物理學(xué)史中國古代物理學(xué)

物理學(xué)史中國古代物理學(xué)第1頁/共81頁概況在古代，無論是古希臘還是中國，都談不上有“物理學(xué)”。當時人們還不可能自覺地、系統(tǒng)地運用實驗方法，也不可能通過嚴密的邏輯推理和數(shù)學(xué)形式進行科學(xué)的概括，使之成為完整的知識體系。但這一階段仍是物理學(xué)形成和發(fā)展的先導(dǎo)和淵源。是物理學(xué)發(fā)展的孕育和萌芽時期。但我們可以通過早期人類的遺跡中看到人類為了生存，在獲取生活和生產(chǎn)資料的過程中，在與大自然的各種斗爭中，不斷認識自然，改造自然，從而孕育和形成了早期的物理知識和物理思想。

中國古代物理思想的特點：1.發(fā)源于當時生產(chǎn)工藝的實踐過程中2.以樸素的直觀觀察為依據(jù)，思辨色彩濃烈3.沒有集中的專門著作，散見于有關(guān)古籍之中第2頁/共81頁中國古代物理學(xué)形成和發(fā)展的階段：在中國，自夏、商、西周起，隨著手工技術(shù)的發(fā)展，物理知識開始積累。春秋戰(zhàn)國時期科學(xué)技術(shù)蓬勃發(fā)展，中國古代物理學(xué)開始形成；秦漢時期，形成一個發(fā)展高峰；宋元時期達到鼎盛。至此，在西方近代科學(xué)誕生之前，中國的科學(xué)技術(shù)在各個領(lǐng)域都居世界領(lǐng)先地位。明末至清初以后，科學(xué)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展逐漸落后于西方，這一時期，西方物理知識開始向中國輸入。第3頁/共81頁關(guān)于物質(zhì)的構(gòu)成，自然界的各種自然現(xiàn)象的形成與變化，中國古代有多種說法，典型的說法如“五行說”，“陰陽說”，“元氣說”?！拔逍姓f”

這一學(xué)說始于夏朝，流行于商朝，到了西周發(fā)展為“五行元素說”。西周末年，太史官史伯在總結(jié)前人思想以后說：“夫和實物，同則不繼，以他平他謂之和，故能豐長而物生之，若以同裨同，乃盡棄矣。故先王以土與金、木、水、火雜以成百物”。（國語·鄭語。）這里已十分明確的把水、火、木、金、土五種基本物質(zhì)當成組成世界萬物的原始材料。更加清楚地表明中國古代原始五行說，實際上就是最早的關(guān)于物質(zhì)組成的假說。它不僅具有樸素的元素概念，并具有物質(zhì)相互轉(zhuǎn)化的觀念。一.中國古代的物質(zhì)觀第4頁/共81頁五行思想五行：金、木、水、火、土五種基本物質(zhì)或元素?！八谎咨?，木曰曲直，金曰從革，土爰稼穡?！保ā渡袝ず榉丁罚?/p>

構(gòu)成：世界萬物皆由上述五種元素構(gòu)成。“以土與金、木、火、水雜，以成百物”（《國語·鄭語》）。

相互關(guān)系：相生與相克：土生金、金生水、水生木、木生火、火生金；土克水、水克火、火克金、金克木、木克土。

意義：五行依一定的相生次序而相生；又依一定的相克次序而相征服。這種關(guān)系深刻地揭示了組成世界的五種基本物質(zhì)元素在相互轉(zhuǎn)化的復(fù)雜變換過程中，生成和消失的速率是受控的，在量上是互補的，因而元素的種類和總量不增不減，物質(zhì)守恒。第5頁/共81頁2.陰陽學(xué)說陰陽是中國古代哲學(xué)的一對范疇。陰陽的最初涵義是表示陽光的向背，向日為陽，背日為陰。

后來，又給它賦予了一定的意義，把自然界和社會上一切對立的現(xiàn)象抽象為陰陽，用陰陽概念來解釋自然界兩種對立和相互消長的物質(zhì)勢力，用來解釋天文氣象、四季變化、萬物興衰等自然現(xiàn)象。如氣候的寒暖，方位的上下、左右、內(nèi)外，運動狀態(tài)的躁動和寧靜，以及天地、男女、晝夜、君臣、夫妻等。

陽代表積極、進取、剛強、上升、溫?zé)帷⒚髁痢⑿坌?、太陽等陽性和具有這些特征的事物；

陰代表消極、退讓、柔弱、下降、寒冷、晦暗、雌性、月亮等陰性和具有這些特征的事物。第6頁/共81頁

認為：陰陽的對立統(tǒng)一運動，是自然界一切事物發(fā)生、發(fā)展、變化及消亡的根本原因。是自然界一切事物運動變化的固有規(guī)律。陰陽的對立和消長是宇宙的基本規(guī)律。陰陽學(xué)說的基本內(nèi)容包括陰陽對立、陰陽互根、陰陽消長和陰陽轉(zhuǎn)化四個方面。

“陰陽有序、整體和諧”是世間的最佳狀態(tài)，也是事物穩(wěn)定的基本保證。第7頁/共81頁

《周易》以陰陽的范疇為基礎(chǔ)，說明天地變化及各種現(xiàn)象：“易有太極，是生兩儀；兩儀生四象，四象生八卦”（《易經(jīng)·系辭上》）。意思是：宇宙的的本原是‘太極’（物質(zhì)的原始狀態(tài)），太極生出天地（陰陽），天地生出四時（春、夏、秋、冬），再生出‘八卦’（天、地、山、澤、水、火、風(fēng)、雷）。

白紙稱為無極，畫上一個圓圈，稱為無極生太極（宇宙），中間一條曲線分成黑白兩個部分，稱為太極生兩儀，中間的曲線表示了陰陽的相互運動和相互轉(zhuǎn)化。黑白兩個半球中各有一個與之顏色相反的小圓圈，稱為陰陽子，表示陰中有陽，陽中有陰。

第8頁/共81頁四象和陰陽的組合再生八卦：乾、坤、震、撰、坎、離、艮（gèn）、兌。

八卦則是其形式化和符號化：－－為陰，——為陽，分別稱作‘陰爻（yáo)’和‘陽爻’，陰爻和陽爻的組合構(gòu)成四象：2223第9頁/共81頁“陰陽八卦”說這一學(xué)說起源于殷周之際，實際上也是一種原始的元素論。它從人們生活經(jīng)常接觸的自然界中選取了八種東西作為說明世界上其他多種東西的根源。所謂八卦，即用八種符號來表示八種自然現(xiàn)象，而這八卦是由陽爻（音挑yao）用“”表示和陰爻用“--”表示，陽爻和陰爻排列為八卦，再由八卦排列為６４卦。八卦分別是乾、坤、震、巽（xun）、坎、離、艮、兌等，它們分別表示天、地、雷、風(fēng)、水、火、山、澤。世界就是在陰陽兩種對抗物質(zhì)勢力運動推動下孳生著，發(fā)展著。這是一種十分樸素的萬物生成的唯物主義觀念。第10頁/共81頁1.概述：中國古代的哲人們期望著將世界萬物本源歸結(jié)為一種統(tǒng)一的物質(zhì)，認為世界應(yīng)該是由一種連續(xù)分布于整個空間的物質(zhì)所構(gòu)成，而不像“五形說”是各種元素的組合。在“道”和“太極”的思想指導(dǎo)下，逐漸形成并發(fā)展成為在中國古代自然觀中重要的、占主流地位的“元氣說”。春秋戰(zhàn)國時期，老子認為由最高范疇的道生出陰陽二氣，進而產(chǎn)生萬物。莊子繼承和發(fā)揚老子的學(xué)說，提出“通天下一氣”的思想。戰(zhàn)國末期的荀（xún）況也指出氣是構(gòu)成萬物的基本元素。

元氣說在春秋戰(zhàn)國時期出現(xiàn)，在漢代逐漸成熟，經(jīng)過唐、宋得到相當大的發(fā)展，明末清初達到高峰。由漢代的王充、唐代的柳宗元和劉禹錫為代表，形成了“元氣自然論”；由宋代張載和明末清初的王夫之為代表形成了“元氣本體論”。二元氣說第11頁/共81頁

“元氣說”的主要思想①氣是充滿整個宇宙客觀存在的物質(zhì)，是萬物本原。王充在《論衡》中說：“天地，含氣之自然也。”《論衡?

談天》，“天地合氣，萬物自生”《論衡?

自然》。王充（27-約97）：東漢時期的唯物主義哲學(xué)家和進步思想家，創(chuàng)立了以氣為基礎(chǔ)的元氣自然論。主要著作有《論衡》，共30卷，85篇，涉及力學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)等多方面的知識，是我國中古時期的一部百科全書。②氣有聚散兩態(tài)，太虛為氣，氣形轉(zhuǎn)化張載（1020～1077，宋）：“太虛者，氣之體…形聚為物，形潰反原”《正蒙?乾稱》王夫之（1619～1692，明末清初)：“虛空者，氣之量，氣彌淪無崖而希微不形，則人見虛空而不見氣。凡虛空者，氣也。聚則顯，顯則人謂之有；散則隱，隱則人謂之無?！薄稄堊诱勺?太和》。第12頁/共81頁③氣分陰陽，永遠處于運動變化之中④物質(zhì)不滅思想王夫之《張子正蒙注?太和》：氣“散而歸于太虛，復(fù)其氤氳之本體，非消滅也。聚而為庶物之生，自氤氳之常性，非幻成也”“聚散變化，而氣本體不為之損益?！?；“車薪之火，一烈而盡，而為焰，為煙，為燼，木者仍歸木，水者仍歸水，土者仍歸土，特希微而人不見者?！保弧耙魂担▃eng）之炊，濕熱之氣，蓬蓬勃勃，必有所歸；若蓋嚴密，則郁而不散?！?/p>

元氣學(xué)說注重物質(zhì)連續(xù)與不連續(xù)的相互統(tǒng)一，強調(diào)事物間的相互聯(lián)系和相互轉(zhuǎn)化。符合自然界的真實變化，與自然本性更接近。但元氣說終究是一種思辯理論，沒有實驗、數(shù)學(xué)等科學(xué)方法的配合，長期停留在推測、玄想階段，致使中國沒有走上誕生近代科學(xué)的道路。第13頁/共81頁

二.中國古代的力學(xué)知識力學(xué)知識起源于古代人對自然現(xiàn)象的觀察和生產(chǎn)勞動中的實踐經(jīng)驗，并逐步發(fā)展為生產(chǎn)技術(shù)和初步的自然哲理，這在東西方古代都是如此。我國古代，手工工藝技術(shù)成果遠比經(jīng)驗性的理論總結(jié)突出得多，這是中國古代對力學(xué)研究的主要特點。

1.物理計量：①時間計量、②度量衡2.時間、空間、運動：

①空間和時間②運動與靜止③運動的相對性3.對力的認識：4.力學(xué)知識的應(yīng)用第14頁/共81頁一力學(xué)①時間計量

a.干支紀法：春秋時魯隱公三年（前722）二月己巳日至清宣統(tǒng)年（1911）?！案芍А笔恰疤旄伞焙汀暗刂А钡暮戏Q。

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、亥。組成“六十干支”：甲子、乙丑、…癸酉、甲戊、乙亥…癸亥。共60個組合，也稱“六十甲子”，周而復(fù)始，不斷循環(huán)。寅1月虎、卯2月兔、辰3月龍、巳4月蛇、午5月馬、未6月羊、申7月猴、酉8月雞、戌9月狗、亥10月豬、子11月鼠、丑12月牛

b.十二時辰記時法：子時：23～1時，丑時：1～3時，…,亥時：21～23時。c.百刻時制（漏壺記時制）：采用日晷或漏壺將一晝夜分為十時，一時分為十刻?！獭癁槁氐幕居洉r單位，在竹或木制的箭上100個等分刻度，其高度正好等于一晝夜漏壺滴水的高度。1刻等于現(xiàn)在的14.4分鐘。d.機械記時：東漢時期張衡117年發(fā)明渾天儀，用于測定天體位置，一天轉(zhuǎn)一周。后經(jīng)唐宋發(fā)展，成為世界上最早的天文鐘。第15頁/共81頁星晷月晷圭表日晷第16頁/共81頁漏壺：

漏壺有兩種形式：瀉水型和受水型。我國最早的西漢青銅挈壺為瀉水型漏壺，只有一把挈壺，出水口在壺底側(cè)。由于挈壺里水位不同時出水速度不同，后來又發(fā)展出受水型。并逐漸由最初的兩壺發(fā)展成多壺。右圖為根據(jù)唐朝呂才《歷象匯編歷法典》99卷刻漏圖制作的四級漏壺。浮漏：

宋代沈括在多級漏壺的基礎(chǔ)上發(fā)明了浮漏，每晝夜誤差小于20秒。宋代燕肅制作的蓮花漏改進了刻箭的刻度方法，精度提高到14.4秒；宋代趙友欽則將精度提高6秒。第17頁/共81頁②度量衡：度---長度量---容量衡---重量

長度蔡鍔：奈何七尺之軀已許國家，難以許卿七尺男兒有多高？關(guān)云長身高八尺？關(guān)羽有多高？古代的幾個規(guī)定：《孔子家語》記載：“布指知寸，布手知尺，舒肘知尋”即：從中指的指端到第一橫紋叫一寸，拇指和中指一扎為一尺，兩臂伸開長八尺，叫一尋?！秾O子算經(jīng)》：“度之所起，起與忽。蠶吐絲為忽。十忽為一絲，十絲為一毫，十毫為一厘，十厘為一分。”第18頁/共81頁《漢書?律歷志》詳細記載：

長度單位：引、丈、尺、寸、分，十進制；《漢書·律歷志》記載：“度本起黃鐘之長。…九十分黃鐘之長，一為一分，十分為寸，十寸為尺，十尺為丈，十丈為引”。殷商時的一尺，大概是15.8cm

戰(zhàn)國、秦、西漢、新莽時大概是23.1cm

東漢的一尺有23.75cm

東漢末、三國、西晉的時候，一尺為24.2cm

東晉、五胡十六國、南朝一尺等于現(xiàn)在24.5cm

北朝、隋時為29.6cm

唐分大小尺，小尺為30cm，大尺為36cm

宋、元一尺為31.2cm

明：裁衣時一尺為34cm，量地時一尺32.7cm，營造時一尺32cm

清：裁衣時為35.5cm，量地時為34.5cm，營造時為32cm

七尺之軀大概1.6米關(guān)羽大概1.9米第19頁/共81頁容量單位：斛（hú)、斗、升、合、龠（yuè），十進制。另外：一手所盛為“溢”,二手合盛為“掬”,“掬四謂之豆”秦：1斛=10斗,1斗=10升，1升（194毫升）

漢：1斛=10斗,1斗=10升,1升（342/192毫升）=10合，1合=2龠,1龠=5撮,1撮=4圭

三國兩晉：1斛=10斗,1斗=10升,1升（202毫升）=10合

南北朝：1斛=10斗,1斗=10升,1升=10合

隋：1斛=10斗,1斗=10升,1升(594/198毫升)=10合

唐：1斛=10斗,1斗=10升,1升(594毫升)

=10合

宋：1石=2斛，1斛=5斗,1斗=10升1升(664毫升)=10合

元：1石=2斛，1斛=5斗,1斗=10升1升（949毫升）=10合

明：1石=2斛，1斛=5斗,1斗=10升1升（1074毫升）=10合

清：1石=2斛，1斛=5斗,1斗=10升1升（1036毫升）=10合

陶淵明不為五斗米折腰，五斗米是多少？容量中國古代有很多與容量有關(guān)的詞語，如升斗小民第20頁/共81頁重量單位：石、鈞、斤、兩、錙、銖，非十進制。秦：1石

=

4鈞,

1鈞

=

30斤,

1斤（253克）

=

16兩,

1兩

=

24銖漢：1石

=

4鈞,

1鈞

=

30斤,

1斤（248/220克）

=

16兩,

1兩

=

24銖兩晉：1石

=

4鈞,

1鈞

=

30斤,

1斤

（220克）=

16兩,

1兩

=

24銖南北朝：1石

=

4鈞,

1鈞

=

30斤,

1斤

（南齊330，梁陳220克，北魏齊440

克，北周660）=

16兩,

1兩

=

24銖隋：1石

=

4鈞,

1鈞

=

30斤,

1斤（661/220克）

=

16兩,

1兩

=

24銖唐：1石

=

4鈞,

1鈞

=

30斤,

1斤（661克·）

=

16兩,

1兩

=

10錢,

1錢

=

10分宋：1石

=

120斤,

1斤（633克）=

16兩,

1兩

=

10錢,

1錢

=

10分元：1石

=

120斤,

1斤（633克）

=

16兩,

1兩

=

10錢,

1錢

=

10分明：1石

=

120斤,

1斤

（590克）=

16兩,

1兩

=

10錢,

1錢

=

10分清：1石

=

120斤,

1斤（590克）

=

16兩,

1兩

=

10錢,

1錢

=

10分錙銖必較？1兩=4錙關(guān)云長青龍偃月刀82斤到底有多重？中國古代有很多和重量有關(guān)的成語，要弄清意思，需要知道重量的定義千鈞一發(fā)重量第21頁/共81頁2.時間、空間和運動①時間與空間上下四方曰宇，往古今來曰宙《尸子》久，彌異時也。宇，彌異所也《經(jīng)上》時間和空間的連續(xù)性有實而無乎處者，宇也；有長而無本剽者，宙也②運動的相對性《呂氏春秋》：“刻舟求劍”故事；《隋書?天文志》：“仰游云以觀，日月常動而云不移”?！侗阕?塞難》：“見游云西行，而謂月之東馳”?！洞呵锞?元命苞》（漢代）：“天左旋，地右動”?！洞呵锞?考靈曜（yào）》“地恒動不止，而人不知，比如人在大舟中，閉牖（yǒu）而坐，舟行而人不覺”。比伽利略（1564-1642）相對性原理早一千多年。第22頁/共81頁3對力的認識（1）力的概念

※《墨徑》：“力，刑之所以奮也”，這里刑即形，指物，奮即飛，動的意思。

※王充《論衡?效力篇》：“人有知學(xué)，則有力矣。文吏以理事為力，而儒生以學(xué)問為力”，“舉重拔堅，壯士之力也”，“故夫墾草殖谷，農(nóng)夫之力也…”（東漢）。

※西方，17世紀初‘弗蘭西斯?培根’提出：“知識就是力量”。（3）杠桿原理

《墨徑》中對不等臂天平的論述：“衡，加重于其一旁，必捶，權(quán)、重相若也。相衡，則本短標長。兩加焉，重相若，則標必下，標得權(quán)也?！保?）外力與內(nèi)力

王充《論衡》：“古之多力者，身能負荷千鈞，手能決角伸鉤，使之自舉不能離地?！钡?3頁/共81頁（4）浮力：曹沖稱象等。（5）彈力：弓箭的制作等（東漢鄭玄127-200）。（6）大氣壓力

西漢時期已利用虹吸管---渴烏，東漢時已廣泛用于灌溉，唐朝已有隔山取水的大型引水工程。

《關(guān)尹子》：“瓶存二竅，以水實之，倒瀉；閉一則水不下，蓋（氣）不升則水不降?！碧拼醣端貑枴罚骸疤摴芄酀M，捻上懸之，水固不瀉，…；空瓶小口，頓灌不入，為氣不出而不能入也?！保?）慣性：春秋戰(zhàn)國時期的《考工記》中描述：“馬力既竭，軸猶能一取焉”第24頁/共81頁4力學(xué)知識應(yīng)用※古代建筑學(xué)上力學(xué)的應(yīng)用：如隋代李春建造的趙周橋，是我國古代留傳至今最古老、跨度最大、弧度最淺的石拱橋，距今已1300年；

※公元1056年建造的遼代山西應(yīng)縣木塔，是世界上現(xiàn)存的最高的古代木構(gòu)建筑，高67.31米，經(jīng)受近一個世紀的風(fēng)雪襲擊，12次六級以上地震，至今安然屹立。

※宋代建筑師喻皓曾在開封建“開寶寺塔”斜塔：“塔初成，望之不正，而勢傾西北。人怪而問之。皓曰：‘京師地平無山，而多西北風(fēng)，吹之不百年當正也?！薄稓w田錄》。

※

明代的北京故宮群等等。※尖劈、轆轤、滑輪、水轉(zhuǎn)筒車、水轉(zhuǎn)連磨、水碓（duì

舂米用具）、水排鼓風(fēng)機（公元31年東漢南陽太守杜詩發(fā)明）、被中香爐、記里鼓車、水運渾象儀等。第25頁/共81頁被中香爐被中香爐是中國古代盛香料熏被褥的球形小爐。它的球形外殼和位于中心的半球形爐體之間有兩層或三層同心圓環(huán)。爐體、內(nèi)環(huán)、外環(huán)和外殼內(nèi)壁的支承軸線依次互相垂直。爐體由于重力作用，不論球如何滾轉(zhuǎn)，爐口總是保持水平狀態(tài)。第26頁/共81頁水碓第27頁/共81頁總的來說，我國古代力學(xué)知識與古代精湛的工藝技術(shù)往往密不可分，但各時期對技術(shù)知識的整理匯集、研究提高、保存流傳都未受到重視，致使技術(shù)特別是科技理論不能代替人力形成明顯的生產(chǎn)力，科舉八股把教育與知識分子的注意力引到文字游戲或仕途官場上。一方面是大量生產(chǎn)知識與技術(shù)積累而又散失，缺乏系統(tǒng)整理，一方面是經(jīng)驗性的定性的力學(xué)概念始終帶有思辨色彩（如“氣”、“道”、“理”），缺乏數(shù)學(xué)的定量引用和系統(tǒng)實驗的基礎(chǔ)，因此經(jīng)典力學(xué)理論只能等待西方傳入。第28頁/共81頁三.中國古代的熱學(xué)知識

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，還有待于進一步發(fā)掘。對冷熱的認識

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)和高溫術(shù)。據(jù)《周禮》記載，當時已設(shè)專人司貯冰事，冬季鑿冰加以貯藏，到春、夏季用來降溫。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，需達攝氏千度以上。生鐵的出土，說明在那時的高溫技術(shù)已達到一定水平。

火的利用和控制，使人類第一次支配了自然力，使人類文明大大前進了一步，同時，它也是古人對熱現(xiàn)象認識的開端。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。第29頁/共81頁溫度計還沒有發(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)。“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。

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，遠之漸微，何則？氣之所加，遠近有差也。”他把“氣”作為物體之間進行“溫”“寒”傳遞的物質(zhì)承擔(dān)者，還指出距離變遠，“氣”的作用漸小。這里已涉及熱傳遞的理論問題，但它只是思辯性的，是我國“元氣說”的一種應(yīng)用。第30頁/共81頁

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。

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“燃素”和“熱素”的觀念。第31頁/共81頁對水的物態(tài)變化，在我國古代也早有認識，例如對雨和雪形成的探討，認為是由于“積水上騰”而造成?！墩摵狻分袑Υ擞忻鞔_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，說明當時對物態(tài)變化的知識有了新的認識。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，這些分析也基本上是正確的。第32頁/共81頁

我國古代，在生產(chǎn)和生活實踐中，創(chuàng)制了利用熱的各種器具。如宋代曾發(fā)明一種“省油燈”，在“燈盞一端作小竅，注清冷水于其中”，據(jù)說這種燈能“省油幾半”。現(xiàn)在分析，文中所說加入冷水，目的是降低溫度，避免油被燈火加熱后急速蒸發(fā)，其中包含了對油的汽化和溫度的關(guān)系的認識。

據(jù)《淮南子》記載：“取雞子，去其汁，然（燃）艾火納空卵中，疾風(fēng)因舉之飛”。這是關(guān)于“熱氣球”的最早設(shè)想，也是空氣受熱上升的具體應(yīng)用。五代時期，據(jù)說還利用這一原理制成信號燈，所謂“孔明燈”也是應(yīng)用了這一道理。

關(guān)于走馬燈我國古代有較多記載，有的古籍把它稱作“馬騎燈”、“影燈”。宋代《武林舊事》在記述各種元宵彩燈時寫道：“若沙戲影燈、馬騎人物、旋轉(zhuǎn)如飛……”，這表明當時已利用了冷熱空氣的對流制造出各種各樣的走馬燈。第33頁/共81頁

在我國古代，很早就出現(xiàn)了對熱動力的認識和利用，唐代出現(xiàn)了煙火玩物，“煙火起輪，走絨流星”。宋代制成了用火藥的火箭、火球、火蒺藜。明代制成了“火龍出水”的火箭，這些都是利用燃燒時向后噴射產(chǎn)生反作用力使火箭前進的道理，屬熱動力的應(yīng)用，它是近代火箭的始祖，被世界所公認。第34頁/共81頁四.中國古代的光學(xué)知識

我國古代對光的認識是和生產(chǎn)、生活實踐緊密相連的。它起源于火的獲得和光源的利用，以光學(xué)器具的發(fā)明、制造及應(yīng)用為前提條件。根據(jù)籍記載，我國古代對光的認識大多集中在光的直線傳播、光的反射、大氣光學(xué)、成像理論等多個方面。(1)對光的直線傳播的認識早在春秋戰(zhàn)國時《墨經(jīng)》已記載了小孔成像的實驗：“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”來比喻光線徑直向、疾速似箭遠及他處的特征動而準確。第35頁/共81頁

宋代，沈括在《夢溪筆談》中描寫了他做過的一個實驗，在紙窗上開一個小孔，使窗外的飛鳶和塔的影子成像于室內(nèi)的紙屏上，他發(fā)現(xiàn)：“若鳶飛空中，其影隨鳶而移，或中間為窗所束，則影與鳶遂相違，鳶東則影西，鳶西則影東，又如窗隙中樓塔之影，中間為窗所束，亦皆倒垂”。進一步用物動影移說明因光線的直進“為窗所束”而形成倒像。(2)對視覺和顏色的認識

視覺在《墨經(jīng)》中已有記載：“目以火見”。已明確表示人眼依賴光照才能看見東西。稍后的《呂氏春秋·任數(shù)篇》明確地指出：“目之見也借于昭”?！抖Y記·仲尼燕居》中也記載：“譬如終夜有求于幽室之中，非燭何見?”東漢《潛夫論》中更進一步明確指出：“夫目之視，非能有光也，必因乎日月火炎而后光存焉”。以上記載均明確指出人眼能看到東西的條件必須是光照，尤其值得注意的是認為：光不是從眼睛里發(fā)出來的，而是從日、月、火焰等光源產(chǎn)生的。這種對視覺的認識是樸素、明確、比較深刻的。第36頁/共81頁(3)光的反射和反射鏡的利用

我國古代由于金屬冶煉技術(shù)的發(fā)展，銅鏡在公元前2000年夏初的齊家文化時期已經(jīng)出現(xiàn)。后來隨著技術(shù)的發(fā)展，古鏡制作技術(shù)逐漸提高，應(yīng)用范圍逐擴大，種類也逐漸增多，出現(xiàn)了各種平面鏡、凹面鏡和凸面鏡，甚至還制造出被國外稱為魔鏡的“透光鏡”。第37頁/共81頁

宋代科學(xué)家沈括在《夢溪筆談》中對“透光鏡”的原理進行了分析：“世有透光鑒，鑒背有銘文，凡二十字，字極古，莫能讀。以鑒承日光，則背文（紋）及二十字，皆透在屋壁上，了了分明。人有原其理，以謂鑄時薄處先冷，唯背文上差厚，后冷而銅縮多。文雖在背，而鑒面隱然有跡，所以于光中現(xiàn)。予觀之，理誠如是?！?/p>

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值得提出的是宋末元初的趙友欽(13世紀中葉至14世紀初葉)，在《革象新書》的“小罅光景”中，描寫了一個大型光學(xué)實驗，在地面下挖了兩個圓阱，圓阱上可加放中心開有大小、形狀不同孔的圓板蓋。通過它可進行只有一個條件不同的對比實驗，對小孔(大小和形狀)、光源(形狀和強度)、像(形狀和亮度)、物距、像距之間的關(guān)系進行研究。將兩塊圓板上各插1000多支蠟燭，放在阱底或桌面上作為該實驗的光源。通過實驗確認了光直線進行的性質(zhì)，定性地顯示了像的明亮程度與光源強度之間的關(guān)系，并涉及光的照度和成像理論。他所采用的大型實驗方法很有特色，是我國歷史上記載的規(guī)模最大的實驗。第39頁/共81頁

五.中國古代的電磁學(xué)知識

王充在《論衡·雷虛篇》中寫道：“云雨至則雷電擊”，明確地提出云與雷電之間的關(guān)系。在其后的古代典籍中，關(guān)于雷電及其災(zāi)害的記述十分豐富，其中尤以明代張居正（1525～1582）關(guān)于球形閃電的記載最為精彩，他在細致入微的觀察的基礎(chǔ)上，詳細地記述了閃電火球大小、形狀、顏色、出現(xiàn)的時間等，留下了可靠而寶貴的文字資料。(一)中國古代的電學(xué)知識

我國古代對電的認識，是從雷電及摩擦起電現(xiàn)象開始的。早在3000多年前的殷商時期，甲骨文中就有了“雷”及“電”的形聲字。西周初期，在青銅器上就已經(jīng)出現(xiàn)加雨字偏旁的“電”字。第40頁/共81頁

在細致觀察的同時，人們也在探討雷電的成因?！痘茨献印嬓斡?xùn)》認為，“陰陽相薄為雷，激揚為電”，即雷電是陰陽兩氣對立的產(chǎn)物。王充也持類似看法。明代劉基（1311～1375）說得更為明確：“雷者，天氣之郁而激發(fā)也。陽氣困于陰，必迫，迫極而迸，迸而聲為雷，光為電”。

尖端放電也是一種常見的電現(xiàn)象。古代兵器多為長矛、劍、戟，常?？蓪?dǎo)致尖端放電發(fā)生，因這一現(xiàn)象多有記述。如《漢書·西域記》中就有“元始中（公元3年）……矛端生火”，晉代《搜神記》中也有相同記述：“戟鋒皆有火光，遙望如懸燭”。避雷針是尖端放電的具體應(yīng)用，我國古代地采用各種措施防雷。古塔的尖頂多涂金屬膜或鎏金，高大建筑物的瓦飾制成動物形狀且沖天裝設(shè)，都起到了避雷作用。如武當山主峰峰頂矗立著一座金殿，至今已有500多年歷史，雖高聳于峰巔卻從沒有受過雷擊。金殿是一座全銅建筑，頂部設(shè)計十分精巧。除脊飾之外，曲率均不太大，這樣的脊飾就起到了避雷針作用。第41頁/共81頁我國古人還通過仔細觀察，準確地記述了雷電對不同物質(zhì)的作用。《南齊書》中有對雷擊的詳細記述：“雷震會稽山陰恒山保林寺，剎上四破，電火燒塔下佛面，而窗戶不異也”。即強大的放電電流通過佛面的金屬膜，全屬被融化。而窗戶為木制，仍保持原樣。沈括在《夢溪筆談》中對類似現(xiàn)象敘述更為詳盡：“內(nèi)侍李舜舉家，曾為暴雷所震。其堂之西室，雷火自窗間出，赫然出檐。人以為堂屋已焚，皆出避之。及雷止，其舍宛然。墻壁窗紙皆黔。有一木格，其中雜貯諸器，其漆器銀者，銀悉熔流在地，漆器曾不焦灼。有一寶刀，極堅鋼（剛），就刀室中熔為汁，而室亦儼然。人必謂火當先焚草木，然后流金石。今乃金石皆鑠，而草木無一毀者，非人情所測也。”

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在我國，摩擦起電現(xiàn)象的記述頗豐，其常用材料早期多為琥珀及玳瑁。早在西漢，《春秋緯》中就載有“瑇瑁（玳瑁）吸衤若（細小物體）”?！墩摵狻分幸灿小邦D牟掇芥”，這里的頓牟也是指玳瑁。三國時的虞翻，少年時曾聽說“琥珀不取腐芥”。腐芥因含水分，已成為導(dǎo)體，所以不被帶電琥珀吸引。

西晉張華（232～300）記述了梳子與絲綢摩擦起電引起的放電及發(fā)聲現(xiàn)象：“今人梳頭，脫著衣時，有隨梳、解結(jié)有光者，亦有咤聲”。唐代段成式描述了黑暗中摩擦黑貓皮起電：“貓黑者，暗中逆循其毛，即若火星”。摩擦起電也有具體應(yīng)用。據(jù)宋代的張邦基《墨莊漫錄》記載：孔雀毛扎成的翠羽帚可以吸引龍腦（可制香料的有機化合物碎屑）．“皇宮中每幸諸閣，擲龍腦以辟（避）穢。過則以翠羽掃之，皆聚，無有遺者”。關(guān)于摩擦起電的記載還很多。第43頁/共81頁

近代電學(xué)正是在對雷電及摩擦起電的大量記載和認識的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，我國古代學(xué)者對電的研究，大大地豐富了人們對電的認識。第44頁/共81頁(二)中國古代對磁的認識

我國古代典籍中也記載了一些磁石吸鐵和同性相斥的應(yīng)用事例。例如《史記·封禪書》說漢武帝命方士欒大用磁石做成的棋子“自相觸擊”；而《椎南萬畢術(shù)》（西漢劉安）還有“取雞血與針磨搗之，以和磁石，用涂棋頭，曝干之，置局上則相拒不休”的詳細記載。南北朝（512～518年）的《水經(jīng)注》（酈道元）和另一本《三輔黃圖》都有秦始皇用磁石建造阿房宮北闕門，“有隱甲懷刃人門”者就會被查出的記載。（1）磁石的吸鐵性及其應(yīng)用

我國是對磁現(xiàn)象認識最早的國家之一，公元前4世紀左右成書的《管子》中就有“上有慈石者，其下有銅金”的記載，這是關(guān)于磁的最早記載。類似的記載，在其后的《呂氏春秋》中也可以找到：“慈石召鐵，或引之也”。在東漢以前的古籍中，一直將磁寫作慈。相映成趣的是磁石在許多國家的語言中都含有慈愛之意。第45頁/共81頁《晉書·馬隆傳》記載：相傳3世紀時智勇雙全的馬隆在一次戰(zhàn)役中，命士兵將大批磁石堆壘在一條狹窄的小路上。身穿鐵甲的敵軍個個都被磁石吸住，而馬隆的兵將身穿犀甲，行動如常。敵軍以為馬隆的兵是神兵，故而大敗。

古代，還常常將磁石用于醫(yī)療?！妒酚洝分杏杏谩拔迨ⅰ眱?nèi)服治病的記載，磁石就是五石之一。晉代有用磁石吸出體內(nèi)鐵針的病案。到了宋代，有人把磁石放在耳內(nèi)，口含鐵塊，因而治愈耳聾。

磁石只能吸鐵，而不能吸金、銀、銅等其他金屬，也早為我國古人所知。《淮南子》中有“慈石能吸鐵，及其于銅則不通矣”，“慈石之能連鐵也，而求其引瓦，則難矣”。第46頁/共81頁（2）磁石的指向性及其應(yīng)用在我國很早就發(fā)現(xiàn)了磁石的指向性，并制出了指向儀器司南?！豆砉茸印分杏小班嵶尤∮?，必載司南，為其不惑也”的記載。稍后的《韓非子》中有“故先王立司南，以端朝夕”的記載。東漢王充在《論衡》中記有“司南之杓（勺子），投之于地（中央光滑的地盤），其柢（勺的長柄）指南”。第47頁/共81頁不言而喻，司南的指向性較差。北宋時曾公亮與丁度（990～1053）編撰的《武經(jīng)總要》（1044年）在前集卷十五記載了指南魚的使用及其制作方法，極為清晰地論述了熱退磁現(xiàn)象的應(yīng)用。當燒至通赤時，溫度超過居里點，磁疇瓦解，這時成為順磁體。再用水冷卻，磁疇又重新恢復(fù)。這時魚尾正對子位（北方），在地磁場作用下，磁疇排列具有方向性，因而被磁化。從司南到指南魚，無疑是一個重大進步，但在使用上仍多有不便。第48頁/共81頁我國古籍中關(guān)于指南針的最早記載，始見于沈括的《夢溪筆談》。該書介紹了指南針的四種用法：水法，用指南針穿過燈芯草而浮于水面；指法，將指南針擱在指甲上；碗法，將指南針放在碗沿；絲懸法，將獨股蠶絲用蠟粘于針腰處，在無風(fēng)處懸掛。磁針的制作，采用了人工磁化方法。正是由于指南針的出現(xiàn)，沈括最先發(fā)現(xiàn)了磁偏現(xiàn)象，“常微偏東，不全南也”。

南宋時，陳元靚在《事林廣記》中記述了將指南龜支在釘尖上。由水浮改為支撐，對于指南儀器這是在結(jié)構(gòu)上的一次較大改進，為將指南針用于航海提供了方便條件。

指南針用于航海的記錄，最早見于宋代朱彧的《萍洲可談》：“舟師識地理，夜則觀星，晝則觀日，陰晦觀指南針”。以后，關(guān)于指南針的記載極豐。到了明代，遂有鄭和下西洋，遠洋航行到非洲東海岸之壯舉。西方“關(guān)于指南針航海的記載，是在1207年英國納肯（A.Neckam，1157～1217）的《論器具》中。第49頁/共81頁

遺憾的是，中國古代關(guān)于磁的認識盡管極為豐富，但關(guān)于磁現(xiàn)象的本質(zhì)及解釋，往往又是含糊的，缺乏深入細致的研究。就連被稱作“中國科學(xué)史上的坐標”的沈括，對磁現(xiàn)象也認為，“莫可原其理”，“未深考耳”，致使在我國歷史上，一直未能產(chǎn)生可與英國吉爾伯特《論磁》比美的著作。第50頁/共81頁六.中國古代的聲學(xué)知識

在中國古代物理學(xué)中，聲學(xué)的成就可以說是一技獨秀，有特別加以記述的必要。（1）樂器制作與樂律理論

中國古代音樂是世界文明中的一個寶庫。河南舞陽縣賈湖村的骨笛，是公元前5000～前6000年新石器時代的遺物，這是迄今發(fā)現(xiàn)的世界上最早的樂器。

西周時期，見于《詩經(jīng)》記載的樂器就有29種，其中頻率固定的打擊樂器有鼓、馨、鐘、鈴、（革兆）（搖鼓）等，調(diào)頻彈撥樂器有琴、瑟，管類樂器有簫、管、塤、笙等。1979年在湖北隋縣的戰(zhàn)國曾侯乙墓出土了公元前443年的編鐘，一套共65件，總重2500余斤，總音域跨五個八度，12個半音齊全，音色優(yōu)美，效果極佳，充分顯示了我國古代音樂、冶金和樂器制造水平之高超。第51頁/共81頁編種古代樂器

新石器時代：陶塤（xūn）和骨哨。

《詩經(jīng)》記載：有29種之多，包括各種彈琴、吹奏、打擊等樂器。

戰(zhàn)國曾侯乙墓：出土的有：編鐘、磬、笙、排蕭等。第52頁/共81頁由于重視“禮、樂、術(shù)、數(shù)”，我國古代研究樂音數(shù)學(xué)規(guī)律的律學(xué)相當發(fā)達，《二十四史》有許多律歷志的記載。最晚到殷商時期已產(chǎn)生了宮、商、角、徵、羽五聲，西周編鐘已刻有十二律（由于對樂音成組的認識，而產(chǎn)生十二律，其名稱為：黃鐘、大呂、太簇、夾鐘、姑洗、仲呂、蕤賓、林鐘、夷則、南呂、無射和應(yīng)鐘，黃鐘為十二律中的第一律）中的一些銘文。以黃鐘為標準音高之首，逐次按半音降低，就形成了十二律。最早的樂律計算法見于《管子·地員篇》中的“三分損益法”，約產(chǎn)生于公元前7～3世紀間，即將主音律的弦（或管）長三等分，取其兩份（全管長的2/3，為損一），或增加一份（全管長的4/3，為益一），依次確定十二律中其他各律的方法。這種以弦長為準的方法，與歐洲當時以頻率為準的“五度相生法”是成倒數(shù)關(guān)系的。16世紀末，朱載堉提出了十二平均律的理論和算法。十二平均律是我國對音樂聲學(xué)的重大貢獻。第53頁/共81頁（2）聲的傳播與發(fā)聲原理的探討

據(jù)北魏酈道元《水經(jīng)注》卷三十四《江水》記載：陳遵在造江陵金堤（公元512～518）時，曾利用鼓聲推算高地的高度，可能是利用鼓聲的傳播速度推算的。這一記載很有意義。

對于發(fā)聲原理，東漢王充在《論衡·論死篇》中先說明人的語言是由于“氣括口喉之中，動搖其舌，張合其口”而生的，然后推廣到“簫笙之管，猶人之口喉也，手弄其孔，猶人之動舌也”。

明宋應(yīng)星具體考察了聲的發(fā)生的幾種情況：“沖”（“飛矢”），“界”（“躍鞭”），“振”（“彈弦”），“辟”（“裂繒”，即撕絲織品），“合”（鼓掌），“擊”（揮椎）。他認為發(fā)聲第一必須有氣：“氣而后有聲”，“氣本渾淪之物，分寸之間，亦具生聲之理，然而不能自生”；第二必須是“以形破氣”，“氣之一動”，“急沖急破，其聲方起”，例如“擊物”就是“氣隨所持之物而逼及于所擊之物有聲焉”（《論氣·氣聲》）。第54頁/共81頁

關(guān)于聲音發(fā)生與傳播更為深刻的見解是王充和宋應(yīng)星指出的。王充在《論衡·變虛篇》中將魚“動于水中，振旁側(cè)之水”與人的“操行”（行動）引起“氣應(yīng)而變”加以對比。宋應(yīng)星則明確提出“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，而其文浪以次而開，至縱橫尋丈而猶未歇。其蕩氣也亦猶是焉，特微渺而不得聞耳。”（《論氣·氣聲七》）。他們明確指出：“氣”被“沖”如同“水”被“激”，“蕩氣”與水的“文浪”相似，可從“一拳”依次“開”至“縱橫尋（古8尺）丈”猶未止，只是“蕩氣”微小到聽不見而已，這就是“氣聲”。對聲波的發(fā)生與傳播從物理上分析如此精辟，在我國古代物理學(xué)中是很突出的。

關(guān)于共鳴現(xiàn)象的趣聞：莊子調(diào)瑟時發(fā)現(xiàn)共振現(xiàn)象，沈括在弦共振時作紙人試驗，噴水魚洗的研究等，文獻記載相當豐富。第55頁/共81頁（3）古代建筑中的聲學(xué)效應(yīng)

利用聲學(xué)效應(yīng)的建筑在我國已發(fā)現(xiàn)不少。古典籍中關(guān)于空穴傳聲類的記載與建筑有關(guān)的也有“地聽”、“墻聽”（《墨子·備穴篇》）等，用陶甕口向內(nèi)砌墻可以隔音，在琴室及戲臺下埋大缸可增加混聲回響效果。著名的北京天壇中的回音壁、三音石與圜丘都巧妙地利用了聲的反射效應(yīng)。還有河南郟縣蛤蟆音塔，四川潼南縣大佛寺的石琴等。第56頁/共81頁

三音石和對話石回聲示意圖第57頁/共81頁回音壁傳聲示意圖第58頁/共81頁第59頁/共81頁

山西永濟縣普救寺鶯鶯塔初建于隋唐，現(xiàn)存的塔重修于1564年明嘉靖年間，是一座方形空筒式十三層密檐式磚塔，高36.7米，建于陡坡的高處，周圍空曠，整個塔身和塔檐由涂釉青磚建成，這些青磚的聲反射系數(shù)達0.95～0.98，是聲音的良反射體。塔身成空筒形，對聲波起著諧振腔作用。由于十三層塔檐各層砌磚所成曲線的巧妙配合，對來自塔前距離約24米處的擊石聲產(chǎn)生良好的反射及會聚作用，因而“于地擊石，有聲如吠蛙”。同樣，遠處的聲音通過十三層塔檐反射就會聚在檐前附近，使人耳接收到的聲波能量大增。五里外的蒲州鎮(zhèn)的演唱聲，猶如塔內(nèi)有戲臺。

我國古代建筑是利用聲學(xué)效應(yīng)的科學(xué)寶庫，還有待于進一步發(fā)掘。上述成就體現(xiàn)了聲學(xué)與音樂、聲學(xué)與哲學(xué)和聲學(xué)與建筑、軍事等的結(jié)合，這也是我國古代物理學(xué)發(fā)展的根本特點之一。第60頁/共81頁七.中國古代物理學(xué)的特點中國古代物理學(xué)歷史悠久，源遠流長，具有連續(xù)發(fā)展與階段高潮的特點。與同一古代時期的任何一個民族相比，中國古代物理學(xué)具有特別豐富的內(nèi)容，在力、熱光、電、聲、磁和物質(zhì)結(jié)構(gòu)諸方面都有充分的發(fā)展。中國古代物理學(xué)在內(nèi)容上，雖然主要是對自然現(xiàn)象的觀察與描述，但古人觀察得特別敏銳，描述得非常細致。而且能在“不原其理”的情況下以巧思對物理現(xiàn)象加以應(yīng)用。在思維方法上，雖然主要是直觀的觀察與猜測，但突出體現(xiàn)了中國整體思維的特點：注重整體、著重聯(lián)系、界限模糊。在社會功能上，有實用性的特點，集中體現(xiàn)在高超的技術(shù)成就及與各種哲學(xué)思想的融會上。第61頁/共81頁中國古代物理學(xué)的不足之處：在內(nèi)容上，較多的是對具體物理現(xiàn)象的孤立考察，缺少對現(xiàn)象的歸納和總結(jié)，因此少有物理理論。在研究方法上，由于受到整體思維理論框架的束縛，對物理現(xiàn)象的思考與解釋通常采用一般的模糊的、形象的證明方式，常是籠統(tǒng)的，可此可彼的泛泛方法。缺乏對物理現(xiàn)象的具體分析與邏輯思考。缺乏與數(shù)學(xué)的結(jié)合，不善于用數(shù)學(xué)語言來描述，因此很難正確把握物理規(guī)律和建立理論。在物理實驗上很少進行定量的研究，缺乏碓實驗的重視。第62頁/共81頁第二章西方古代物理學(xué)一.古希臘的自然觀二.古希臘的物理知識三.中世紀的物理知識第63頁/共81頁一.古希臘的自然觀

歐洲文明源自古希臘，從公元前8世紀到公元4世紀，史稱“古希臘時期”。這個時期，古希臘學(xué)派林立、智者云集，包括科學(xué)在內(nèi)的希臘文化達到了奴隸社會的顛峰。（一）世界萬物本原樸素元素論

米利都學(xué)派創(chuàng)始人泰勒斯（約前624-前547）認為萬物本原是水，萬物生于水又復(fù)歸于水。

其學(xué)生阿那克西曼德（約前610-前546）提出一種“無限者”（或“無定”、“不固定者”）作為萬物本原。

后者的學(xué)生阿那克西米尼（約前585-前525）則以實實在在的“氣”作為萬物本原。

之后的赫拉克利特（約前540-前475）又把富于變化的“火”作為萬物本原。第64頁/共81頁2古代原子論

原子論的創(chuàng)始人是米利都學(xué)派的留基伯（約前500-前440）和他的學(xué)生德謨克利特（約前460-前370），一百年后，伊壁鳩魯（約前342-前270）發(fā)展了原子論的思想。世界是由細小的，無數(shù)的，不能再分割的看不見的微小原子和虛無的空間組成；原子在虛空中不停地作漩渦運動，原子彼此之間相互沖擊，碰撞聚集在一起，并依靠原子上的“鉤”“角”等形狀上的差異，而機械地嵌合成復(fù)合物終致形成宇宙萬物。萬物的差異是因為原子的大小，形狀，相對位置和運動方式的不同所致。第65頁/共81頁3畢達哥拉斯學(xué)派“數(shù)的和諧”

公元前6世紀至公元前5世紀，畢達哥拉斯（約前584-前497）創(chuàng)建了古希臘哲學(xué)中很獨特的一個學(xué)派，這是一個研究數(shù)學(xué)與宗教的秘密結(jié)社，公元前5世紀分裂為科學(xué)派和宗教派。

畢達哥拉斯學(xué)派反對物質(zhì)元素是萬物本原的觀點，認為數(shù)是獨立于物之外的實質(zhì)，數(shù)是萬物本原，“萬物皆數(shù)”，“數(shù)支配著世界”，“萬物的本原是一”。

他們認為1是同一，是普遍的由1可以產(chǎn)生2，產(chǎn)生出各種數(shù)；2是意見，是1的對立物；3是實在與圓滿，所有的一切都由3決定；4是主義；10是靈魂與理性，10=1+2+3+4，包括了數(shù)的全部本性。由數(shù)可以產(chǎn)生幾何上的點、線、面、體，有了體才可以火、氣、水、土元素，從而產(chǎn)生萬物,數(shù)在物之先，數(shù)是事物的終極原因。第66頁/共81頁

也有學(xué)者認為萬物的本原是多種元素。恩培多克勒（約前490-前430）提出了“四根說”，即土、水、氣、火四種元素。這四種本原以“愛”和“恨”相吸或排斥而結(jié)合成萬物，萬物的變化就是這四種元素的分離與重新組合。

古希臘的元素論到了亞里士多德（約前384-前332）才算有了定論。他認為地上萬物由輕重不同的土、水、氣、火四種元素組成，天體由神圣純潔的以太組成。他提出元素由冷、熱、干、濕四種基質(zhì)結(jié)合而成。四種元素不同的結(jié)合構(gòu)成世界萬物。第67頁/共81頁（二）對宇宙的認識1米利都學(xué)派的泰勒斯認為地象一個圓盤或圓桶浮在水上。2畢達哥拉斯學(xué)派企圖用“數(shù)的和諧”來建立關(guān)于宇宙的理論。他們認為球體是最完美的幾何形體，所以他們斷言，宇宙是球形的，當中是中心火團，各種物體都圍繞中心火團做均勻圓周運動；恒星緊系在天的最高圓頂，這個圓頂三萬六千年繞中心火團轉(zhuǎn)一周，下面是同心運動的球體（水、金、火、木、土星、太陽、月亮和地球）。3柏拉圖學(xué)派柏拉圖（前427-前347）認為永恒神圣的天體必須沿著完美的圓形軌道作均勻有序的運動，或者是沿著復(fù)合的圓周運動。他的學(xué)生歐多克索和亞里士多德提出了同心球?qū)幽Ｐ停禾枴⒃铝梁托行嵌荚谝缘厍驗橹行牡耐那驓ぶ羞\動。第68頁/共81頁4地心說古希臘后期的阿波羅尼（約公元前247-205）為了克服同心球?qū)幽Ｐ偷睦щy，提出了“本輪-均輪”結(jié)構(gòu)模型：行星沿著本輪做圓周運動，本輪的中心有在一地球為中心的均勻輪上做圓周運動。5太陽中心說阿里斯塔克（約前310-前230）提出了與眾不同的見解，認為地球不是宇宙的中心，太陽才是宇宙的中心地球和行星都圍繞太陽作圓周運動，恒星在遠處，是不動的。第69頁/共81頁二.古希臘的物理知識古希臘物理知識比較集中在力學(xué)和光學(xué)兩個方面。（一）力學(xué)知識代表人物：亞里士多德和阿基米德

亞里士多德（公元前384～前322年）研究了在重力作用下物體的運動，論證了運動、時間和空間的關(guān)系，區(qū)分了物質(zhì)方面的運動、量方面的運動和空間方面的運動。關(guān)于時間，亞里士多德把時間看作是描述運動的數(shù)。他認為時間不同于運動，但時間也不能脫離運動。關(guān)于物體的運動，亞里士多德認為變化就是運動。這里的變化包括物體的性質(zhì)變化、物體的位置移動、事物的產(chǎn)生和消滅、數(shù)量的增減……其中位置移動就相當于機械運動。他指出，要談運動就必須指明“什么”在運動，“在哪里”運動和“何時”運動，顯然這里已指明了物體運動和時間、空間的不可分割性。第70頁/共81頁

亞里士多德（公元前384～前322年）是古希臘最偉大的科學(xué)家之一。他17歲時就跟大哲學(xué)家柏拉圖學(xué)習(xí)。亞里士多德愛獨立思考。因此，他有許多觀點跟他的老師截然相反。亞里士多德當過教師，對植物、動物、天文、氣候、數(shù)學(xué)和物理等方面都進行過研究，著書1000多種，可以說他是古希臘各種知識集大成者。他的這些著作被當作古代世界的百科全書。達爾文曾這樣評價亞里士多德："我尊敬林奈和屈費爾好像兩位神一樣。但是，他們比起亞里士多德來，卻不過是小學(xué)生。"第71頁/共81頁（二）光學(xué)知識

古希臘對光的反射的研究貢獻最大的是歐幾里德（約前330-前275）和希隆。歐幾里德把幾何學(xué)運用到光現(xiàn)象的研究上，開創(chuàng)了幾何光學(xué)。他著有《反射光學(xué)》，確立了光的直進性并建立了反射定律，確定了凹面鏡的聚焦點在球心或球心與球面之間。之后的希隆（約前150-前100）也著有《反射光學(xué)》一書，內(nèi)容是關(guān)于鏡子的理論和實際應(yīng)用。

相傳古希臘的阿基米德，曾令他的士兵共同用鏡子把太陽光反射到進攻他們的同一只敵船上，把敵船燒毀。

托勒密在對天體的觀測中曾注意到光的折射現(xiàn)象。他著有《光學(xué)》一書，但早已佚失。第72頁/共81頁（三）其他物理知識古希臘對磁和聲也有一定研究。

柏拉圖在<<蒂邁歐>>中，亞里士多德的學(xué)生泰奧弗拉斯托斯在《論石》中都指出磁石和琥珀吸引它物的能力。盧克萊修在《物性論》中曾用原子論來解釋磁石