醋老西
第1楼2006/11/20
(3)声学方面
据文献记载和考古的发现,在周朝以前已经有了各种乐器(管、弦和打 击乐器),而且很早就制定了有科学根据的乐律,即各音之间有频率的简单 整数比的关系,或是说有一定的音程。乐律说有丰富的物理声学内容,它的 产生和发展,是物理声学史中重要的组成部分。
《吕氏春秋》上记载有“昔黄帝令伶伦作为律,伶伦自大夏之西,乃之 阮阝俞之阴,取竹于山介溪之谷,以生空窍厚均者,断两节间,其长三寸九分 而吹之,以为黄钟之宫,吹曰舍少。次制十二筒,以之阮阝俞之下,听凤凰 之鸣,以别十二律”,这种属于传说性质的东西,当然不能完全凭信。但是 早在公元前六世纪有个叫伶州鸠的乐官曾把十二律的名称一一列举,并把它 们的出现和周武王伐纣(前1066)的时间联系起来。因此,在这之前肯定就 有了系统的乐律了。
关于定“律”的方法,早在公元前四世纪就以“三分损益法”定出了五 度相生律。
具体是以黄钟的弦长为81(34)作为宫音,然后依次乘以4/3和2/3得到 五音:
宫音弦长=34=81,
征音弦长=81×(1+1/3)=108,
商音弦长=108×(1-1/3)=72,
羽音弦长=72×(1+1/3)=96,
角音弦长=96×(1-1/3)=64。
这样,若以征音(主音)为1,则各音的频率比是:征:羽:宫:商:角 =1:9/8:4/3:3/2:27/16。而且按宫征商羽角的次序排时,相邻二音间的音程是3/2和3/4,即简单的整数比。可见,这时对于弦长与频率间的关系已经有 了一定的认识。
只有五个音对于演奏来说显然是不够的。 所以后来又增加了两个变音(变宫、变征)和其它一些半音,使得在一个八度(倍频程)内共有12个音, 这就构成了所谓十二律。
在声学方面除了乐律之外,还有关于共鸣的知识也是值得提出的。我国 古籍中多次记载了物体的共振和声音的共鸣现象。《墨子·备穴篇》记述了利 用空气柱的共鸣作侦破敌军挖洞攻城的方法。《庄子·徐无鬼》中也有共鸣现 象及其解释的记载:“鼓宫则宫鸣,鼓角则角应,音律同矣。”这些记载表 明当时人们不仅发现了基音共振现象,而能够用“音律同矣”去解释它。可 以说是世界上最早关于共鸣现象的认识。 在公元三世纪时张华(232至 300)在了解共振、共鸣现象的基础上,还进一步掌握了消除共鸣的科学 方法。南北朝宋人刘敬叔(390至470)所著《异苑》中有这样的记载:“晋中朝时,蜀有人蓄铜藻盘,晨夕恒鸣如人扣,乃问张华。华日:‘此盘与洛钟宫商相谐,宫中朝暮撞钟,故声相应。可令轻,则韵乖,鸣自止也。' 依其言,即不复鸣。”
(4)关于物质和运动的概念
①物质观。
关于物质的构成,中国古代有多种说法, 如 “ 五行说 ”, “八卦说”,“元气说”以及墨家提出的“原子论”。这里仅介绍先秦时期 两种物质观。
关干“五行说 ”。这一学说始于夏朝,流行于商朝,到了西周发展为 “五行元素说”。西周末年,太史官史伯在总结前人思想以后说:“夫和实 物,同则不继,以他平他谓之和,故能丰长而物生之,若以同裨同,乃尽弃 矣。故先王以土与金、木、水、火杂以成百物”。(国语·郑语。)这里已十 分明确的把水、火、木、金、土五种基本物质当成组成世界万物的原始材料。 更加清楚地表明中国古代原始五行说,实际上就是最早的关于物质组成的假 说。它不仅具有朴素的元素概念,并具有物质相互转化的观念。 我国原始五行说发展到了春秋时代,又出现了五行相生相克的学说,即
水生火,火生土,土生金,金生水,水生木;
木克土,土克水,水克火,火克金,金克木。
显然它是由实践经验抽象出来的。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。这种关系深刻地揭示了组成世界的五种基本物质 元素在相互转化的复杂变换过程中,生成和消失的速率是受控的,在量上是 互补的,因而元素的种类和总量不增不减,物质守恒。
关于“阴阳八卦说”。这一学说起源于殷周之际,实际上也是一种原始 的元素论。它从人们生活经常接触的自然界中选取了八种东西作为说明世界 上其他多种东西的根源。所谓八卦,即用八种符号来表示八种自然现象,而 这八卦是由阳爻(音挑yao)用“-”表示和阴爻用“一”表示,阳爻和阳 爻排列为八卦,再由八卦排列为64卦。八卦分别是三乾、坤、震、 巽(xun)、坎、离、艮、兑等,它们分别表示天、地、雷、风、水、火、山、 泽。由于阴阳的排列23 即可得八卦,同理再由八卦排列为82,即可得64 卦。世界就是在阴阳两种对抗物质势力运动推动下孳生着。 发展着。这是一种十分朴素的万物生成的唯物主义观念。 然而,这两个本来独立发展的、具有唯物主义色彩的物质学说,到后来 经邹衍之手,加以歪曲比附,推演到人事和社会历史上去,使其被蒙上了浓 厚的迷信色彩,走上了唯心主义的玄学途径,失去了作为说明世界的一种初 级认识作用。
②运动观念。
在我国古代,人们把运动理解为一般变化,其中包括产生 和消灭,数量增减和性质变化,以及位置移动。对于位置的移动,《墨经》 中有专门的论述,并对“运动”和“静止”的观念下了定义:经上:“动, 或(域)徙(徙)也。”意思是说,凡物之动,乃其所处的位置的变化。经 说:“动:偏祭(际)徙(徙)者,户枢免瑟。”这里补充说明转动也是运 动;经上:“止,以久也”。“久”即时间,意思是说,静止,是指某物体 在某一时间限以上处于空间中同一位置,即物体在某一位置上停留一段时间, 这就是静止状态。经说:“无久之不止,当牛非马,若夫(矢)过楹。有久 之不止,当马非马,若人过梁。”这里墨家进一步说明静止与运动的关系: 把静止分为“无久之不止”与“有久之不止”两种情形。前者讲的是运动飞 快的物体,使人感觉不到在空间某一位置有停留的时间;后者讲的是运动缓 慢的物体,使人能够感觉到它在空间停留一段时间(静止)。除墨家外,先 秦时期,许多学者都提出过关于运动和静止的辩证命题。如惠施的“日方中 方睨,物方生方死。”公孙龙的“镞矢之疾而有不行不止之时”;“飞鸟之 影未赏动也”。等等。
除去以上列举的力学、光学、声学和物质与运动等四个方面之外,在这 一时代中,我国还有许多其它的物理学方面的成就,例如磁现象和静电现象、气象知识等等,不再一一加以介绍了。
即使从以上的一个很不完整、很不系统的介绍,我们已经可以看到,我 国古代确实有不少很有价值的物理学成就。跟文学、艺术、哲学等其它领域 一样,比之其它文明古国毫无逊色,甚至可以说有过之而无不及。尤其是春 秋战国时代,是我国古代学术上的一个繁荣昌盛的时期,是历史上有名的百 家争鸣时期,也是由奴隶制向封建社会过渡或封建制度逐步确立的时期。在 这样的一个时代,才能产生象墨子那样伟大的思想家和科学家。当然,墨子 或墨家的成就除去由于所处时代的原因之外,还因为他们比较接近生产者, 以及他们有着比较正确的认识论的观点。如“五路”之说,把知识分为“闻 知(间接经验)、说知(理性认识)、亲知(直接经验)”,并且注意名符 其实的认识标准(“名实耦,合也。以名学实,举,拟实也”)。