(整理)中國古代物理學(xué)知識及其應(yīng)用簡述.

1、精品文檔精品文檔學(xué)院：數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院專業(yè)：數(shù)學(xué)史（研究生）課程：中國科學(xué)技術(shù)史稿學(xué)期： 2009-2010 學(xué)年上指導(dǎo)老師：侯剛學(xué)生：陳鵬學(xué)號： 09205017中國古代物理學(xué)知識及其應(yīng)用簡述陳鵬（數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院，09205017）摘要： 中國古代涉及到的物理知識面是相當(dāng)廣泛的，它不僅涉及到力學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)和熱學(xué)， 而且也探討了物質(zhì)的本源。同時也可看出，古代在物理知識代代相傳的過程中，也有獨到的見解和創(chuàng)造性的應(yīng)用, 很多都處于世界領(lǐng)先地位。關(guān)鍵字：物理力學(xué) 光學(xué) 聲學(xué) 熱學(xué)中國古代很早即有物理一詞，但其泛指一切事物的道理。正如明末方以智的物理小識所說， “物理在一切中”，即使“性命、生死、鬼神”，

2、也“只一大物理也。 ”有人認(rèn)為“中國古代物理學(xué)是有術(shù)無學(xué)”，只是停留在經(jīng)驗階段，沒有理論、沒有方法，充其量也只達(dá)到一定程度技術(shù)的層次。也有人認(rèn)為中國古代人的與物理學(xué)有關(guān)的經(jīng)驗理論也是科學(xué)理論，中國古代物理學(xué)歷史悠久而內(nèi)容豐富。拋開學(xué)術(shù)上的爭論，客觀地講，一方面中國古代人對許多物理現(xiàn)象有比較深刻的認(rèn)識并上升到經(jīng)驗得以應(yīng)用，另一方面中國古代人也曾對自然現(xiàn)象的認(rèn)識達(dá)到極高度抽象的理論層次，并用這些理論理解和解釋自然現(xiàn)象、物理現(xiàn)象。中國古代有沒有物理學(xué)，這一方面不同人有不同的理解，另一方面重要的是必須依靠史實說話。只要對中國古代的物理學(xué)知識和中國古代解釋自然現(xiàn)象的理論有充分的認(rèn)識，人人都可以得出一個結(jié)

3、論。因此， 認(rèn)真學(xué)習(xí)這部分知識，就比一味地爭論更加重要和有意義。而且人們對這個問題的結(jié)論，還受限于我們的歷史觀念以及我們所能掌握的史料的豐富程度，而這兩方面都是可變量。如1987 年在河南賈湖斐李崗文化遺址，現(xiàn)為中國科技大學(xué)研究員的張居中等人發(fā)現(xiàn)了距今8000 年左右的完整的由鶴類長肢骨制成的骨笛，這些骨笛長約20 ，7 孔，有 7 個音階。這一發(fā)現(xiàn)使中國的音樂文化歷史一舉遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越巴比倫、埃及的音樂歷史。象這類發(fā)現(xiàn)的出現(xiàn)自然要修正我們對中國古代相關(guān)物理學(xué)知識的歷史看法。因此， 隨時間的推移、研究的進(jìn)步、新發(fā)現(xiàn)的出現(xiàn)，人們對中國古代物理學(xué)知識的認(rèn)識難免還會發(fā)生變化。下面首先簡單展示一下中國古人在

4、認(rèn)識自然現(xiàn)象時形成的物理學(xué)知識及其應(yīng)用情況。一對運動的認(rèn)識墨經(jīng) ?經(jīng)上說： “動，域徙也。 ”顯然這是指物體位置改變的機(jī)械運動。關(guān)于靜止，經(jīng)上說： “止，以久也。 ”物體在某一位置停留一段時間。在莊子中，莊子記述了其好友惠施的一些學(xué)術(shù)觀點，其中有： “輪不碾地”以及“飛鳥之景未嘗動也”的說法，可以想象其對運動的思索已達(dá)到相當(dāng)高的認(rèn)識水準(zhǔn)。中國古人對運動的相對性也有較早的清楚的認(rèn)識，有關(guān)這方面的文獻(xiàn)很多，如漢代成書的春秋緯?元命苞中說：“天左旋，地右動。 ”而南唐的譚峭在其著作化書中也說：“作環(huán)舞者，宮室皆轉(zhuǎn)，瞰迥流者頭目自旋。 ”更加令人驚異的是在漢代成書的尚書緯?考靈曜中，我們可以看到善于觀

5、察的古代中國人竟然認(rèn)識到了力學(xué)的相對性原理的思想：“地恒動不止，而人不知。譬如在大舟中，閉牖而坐，舟行而人不覺也。 ”力學(xué)的相對性原理也叫伽利略相對性原理。在1623 年出版的伽利略的著作兩大世界體系的對話中，伽利略是這樣描述的： “把你和一些朋友關(guān)在一條大船甲板下的主艙里，再讓你帶幾只蒼蠅、蝴蝶和其它小飛蟲。然后，掛上一個水瓶，讓水一滴一滴地滴到下面一個寬口罐里。船停著不動時，你留神觀察，小蟲都以等速向各方面飛行，魚向各個方向隨便游動，水滴滴進(jìn)下面的罐子中。你把任何東西扔給你的朋友時，只要距離相等，你向這一方向不比向另一方向用更多的力。你雙腳齊跳，無論向哪個方向跳過的距離都相等。當(dāng)你仔細(xì)觀察

6、這些事情后（雖然當(dāng)船停止時，事情無疑一定是這樣發(fā)生的）， 再使船以任何速度前進(jìn)，只要運動是勻速的，也不忽左忽右地擺動。你將發(fā)現(xiàn)，所有上述現(xiàn)象絲毫沒有變化，你無法從其中任何一個現(xiàn)象來確定，船是運動還是停著不動?！辟だ缘乃枷肱c中國古人的智慧何其相似。最保守地估計中國古人的這一思想的提出早于伽利略也要在1600 年以上。二動力學(xué)方面的知識墨經(jīng) ?經(jīng)上說： “力，刑之所以奮也。 ”這句話的含義，學(xué)術(shù)界還有爭議，但不可否認(rèn)這是有意識的對力的一種定義，而這句話很大程度上斷定了力與形變的關(guān)系。其上還說：“力學(xué)，重之謂。 ”這表明在當(dāng)時看來，重力仍是最常見最重要的力之一。直到中國近代早期西方力學(xué)翻譯成中文時

7、，還曾譯為重學(xué)?？脊び浿姓f： “馬力既竭，輈猶能一取也。 ”顯然對慣性有了一定的認(rèn)識。王充在其論衡?狀留篇中說：“車行于陸，船行于溝，其滿而重者行遲，空而輕者行疾。 ”可見王充對慣性有了更進(jìn)一步的認(rèn)識。他還清楚只有外界其他物體的作用力才能改變物體的狀態(tài)。他在論衡?效力篇中說：“古之多力者，身能負(fù)荷千鈞，手能決角伸鉤，使之自舉，不能離也。 ”中國古人對彈性力也曾有深刻的認(rèn)識?？脊び??弓人 中有 “量其力， 有三均” 的說法。東漢鄭玄在注解時說： “參、均者，謂若干勝一石，加角而勝二石，被筋而勝三石，引之中三尺。 假令弓力勝三石，引之中三尺，弛其弦， 以繩緩擐之，每加物一石則張一尺，故書 勝。唐

8、代賈公彥對鄭玄的話又做如下解釋： “此言謂弓未成時，干未有角，稱之稱一石；后又安角，勝二石；后更被筋，稱之即勝三石。 引之中三尺者，此據(jù)干、角、筋三者俱總，稱物三石，得三尺。若據(jù)初空干時，稱物一石，亦三尺；更加角，稱物二石，亦三尺；又被筋，稱物三石，亦三尺。鄭又云假令弓力勝三尺，引之中三尺者，此即三石力弓也。必知弓力三石者，當(dāng) 馳其弦， 以繩緩擐之者， 謂張之，別以一條繩系兩簫，乃加物一石張一尺；二石張二尺，三石張三尺。 ”學(xué)術(shù)界基本認(rèn)為中國古人在制造弓弩的過程中應(yīng)用了彈性定律的知識。彈性定律在西方稱為胡克定律，由英國物理學(xué)家胡克于1660 年左右發(fā)現(xiàn)，而這比鄭玄晚了近1500 年。三簡單機(jī)械

9、方面的知識及應(yīng)用杠桿是最簡單的機(jī)械，中國古人制造的簡單機(jī)械中，杠桿平衡原理的應(yīng)用也最為常見。將一長桿通過繩索懸掛于一立柱上，以懸掛點為支點，長桿可象秤桿一樣上下擺動，使支點不在桿的中點，這樣的裝置中國古人稱之為桔槔。傳說商湯時“伊尹始作桔槔”，這種裝置在 20 世紀(jì) 70 80 年代中國農(nóng)村尚可普遍看到，主要用于取水，在桿系桶的另一端一般還可以系重物，根據(jù)杠桿平衡原理，這樣提水時省力。漢劉向在說苑?反質(zhì)中說：“衛(wèi)有五丈夫，俱負(fù)缶而入進(jìn)灌韭，終日一區(qū)。鄧析（春秋末人）過，下車為教之曰： 為機(jī)重其后，輕其前終日灌韭，百區(qū)不倦。 ”利用杠桿原理的還有腳踏碓、水碓以及天平、桿秤等等。墨經(jīng)?經(jīng)說下說：“

10、衡，加重于其一旁，必捶權(quán)，重相若也。相衡，則本短標(biāo)長。兩加焉，重相若，則標(biāo)必下，標(biāo)得權(quán)也。 ”學(xué)術(shù)界認(rèn)為這敘述的是杠桿平衡原理。其中標(biāo)與本分別指秤桿的支點到秤錘的距離和支點到懸秤鉤處的距離，權(quán)即秤錘或砝碼。1954 年在湖南長沙左家公山戰(zhàn)國楚墓出土的天平橫杠長27 ，離桿端0.7 處有兩盤，以兩為單位的砝碼系列有：4.00 ， 1.78 ， 1.00 ，0.495， 0.25， 0.15， 0.062 ， 0.043 ， 0.026 ?；啠糯Q滑車。從春秋戰(zhàn)國開始即有廣泛應(yīng)用。墨經(jīng)中的“繩制”也指滑輪。禮記正義說公輸班為季康子葬母創(chuàng)造了轉(zhuǎn)動機(jī)關(guān)，為助楚攻寧創(chuàng)制了云梯，其中都使用了滑輪。轆轤

11、可能產(chǎn)生于商末周初。宋代曾公亮武經(jīng)總要說： “周武王以飛橋、轆轤，越溝塹，飛江天”。四流體力學(xué)方面的知識從上古人們“見窾木浮而知為舟”（ 淮南子） 、東周時人們以舟量物（符子 ）到北魏賈思勰齊民要術(shù)中水浮驗稻種法，都提示了古人對浮力的認(rèn)識及應(yīng)用。漢代的淮南萬畢術(shù)中記載： “首澤浮針。取頭中垢以涂塞其孔，置水即浮。 ”明末劉侗、于奕正在帝京景物略中寫道： “水面坐膜，銹針投之則浮。 ” 這兩則史料反映了古人對液體表面張力的認(rèn)識。中國古人對大氣壓的認(rèn)識和應(yīng)用更加引人注意。東漢末年人們已能利用渴鳥（虹吸管）灌溉農(nóng)田。南北朝成書的關(guān)尹子中說： “瓶存二竅，以水實之，倒瀉；閉一則水不下，蓋（氣）不升則（

12、水）不降”。唐代王冰在素問論中對此有過解釋：“虛管既滿，捻上懸之，水固不泄，為無升氣而不能降也；空瓶小口，頓溉不入，為氣不出而不能入也。 ”宋曾公亮在武經(jīng)總要中寫道：“凡水泉有崚山阻者，取大竹去節(jié)，雄雌相合，油灰黃蠟固封，勿令泄氣，推竹首入水中五尺，于竹末燒松樺或干草，使火氣自竹內(nèi)潛通水所，則水自中逆上。 ”可見在當(dāng)時的歷史條件下，對大氣壓的大型利用已近完善。雖然沒有專門的著述，但從古代的一些天才制作上我們不難看出，古代中國人的力學(xué)知識和經(jīng)驗是相當(dāng)豐富的。如西漢劉歆的西京雜記所載的巧匠丁緩制作的“被中香爐”：“為機(jī)環(huán)轉(zhuǎn)運四周，而爐體常平，可置被褥中，故以為名。 ”其原理與飛機(jī)、導(dǎo)彈及魚雷上使用

13、的陀螺儀中的萬向支架如出一轍，涉及重心、平衡以及回轉(zhuǎn)效應(yīng)等物理知識。制作這種器物， 必定有明確的指導(dǎo)思想才能成功，因為這不是靠本能就可以實現(xiàn)的，恐怕僅以一個巧字也難以完成，而非有足夠的力學(xué)經(jīng)驗與知識的累積不可。類似的天才設(shè)計在西方，1500年左右才由達(dá)芬奇提出。五聲學(xué)知識中國古代的聲學(xué)知識是相當(dāng)豐富的。如考工記記載說： “鳧氏為鐘薄厚之所震動，清濁之所由生”，明確了聲音是由物體振動而產(chǎn)生的。東漢的王充在論衡中說： “生人所以言語吁呼者，氣括口喉之中，動搖其舌，張歙其口，故能成言。夫簫笙之管，猶人之口喉也，手弄其孔，猶人動舌也。 ”說明王充認(rèn)識到了空氣振動成聲的道理。明宋應(yīng)星在著作論氣中說： “

14、氣本渾淪之物，分寸之間，亦具生聲之理，然而不能自為生。沖之有聲焉，飛矢是也；界之有聲焉，躍鞭是也；振之有聲焉，彈弦是也；持物擊物，氣隨所持之物而逼于所擊之物，有聲焉。凡以形破氣而為聲也，急則成，緩則否，勁則成，懦則否。故急沖急破，歸措無方，而其聲方起。 ”在宋應(yīng)星對發(fā)聲原理的認(rèn)識中隱然透出物體的振動（聲源）不是根本的第一位的原因，占據(jù)第一位置的是氣，聲乃氣生，聲源對氣“生聲”只是一個外界條件、對氣的一種觸發(fā)，或沖之或界之或振之。宋應(yīng)星對聲音在空氣中的傳播也有深刻的認(rèn)識： “物之沖氣也，如其激水然。氣與水，同一易動之物。以石投水，水面迎石之位，一拳而止，而其紋浪以次開之，至縱橫尋丈而未歇。其蕩氣

15、也亦猶是焉，特微渺而不得聞耳。 ”而在西方，到十七世紀(jì)中期哲學(xué)家、科學(xué)家伽桑狄仍將聲音的傳播看成發(fā)聲體向周圍發(fā)射的極小、看不見的粒子流的運動。北魏酈道元的水經(jīng)注中記載： “江陵城地東南傾，故緣以金堤，自靈溪始，恒溫令陳遵造。遵使人打鼓遠(yuǎn)聽之，知地勢高下。依傍則筑，略無差矣。”由此可以推測陳遵對聲音傳播的速度應(yīng)該有一定的認(rèn)識。在諸多聲音現(xiàn)象中，中國古人對聲音的共鳴很有興趣，因為這正好可以用來類比他們的各種感應(yīng)思想。公元前34 世紀(jì)在莊子?徐無鬼中就有關(guān)于共鳴現(xiàn)象的記載：“為之調(diào)瑟，廢（放置）于一堂，廢于一室，鼓宮宮動，鼓角角動，音律同矣?！眳问洗呵?應(yīng)同中說： “類固（同）相如，聲比則應(yīng)。鼓宮而

16、宮動，鼓角而角動。 ”西漢董仲舒在春秋繁露?同類相動中說：“氣同則會，聲比則應(yīng)，其驗照然也。試調(diào)琴瑟而錯之，鼓其宮則它宮應(yīng)之，鼓其商而他商應(yīng)之，五音比而自鳴也，無相動相形則謂之自然，其實非自然也，有使然者矣?！逼渲械膶m、商、角、徵、羽即中國人所說的“五音”。大宮與小宮，大角與小角頻率比為1:2 ，都是相隔八度的兩個音階，由此可知“聲比則會”的內(nèi)在含義。漢代鄭玄在集解史記中則進(jìn)一步說： “樂之器，彈其宮則眾宮應(yīng)。 ”意思是說與宮音同高或高一個、二個乃至幾個八度的宮音的弦線都可以和宮音弦共鳴。到了晉代，人們不僅熟知共鳴的產(chǎn)生條件，還找到了改變物體固有頻率因而消除共鳴的方法。南北朝劉敬叔在異苑中記載

17、：“晉中朝時，蜀中有人蓄銅澡盆，晨夕恒鳴如人叩，乃問張華。華曰： 此盤與洛陽鐘宮商相諧，宮中朝暮撞鐘，故聲相應(yīng)?？慑e令輕，則韻乖鳴自止也。 依其言，即不復(fù)鳴。 ”至宋時，沈括在夢溪筆談中作了弦線共振的演示實驗： “琴瑟弦皆有應(yīng)聲：宮弦則應(yīng)少宮，商弦則應(yīng)少商，其余皆隔四相應(yīng)。今曲中有（應(yīng)）聲者，須依此用之。欲知其應(yīng)者，先調(diào)諸弦令聲和，乃剪紙人加弦上，鼓其應(yīng)弦，則紙人躍，他弦即不動。聲律高下茍同，雖在他琴鼓之，應(yīng)弦亦震，此之謂正音?！敝袊湃艘苍谱鬏^復(fù)雜的發(fā)出樂音的機(jī)械，如西京雜記中記載： “漢高祖初入咸陽宮復(fù)鑄銅人十二枚，坐皆高三尺，列在一筵上，琴筑笙竽各有所執(zhí)，皆綴花采，儼若生人。筵下有二銅

18、管，上口高數(shù)尺。出筵后，其一管空，一管內(nèi)有繩，大如指。使一人吹空管，一人扭繩則眾樂皆作，與真樂不異焉?！绷鈱W(xué)知識及應(yīng)用光給人們的活動帶來了方便。中國古代人與光現(xiàn)象有關(guān)的知識十分豐富。墨經(jīng)中有“目以火見”的記載， 莊子中記載的惠施的觀點也有“目不見”之說，說明那時的中國人已認(rèn)識到了人眼依賴光才能看見東西的道理。而在古希臘，學(xué)者多認(rèn)為人眼睛里發(fā)出一些微粒，接觸到物體才能產(chǎn)生視覺。中國古代對光學(xué)做出理論探索最早而且成績最大的當(dāng)屬墨經(jīng) 。 墨經(jīng)中關(guān)于光學(xué)的內(nèi)容有八條：（ 1）景不徙，說在必為；（2）景二，說在重；（3）景倒，在午有端，與景長，說在端；（4）景迎日，說在摶；（5）景之小大，說在柂（斜）

19、遠(yuǎn)近；（6）臨鑒而立，景倒。多而若少，說在寡區(qū)；（7）鑒洼，景一小而易，一大而正，說在中之外內(nèi)；（8）鑒團(tuán)，景一。將這八條與墨經(jīng)上相應(yīng)的說部分相參照，學(xué)術(shù)界認(rèn)為這八條敘述的分別是：影子生成的原理；光線與影的關(guān)系；光線直線傳播的實驗（小孔成像）；光反射特性；從物體與光源的相對位置確定影子的大小；平面鏡反射成像現(xiàn)象；凹面鏡的反射成像現(xiàn)象；凸面鏡的反射成像現(xiàn)象。這些認(rèn)識使得墨經(jīng)在光學(xué)史上占有重要地位，它是世界上最早的載有比較完整的幾何光學(xué)內(nèi)容的著作。近年來又有學(xué)者指出經(jīng)上所言： “荊之大，其沈淺也。說在具”以及經(jīng)說下所言： “荊：沈，荊之見也，則沈淺非，荊淺也。若易五之一。 ”并 非關(guān)于浮力而是明確

20、表述了折射概念以及水折射的定量測量。對于透鏡的聚光性, 漢代的淮南萬畢術(shù)中有明確記載： “削冰令圓，舉以向日，以艾承其影，則生火。 ”南唐譚峭在 化書中寫道： “小人常有四鏡： 一名圭，一名珠，一名砥，一名盂。圭，視者大；珠，視者??；砥視者正；盂，視者倒。觀彼之器，察我之形；由是無大小、無短長、無妍丑、無美惡?！?“四鏡”應(yīng)為透鏡類。在中國古人對光學(xué)的研究中，元朝趙友欽的大型實驗“小罅光景” ，可謂充分體現(xiàn)了物理學(xué)實證的科學(xué)精神。據(jù)他的革象新書所記，為研究光源通過小孔成像問題，趙友欽在相鄰的兩個房間的地上挖了一個直徑約4 尺的圓阱，左阱深 8 尺， 右阱深 4 尺， 左阱內(nèi)放一張 4 尺高的桌

21、子，又將兩塊約直徑4 尺的圓板分別置于左阱桌上和右阱底，圓板上各插1000 余支蠟燭，再為兩口阱準(zhǔn)備好當(dāng)中開了大小和形狀各不相同的洞孔的蓋板若干塊，又在西房間的天花板下各設(shè)一塊可改變高度的平板作為屏幕。趙友欽做了下面幾個實驗：（ 1）改換不同的蓋板，即改變光孔的大小和形狀；（ 2）改變點燃蠟燭的數(shù)目，即改變光源的強(qiáng)度；（ 3）改變作為光屏的木板的高度，即改變像距；（ 4）撤去左阱中的桌子，把其上的蠟燭置于阱底，即改變像距。通過實驗，他得出了一些正確的定性結(jié)論： “景之遠(yuǎn)近在竅外，燭之遠(yuǎn)近在竅內(nèi)。凡景近竅者狹，景遠(yuǎn)竅者廣。景廣則淡，景狹則濃。燭雖近而光衰者，景亦淡； 燭雖遠(yuǎn)而光盛者，景亦濃。 ”

22、 “小景隨光之形，大景隨空之像，斷乎無可疑者。 ”另一位元代人，早于趙友欽近半個世紀(jì)的郭守敬，利用小孔成像原理改進(jìn)天文測量儀器，于 1279 年 5 月 30 日測得夏至影長為12.3695 尺，同年12 月 11 日冬至影長為67.7400 尺。對這一結(jié)果，法國大數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家、天文學(xué)家拉普拉斯評價說： “公元 1277 年 1280年間的觀測之所以重要，是由于它們的高度精確性，也由于它們明確地證實了地球軌道傾角和軌道偏心率自那時起到今天縮小了多少?！逼邿釋W(xué)知識及應(yīng)用對熱是什么這一問題，我國古代也已注意到，南北朝成書的關(guān)尹子中認(rèn)為： “外物”的來去是使瓦石一類物體發(fā)生寒熱溫涼之變的原因。而

23、另一種說法見于據(jù)傳可能為北齊劉晝著的 劉子 崇學(xué)篇， 則從 “五行” 觀念出發(fā)，猜想物體寒、熱、 溫、 涼的變化是一種 “內(nèi)物”在起作用。這種所謂的“外物”或“內(nèi)物”都是把熱設(shè)想為一種實體物質(zhì)，它類似于18 世紀(jì)“燃素”和“熱素”的觀念。我國古代的熱學(xué)知識大部分是生活和生產(chǎn)經(jīng)驗的總結(jié)。至今所知的古籍中對熱的研究記載較少，還有待于進(jìn)一步發(fā)掘?；鸬睦煤涂刂?，使人類第一次支配了自然力，使人類文明大大前進(jìn)了一步，同時，它也是古人對熱現(xiàn)象認(rèn)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(jīng)開始使用火。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(shù)

24、和高溫術(shù)。據(jù)周禮記載，當(dāng)時已設(shè)專人司貯冰事，冬季鑿冰加以貯藏，到春、夏季用以冷藏食物和保存尸體。說明當(dāng)時已利用天然冰來降溫。我國冶煉業(yè)的發(fā)展較早，高溫技術(shù)也很早被人們掌握。江蘇省曾出土春秋晚期的一塊鐵，經(jīng)科學(xué)分析，它是一塊生鐵，生鐵的冶煉溫度比熟鐵高，需達(dá)攝氏千度以上。生鐵的出土，說明在那時的高溫技術(shù)已達(dá)到一定水平。溫度計還沒有發(fā)明以前，古人在冶煉金屬的實踐中，創(chuàng)造了通過觀察火候和火色來判別溫度高低的方法。據(jù)考工記記載，在鑄銅與錫時，隨溫度的升高，火焰的顏色先后變?yōu)榘导t色、橙色、黃色、白色、青色，然后才可以澆鑄。這種方法同樣也應(yīng)用于制陶工業(yè)。從現(xiàn)代科學(xué)分析，不同物質(zhì)有不同的汽化點，因此從火焰的

25、顏色可以判斷所汽化的物質(zhì)，從而判斷溫度的高低。對同一種物質(zhì)，隨著溫度的升高，其顏色也先后有所變化。 “火候” （包括火色） 成了我國古代熱工藝中一個內(nèi)容豐富的特有概念。除制陶和冶煉金屬之外，我國古代還在農(nóng)業(yè)中采用了控溫技術(shù)。據(jù)漢書召信巨傳記載，西漢末年，我國己利用冬季栽培蔬菜，其方法是“覆以屋廡，晝夜蘊火，待溫氣乃生?！北蔽簳r期，還利用熏煙的方法防止霜凍。對冷熱問題，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(yuǎn)之漸微，何則？氣之所加，遠(yuǎn)近有差也?！彼选皻狻弊鳛槲矬w之間進(jìn)行“溫”“寒”傳遞的物質(zhì)承擔(dān)者，還指出距離變遠(yuǎn)，“氣”的作用漸小。這里已涉及熱傳遞的

26、理論問題，但它只是思辯性的，是我國“元氣說”的一種應(yīng)用。熱脹冷縮是重要的熱現(xiàn)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(shù)記述了這樣一個現(xiàn)象：把盛水銅甕加熱，直到水沸騰時密閉其口，急沉人井中，銅甕發(fā)出雷鳴般響聲。這現(xiàn)象可能是發(fā)熱物體在急速冷卻時發(fā)生了內(nèi)破裂，破裂聲由井內(nèi)傳出，這是一個典型的熱脹冷縮現(xiàn)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(jìn)入孔洞，從而這兩個物體如“轆轤旋轉(zhuǎn)，無分毫縫罅”。他明確指出，這是前一物體“煮之胖脹”的緣故。據(jù)華陽國志記載，李冰父子修建都江堰時，發(fā)現(xiàn)用火燒巨石，然后澆水其上， 就容易鑿開山石。這種利用巖石熱脹冷縮不均從而易于崩裂的施工經(jīng)驗，在我國歷代水利工程中不斷為人們采用。對水的物態(tài)變化，在我國古代也早有認(rèn)識，例如對雨和雪形成的探討，認(rèn)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(fā)，不從天降也?！贝宋恼f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(fā)而產(chǎn)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(dāng)時對物態(tài)變化的知識有了新的認(rèn)識。漢代董仲舒從 “氣”的觀念出發(fā)，解釋雨、露、雪、霜成因的道理是：水受日光照射，蒸發(fā)成水汽，再在不同條件下形成雨、霰、雪等。從現(xiàn)在看來，這些