磁石吸鐵,間隔潛應(yīng)元?dú)庹?、原子論與中國古代物理學(xué)

磁石吸鐵,間隔潛應(yīng)元?dú)庹摗⒃诱撆c中國古代物理學(xué)

中國是世界文明發(fā)展的第一個(gè)國家之一。中國有4000年前的歷史。中華民族是一個(gè)有著光榮文化傳統(tǒng)和優(yōu)秀歷史遺產(chǎn)的民族。我們的祖先在不斷創(chuàng)造和發(fā)展精神文明的同時(shí)，也在創(chuàng)造和發(fā)展精神文明。這里當(dāng)然包含著傳統(tǒng)思想與科學(xué)技術(shù)方面的偉大貢獻(xiàn),為我們今天這一領(lǐng)域的研究,提供了廣闊的馳騁天地,要做的工作很多,要花的力氣很大,得有一批同志矢志不渝,持之以恒地去辛勤耕耘,深入發(fā)掘。一、世界的研究我國古代人民尋求對自然界物質(zhì)本源的認(rèn)識,繼五行說、陰陽說之后,元?dú)庹f和原子說是兩大發(fā)展線索,但是縱觀歷史,元?dú)庹f處于主流地位那是很明顯的。從戰(zhàn)國時(shí)代的伯陽文、荀況開始,歷經(jīng)東漢的王充,唐代的柳宗元、劉禹錫,一直到宋朝的張躍鉑明末清初的王夫之,都有不少論述,并不斷加以發(fā)展,前后延續(xù)達(dá)兩千多年。在我國古代元?dú)庹撜呖磥?“元?dú)狻笔且环N連續(xù)形態(tài)的物質(zhì),但“元?dú)狻本劢古c分解又顯示出物質(zhì)的間斷性,認(rèn)為氣分陰陽,陰陽的對立統(tǒng)一就是道,即自然的發(fā)展規(guī)律,并以此觀念來解釋眾多的自然現(xiàn)象。正是這樣,中國古代科學(xué)如天文、歷法、音律、農(nóng)學(xué)、醫(yī)學(xué)等,都是建立在元?dú)庹摶A(chǔ)之上的。就物理學(xué)來說,它不僅對物質(zhì)本源的研究取得了一定的成就,而且對一些物理現(xiàn)象的闡釋也產(chǎn)生過積積的意義。譬如靜電、靜磁現(xiàn)象,東漢王充在《論衡》中就是這樣來闡述的:“頓牟(即玳瑁)掇芥,磁石引針,皆以其真是,不假他類。他類肖似,不能掇取者,何也?氣性異殊,不能相感動(dòng)也。”意思是說,經(jīng)過摩擦的玳瑁之所以能夠吸引芥籽,鋼針之所以能被磁石吸引,是由于芥籽與玳瑁,鋼針與磁石各具有相同的“氣性”,故能相互感動(dòng);別類的物體,看起來也像與芥籽、鋼針相似,但由于它們與玳瑁及磁石“氣性”相異,因此不能相互感動(dòng)。而后東晉郭璞寫的《山海經(jīng)圖贊》也有類似的記載:“慈石吸鐵,瑁(即玳瑁)取芥,氣有潛感,數(shù)有冥會(huì)。”他也是把靜電與靜磁并列,認(rèn)為經(jīng)摩擦的絕緣體之所以能吸引微小物體是由于彼此具有“潛感”的氣,有某種未知的“數(shù)”在默默地起著作用。磁石為什么能吸鐵?到了北宋時(shí)又有人作了進(jìn)一步的探討。宋陳顯微和俞琰都認(rèn)為磁石吸鐵有它的內(nèi)在原因,所謂:“磁石吸鐵……阻礙相通之理,豈能測其端倪哉?”“神與氣和,隔閡相通,猶如磁石之吸鐵也。”張君房在《云笈七簽》中也說:“磁石吸鐵,間隔潛應(yīng)。”至明末劉獻(xiàn)廷的《廣陽雜記》中則有“磁石吸鐵,隔礙潛通”的闡述。從這些說法,我們可以看出,都是企圖用元?dú)庹f及氣的各種特性如“通”、“礙(隔)”、“潛”、“應(yīng)”等來解釋磁性這一客觀現(xiàn)象,對磁石在隔有某種物體或一定距離的情況下所以能吸鐵的這些解釋,當(dāng)然是很含糊的,也沒有確切地揭示出事物的內(nèi)在本質(zhì)來,但將鐵與磁石的關(guān)系,用“氣”聯(lián)系起來加以分析,是包含著科學(xué)價(jià)值的。再如對熱的傳導(dǎo)與輻射,東漢王充認(rèn)為:“近冰則寒、近水則溫,遠(yuǎn)之漸微,何則!氣之所加,遠(yuǎn)近有差也?！边@里王充把“氣”作為“溫”、“寒”傳播的物質(zhì)承擔(dān)者,同時(shí)也隱含了“氣”的“輻射”也在起作用。他認(rèn)識到在熱源的周圍,溫度的分布是不同的。離熱源較近的地方溫度高,離熱源較遠(yuǎn)的地方溫度低,這是合乎實(shí)際的。又如對聲音的傳播機(jī)制,王充在《論衡·變虛》中,就引用元?dú)庹撍枷胩岢隽寺暡ǜ拍?他寫道:“今人操行變氣遠(yuǎn)近,宜與魚等;氣奕而變,宜與水均”。這里他認(rèn)為,人的動(dòng)作(操作)使氣在近處和遠(yuǎn)處發(fā)生振動(dòng)變化(“變氣遠(yuǎn)近”),和魚使水振動(dòng)一樣。人聲在氣中的傳播變化和水波是一樣的。總之,振動(dòng)成聲后,通過氣來傳播。這里王充一方面提出了聲波如水波的見解;另一方面他的話里還包含了這樣一個(gè)思想:人與魚的動(dòng)作所發(fā)出的聲音和對周圍環(huán)境的影響是如何傳到遠(yuǎn)處去的?是要通過氣(如空氣)或水這樣的中間物質(zhì)作相應(yīng)變化來傳播的。所有這些可以說是世界上對聲波最早的認(rèn)識。關(guān)于空氣傳聲問題,西方經(jīng)歷了長期摸索過程,直至17世紀(jì)的羅伯特·玻意耳才明確得出空氣是傳聲的一種媒質(zhì)這樣的結(jié)論。當(dāng)然聲波是縱波,水波是橫波,由于時(shí)代的局限性,對此古人是不可能分清的。明末宋應(yīng)星對聲波概念又有了發(fā)展,在《論氣·氣聲》中他從自然現(xiàn)象和生活經(jīng)驗(yàn)出發(fā),以元?dú)庹f闡述了聲的傳播和接收的有關(guān)見解,并作出了合乎科學(xué)的解釋。對聲音的傳播,他提出:“物之沖氣也,如其激水然,……以石投水,水面迎石之位一拳而止,而其文(紋)浪以次而開而縱橫尋丈猶是焉?！币簿褪钦f,聲音是通過氣來傳播的,同水波相似。宋應(yīng)星以水波比擬聲波,形象地說明了聲波的傳播,雖然仍受到時(shí)代的局限,但對王充的所述是有所發(fā)展的。至于在張載、王夫之的元?dú)庹f里,關(guān)于“氣”和“形”的總和是不生不滅的認(rèn)識,應(yīng)當(dāng)講是蘊(yùn)含著物質(zhì)不滅,甚至能量不滅的思想萌芽的。從上面的列舉中,我們看到了元?dú)庹撌侨绾斡绊懼袊糯锢韺W(xué)的,可以說它是滲透在人們對種種物理現(xiàn)象與規(guī)律的探討之中的。如果從現(xiàn)代物理學(xué)和哲學(xué)的角度來剖析,我們可以更清楚地發(fā)現(xiàn),在元?dú)庹撝杏行﹥?nèi)容雖然是以樸素形態(tài)出現(xiàn)的,卻包含著不少合乎唯物論、辨證法的深刻思想,顯示出智慧的光芒。其中有些也正是物理學(xué)乃至整個(gè)自然科學(xué)思想發(fā)展史上應(yīng)當(dāng)去把握的環(huán)節(jié)。首先元?dú)庹摿D從統(tǒng)一的物質(zhì)本源認(rèn)識和說明物質(zhì)世界,這不僅是古代物理學(xué)探討的內(nèi)容,也是現(xiàn)代物理學(xué)研究的課題;元?dú)庹f中包含了“氣”和“形”可以相互轉(zhuǎn)化的思想,實(shí)際上在一定程度上揭示了物質(zhì)結(jié)構(gòu)連續(xù)性與間斷性的辯證統(tǒng)一,這正是當(dāng)今研究基本粒子問題的一個(gè)極其重要的指導(dǎo)思想?！耙晃飪审w”、“體用不二”等觀點(diǎn)說明元?dú)庹f力求從事物本身,事物的內(nèi)在矛盾來闡述自然界的運(yùn)動(dòng)與變化;“虛空即氣”的思想否認(rèn)了自然界有絕對真空的存在,這種思辨的論點(diǎn)未嘗不可看作是真空認(rèn)識上的一個(gè)最初的環(huán)節(jié),“矛盾和諧”的思想則有助于我們辯證地來考察宇宙物理現(xiàn)象及其規(guī)律。元?dú)庹f有其積極的理論智慧,也包含著消極的因素,應(yīng)當(dāng)說它所顯示的只是一種哲學(xué)的概括,并沒有形成獨(dú)立的自然科學(xué)理論體系;對自然現(xiàn)象與自然規(guī)律用氣的概念與理論進(jìn)行闡述與描繪是比較含混、籠統(tǒng)的,看不到近代科學(xué)中所具有的那種概念、定理的確定性和清晰性;對問題的回答往往停留在整體直觀、樸素猜測的階段,而缺少嚴(yán)格的科學(xué)論證,存在著在形式邏輯上的明顯不足和對具體事物作具體分析的欠缺,即使像王夫之那樣,雖然將“元?dú)狻弊鳛榫唧w事物,進(jìn)行了定性分析,然而物質(zhì)不滅定律,在氣不滅思想經(jīng)歷兩千年的發(fā)展歷程以后,還只處于感性認(rèn)識階段,并未能對其原理作深入的定量研究。至于某些形而上學(xué)的神秘色彩的影響自然也是一種缺陷,這在對自然災(zāi)害或天體觀察的探究中,尤其明顯地反映出來。二、積極異質(zhì)性的表現(xiàn)在對自然、科學(xué)與自然的關(guān)系《墨經(jīng)》的自然觀具有原子論的色彩,它從經(jīng)驗(yàn)科學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā),認(rèn)為“端”①是構(gòu)成宇宙的不可再分的最小質(zhì)點(diǎn),端積而為萬物,萬物組成宇宙這個(gè)統(tǒng)一整體。而宇宙又分解成為萬物,萬物則分解成端。從結(jié)構(gòu)上講,宇宙由盈與虛構(gòu)成,萬物的組成按端的交接方式不同又有相“櫻”、相“次”之分。墨家正是在這種“原子論”思想的的指引下,立足于經(jīng)驗(yàn)事實(shí),運(yùn)用形式邏輯探討了自然科學(xué)問題,物理學(xué)就是其中重要的方面。譬如在時(shí)空認(rèn)識上,不僅在對經(jīng)驗(yàn)中的時(shí)間、空間進(jìn)行概括的基礎(chǔ)上,揭示了“久”是一切時(shí)間關(guān)系的總和、“宇”是一切空間關(guān)系的總和,實(shí)際上還論證了時(shí)、空的無限性,時(shí)間的瞬時(shí)性與空間的點(diǎn)截性,揭示了時(shí)間、空間與物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的緊密聯(lián)系,指出它們是統(tǒng)一于物質(zhì)運(yùn)動(dòng)之中的。如“久,彌異時(shí)也”,“宇,彌異所也”,“久,有窮無窮”,“始,時(shí)或有久或無久,始當(dāng)無久”,“窮,或有前不容尺也”,“窮,或不容尺,有窮。莫不容尺,無窮也”,“宇徙久”等概括性表達(dá)就反映了上述認(rèn)識。盡管古代墨家對時(shí)空,特別是時(shí)空之間,時(shí)空與物質(zhì)運(yùn)動(dòng)之間緊密聯(lián)系的認(rèn)識還是建立在直觀、思辨基礎(chǔ)上的,卻反映了客觀實(shí)際,包含了深刻的思想內(nèi)容。就拿“始當(dāng)無久”的觀念來說,這個(gè)瞬時(shí)性的時(shí)刻觀念,正是有了它,才能深刻地觀察與分析機(jī)械運(yùn)動(dòng)的過程。墨家對幾何光學(xué)的貢獻(xiàn),在世界古代光學(xué)史上更占有十分重要的地位,例如對針孔成像,投影問題,平面鏡、凹面鏡、凸面鏡成像等都有較精辟的闡述,得出了一些科學(xué)的結(jié)論。特別值得指出的是《墨經(jīng)》中“光之人,煦若射”的判斷,意即光向人照去猶如箭射,很形象地說明了光的直線傳播性質(zhì)。在公元前4世紀(jì)墨家就牢牢地掌握了這一先進(jìn)物理思想,從而對小孔成倒像等問題作出科學(xué)的解釋,更是難能可貴。在力學(xué)里,關(guān)于力的概念、杠桿原理、球體運(yùn)動(dòng)及基礎(chǔ)平衡、斜面及其應(yīng)用等都作了研究,并得出一些重要的科學(xué)結(jié)論。同樣,墨家在幾何學(xué)上的貢獻(xiàn)也是舉世公認(rèn)的,一方面數(shù)學(xué)知識的揭示借助于邏輯思想的提煉,另一方面,邏輯范疇的闡明又借助于數(shù)學(xué)語言的表達(dá)。如果再具體分析,墨家為什么會(huì)在自然科學(xué)上有這么多貢獻(xiàn)?除了他們所處的時(shí)代條件外,這與墨家成員大多來自社會(huì)下層,和勞動(dòng)人民的聯(lián)系比較密切,是息息相關(guān)的。墨子本人的工藝技巧據(jù)說還超過人所共知的公輸般,他們比較注意記錄、整理生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)驗(yàn),并在此基礎(chǔ)上作出一些力學(xué)、光學(xué)等知識的初步概括,同時(shí),墨家還到處奔走活動(dòng),所謂“墨子無暖席”。這就增加了和廣大生產(chǎn)者的聯(lián)系和對大自然的考察,從而豐富了各方面的知識。墨家十分重視對自然的研究,并喜歡“摹萬物之然”以期對人們的生產(chǎn)勞動(dòng)有所幫助。用今天的話來說,就是認(rèn)識自然、掌握規(guī)律、為民服務(wù)。從哲學(xué)思想講更本質(zhì)的東西,是墨家有比較正確的認(rèn)識論,特別是后期墨家,他們所持的出發(fā)點(diǎn)是承認(rèn)事物的客觀存在,認(rèn)為對外界事物的認(rèn)識首先要通過眼、耳、鼻、舌、身等五種感覺器官,即所謂讓“五路”與外界相接觸,這是符合唯物主義認(rèn)識論的。墨家還明確主張知識來源不外是“聞知”、“說知”與“親知”,其中以“親知”為最可靠,而“說知”是依賴于思維加工推論出來的知識,亦不可少。這就使墨家的自然科學(xué)知識帶有更多的樸素唯物論思想和具有聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際的特點(diǎn)。同時(shí)也顯示出一定的理論色彩。墨家建立了一套相當(dāng)精美的形式邏輯方法,是他們?nèi)〉贸晒Φ挠忠恢匾?。墨家提出了“或?選言判斷)、“假”(假言判斷)、“效”(摹仿)、“辟”(譬喻)、“侔”(類比)、“援”(援引)、“推”(推說)等論式,例如他們的有些力學(xué)知識就是運(yùn)用了這種邏輯推理的結(jié)果。可惜墨子的原子論與形式邏輯在中國古代哲學(xué)與科學(xué)中都沒有能得到進(jìn)一步充分發(fā)展。這可能與《墨經(jīng)》中的原子論主要是和那些同手工業(yè)關(guān)系密切的光學(xué)、力學(xué)相聯(lián)系,這些科學(xué)在中國古代相對來說不如與農(nóng)業(yè)關(guān)系密切的學(xué)科,像天文、歷法、醫(yī)學(xué)、地學(xué)那樣發(fā)達(dá)。再者,由于我國古代理論自然科學(xué)的分化比較遲,人們總是習(xí)慣于從總體上來把握自然界,這樣元?dú)庹撔螒B(tài)就比原子論形態(tài)更相適應(yīng)了。同時(shí),追求人與自然的和諧統(tǒng)一也正是傳統(tǒng)文化的特點(diǎn),幾千年來一脈相承,這與以把握整體為內(nèi)容的元?dú)庹撟匀挥^是完全合拍的。如是,墨家學(xué)說長期以來遭到不公正的待遇,中國原子論到晉以后就被淹沒不為世人所聞,也就很自然了。綜上所述,正因?yàn)橹袊糯锢韺W(xué)受到傳統(tǒng)思想的深刻影響,并在物理學(xué)具體成果上反映出來,產(chǎn)生了許多同時(shí)代西方