黄河文化与物理学的起源

黄河文化与物理学的起源第15卷第4期1996年l2月许昌师专3our~ofxtlchangteacherscollegeVd.15N0.4Dee.1996午黄河文化与物理学的起源争一f?7蔡子盘盘(许葛石o)(许昌县i莩校,461000)摘要本文以中国文化的母体黄河文化为线索利用已有的考古学资料和文献记录.论证了古代华夏民族在物理学领域的辉煌成就,井从踩层次上论证了物理学革命末朗发生在中国的原因.关键词物理中国1"物理"的由来物理学简称物理,原词出于希腊文physis,即自然.在欧洲古代,物理学是自然科学的统称.公元前2世纪,中文物理一词开始出现,如《淮南子?冥南训》中写道;耳目之察,不足以分物理".这里的物理"一诃泛指一切事物的道理,并不是现代意义上的物理学,明清之际的着名学者方以智,曾着《物理小识》一书,这时的物理"一词实际包含自然科学的各门学科甚至还包括人文科学的某些分支清代晚期,物理学包括在格物学和格致学"之中,"格物与"格致"是我国古代格物致知"一诃的简称它包括除数学,天文学,医学以外的所有科学.如动物学,植物学,化学,博物学,地学等.明末清扔,随着外国传教士米华,西方物理知识开始传播到中国,最初,曾按西方文字音译为费西伽".1900年,日本人藤田平把饭盛挺造编着的《物理学》译成中文我国学者王季烈对该书进行文字润色和重编,并由江南制造局刊行,这是我国第一本具有现代物理学内容和系统被称为物理学的书.清光绪二十七年八月(1901年9月)山东巡抚袁世凯奏办山东大学堂折"中,首次提出了大学堂中系统开设自然科学的建议,其中以物理学为主体的格物学亦在开设之中,从袁的奏折看,此时格物学包括由分子学,力学,汽学,热学,声学,光学,磁学,电学八目.已初具近代物理学的雏形在现代,物理学研究物质运动最基本和最一般的规律,以及物质的基本结构.通常根据所研究的物质运动形态和具体对象的不同,可分为力学,声学,热学,分子物理学,电磁学.光学,原子物理学等科目2黄河文化与物理学的起源人类在长期的生产实践中,不断地积累着生产经验和劳动技能,又不断地用这些经验和技能改进工具和其他劳动资料,这些生产经验和劳动技能的积累过程,生产工具和劳动资料的不断改进和创新过程,就是技术发展的过程,而人类在实践中积累的对自然规律的认识在理论上的不断总结和概括,就是自然科学的发展过程,物理学同所有的自然科学一样,都有起萌芽.发收稿日期:1996—10—18第15卷第4期蔡子亮:黄河文化与物理学的起源展,壮大的历程,无论是尼罗河,印度河,恒河流域,或者是黄河,长江流域,到处都留下了古人类在物理学领域攀登的足迹,作为中华民族母亲河的黄河,到处都是我们的先人留下的业迹.2.1黄河文化黄河被尊为"四渎之宗","百泉之首".她发源于青海省巴颜喀拉山北麓,向东流经青海,四Jil,甘肃,宁夏,内蒙古,陕西,山西,河南,山东九省,沿途汇集渭水,泾水,汾水,沫水,伊水,洛水,漳水,洹水等大小数百条支流,浩浩荡荡,汹涌澎湃,辟山穿谷,经过黄土高原及华北平原,奔流人海.世界上任何一种文化,总是和它产生的地域相结合的.黄河流域的文化与其地质,地貌以及自然地理的特点密切相关.黄河流域的自然环境,像大地母亲般孕育了黄河文化,黄河文化博大精深,犹如黄河水系一样源远流长.在历史发展的长河中,她萌发,成长壮大,又逐渐融合了黄河支流上多民族的地方文化.随着黄河文化的东迁南移,长江文化与黄河文化汇聚融合,最终形成了光辉灿烂的中国民族文化.从考古学的发现来看,自旧石器时代的蓝田文化,丁村文化,许家窑文化,大荔文化,河套文化,峙峪文化,小南海文化,下川文化到新石器时代的磁山文化,斐李岗文化,仰韶文化,大汶口文化,马家窑文化,齐家文化和龙山文化等,我们的祖先在同自然界的斗争中,创造了丰富灿烂的原始文化,物理学作为原始遗产的一部分,放射出灿烂的光辉.2.2原始文化与物理学的起源远古时代,我们的祖先在生产实践中逐渐积累了一些天文,地理,数学,物理,医学和动植物方面的初步常识,尽管这些知识非常的贫乏和幼稚.甚至披上了一层神秘的宗教色彩,但现代科学确实是从这里起步的.我们的先祖在同自然界的斗争中,首先考虑的就是发生在她们身边的与自己生存犹关的事情.天体的运转,黑夜白昼的轮回.自然界的山川河海等.可以肯定地讲,对光的照射,太阳照射下的阴影,清澈水底的映像,是原始人类很早就巳觉察到的,但原始人把这种神秘的现象用来为人类服务却经历了一个漫长的过程.考古学发现,黄河上游青海贵南尕马台25号墓(约公元前3000年左右)发现一件保存较好的铜镜,放在死者的胸部.它清楚表明五千年前黄河流域的中国人已初具平面成像的一般常识,并且有了一定的制镜技术,半坡遗址(距今6700年前)出土的汲水器——小D尖底瓶,其造型设计是完全符合重心下垂原理的.山西朔县峙峪遗址出土的石箭头(距今两万八千年),狩猎时可以起到威力强,速度快,射程远的效果,它说明几万年前,黄河人在征服自然的过程中,对力,速度,加速度,射程等有了一些感官上的认识.从旧石器时代,新石器时代到夏商文化的大量考古发现看,黄河流域的人们同其它大河流域的原始人类一样,对力,摩擦力,压强等自然现象的认识经历了一个极其漫长的过程,从早期的原始石器,到类型各异的打制石器,从术器到骨器,从石器到青铜器,铁器,尽管人类不清楚此为何种神秘的力量,但尖锐,光滑,坚固的生产器具确能提高生产率.人类就是在劳动中这样一步一步提高技术的.靠近黄河岸边的人类,在与自然界作斗争的过程中,水患一直是她们关注的重大问题.远古中国就有许许多多治水的神话,传说,黄河人对水力,浮力的认识,最初应当是水中漂落的树叶,游泳时的上浮感觉,这种原始的认识维持了数万年之久,在长期的生产实践基础上,黄河人将巨大的树木中体掏空,作为独木舟泛河行驶,考古学的这一伟大发现,证明五千年前的中国人已经在对浮力认识的基础上,增强了对水的驾驭能力.恩格斯在《反杜林论》中指出:"摩擦生火第一次使人支配了一种自然力,从而最终把人同动物界分开".燧人氏"钻燧取火"的传说乃是这一成就的反映.许家窑遗址的烧骨就是人工取火的证据.太阳,火,热,冶铜,冶铁,它使原始的黄河人对热技术,热现象的认识和应用水准上一浪高过一许昌师专(自然科学版)1996年12月浪对原始的黄河人来讲,生存是他们的第一要务,至今为止的考古学发现,除了对电磁现象l的认识停留在雷鸣电闪基础之外,黄河人在力,速度,射程,浮力,光,热等许多物理现象已有r粗浅的认识,正是这些原始的,幼稚的,神秘的认识,奠定了古代中国物理学发展的基础a它使得在一个相当长的时间内,中国物理学尤其是光学和磁学一直走在世界的前列.2.3古代中国袖理学的辉煌成就从公元前二十一世纪夏朝的建立,到公元一九一一年大清王朝的覆灭,物理学同黄河文化一样目睹了华夏大地的沧桑变化,经历了成长,繁荣,退化的过程.在随着黄河文化东迁南移的大潮中,一个相当长的时间内物理学在世界上遥遥领先尤其在光学和磁学方面,是世界其它文明古国所望尘莫及的这些成就集中体现在《墨子》,《考工记》,《韩非子》《吕氏春秋》,《梦溪笔谈》,《革象新书》,《镜史)等古代着作中,由于本文不是一部物理学发展史的着作,仅将其主要方面的主要部分予以介绍,从中可窥一二.我国的《墨子》一书是由墨翟的弟子将墨家在物理学及其它学科的成就和政治学说辑录而成.书中记录了世界上最早的光学知识,其中《经下》篇有八条关于光学的记载,叙述影的定义及生成,光的直线传播性和针孔成像,并讨论了在平面镜,凹球面镜和凸球面镜中物和像的关系.虽然全支仅300余字,却构成了几何光学的基础.八条叙述不但全是实验的忠实记录,而且前后安排合理,逻辑严密,浑成一体,这是2000多年前世界上最早的系统的几何光学论述以致于后中国人在一个相当长的时间内未黯突破这个水准.《墨子?经上》篇最早把"力"定义为"形之所以奋也",即形体运动的原因.在《经说上篇进一步指出t"物理的重量也是力在不受任何外力作用下则垂直下落.可见墨家已认识到力?重力.运动之间的一定关系.在《经说下》篇记述了等臂杠杆与不等臂杠杆的两种情况.指出杠杆的平衡不但取决于加在两端的重量,还与"本(重臂),标"(力臂)的长短有关,进而认为"长,重者下,短,轻者上".这是有关力和力矩概念的定性总结.在《经上》,《经下》篇中对物体的沉浮,圆球的随遇平衡作了规律性的说明,还给鼬闻,空间下了定义,讨论了空间,时问以及时空关系,阐明了物体运动必在一定时空等观点.墨家在贡献是巨大的,墨家在物理学等许多自然科学领域的成就,在相当长时间内一直走在世界的前列《考工记》为古代又一百科全书式着作.在《考工记?弓人》篇与《考工记?矢人》篇中对弓的材料,制造,弓千的弹力,射程,射速等材料力学问题进行的讨论以及对不同箭矢的用途,重心,形状同重力,空气阻力,飞行轨道等进行的探讨,将原始的黄河文化向前大大推进了一步.《考工记,中不但记述了钟,鼓,磬等乐器的制做技术,还明确指出了许多声学问题,并指明振幅与声音响度之间的关系t钟太而短,振幅小,声音急而小,不能远离;钟小而长,振幅大,声音宽而大,能够远闻,这是我国振动声音规律的最早论述.历代王朝特别汉,唐时期,国力强盛,由于宫廷音乐的需要,对声学的研究曾经达到很高的境界.《考工记》中还最早记录了惯性现象,("马力既竭,车舟犹能一取焉")'分析了车轮大小与拉力关系,总结了斜面受力的情况,车上坡相当于加倍重量等.《考工记》的科学价值极高,它不但是我国第一部手工业技术和工艺的规范,而且是我国古代科学史的重要典籍,东汉郑玄洼,唐代贾立彦疏,清代戴震《考工记囤》和清代程瑶田《考工剖物小记》等,继承和发展了这一文化,并将其推到了一个辉煌的水平.物理学在秦汉至隋唐时期也取得了许多成就,其中地动仪的发明与弹性定理的发现是两项最重要的成果,地动仪是东汉的张衡创制的,叫做候风地动仪,用于测定地震的方位,它创制第15卷第4期蔡子亮:黄河文化与物理学的起源4:7于东汉阳嘉元年(132)是世界上第一架地震仪据《后汉书?张衡传》载:"地动仪以精铜制成,圆径八尺,合盖隆起,形似洒樽"遗憾的是这件世界宝物已经失毁而未能留传下来.弹性定理的发现者是东汉的郑玄郑玄在为《考工记?弓人》一文量其力,有三钧(古代重量单位,以30斤为一钧)"一句作的注释中写道:"假令弓力胜三石,引之中三尺,驰其弦,以绳缓撮(揎)之,每加物一石,则张一尺.这就正确地揭示了物俸受力时,如果应力在极限范围之内,则应力与变形成正比的线性关系过了1500年,英国的物理学家胡克才根据弹簧实验的结果提出了这一定理,西方科学家称它为胡克定理"我国学者认为应当把它改称"郑玄——胡克定理".《梦溪笔谈》是中国科学史上的里程碑.它由北宋着名科学家和政治家沈括(1031--1095)编着而成.《笔谈》中物理学条文40条,其中属于普通物理学各分支的19条,属于乐律方面的二十一条,对光学仪器,大气光象,磁针,声学共振等很有研究,对雷电,潮汐和晶俸结构等也有论述.沈括对磁学的研究成就尤为卓着,明确地谈到了磁针的偏角问题指出"方家以磁石磨针锋,则能指南,然常微偏东,不全南也磁针能够指示南北的道理,一直到公元1600年英国物理学家吉尔伯特(1540--1603)才作出解释其实,对磁现象的研究,我们的祖先很早就有了记录.据《韩非子?有度》篇记载:"故先生立司南以端朝夕《吕氏春秋》中亦有"慈石召铁或引之也"的记载可见,早在春秋战国时期,黄河流域的中国人不但已认识到了磁现象,而且已利用了磁性原理制造出了为人类服务的罗盘.东汉时期的《磁石注》对磁石又有了进一步的认识,及至北宋的《武经总耍》,我国的磁技术已达相当的境界,指南勺(罗盘)已发展到指南鱼,指南龟,指南针,正是这样一种技术上的进步和对流体力学认识的提高,才有了宋代繁荣的海上贸易,才有了举世闻名的明代郑和七下西洋.马克思对这一伟大成就给予了高度的评价,指出指南针等几大发明是中国人给予世界文化的伟大贡献.明末清初,做为科学的分水岭是中国科学呈缓慢下降趋势,西方科学蒸蒸日上的阶段,黄河文化的中心已移至北京,从这时起西方新兴的科学技术随着传教士来华和帝国主义入侵,洋务运动的兴起,逐步介绍到中国.紧步葡萄牙冒险家的后尘来到中国的是西方的传教士,他们来华的主要目的,是要进行一场精神战争,做耶稣的勇兵,替他上阵助战,来征讨这崇拜偶像的中国(利玛窦语).传教的手段之一就是积极和中国学者交游,向他们介绍西方先进的文化科学技术,进而诱劝信教.在利玛窦的倡仪下,翻译出版了许多西方科学着作,物理学方面有瑞士人邓玉函着的《远西奇器图说》,日曼人汤若望着的《远镜说》意大利人熊三拔着的《泰西水法》(徐光启译)等.无论怎样讲,传教士来华客观上在中西文化交流方面做出了不少的贡献.明清之际涌现出了方以智,黄履庄,邹伯奇,郑复光等着名物理学家,但孙云球作为明末清初的光学仪器制造家,是不能不讲的t他是我国独立制造望远镜最早的民间人,并刨制眼镜,又利用凹镜,凸镜,夜视镜等制造出察微镜,放大镜,夜明镜等七十余种光学仪器,着有《镜史》一书.另外,明代宋应星的《夭工开物》中亦对《舟车》,《佳兵》等详细的描述,总之,明清之即物理学在发展中走向衰落.从夏至靖长达四千年的文明史中.黄河流域物理学文化从萌芽到繁荣,一浪赛过一浪.这其中,既有黄河人兴奋的泪花,也有华夏人辛酸的泪水在如此短的篇幅内说不尽,道不完四千年物理学的发展,清末民国初年物理学的发展另文再议.但不管怎样,黄河流域古中国人在物理学领域作出的辉煌成就,世人是不会忘记的.许昌师专(自然科学版)1996年12月3中国物理学衰落的原因中国古代的物理学在一个相当长的时间内一直居于世界的前列,可是后来物理学却没有得到进一步的发展,近代物理学革命没有发生在中国,却发生在西方,其原因在那里?这是一个国内外都十分重视并积极讨论的问题,我们不可能孤零零讨论物理学自身,应当把物理学置身于整个自然科学中,把以黄河文化为主体的中国文化置身于世界文化的背景下,这样我们才能够正确地认识黄河流域为什么未能发生物理学革命这个原因.第一,腐朽的封建制度是阻碍物理学发展的首要因素.近代的物理学革命没有发生在中国,亦没有发生在古文明的阿拉伯,印度,这本身决不是一种偶然.欧洲中世纪的黑暗和科学技术的停滞落后,是同教会的反动统治直接相关的t而这一时期的东方各民族,包括阿拉伯,印度和中国科学技术都有较大的发展.它表明生产力发展水平以及生产关系的状态与技术发展是基本适应的.近代自然科学在西方的产生和发展t是同文艺复兴前后资本主义生产方式的兴起和资本主义生产的发展密切相联系的,而这时的东方却处在封建社会的腐朽和衰落时期,科学技术作为生产力中的一个活跃要素被无情扼制.至于古代繁荣的东方为什么当时没能发生物理学革命,一个很简单的道理告诉我们,生产力的发展还未能向科学技术提出如此高的要求.第二,以儒家文化为主体的中国文化蔡锢了自然科学的发展.中国封建社会长期实行官学合一制度,严重地摧残了科学技术的发展,自汉朝董仲舒"罢除百家,独尊懦术"以来,崇尚科学的墨家从此消失.明朝曾明文规定非科第者t不得为官.这种制度使中国知识分子只能作为地方阶级中附属的士大夫阶层而存在,从事科学研究只是文官人员的业余爱好,埋没了无效优秀的人才.象墨笛,沈括,张衡,徐光启这样热心自然科学的文人实在少的可怜,这不能不说是科学的悲哀.第三,缺乏理论工具造成了中断的研究方式.现有的资料表明,除墨家以外的历代中国学者或学者集团,都缺乏一种理论指导工具,他们的研究往往是某个科学家的个人爱好而已,缺乏系统,深入的研究,抓住什么,看见什么,都把它记录下来,却很少有人去对这些现象背后的实质进行探讨,更谈不上从理论和量值,逻辑上的研究,这显然是一种缺陷.一些成果和奇器,如地动仪等不但没能改进发展,连本带利全部失传,许多技术代代胡捐重复研制,结果形成了一种巨大的浪费,同时也造成了物理学在一个相当长的时期内停滞不前.上文是个人十余年来的一点体会和认识,难免挂一橱万,恭敬同行赐教.参考文献[13侯仁之.黄河文化.华艺出版社,1994[2]宋于良.物理科技史.湖北科学技术出版杜,1989[3]清华大学自然辩证法教研组编.科学技术史讲义.清华大学出版社,1984L4]王鸿生?中国历史中的技术与科学.中国人民大学出版杜,1991[5]萧致治.鸦片艘争前中西关系纪事.湖北人民出版杜,1988[6]李摸涛.万事由来诃冉.华文出版社,1986[7]詹子庆等编.中国古代史.高等教育出版杜,3988][美]斯塔夫里阿诺斯着,昊象耍等译.垒球通史——150o年以前的世界.上海社会科学院出版杜19BB。