中国古代物理学的发展

中国古代物理学的发展中国有着悠久的历史和灿烂的文化，为世界文明做出了不可或缺的贡献。

科学技术是人类文明的重要组成部分,是推动文明发展的重要动力。

中国古代文明这颗参天大树的枝头缀满了奇花异果，为世界文明增添了盎然生机。

中国古人为科学技术的发展做了汗牛充栋的工作，他们的智慧凝聚在物化了的、丰富多姿的科技活动之中，使中国的科学技术和文化赋予了博大精深的内涵；而中国古代物理学则是中国古代文明的重要组成部分.中国古代物理学经历了三个发展阶段：从萌芽远古到春秋战国时期，到秦汉到明末的普遍进展；再到明末到清末，传统物理学逐渐走向衰落、西方近代物理学的传入。

物理学是与生活和生产技术密切相关的；旧石器时代人们打制的石质尖状器或刮削器，表明他们可能领悟到物体的硬度、强度以及锋刃与尖劈的作用.弓箭的发明与应用为后来对弹性材料的理论认识奠定了雄厚的基础.新石器时代制造的各种带有木柄的生活和生产用具，表明杠杆早已在实践中被使用了.原始社会时期，钻木取火的技术成为后来热学理论的依据。

在河池旁面水寻影、梳妆打扮，又促进了后来各种镜的发展及其成像知识的诞生。

令人惊讶的是,公元前6000年，河南舞阳贾湖村人创制了具有六声或七声音阶的骨笛。

它表明中国古代的音乐文化远早于古巴比伦文化。

声学知识的起点之高、在贾湖骨笛出土之前是任何人也想象不到的。

夏、商、西周时期，各种工具与机械的制造，使人们积累了大量的物理经验。

殷商时期，人们已经制造了镜面微凸的青铜镜。

晚商与西周时期，编磐、编钟大发展.公元前10世纪,钟工和乐师通过调音而创制了双音钟，即一个钟壳能发出二个基音。

这是人类声学技术的非凡成就.反映了西周典章制度的《周礼·典同》记下了十二种钟的形状及其与音量、音质的定性关系，这是有关壳体振动知识的第一次经验性总结。

十二律音调体系亦可能完成于商、周之际。

以《考工记》和《墨经》为代表，标志春秋战国时期中国物理学的萌芽.除了《考工记》和《墨经》之外，《国语·周语》、《管子·地员》、《韩非子》等等也是先秦时期与物理学较为相关的著作。

它们所述及的弦长与音调的定量关系，共振知识，电磁知识和“司南”的制造,材料力学和影戏的起源，等等，都在物理学史上具有重要意义。

曾侯乙编钟的制造及其乐律铭文，表明春秋战国之际声学曾达到高度发达的水平.汉代以后，我国已完全进入铁器时代。

钢铁技术长足进步，从而为科学技术的发展打下了基础.在此时期，与物理学密切相关的机械制造技术有较大的发展。

西汉发明了铁齿轮、滚动轴承，被广泛用于起重.人们根据杠杆、轮、偏心轮、连杆、绳索或传动带等简单机械的原理创造出各种复杂机械。

西汉长安巧工丁缓(生卒年代不祥)发明“被中香炉”，毕岚（活跃于2世纪下半叶）造翻车；西汉末，水碓遍布;东汉初,杜诗（?～38）造水排,随后,水磨应运而生；东汉张衡(78～139）创制地动仪；三国马钧（生于3世纪）造指南车；晋代葛洪（284～364）发明具有螺旋桨原理的“飞车"；南北朝时期,祖冲之（429～500）又创制“千里船”。

隋唐时期，李皋（生卒年代不祥）制造车轮船,使桨式间歇运动变成轮式连续运动。

水力运转的浑象具有减速传动装置和棘轮系统.更有现代技术意义的是唐代杨务廉（生活于7世纪）第一次创制了具有人工合成言语声的机械木偶。

这个时期的物理学发展表现在有更多的著作记述了各方面的物理经验和知识。

继盛唐文化之后，宋、明时期是中国古代物理学和技术发展的高峰期。

在农业、手工业、建筑、冶金、武器制造、纺织、陶瓷等方面都有较大进步；火药武器和造纸技术突飞猛进地发展；在机械制造方面不仅继承了前代的成就，而且又有许多新的发明创造。

诸如,指南车和记里鼓车的创作和应用，并有了详细的文字记载；具有减速齿轮系和擒纵器计时机械的出现,影响了后世几百年；轮船此时期亦发展到高峰；在水排基础上，产生了一种称为“猛火油柜"的液压泵和活塞风箱.走马灯、管形火枪、火箭、木棉搅车。

尖劈榨机、可折叠船、水转大纺车，等等，都是这个时期的重要发明。

从明初到清末，中国传统物理学逐渐向近代过渡并最终被近代物理学所取代。

这是中国物理学史上的一个特殊时期，一方面,传统物理学仍在缓慢发展;一方面，近代物理学在中国传播：初期是传统物理学与传入中国的西方16世纪之前物理学相互交融,促进中国传统物理学的繁荣；然后，近代物理学于19世纪40年代起传入中国，并立即取代了中国的传统科学。

第一节中国古代的自然观中国在当今世界上是最使人感到神秘而惊愕不已的国家，而且这还不只是由于她的古老和地域的广阔；中国是当今世界上有着持久文化传统的最古老的国度,她的人口也居世界之首；她一度是雄视全球的强大帝国，一个引人瞩目的征服者，她为世界贡献了自己某些重要的发明;她拥有自己独特的文学、哲学和对自然的思考;当她在技术领域中展翅飞翔之时，其他国家还刚刚在学着拍打着自己的翅膀。

中国古代就有盘古开天地、女娲补天等神话传说；中国古人以其独特的东方思维方式，构造了一整套庞大的自然观体系，其中融会了中国古代哲学与自然科学的思想.中国的先哲们在对自然的研究中饱含哲学的思辨，在对哲学的研究中又富于对自然科学以及宇宙生成问题的探究。

一、阴阳学说阴阳说是我国古代由巫术和占卜发展起来的，并在我国古代哲学乃至整个科学中起重要作用的哲学思想；是中国古代哲学对物质本原思考的重要命题，是中国思想和文化的核心。

阴阳的原意非常简单：“阳”本是指日光,“阴”意是指没有日光。

《说文原传》曰:阴：“山北水南,日所不及”。

《尔雅》曰:阳:“山东曰朝阳，山西曰夕阳”.到后来，阴、阳发展成为指两种宇宙势力或原理，也就是阴阳之道。

到西周时期，阴与阳基本上是作为一种对偶概念出现的;阳代表阳性、主动、热、明、干、刚等等；阴代表阴性、被动、冷、暗、湿、柔等等；阴阳二道互相作用，产生宇宙一切现象。

这种思想，在中国人的宇宙起源里直至近代依然盛行;以后又逐渐演变成解释或说明自然现象与社会现象的一对基本范畴.后来，阴阳就与《周易》从根本上结合起来,阴阳是《易经》的精髓;图1—1为伏羲古太极图中的阴阳鱼。

《周易》是我国古代哲学最重要的经典著作之一，它起源于殷周之际，这部三千年前的文化典籍,对人类文化史来说也是十分罕见的；它对阴阳说作了充分的阐述。

《周易》由《易经》、《易传》两大部分组成。

《易经》由64卦的卦辞和384 爻的爻辞组成,《易传》是对这些卦辞和爻辞的解释和论述。

《周易》的整体构架是以一阴（阴爻－－）一阳（阳爻——）为基础,变化万端，阴阳使《周易》体系圆通且具理性。

《易经》的经，基本成分是所谓“八卦”，每一卦由三条连线或断线组成（图1—2为伏羲的八卦方位）,任取二卦组合起来，得六十四卦。

《周易》的作者注意到自然界的各种现象，从中抽出8种基本现象，这就是天、地、山、泽、水、火、风、雷。

为了能说明这8种现象，作者展示了一个演化过程，即“易有太极,是生两仪；两仪生四象,四象生八卦”（《易经·系辞上》)。

大致的含义是，宇宙的本原是“太极”（这是物质的原始状态,也有解释成无的），“太极"生出天地（即“两仪”)，再生出四时（春夏秋冬即“四象"），再生出天地山泽水火风雷（即“八卦")。

八卦中天地是派生山泽水火风雷之母。

《周易》认为,太极是世界万物的本源，由太极产生出阴阳，由阴阳的作用演化出时间,然后形成了作为原始之物的八卦，由八卦再演化出万事万物。

现代学术界提出一个说法，认为八卦、六十四卦都是周初发明的,用以模拟龟甲兽骨上占卜的裂纹，根据裂纹来断定所卜的吉凶。

但是这样的裂纹，形状既不规则，数目也不一定，所以很难用固定的公式解释它们。

除了阴阳的观念，还有一个重要的观念是数的观念。

由于古人通常认为占卜是泄露天机的方法，又由于用春草占卜是根据不同的数的组合,所以“易传”的作者相信命运天机决定于数.照他们的说法，阳数奇，阴数偶.“易传"说，“天一地二，天三地四，天五地六,天七地八,天九地十。

天数五，地数五,五位相得而各有合。

天数二十有五，地数三十,几天地之数五十有五；此所以成变化而行鬼神也。

"二、五行说五行说是中国古代朴素的物质构成的思想；“五行”传说是上天赐于大禹治水九畴中的第一畴；五行说中的“五",意指“金、木、水、火、土”，是组成世界的五种基本元素;“行”，指事物运行规律。

公元前10世纪《尚书》中记载：“水火者，百姓之所饮食也；金木者，百姓之所兴作也；土者，万物之所资生也,是为人用。

"我国古代对“金”的重视，反映古代冶炼业的发展;对“木”的重视，反映建筑业的发达.对于万物的形成，西周末的史伯《国语·郑语》提出“和实生物，同则不继”的命题,也就是说，不同图1-1为伏羲古太极图 图1-2为伏羲的八卦方位元素的适当混合可以构成万物，即“以土与金、木、火、水杂，以成百物。

”古人在生产与生活实践中，把自然界的物质进行了归纳分类，对这五种基本物质的形态、性质与作用进行了说明，并且指出了不同的物质相互交杂才能产生新的物质。

由此可见，史伯的五行与《尚书》中已带有元素的特点，世界万物皆由这五种元素构成。

春秋战国时期，五行说与阴阳说结合形成阴阳五行说,五行的概念开始外延，形成了五行相生相克、生克制化的理论，建立了以五行为基准的庞大的对应体系，人们对五种元素之间的关系也逐渐有了更全面的认识。

这样的关系有两种：相生和相克。

相生的关系是：土生金、金生水、水生木、木生火、火生金；相克的关系是：土克水、水克火、火克金、金克木、木克土。

这种“生”与“克"的关系虽然能说明某些自然现象,但也被赋予了一些神秘性,对古代物理学的发展产生了消极影响。

宋代以后，科学家们把五行作为由太极到万物的中间环节，五行被容纳于宇宙生成体系之中。

宇宙由无极（太极)而生，由太极生出阴阳，由阴阳生出五行，由五行的相互作用，生出男、女与世间万物。

但此时的五行，已被纳入道家理论体系中，不再是最基本的物质了。

三、原子论西方人认为，中国古代没有原子论思想；其实中国不但有原子论，而且有着丰富的原子论思想。

中国原子论思想有两个思路:其一、认为物质不能无限可分；《墨经》中主張物质是无限可分的。

战国时期成书的思孟学派的代表作《中庸》说道：“语小,天下莫能破焉."名家的代表人物惠施（约前375～前318）曾提出一组重要的定义:“至大无外，谓之大一；至小无内，谓之小一。

”(《庄子·天下》）其中“大一”是指极大的程度，可以用“无外”来描述；“小一”则小到“无内”的程度。

《墨经》曰：“端，体之无序而最前者。

"在《墨经·经上》中对“端”的解释是,端“是无间也”。