第8章近代物理學(xué)在中國(guó)的傳入

1、第8章 近代物理學(xué)在中國(guó)的傳入 1 明末清初西方物理學(xué)知識(shí)在中國(guó)的傳播2 明末至鴉片戰(zhàn)爭(zhēng)期間中西物理學(xué)的融合3 1840年至清末近代物理學(xué)啟蒙概述4 西方科學(xué)傳入與科學(xué)的分期（#）1 西方物理學(xué)知識(shí)在中國(guó)的傳播 一、早期西方物理學(xué)知識(shí)的傳播 兩個(gè)方面內(nèi)容： 一是機(jī)械、器具的傳入； 二是科學(xué)書(shū)籍的翻譯出版。 1.力學(xué)器物的傳入 力學(xué)器物包括各種升重、提水機(jī)械，阿基米德螺旋（中國(guó)人稱之為“龍尾車”），計(jì)時(shí)器、鐘表和單擺等。 其中，各種升重、提水機(jī)械都不同程度被中國(guó)人所采用。 水銃（壓力水泵），雖極為笨重，但它卻成為城市中滅火機(jī)械 沙漏、水鐘和重錘驅(qū)動(dòng)的自鳴鐘同時(shí)傳入中國(guó)，計(jì)時(shí)器、鐘表受到文人儒士的

2、歡迎 遠(yuǎn)西奇器圖說(shuō)繪畫(huà)了水鐘圖，王徵新制諸器圖說(shuō)繪“輪壺圖”。 “輪壺”即輪鐘，也就是由重錘下落運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)并由梳擺控制的自鳴鐘。 嘉慶十四年（1809）徐朝俊撰寫(xiě)鐘表圖說(shuō)一書(shū)，總結(jié)了有關(guān)制造技術(shù)和理論。 鐘表圖說(shuō)是我國(guó)歷史上第一部有關(guān)機(jī)械鐘的工藝大全，亦是當(dāng)時(shí)難得的一部測(cè)時(shí)儀器和應(yīng)用力學(xué)的著作。 2.光學(xué)器具的傳人 （1）眼鏡一種手持之眼鏡于1510年左右通過(guò)海陸兩路的商貿(mào)而傳入中國(guó)的是老花鏡。 （2）三棱鏡利瑪竇于1582年入華時(shí)將三棱鏡分別送給廣東省和肇慶府總督。此時(shí)中國(guó)人多稱它為“五彩石” 。方以智的記述，中國(guó)人立即學(xué)會(huì)仿造三棱鏡，以水晶、燒料作成三面的壓紙石。 （3）望遠(yuǎn)鏡 明天啟六年（

3、1626）湯若望撰遠(yuǎn)鏡說(shuō)，對(duì)伽利略式望遠(yuǎn)鏡作了簡(jiǎn)單介紹。 方以智在物理小識(shí)歷類中曾寫(xiě)道：“西用遠(yuǎn)鏡，四層，皆凸外而洼內(nèi)，以洼近目。能拓小影為大?！?順治、康熙直到乾隆初年，除伽利略式望遠(yuǎn)鏡外，其它種類望遠(yuǎn)鏡也傳入中國(guó)。鄭復(fù)光記述了開(kāi)普勒式望遠(yuǎn)鏡： 梅余萬(wàn)先生曾以家藏遠(yuǎn)鏡一具見(jiàn)示，中有鐵絲十字。 曾見(jiàn)純凸數(shù)種，懷之可五六寸，展之可三尺者。 所謂“中有鐵絲十字”，即今謂之光闌。只有開(kāi)普勒式望遠(yuǎn)鏡才能在共焦平面上裝光闌。所謂“純凸”，指物鏡和目鏡都是凸透鏡。 (4)顯微鏡 顯微鏡，大似金錢，下有二足，以極微極細(xì)之物置于二足之中，從上觀之，即變?yōu)闃O宏極巨。蛆虱之屬，幾類犬羊；蚊虻之形，如同鸛鶴。并蛆虱

4、身上之毛，蛇虻翼邊指揮彩。都覺(jué)得根根可數(shù)，歷歷可觀，所以叫顯微，以其能顯至微之物為使之光明較著也。 十二樓的“夏宜樓” 崇禎歷局制造望遠(yuǎn)鏡 崇禎二年（1629），朝廷開(kāi)設(shè)歷局，先后由徐光啟和李天經(jīng)督修歷法，并聘請(qǐng)了耶穌會(huì)士參與修歷事。 湯若望入局，所攜入華的伽利略式望遠(yuǎn)鏡也常為歷局作為觀察日月食所用。 崇禎四年十月初一，用望遠(yuǎn)鏡觀察了當(dāng)日之日食。這是中國(guó)人最早用望遠(yuǎn)鏡觀察天象的一年。 崇禎七年十二月，這具望遠(yuǎn)鏡由歷局和湯若望修葺一新之后上進(jìn)御覽。 崇禎八年七、八月間，在李天經(jīng)主持歷局期間，湯若望才制成兩具伽利略式望遠(yuǎn)鏡。 湯若望于順治元年（1644）又制造了一具同樣的望遠(yuǎn)鏡進(jìn)獻(xiàn)清朝廷。 明末清

5、初，傳教士在華期間，僅湯若望一人制成望遠(yuǎn)鏡三具，別無(wú)其他。 溫度計(jì) 溫度計(jì)最初是由南懷仁在他的新制靈臺(tái)儀象志中介紹的。其溫度計(jì)，管子呈U形，管內(nèi)置水或燒酒，并裝在該U形管的某一水平線以下，在該水平線以上的管子上刻劃不等分的溫標(biāo)。它是屬于早期的無(wú)固定點(diǎn)，且溫標(biāo)不等的空氣溫度計(jì)。 濕度計(jì)和氣壓計(jì) 南懷仁介紹的濕度計(jì)是一種弦線式吸濕性濕度計(jì)。 1689年，來(lái)華教士畢嘉（J.D.Gabiani, 16231696）和洪若翰（J.de Fontaney, 16431710）曾向康熙帝奉獻(xiàn)“驗(yàn)氣管”兩架。它們很可能是較早傳入宮廷的溫度計(jì)和氣壓計(jì)。 譯著 由德國(guó)耶穌會(huì)士鄧玉函口述、王徵譯繪的遠(yuǎn)西奇器圖說(shuō)，于

6、明天啟七年（1627）刊版。它是中國(guó)第一部力學(xué)和工程機(jī)械的譯作。 天問(wèn)略 天問(wèn)略刊于1615年，它旨在宣傳神化了的托勒密體系，即以地為中心的十二重天和天主教義。但在光學(xué)知識(shí)方面解釋了日食、月食的成因，月光的產(chǎn)生和月相變化的原因；還講出了碗底錢浮的折射例子。雖然在宇宙觀和光學(xué)知識(shí)方面，與古代中國(guó)相比并未顯出多少優(yōu)越性，但該書(shū)卻給中國(guó)帶來(lái)一種新的科學(xué)思維和科學(xué)方法，諸如以作圖法說(shuō)明日月食和月相變化。雖然這些圖是基于托勒密地心說(shuō)上所繪之示意圖，但是，以圖說(shuō)理，以圖明象，在中國(guó)科學(xué)史上還是第一次。 遠(yuǎn)鏡說(shuō) 遠(yuǎn)鏡說(shuō)刊于1626年，全書(shū)4500字，包括凸透鏡、凹透鏡成像光路，近視眼與遠(yuǎn)視眼的矯正，伽利略式

7、望遠(yuǎn)鏡的結(jié)構(gòu)、使用、安裝和保養(yǎng)方法，用伽利略式望遠(yuǎn)鏡觀察月、金星、黑子、木衛(wèi)和土星等事。然而，該書(shū)“語(yǔ)焉不詳”，而且所有光路圖都畫(huà)錯(cuò)了，對(duì)鴉片戰(zhàn)爭(zhēng)前中國(guó)光學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了不良影響。 南懷仁靈臺(tái)儀象志中的知識(shí) 該書(shū)成稿于康熙十三年（1674），因制造儀器需要，涉及材料力學(xué)知識(shí)，集中在卷二中，包括重心與穩(wěn)定平衡之關(guān)系，比重概念，伽利略的木材斷裂實(shí)驗(yàn)和默森的金屬材料斷裂實(shí)驗(yàn)。 光學(xué)知識(shí)集中在卷三中，在二個(gè)方面講述了新知識(shí)：一是以兩個(gè)象限儀測(cè)定入射角和折射角方法，為中世紀(jì)和古代托勒密的方法；二是列出一些物質(zhì)的折射角數(shù)值表，數(shù)值大多取自托勒密折射表，個(gè)別取自維特羅（Witelo,約12301275）的數(shù)值

8、。有三個(gè)是從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)的折射角大于90度的情形，這表明南懷仁尚未有全反射概念。 二、明末至鴉片戰(zhàn)爭(zhēng)期間中西物理學(xué)的融合 明末清初傳入中國(guó)的物理學(xué)知識(shí)很零散，而且大多是自然知識(shí)，但對(duì)中國(guó)的影響卻是積極的。它擴(kuò)大了中國(guó)人的視野，許多學(xué)者將其學(xué)到的西方科學(xué)知識(shí)與傳統(tǒng)科學(xué)相結(jié)合，因而在鴉片戰(zhàn)爭(zhēng)前100年間的閉關(guān)鎖國(guó)時(shí)期豐富和發(fā)展了中國(guó)的傳統(tǒng)科學(xué)。 力學(xué)知識(shí)以及中西宇宙觀的融合 王徵在譯遠(yuǎn)奇器圖說(shuō)之中，又獨(dú)自撰稿新制諸器圖說(shuō)。根據(jù)重錘驅(qū)動(dòng)的自鳴鐘機(jī)構(gòu)，王徵設(shè)計(jì)了“自行車”、自行磨；將西方自鳴鐘與中國(guó)傳統(tǒng)報(bào)時(shí)機(jī)構(gòu)相結(jié)合而設(shè)計(jì)了“輪壺”；將西方抽氣筒和中國(guó)古已有之的虹吸管組成抽水的虹吸機(jī)，將桔槔與

9、戽斗組合成提水機(jī)械“鶴飲”，等等。 根據(jù)西方傳入中國(guó)的重心、比重等知識(shí)，程瑤田（17251814）在考工創(chuàng)物小記中推測(cè)考工記所載磬體重心。 鄒伯奇不僅指出計(jì)算單擺擺長(zhǎng)時(shí)應(yīng)注意重心位置，而且撰寫(xiě)了磬求重心術(shù)和求重心說(shuō)，后者計(jì)算了垛積術(shù)中各種形體的重心，計(jì)算了組合體和曲線體的重心。比重的概念及測(cè)定物質(zhì)比重的工作雖是古代人感興趣的工作，但惟有西學(xué)的傳播才引起康熙帝和乾隆帝的極大興趣。 梅瑴成（16811763）在清宮蒙養(yǎng)齋測(cè)量了金屬、木料、玉石、象牙、牛角計(jì)32種物質(zhì)的比重，其測(cè)定值與今日使用值接近。乾隆帝出游，每至一地，必測(cè)定該地泉水比重，為此他還特制了一個(gè)專為測(cè)量液體比重的“銀斗”。 宇宙觀 起

10、初，傳教士帶來(lái)的是托勒密體系；然后是第谷體系，即修正了的地心說(shuō)：行星繞太陽(yáng)運(yùn)行，而太陽(yáng)、月球和恒星繞地球運(yùn)行，傳教士以第谷體系制定了崇禎歷書(shū)。 清初按此體系預(yù)算日月食不合。因而采用了開(kāi)普勒的橢圓軌道的和等面積定理，甚而采用了牛頓的日地距離的數(shù)據(jù)和計(jì)算方法。但不放棄地心說(shuō)，而將開(kāi)普勒宇宙體系顛倒過(guò)來(lái)；將地球放在橢圓軌道的一個(gè)焦點(diǎn)上。地球仍處于宇宙中心而且靜止不動(dòng)。 鄭光祖不知道哥白尼的日心地動(dòng)說(shuō)，更不知道開(kāi)普勒的橢圓軌道和牛頓萬(wàn)有引力理論。在1822年完成的一斑錄中，他對(duì)西方傳至中國(guó)而又被神化了的托勒密體系提出了質(zhì)疑 。 鄭光祖指出中國(guó)古代宇宙觀的不足：“究未知大地空懸”；同時(shí)他感謝利瑪竇將懸于

11、空中的球形大地觀傳到中國(guó)，于是，鄭光祖修改了西方古代的地心地靜觀，摒棄十二重天的思想，提出了“地心地動(dòng)說(shuō)”。 鄭光祖寫(xiě)道： 地轉(zhuǎn)于中，動(dòng)也。 天空于外，地旋于中。人居地上，不知地之旋于中，而謬謂天之旋于外。猶坐舟中，從穴隙外窺，反認(rèn)兩岸行動(dòng)，不知舟之載已而行之也。 鄭光祖的“地心地動(dòng)說(shuō)”，終于打破了地球靜止不動(dòng)的觀念，它既高于中國(guó)古代傳統(tǒng)宇宙觀，也高于由傳教士帶進(jìn)中國(guó)的托勒密體系和神化的宇宙觀。這是他融合東西方有關(guān)知識(shí)的結(jié)果。 光學(xué)知識(shí)的融合 明清之際，不僅朝廷制造望遠(yuǎn)鏡等器具，以供觀象修歷之需，而且更多的是在民間制造眼鏡、望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡等器具，從而出現(xiàn)了一批民間的光學(xué)器具制造師，如薄玨、孫云

12、球、黃履莊、黃履、鄭復(fù)光、鄒伯奇等。他們的成就構(gòu)成此時(shí)期豐富多彩的光學(xué)史篇章。 鄭復(fù)光的鏡鏡詅癡鏡鏡詅癡一書(shū)既接受了明清之際傳入中國(guó)的西方光學(xué)知識(shí)，又繼承中國(guó)傳統(tǒng)光學(xué)知識(shí)的一部代表作。書(shū)中參考或采用了耶穌會(huì)士所譯撰的一些中文著作，同時(shí)還參考并采用了許多傳統(tǒng)著作，吸收了中國(guó)傳統(tǒng)文化的精髓。當(dāng)然，其中最重要的參考書(shū)是湯若望的遠(yuǎn)鏡說(shuō)。 “透光”鏡（magic mirror） 歷代道家、佛家以復(fù)鏡實(shí)驗(yàn)演示分形術(shù)或佛法無(wú)邊 淮南萬(wàn)畢術(shù)記下潛望鏡：“大鏡高懸，取水盆于其下，則見(jiàn)四鄰矣” “透光”鏡，即不等曲率平面鏡 從宋沈括到清鄭復(fù)光均有討論其理 1932年，老Bragg(WHBragg) ： On Ch

13、inese Magic Mirrors鄒伯奇的格術(shù)補(bǔ) 梁?jiǎn)⒊徒倌陮W(xué)術(shù)史講道：“以算學(xué)釋物理，自特夫始”。從鄒伯奇的格術(shù)補(bǔ)中，可以看到他駕馭數(shù)學(xué)的能力。他是用數(shù)學(xué)描述物理（尤其是幾何光學(xué)）問(wèn)題的中國(guó)近代史上第一人。 鄒伯奇的玻璃攝影術(shù) 鄒伯奇的攝影之器記。 道光十五年（1835年），鄒伯奇17歲，讀夢(mèng)溪筆談塔倒影與陽(yáng)燧 倒影同理，而興趣于各種鏡的成像現(xiàn)象?！凹壮綒q”，即道光二十四年（1844年），“因用鏡取火，忽悟其能攝諸形色也。急開(kāi)窗穴板驗(yàn)之，引申觸類而作攝影之器”。 鄒伯奇以自制攝影器和感光化學(xué)物拍了許多照片。他的自拍像玻璃底板之一迄今尚珍藏在廣州市博物館。20世紀(jì)6070年代，在時(shí)

14、隔百余年之后還用它沖印了極為清晰的鄒伯奇照片。 近代物理學(xué)譯著概述 1859年是物理學(xué)全面、深刻地傳到中國(guó)的一年。標(biāo)志是該年出版了三本與物理學(xué)相關(guān)的著作： 談天、 重學(xué)和代微積拾級(jí)。 一是偉烈亞力(Alexander Wylie,18151887)和李善蘭合譯談天，該書(shū)原本是英國(guó)天文學(xué)家侯失勒（John Herschel,今譯赫歇耳，17921871）的天文學(xué)概要（The outline of Astronomy），其中內(nèi)容有牛頓萬(wàn)有引力定律、日月五星的運(yùn)動(dòng)、測(cè)定行星質(zhì)量、開(kāi)普勒三大定律等。 二是艾約瑟和李善蘭合譯重學(xué)，該書(shū)原本是英國(guó)物理學(xué)家胡威立（W.Whewell, 17941866）的初

15、等力學(xué)（An Elementary Treatise on Mechanics）。重學(xué)中譯本22卷，分靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)和流體力學(xué)三部分，幾乎囊括了當(dāng)時(shí)低年級(jí)大學(xué)生所應(yīng)掌握的全部力學(xué)知識(shí)。中譯本出版后，在我國(guó)影響極大。 三是偉烈亞力和李善蘭合譯的代微積拾級(jí)，其原本是美國(guó)數(shù)學(xué)教育家魯米斯（E.Loomis,18111889）的解析幾何和微積分計(jì)算基礎(chǔ)（Elements of Analytical Geometry and of the Differential and Integral Calculs），它對(duì)微積分概念和計(jì)算方法的初淺介紹，不僅適宜中國(guó)人的學(xué)習(xí)，也是力學(xué)的數(shù)學(xué)方法的初次引進(jìn)。 談天、

16、 重學(xué)和代微積拾級(jí)涉及到經(jīng)典力學(xué)和數(shù)學(xué)方法的內(nèi)容。在這三本重要的譯書(shū)工作中，李善蘭作出了重大貢獻(xiàn)。 艾約瑟和張福僖合譯光論，是鴉片戰(zhàn)爭(zhēng)之后第一本幾何光學(xué)著作，刊刻于1853年。除了幾何光學(xué)的一些基本概念之外，該書(shū)首次清楚并定量地講述了折射定律。 丁鐸爾的光學(xué)在中國(guó)翻譯出版。使得光電理論統(tǒng)一之前的近代光學(xué)知識(shí)在中國(guó)得到全面、系統(tǒng)的介紹。 光學(xué)是由金楷理和趙元益合譯、1876年江南制造局刊版。光學(xué)譯后附有視學(xué)諸器圖說(shuō)，分別將三棱鏡、透鏡、弧面反射鏡、顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡等多種光學(xué)儀器的原理作了清楚敘述。它的出版，是中國(guó)光學(xué)史上標(biāo)志性事件，其中一些術(shù)語(yǔ)的翻譯不僅影響后來(lái)中譯光學(xué)著作，又影響到日本。 189

17、9年江南制造局刊版通物電光一書(shū)，介紹了X光特性、應(yīng)用、產(chǎn)生原理、儀器及實(shí)驗(yàn)設(shè)備等，引起了中國(guó)人極大興趣。該書(shū)原作者是美國(guó)莫耳登（W.J.Morton, 18451920），中譯者是傅蘭雅和王季烈。 最早出版的電磁學(xué)著作是1851年在寧波印行的博物通書(shū)，它是由美國(guó)浸禮會(huì)傳教醫(yī)師瑪高溫（D.J.McGowan, 18141893）譯述的。 1880年上海江南制造局初刊電學(xué)，由英國(guó)教士傅蘭雅口述、徐建寅筆述，原本為英國(guó)瑙挨德（Henry M.Noad,又譯為“奴塔”）于1867年編寫(xiě)的電學(xué)教科書(shū)。 18801885年間，江南制造局又刊印了電學(xué)綱目，由傅蘭雅口述、周郇筆述，原書(shū)是英國(guó)物理學(xué)家丁鐸爾于1

18、875年在皇家學(xué)會(huì)七次電學(xué)講演的講義。 1898年江南制造局又刊印了無(wú)線電報(bào)一書(shū)，由美國(guó)美以美會(huì)教士衛(wèi)理（E.T.Williams,18541944）口譯，范熙庸筆述，原著者為英國(guó)克爾（原著作姓氏原文不詳）。該書(shū)重點(diǎn)講述了馬可尼電報(bào)機(jī)及其金屑檢波器，洛奇（O.J.Lodge,18511904,原書(shū)譯為“勞德基”）對(duì)電報(bào)機(jī)的改進(jìn)。 談天序 李善蘭以經(jīng)典物理學(xué)發(fā)展史實(shí)，總結(jié)了近代宇宙體系的形成過(guò)程，他寫(xiě)道：托勒密（Ptolemy，前90160）和第谷學(xué)說(shuō)與天體運(yùn)動(dòng)“不能盡合”，“刻白爾（今譯開(kāi)普勒）求其故，則知五星與月之道皆為橢圓，其法、行面積與時(shí)恒有比例也。然俱僅知其當(dāng)然而未知所以然，奈端（牛頓

19、）求其故，則以為皆重學(xué)之理也”。接著，李善蘭又?jǐn)⑹隽伺ｎD怎樣以“攝力”（萬(wàn)有引力）解釋和計(jì)算日地距離及其運(yùn)動(dòng)，順此他向世人宣告：日心地動(dòng)、橢圓軌道和攝力之理，“定論如天，不可移矣”。 近代物理教學(xué)的肇端 洋務(wù)運(yùn)動(dòng)，除了辦工廠（制造局），造輪船、槍炮之外，還相繼辦起了以汲取西方科技知識(shí)為主的文教機(jī)構(gòu)。1862年清政府辦京師同文館，旨在培養(yǎng)翻譯人才，承辦洋務(wù)。館內(nèi)教書(shū)與譯書(shū)并行。1866年同文館增設(shè)天文、算學(xué)二館。1888年，又設(shè)格致館、翻譯處。仿效同文館，各地相繼設(shè)立類似學(xué)校。如： 上海廣方言館成立于1863年。 1864年開(kāi)設(shè)廣州同文館。 1893年成立湖北自強(qiáng)學(xué)堂。 各地創(chuàng)辦的制造局也設(shè)立相應(yīng)的技術(shù)或軍事技術(shù)學(xué)堂： 1865年開(kāi)辦上海江南制造局， 1868年該局下設(shè)翻譯館， 1874年設(shè)操炮學(xué)堂。 1866年開(kāi)辦福建船政局和船政學(xué)堂。 1880年在廣東設(shè)立旨在造船、駕駛的實(shí)學(xué)館（西學(xué)館）。 1880年，天津設(shè)立電報(bào)學(xué)堂和水師學(xué)堂， 1885年設(shè)天津武備學(xué)堂。 在這些不同性質(zhì)的學(xué)校中，物理學(xué)教育，無(wú)論其內(nèi)容深淺，都是一門必需的課程。 李鴻章于光緒二年十一月二十九日（1877年1月13日）奏疏中說(shuō)： 竊謂西洋制造之精，實(shí)源本于測(cè)算、格致之學(xué)，奇才迭出，日新月異。 京師大學(xué)堂的創(chuàng)辦是我國(guó)近代國(guó)立大學(xué)的肇始，1902年由于同文館并入而初具規(guī)模。 管