13时，,亥时：2123时。,物理计量,12,表1-1 十二时辰与24小时纪日法的对应关系,13,测时仪器： a.圭表由圭和表垂直构成。利用太阳投影指示时间的仪器。,日晷：,星晷,月晷,14,b.漏壶： 漏壶有两种形式：泻水型和受水型。,隋制上说：“周礼挈壶氏，其法总以百刻，分以昼夜，冬至昼漏四十刻，夜漏六十刻，夏至昼漏六十刻，夜漏四十刻；春秋二分昼夜，各五十刻。”,15,c.机械记时：东汉时期张衡117年发明浑天仪，用于测定天体位置，一天转一周。后经

8、唐宋发展，成为世界上最早的天文钟。,16,度量衡：度-长度 量-容量 衡-重量 a.计量单位：汉书律历志详细记载： 长度单位：引、丈、尺、寸、分，十进制； 容量单位：斛（h)、斗、升、合、龠（yu），十进制。 重量单位：石、钧、斤、两、铢，非十进制。,长度：孔子家语记载：“布指知寸，布手知尺，舒肘知寻” 孙子算经：“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，十厘为一分。”。 汉书律历志记载：“度本起黄钟之长。九十分黄钟之长，一为一分，十分为寸，十寸为尺，十尺为丈，十丈为引”。,容量：一手所盛为“溢”,二手合盛为“掬”,“掬四谓之豆” 公元211年，秦始皇统一中国后，在商

9、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。,17,b.计量器具： 长度量具：最早商代的牙尺，等于现在的16.95cm；战国的铜尺，合现在的23.0cm；公元年，新莽时期的铜卡尺，长度14.22cm，分固定尺和活动尺两部分，相当于现在的游标卡尺。另外还有唐朝镂牙尺（0.3m)、鎏金雕花铜尺、木尺、黄钟玉尺等。 远距离长度计量：唐宋时的丈杆、测绳、步车，特别是记里鼓车利用车轮的转动，间接而自动的记录车行里数。 容量量具：斛、斗、升、合、龠（yu）。 重量量具：古人称之为衡，衡的形式包括：等臂天平、不等臂天平、杆秤。权就是砝码或秤砣。1954年在湖南长沙战国楚墓出土了我国

10、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。,18,2.时间、空间和运动 时间与空间,宋代朱熹： “四方上下曰宇，往古今来曰宙。无一物似宇样大，四方去无极，上下去无极，是多少大？无一物似宙样长，亘古亘今，往来不穷。”,空间为宇，时间为宙。,战国时魏国的尸佼尸子,“四方上下曰宇，往古今来曰宙。”,19,运动的相对性 吕氏春秋：“刻舟求剑”故事； 隋书天文志：“乘船以涉水，水去船不徙也”，“仰游云以观，日月常动而云不移”（晋代束皙x 262-301）。 抱朴子塞难：“见游云西行，而谓月之东驰”（晋代葛洪283-343） 春秋纬元命苞（汉代）：“天左旋，地右动”. 春秋纬

11、考灵曜（yo）“地恒动不止，而人不知，比如人在大舟中，闭牖（yu）而坐，舟行而人不觉”。比伽利略（1564-1642）相对性原理早一千多年。,运动与静止 墨经：“动，域徙也”“止，以久也”。这里以停止的意思。“边际徙者，户枢免瑟”指转动；,20,3 对力的认识 （1）力的概念 墨经：“力，刑之所以奋也”，这里刑即形，指物，奋即飞，动的意思。 王充论衡效力篇：“人有知学，则有力矣。文吏以理事为力，而儒 生以学问为力”，“举重拔坚，壮士之力也”，“故 夫垦草殖谷，农夫之力也”（东汉）。 西方，17世纪初弗兰西斯培根提出：“知识就是力量”。,（3）杠杆原理 墨经中对不等臂天平的论述：“衡，加重于其一

12、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。”,（2）外力与内力 王充论衡：“古之多力者，身能负荷千钧，手能决角伸钩，使之自举不能离地。”,21,（4）.重心与平衡 西安半坡仰韶文化（距今50006000年前）遗址出土的吸水陶罐：口小、腹大、底尖，两侧耳环稍低于罐的重心。 西周及历代的欹（q倾斜）器：又称宥（yu,宽容）坐之器，形状同上。,作用有二： 容器：荀子宥坐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”。 劝告之器：告戒人们行为和思想不可过或不及。 王充论衡：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

13、定平衡。,22,（5）浮力：曹冲称象等。 （6）弹力：弓箭的制作等（东汉郑玄127-200）。 （7）大气压力 西汉时期已利用虹吸管-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。 关尹子：“瓶存二窍，以水实之，倒泻；闭一则水不下，盖（气）不升则水不降。” 唐代王冰素问：“虚管灌满，捻上悬之，水固不泻，；空瓶小口，顿灌不入，为气不出而不能入也。” （8）惯性：春秋战国时期的考工记中描述：“马力既竭，轴犹能一取焉”,23,4 力学知识应用 尖劈、辘轳、滑轮、水转筒车、水转连磨、水碓（du 舂米用具）、水排鼓风机（公元31年东汉南阳太守杜诗发明）、被中香炉、记里鼓车、水运浑象仪等。

14、古代建筑学上力学的应用：如隋代李春建造的赵周桥，是我国古代留传至今最古老、跨度最大、弧度最浅的石拱桥，距今已1300年； 公元1056年建造的辽代山西应县木塔，是世界上现存的最高的古代木构建筑，高67.31米，经受近一个世纪的风雪袭击，12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“开宝寺塔”斜塔：“塔初成，望之不正，而势倾西北。人怪而问之。皓曰：京师地平无山，而多西北风，吹之不百年当正也。”归田录。 明代的北京故宫群等等。,24,公元前316年，蜀守李冰修建都江堰，“正面取水，侧面排沙”，其飞沙堰工程巧妙地利用了弯道环流，说明当时测河水流量、了解泥沙规律等水力学知识及水利工程已

15、有相当的水平，成都平原二千多年来始终受益。,25,被中香炉是中国古代盛香料熏被褥的球形小炉。它的球形外壳和位于中心的半球形炉体之间有两层或三层同心圆环。炉体、内环、外环和外壳内壁的支承轴线依次互相垂直。炉体由于重力作用，不论球如何滚转，炉口总是保持水平状态。,26,总的来说，我国古代力学知识与古代精湛的工艺技术往往密不可分，但各时期对技术知识的整理汇集、研究提高、保存流传都未受到重视，致使技术特别是科技理论不能代替人力形成明显的生产力，科举八股把教育与知识分子的注意力引到文字游戏或仕途官场上。一方面是大量生产知识与技术积累而又散失，缺乏系统整理，一方面是经验性的定性的力学概念始终带有思辨色彩（

16、如“气”、“道”、“理”），缺乏数学的定量引用和系统实验的基础，因此经典力学理论只能等待西方传入。,27,1.火的利用 我国170万年前的元谋人已开始用火； 6000多年前的半坡人已经用火烧制陶器； 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； 用铜制的凹面镜：即阳燧取火； 用硫磺摩擦取火：和19世纪欧洲发明的火柴 （洋火）相似。,三. 中国古代的热学知识 我国古代的热学知识大部分是生活和生产经验的总结。至今所知的古籍中对热的研究记载较少，还有待于进一步发掘。,28,2.对热现象和热本质的认识 温度、湿度极其测量 b.c.2000年，已有气温反常的记载 以感觉分级：冰、寒、凉

17、、温、热。掌握了冰点和人或动物体温这两个较恒定的温度标准。 淮南子：“睹瓶中之水而知天下之寒暑。”,湿度：淮南子：“琴弦缓，天且雨”“风雨之变，可以音律知之”，即现在毛发湿度计的原理.,“火候”：在烧制陶器和冶炼金属的过程中，通过对“火候”的观察，来定性的判断温度的高低。考工记记载了青铜冶炼时火色与温度的关系：“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，青气次之，然后可铸也。”即当“炉火纯青”时，炉温达到1200度 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。,29,热的传播 两周时期已经掌握降温、控温和升温技术 冰鉴

18、：温酒器具殷周时期即有用青铜器制造的温酒器具，并用“冰室”冷藏食物：随县曾侯乙墓出土的战国时期的“冰鉴”，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。,温度与距离得关系：王充：“夫近水则寒，近火则温，远之渐微。何则？气之所加远近有差也。”,伊阳古瓶：保温器具，南宋洪迈夷坚甲志：“张虞卿者得古瓶于土中，置书室养花。方冬极寒，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。异之，试之以汤，终日不冷。惜后为醉仆触碎，视其中，夹底厚二寸。”,30,热胀冷缩与热应力 热胀冷缩；增大热应力：在公元前250年都江堰水利工程中的应用记载：“大滩江中，其崖崭峻不可凿，乃积薪烧之

19、。”这种增大热应力开凿巨石的记载很多。,热的本性 五行说：热（火）是构成物质的一种元素； 元气说：热这种物质的本原仍是气。,物态的变化 汉代董仲舒在雨雹对到蒸发、液化、凝固三态的变化。对水的三态冰、水、和汽的认识就更早； 王充在论衡中记载了对雨、露、霜、雪等的认识：云雨不是天上固有的，而是从地面上蒸发上去的，雨露霜雪虽形式不同，但都是由水冷凝而成，只是形成温度不同。 北魏时期齐民要术中有“放火作熨”，即深秋傍晚在田地里烧柴草，使烟气弥漫，防止霜冻。现在仍为农村沿用。,31,3 热能利用与热功 碳：4000年前已有用碳的记载； 煤和石油：公元前2世纪已开始用煤，山海经水经注中都有记载，煤被成为石

20、涅、石墨、石碳等；石油的记载最早见于汉书地理志，被称为洧（wi）水。 高温技术：殷商时期在高温冶炼铸造技术方面就已卓有成效：殷代文物司母戊鼎、商代的四羊尊、战国的铜尊盘、秦始皇陵的大型铜马车等。春秋末期制造的白口铁和中碳钢剑，表明当时的冶炼已达到1300的高温。 松脂灯：利用热气上升的原理，用于军事信号； 热气球：14世纪初元朝仁宗登基时在元大都（北京）升 起世界上第一个热气球。 走马灯：利用冷热空气对流带动纸轮旋转。,32,商周的青铜器,高温冶炼技术,33,秦始皇陵的大型铜马车,34,4 火药与火箭的发明 火药：四大发明之一。 火药玩具：火器，烟花等。 火箭：宋代的管形火器“突火枪”。 元代

21、的铜炮； 明代的多种多发火箭：火弩流星箭（同时发 射10只箭）；一窝蜂箭（32只箭）；百虎齐奔箭 （100只）；飞空震天雷和神火飞鸦（雏形飞弹） 火龙出水（二级火箭）等。 万虎：明代官员，是“第一个企图利用火箭飞行的人。他用47只最大的火箭绑在椅子背后，手拿两个大风筝，想借助火箭的推力和风筝上升的力量飞向空中。1970年国际天文学会为了纪念他，把月球背面的一个环行山命名为“万虎环行山”。,35,明武备志记载:“水战，可离水三、四尺燃火，即飞出水面二、三里去远，如火龙出于江面，筒药将完，腹内火箭飞出，人船俱焚。”发展了二级火箭装置。,启 明 之 光: 一. 中 国 古 代 的 物 理 学 萌 芽

22、,火 炮 图,36,37,四. 中国古代的光学知识,我国古代对光的认识是和生产、生活实践紧密相连的。它起源于火的获得和光源的利用，以光学器具的 发明、制造及应用为前提条件。根据籍记载，我国古代对光的认识大多集中在光 的直线传播、光的反射、大气光学、成像理论等多个方面。,墨经是世界上最早的载有比较完整几何光学内容的著作,（1）景不徙，说在必为。 （2）景二，说在重。 （3）景倒，在午有端，与景长，说在端。 （4）景迎日，说在抟。 （5）景之小大，说在柂（斜）远近。 （6）临鉴而立，景倒。多而若少，说在寡区。 （7）鉴洼，景一小而易，一大而正，说在中之外内。 （8）鉴团，景一。,38,(1) 对光

23、的直线传播的认识 春秋战国时墨经：“景倒，在午有端，与景长，说在端。”“景，光之人，煦若射，下者之人也高 ；高者之人也下，足蔽下光，故成景于上，首蔽上光，故成景于下”。指出小孔成倒像的根本原因是光的“煦若射”，以“射”来比喻光线径直向、疾速似箭远及他处的特征动而准确。,宋代，沈括梦溪笔谈中描写了他做过的一个实验， “若鸢飞空中，其影随鸢而移，或中间为窗所束，则影与鸢遂相违，鸢东则影西，鸢西则影东，又如窗隙中楼塔之影，中间为窗所束，亦皆倒垂”。进一步用物动影移说明因光线的直进“为窗所束”而形成倒像。,39,(2) 对视觉和颜色的认识,视觉在墨经中已有记载：“目以火见”。已明确表示人眼依赖光照才能

24、看见东西。 吕氏春秋任数篇明确地指出：“目之见也借于昭”。 礼记仲尼燕居中也记载 ：“譬如终夜有求于幽室之中，非烛何见 ? ” 东汉潜夫论中更进一步明确指出：“夫目之视，非能有光也，必因乎日月火炎而后光存焉”。 以上记载均明确指出人眼能看到东西的 条件必须是光照，尤其值得注意的是认为：光不是从眼睛里发出来的，而是从日、月、火焰等光源产生的。这种对视觉的认识是朴素、明确、比较深刻的。,40,(3) 光的反射和反射镜的利用,我国古代由于金属冶炼技术的发展，铜镜在公元前 2000 年夏初的齐家文化时期已经出现。后 来随着技术的发展，古镜制作技术逐渐提高，应用范围逐扩大，种类也逐渐增多，出现了各 种平

25、面镜、凹面镜和凸面镜，甚至还制造出被国外称为魔镜的“透光镜”。,宋代科学家沈括在梦溪笔谈中对“透光镜”的原理进行了分析：“世有透光鉴，鉴背有铭文，凡二十字，字极古，莫能读。以鉴承日光，则背文（纹）及二十字，皆透在屋壁上，了了分明。人有原其理，以谓铸时薄处先冷，唯背文上差厚，后冷而铜缩多。文虽在背，而鉴面隐然有迹，所以于光中现。予观之，理诚如是。”,41,(4) 对大气光学现象的探讨,大气光学现象是我国古代光学最有成效的领域之一，早在周代由于占卜的需要，已建立了官 方的观测机构，虽然他们的工作蒙上了一层神秘的色彩，但是对晕、虹、海市蜃楼、北极光 等大气光学现象的观测与记载是长期、系统而又深入细致

26、的，世所罕见。,(5) 关于成影现象的认识,日常生活中，在光线照射下，影随时随处可以见到，它引起古人们的注意，并探究其形成的规 律。立竿见影是我国古代最早被注意的问题，后来用此方法测影定向，并应用于确定墓穴和建筑 物的方位上。这套方法在周代已发展很精密。,42,我国古代对光的认识除以上所述外，还有其他一些方面，如折射现象；天然晶体的色散；明清时期，光学从西方传入后，还有了光学仪器的制作等等，但这些认识是零散的，定性的， 绝大多数都只停留在对光学现象的描写和记载上。,蝴蝶杯（“酒满蝶显，酒干蝶隐” ）,43,值得提出的是宋末元初的赵友钦 (13 世纪中叶至14世纪初叶 ) ，在革象新书的“小罅光

27、景”中，描写了一个大型光学实验，在地面下挖了两个圆阱，圆阱上可加放中心开有大小、形状不同孔的圆板盖。通过它 可进行只有一个条件不同的对比实验，对小孔 ( 大小和形状 ) 、光源 ( 形状和强度 ) 、像 ( 形状 和亮度 ) 、物距、像距之间的关系进行研究。将两块圆板上各插 1000 多支蜡烛，放在阱底或 桌 面上作为该实验的光源。通过实验确认了光直线进行的性质，定性地显示了像的明亮程度与光源强度之间的关系，并涉及光的照度和成像理论。他所采用的大型实验方法很有特色，是我国历史上记载的规模最大的实验。,44,五. 中国古代的电磁学知识,王充在论衡雷虚篇中写道：“云雨至则雷电击”，明确地提出云与雷

28、电之间的关系。 明代张居正（15251582）关于球形闪电的记载最为精彩，详细地记述了闪电火球大小、形状、颜色、出现的时间等，留下了可靠而宝贵的文字资料。,(一) 中国古代的电学知识,雷电的成因：淮南子坠形训 “阴阳相薄为雷，激扬为电”，即雷电是阴阳两气对立的产物。 明代刘基（13111375）：“雷者，天气之郁而激发也。阳气困于阴，必迫，迫极而迸，迸而声为雷，光为电”。,中国古代对电磁现象多以元气说予以解释。,45,尖端放电汉书西域记中就有“矛端生火”，晋代搜神记中也有相同记述：“戟锋皆有火光，遥望如悬烛”。 避雷针的具体应用：古塔的尖顶多涂金属膜或鎏金，高大建筑物的瓦饰制成动物形状且冲天装

29、设。,雷电对不同物质的作用:南齐书：“雷震会稽山阴恒山保林寺，刹上四破，电火烧塔下佛面，而窗户不异也”。,沈括在梦溪笔谈：“内侍李舜举家，曾为暴雷所震。其堂之西室，雷火自窗间出，赫然出檐。人以为堂屋已焚，皆出避之。及雷止，其舍宛然。墙壁窗纸皆黔。有一木格，其中杂贮诸器，其漆器银者，银悉熔流在地，漆器曾不焦灼。有一宝刀，极坚钢（刚），就刀室中熔为汁，而室亦俨然。人必谓火当先焚草木，然后流金石。今乃金石皆铄，而草木无一毁者，非人情所测也。”,46,摩擦起电现象春秋纬中就载有“瑇瑁（玳瑁）吸衤若（细小物体）”。论衡中也有“顿牟掇芥”，这里的顿牟也是指玳瑁。三国时的虞翻，少年时曾听说“琥珀不取腐芥”。

30、,西晋张华（232300）：“今人梳头，脱著衣时，有随梳、解结有光者，亦有咤声”。唐代段成式：“猫黑者，暗中逆循其毛，即若火星”。 摩擦起电具体应用：据宋代的张邦基墨庄漫录记载： “皇宫中每幸诸阁，掷龙脑以辟（避）秽。过则以翠羽扫之，皆聚，无有遗者”。,近代电学正是在对雷电及摩擦起电的大量记载和认识的基础上发展起来的，我国古代学者对电的研究，大大地丰富了人们对电的认识。,47,(二) 中国古代对磁的认识,磁石应用事例:淮南万毕术（西汉刘安）“取鸡血与针磨捣之，以和磁石，用涂棋头，曝干之，置局上则相拒不休”水经注：有秦始皇用磁石建造阿房宫北阙门，“有隐甲怀刃人门”者就会被查出的记载。,（1） 磁

31、石的吸铁性及其应用 磁石吸铁性记载：吕氏春秋“慈石召铁，或引之也”。管子 地数篇“上有丹砂者，下有黄金；上有慈石者，其下有铜金”的记载;淮南子“慈石能吸铁，及其于铜则不通矣”，“慈石之能连铁也，而求其引瓦，则难矣”。,晋书马隆传记载：或夹道累磁石，贼负铁铠，行不得前，隆卒悉被犀甲，无所留碍，贼咸以为神。,汉代神农本草经“慈石，味辛寒，主周痹风湿，肢节中痛，不可持物，洗洗酸消”；李时珍本草纲目“慈石三十两，白石英二十两，掼碎翁盛，水二斗浸于露地，每日取水作粥食，经年气力强盛，颜如童子”古代，史记中有用“五石散”内服治病的记载，磁石就是五石之一。,48,（2） 磁石的指向性及其应用 鬼谷子中有“郑

32、子取玉，必载司南，为其不惑也”的记载。稍后的韩非子中有“故先王立司南，以端朝夕”的记载。东汉王充在论衡中记有“司南之杓（勺子），投之于地（中央光滑的地盘），其柢（勺的长柄）指南”。,北宋时武经总要（1044年）记载了指南鱼的使用及其制作方法，极为清晰地论述了热退磁现象的应用。,49,我国古籍中关于指南针的最早记载，始见于沈括的梦溪笔谈。该书介绍了指南针的四种用法：水法，用指南针穿过灯芯草而浮于水面；指法，将指南针搁在指甲上；碗法，将指南针放在碗沿；丝悬法，将独股蚕丝用蜡粘于针腰处，在无风处悬挂。磁针的制作，采用了人工磁化方法。正是由于指南针的出现，沈括最先发现了磁偏现象，“常微偏东，不全南也”

33、。,南宋时，陈元靓在事林广记中记述了将指南龟支在钉尖上。由水浮改为支撑，对于指南仪器这是在结构上的一次较大改进，为将指南针用于航海提供了方便条件。,指南针用于航海的记录，最早见于宋代朱彧的萍洲可谈：“舟师识地理，夜则观星，昼则观日，阴晦观指南针”。以后，关于指南针的记载极丰。到了明代，遂有郑和下西洋，远洋航行到非洲东海岸之壮举。西方“关于指南针航海的记载，是在1207年英国纳肯（a. neckam，11571217）的论器具中。,50,郑复光对地磁现象的解释,郑复光费隐与知录中提出了“罗针偏东由于地脉”的地脉说。,“铁能指南，何以中国偏东而西洋人又谓在大浪山东则指西，在大浪山西则指东。惟正在大

34、浪山则指南，其说信乎？” “西说既非身亲姑可不论，而中国偏东，京都五度、金陵三度，既见诸书确然无疑。而偏则各地不同。从仪象志图悟得各顺其地脉也。地脉根两极南北，如植物出土皆指天顶，但不能稍曲焉。又地脉之根止有地心一线其处最直，而渐及地面不无稍曲。针为地脉牵掣故偏亦甚微”,(1）明确赋予了地脉以确切的物理的力学的性能。 (2）地脉是可以超越大地之体而在地球附近空间中存在的。 (3）将地脉抽象为无数曲线组成的曲线族。 地脉就是就是根于地球两极而在地球的体内体外都存在的封闭的曲线族，而这些曲线又能对磁针施以力的作用。,51,李约瑟评价：“中国人在这方面是如此地领先于西方人，以至于我们差不多可以冒险猜

35、测：如果社会条件有利于现代科学的发展，中国人可能已经首先通过磁学和电学的研究，先期转到场物理，而不必通过撞球式的阶段了。假如文艺复兴发生在中国而不是欧洲，整个文明的次序也许会完全不同。”,假设成立还欠缺两个条件： 1）要有大量实验研究； 2）需要极富数学功力，能看出场论隐含的数学结构、又具备牛顿那样高度综合归纳能力的物理大师。 而这两点，总体上看恰恰是中国文化中比较欠缺而且相互间结合得非常不够的。因此这一推测要变成现实，不仅需要适当的外部环境，从科学内部看，也存在巨大的障碍。,52,（3） 其他与磁有关的自然现象,我国自公元前2000年到公元1751年，有关极光的记载达474次。在公元110世

36、纪的180余次记载中，有确切日期的达140次之多。在西方最早记载极光的，当推亚里士多德，他称极光为“天上的裂缝”。“极光”这一名称，始于法国哲学家伽桑迪。,太阳黑子也是一种磁现象。自公元前165年1643年（明崇祯十六年）史书中观测黑子的记录为127次。这些古代观测资料为今人研究太阳活动提供了极为珍贵、翔实可靠的资料。,遗憾的是，中国古代关于磁的认识尽管极为丰富，但关于磁现象的本质及解释，往往又是含糊的，缺乏深入细致的研究。就连被称作“中国科学史上的坐标”的沈括，对磁现象也认为，“莫可原其理”，“未深考耳”，致使在我国历史上，一直未能产生可与英国吉尔伯特论磁比美的著作。,53,六. 中国古代的

37、声学知识,在中国古代物理学中，声学的成就可以说是一技独秀，有特别加以记述的必要。,（1）乐器制作与乐律理论,中国古代音乐是世界文明中的一个宝库。河南舞阳县贾湖村的骨笛，是公元前5000前6000年新石器时代的遗物，这是迄今发现的世界上最早的乐器。,西周时期，见于诗经记载的乐器就有29种，其中频率固定的打击乐器有鼓、馨、钟、铃、（革兆）（摇鼓）等，调频弹拨乐器有琴、瑟，管类乐器有箫、管、埙、笙等。,1979年在湖北隋县的战国曾侯乙墓出土了公元前443年的编钟，一套共65件，总重2500余斤，总音域跨五个八度， 12个半音齐全，音色优美，效果极佳，充分显示了我国古代音乐、冶金和乐器制造水平之高超。

38、,54,十二律： 黄钟、大吕、太簇、夹钟、姑洗、仲吕、蕤宾、林钟、夷则、南吕、无射、应钟,55,（2）声的传播与发声原理的探讨,据北魏郦道元水经注卷三十四江水记载：陈遵在造江陵金堤（公元512518）时，曾利用鼓声推算高地的高度，可能是利用鼓声的传播速度推算的。这一记载很有意义。,对于发声原理，东汉王充在论衡论死篇中先说明人的语言是由于“气括口喉之中，动摇其舌，张合其口”而生的，然后推广到“箫笙之管，犹人之口喉也，手弄其孔，犹人之动舌也”。,明宋应星具体考察了声的发生的几种情况：“冲”（“飞矢”），“界”（“跃鞭”），“振”（“弹弦”），“辟”（“裂缯”，即撕丝织品），“合”（鼓掌），“击”（挥椎）。他认为发声第一必须有气：“气而后有声”，“气本浑沦之物，分寸之间，亦具生声之理，然而不能自生”；第二必须是“以形破气”，“气之一动”，“急冲急破，其声方起”，例如“击物”就是“气随所持之物而逼及于所击之物有声焉”（论气气声）。,56,关于声音发生与传播更为深刻的见解是王充和宋应星指出的。王充在论衡变虚篇中将鱼“动于水中，振旁侧之水”与人的“操行”（行动）引起“气应而变”加以对比。宋应星则明确提出“物之冲气也，