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【分享】我国古代的科学技术成就

物理知识

  • 我国古代的科学技术成就

    我国古代的科学技术成就中,属于物理学或与物理学有关的,可以提出 力学、光学和声学等三个方面作一简要介绍。

    (1)力学方面

    ①《考工记》一书中的有关记载。这是一本现存的有关我国古代手工业 技术规范的书籍,可能是春秋时代(公元前700至400年)末年的作品。 它记述了许多手工业的工艺制作与设施,汇集了至公元前3、4世纪时的工 程技术知识。其中包含的力学知识,主要有:关于惯性的记载、滚动摩擦的 论述、论箭的飞行与保持稳定,还记述了有关力的测量、斜面受力分析以及 材料和施工中的一些软科学知识。

    ②《墨经》中有关力学知识的记载。《墨经》战国时代以墨翟(公元前 490至403年)为首的墨家的代表作,分为“经”与“经说”两大部分。 经说是经的注解。前者的内容大多是一些定义性质的条文,后者则带有定律 的性质的解释。

    《墨经》中的软科学知识已不全是实际生产知识的总结和记述,而是对 力学现象进行了粗浅的概括,并进行了一些推理论证。诸如,关于时空观念、 运动学知识、力的概念、力系平衡的论述,以及斜面、滑轮及其应用,等等。 现举一条关于杠杆的理论探讨以兹说明: 经下第25条:“天(衡)而必正,说在得。”

    经说:“(衡),加重于一旁,必捶(垂),权重相若也。相衡,则本 短标长,两相加焉,重相若,则标必下,标得权也。”

    这一条说明了不等臂天平(秤)的平衡关系。可能是墨家探讨杠杆平衡 关系的实验总结,说明墨家发现杠杆定律较之古希腊的阿基米德要早二百多 年。但并没有阿基米德杠杆定理那样完整和定量化。

    ③侯风地动仪。这是东汉张衡(公元78至139年)所制的世界上第 一台地震仪。《后汉书张衡列传》上有下面一段记载:“(顺帝)阳嘉元年 (即公元132年),复造侯风地动仪。以精铜铸成,圆径八尺,合盖隆起, 形似洒尊,饰以篆文山龟乌兽之形。中有都柱,傍行八道,施关发机。外有 八龙,首衔铜丸;下有蟾蜍,张口承之。其牙机巧制,皆隐在尊中,覆盖周 密无际。如有地动,尊则震,龙机发,吐丸而蟾蜍衔之,振声激扬,伺者因 此觉知。虽一龙发机,而七首不动。寻其方面,甩乃知震之所在。验之以事, 合契若神。自书典所记,未之有也。当一龙机发而地不觉动,京师学者咸怪 其无征。后数日驿至,果地震陇西。于是皆服其妙。自此以后,乃令史官记 地动所从方起”。

    显然,这是一种测定震源方向的仪器。可惜,后来这架地动仪失传了。 我国考古博物学家王振铎在总结国内外学者复制研究工作的基础上,根据书 上的记载和力学原理满意地复制成功了侯风地动仪的复原模型,它主要是一 个利用了重心很高的“都柱”的不稳平衡。从这个仪器的制造来看,张衡已 利用了力学上的惯性原理,同时他对地震波传播和方向性也一定有所了解。 这些在当时来说都是十分了不起的。

    ④记里鼓和指南车。这是三国时魏人马钧根据以前的记载模仿制成的两 种利用各种齿轮的复合运动传动的自动机构。记里鼓是利用原动齿轮带动大 小不同的一套从轮,使车轮转动把车行的里数自动地表示出来的一种装置。 指南车是利用一套能自动离合的齿轮系统的定向装置,使得立在车上的一个 木制人像的手永远指着固定的方向。关于这两种装置的结构,在刘仙洲教授 著的《中国机械工程发明史》第一编第五章中有较详细的介绍。

    (2)光学方面

    关于光学知识的记载以《墨经》经下中的八条(16至高无23)最为 系统。其内容涉及影子生成的道理,本影和半影,由物体与光源的相对位置 确定影子的大小,光的直线传播实验,光的反射性和平面镜成像,凹面镜成 像,凸面镜成像等。它已触及了几何光学很大一部分,从时间上看要比古希 腊欧几里德注《反射光学》早一百多年,所以,《墨经》中的光学条文,不 仅是我国最早的光学著作,也是世界古代科技史上难得的各较全面的光学著 作。

    经下第16条:“景不徙,说在改为。” 经说:“景:光至,景亡;若在,尽古息。”这一条是论述影的生成。 各家的解释在这一点上没有分歧。然而细致地推敲起来,又各有不同的见解。 主要是对于经说中的“若在”指的是“影在”,还是“物在”,有不同的理 解。

    经下第22条:“鉴(洼),景一小而易,一大而正,说在中之外,内。” 经说:“鉴:分鉴;中之内,鉴者近中,则所鉴大,景亦大;远中,则 所鉴小,景亦小,而必正,起于中缘正而长其直也。中之外,鉴者近中,则 所鉴必大,景亦大;远中,则所鉴小,景亦小,而必易,合于中而长其直也。” 这一条讲的是凹面镜成像的规律。钱临照先生对此有很好的解释。他特 别指出,当时不是用一个光源和纸屏进行观察,而是人脸本身为物,以眼为 屏,所以在“一小而易”和“一大而正”之间不能发现“一大而易”的情况。 他并从而推断,经文中所说的"中",是指从镜面的曲率中心到其焦点之间的 一段区域,而不是一个点。
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  • 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”)。

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  • 任禾

    第2楼2006/11/20

    这些好像还算不上科学吧!太牵强了。

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  • OGC

    第3楼2006/11/21

    这个叫科学发展史,要学好一门课至少要先了解他的历史。

    rrrr 发表:这些好像还算不上科学吧!太牵强了。

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  • chy813

    第4楼2006/11/22

    有的应该算哲学.

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  • redblack

    第6楼2008/04/29

    其实我们古代的科学研究也挺不赖的说

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