中国古代的物理学成就——易经

生物是完全不同于非生物的特殊实物，非生物形成了自然现象，而生物是形成生命现象（社会、意识、思想、特异功能、心灵感应、智力、生命力、灵魂、生物能等现象）的主体。二者有完全不同的性能和现象，因此一定有不同的组成和结构。我们已经知道，分子构成细胞，细胞构成生物。在分子之间和细胞之间还有气物质，就是虚物炁体，这些就是经络穴位物质。具体地说，生物是由固态的骨肉发甲、液态的体液（津血）、气态的呼吸消化道、炁态的经络穴位共四个系统组成的统一的有机整体。固液气三态构成生物的肉身系统，炁态经络构成生物的意识系统。四态齐全才能构成活生生的生物，缺一不可，而且炁态才是决定生命活动的关键系统，没有了炁态系

时空观的先进性 在欧洲，人们对时间和空间的认识是割裂的，孤立的，直到20世纪初，相对论才把空间和时间科学地统一起来。但在中国古代，远在先秦时期，不少哲人就把空间和时间联系起来考虑。战国时期成书的《管子·宙合》篇，把时间称为“宙”，空间称为“合”，其中说，“天地，万物之橐，宙合又橐天地”，意思是说，万物都包涵在天地之内，而天地又包涵在时空的“宙合”之中。墨家对时空的认识又有了新发展，他们把空间称为“宇”，包括东南西北、四面八方的各种不同场所和方位，把时间称为久，“宇久”就是现代的宇宙。

物质无限可分论的最旱提出者 战国的惠施已经认识到“至小无内，谓之小一”，意思是说物的构成单位没有内部的极限，是无限小的。与惠施同时代的辩者还用具体比喻来说明物质的无限可分性，即“一日之捶，日取其半，万世不竭”。这种物质不可穷尽的观点，比古希腊的原子论更深刻地反映了自然界的辩证本性。

对雪花晶体的认 识古代欧洲对雪花晶体的认识始于13世纪，阿尔伯特斯于1260年提到“雪花是星状的。”但对雪花晶体六角对称性的认识，西方直到开普勒才实现。1611年，开普勒在《把六角形的雪花作为新年礼物》的论文中肯定了雪花的六角晶体结构。中国古人对雪花晶体六角对称性的认识始于西汉的韩婴，公元前135年，他在《韩诗外传》中说：“凡草木花多五出，雪花独六出”。这比欧洲要早十几个世纪。

利用振动原理制成的喷水鱼洗 喷水鱼洗，一个类似铜盘的器物，其外缘上有一对称竖起的双耳。当盆内盛水时，如来回摩擦铜盆的双耳，会产生嗡嗡的响声，同时有水柱从水面升起。早在中国五代时期，晋国被辽国战败，晋皇帝投降时（946年）曾向辽太宗贡献了一个能喷水的双鱼瓷盆，这是我国古籍记载中最早的喷水鱼洗。铜质喷水鱼洗的出现则在北宋后期，在宣和年间（1119—1125）还出现了能喷水的玛瑙质鱼洗。

鱼洗喷水的原理是振动，一种规则的类似圆柱形板的板振动。振动从双耳传到侧壁，产生垂直于水面的横向振动，使水面溅起水花。

西方对板振动的研究始于18世纪下半叶德国的克拉尼。为使板振动变为可见，他在金属板上撒上一层薄砂，然后敲击金属板使它振动，板上的细砂就移到那些不振动的波节线上。他由此画下的各种振动图形就是克拉尼砂图。中国的喷水鱼洗比克拉尼振动板早7个世纪。

对共振现象的认识与实验 我国古代很早就对共振现象有记述，公元前3世纪—4世纪的《庄子》一书就记载了调瑟时发生的共振现象。这种基音与泛音共振现象的发现比西方早得多，欧洲直到15世纪才由达·芬奇首次进行共振实验。《墨子·备穴篇》还记述了共振现象的具体应用：在城墙根下每隔几米，挖一个坑，坑内埋置容量为70升—80升的陶瓮，瓮口蒙上皮革。若有敌人挖地道攻城，可以根据各陶瓮声响情况，确定敌人挖掘的位置和方向。

中国古代不仅很早就懂得共鸣现象，还掌握了消除共鸣的方法。唐代著作《刘宾客嘉话录》记载了这方面的一个故事：洛阳某和尚的房里挂有一个磬，经常自鸣发声，和尚因此惊忧成疾。一天朋友曹绍夔来访，发现磬的自鸣是由寺院的钟声引起的，就用锉把磬锉磨了几下，果然，钟再响时磬不再自鸣了。

世界上最早的游标卡尺 公元初年，王莽变法改制，制作了一种铜卡尺。它长14．22厘米，分固定尺和活动尺两部分。尺的正面刻有寸、分等刻度。从原理、性能、用途看，这个游标卡尺同现代的游标卡尺十分相似，但它比西方科学家制成的游标卡尺早1700多年。

常平架装置 公元4世纪前成书的《西京杂记》记载了长安工匠丁缓发明的被中香炉。当将香炉中的檀香木块点燃后，可以把香炉随便放进被子里，不仅不会烧坏被子，连香炉灰也不会撒出来。奥妙在于炉内有一种叫“常平架”的装置，它由内外两个金属环组成，两环用转轴联结，外环又通过另一转轴与外架联结。这种常平架装置在近代航海磁罗经、电罗经上有广泛应用。欧洲直到16世纪才出现常平架装置，比中国晚了1600多年。

物理相关的中国的世界第一还有许多，如磁偏角和磁倾角的发现、对太阳能的利用、潜望镜、透光铜镜、光的直线传播、小孔成像、十二平均律等方面的发明和发现，都是在世界上最早的

　　《周易》即《易经》，内容包括《经》和《传》两个部分。《周易》是中国传统思想文化中自然哲学与人文实践的理论根源，是古代汉民族思想、智慧的结晶，内容极其丰富，对中国几千年来的政治、经济、文化等各个领域都产生了极其深刻的影响。

　　易经尤其其《经》的部分，包含一点人们对世界的根本认识的信息，表明古代的人们认为世界是一个总体，具有相互矛盾而又相互联系的两种特性状态，同时可以把世界分解成八种组成元素，他们并相互转化，具有朴素的辩证性思维。

　　但是，易经根本就不是古典物理学。易经包含古人类相关的自然与社会认识信息，并且以文艺性方式（文字论述与记事的方式）表达出来，但是远没有物理研究的主观意识、没有物理思维方式和物理基本的知识。所以，说易经是古典物理学，是一种附会的说法，或者部分学者对这部书含有较强自然观察意识的一种赞美，是某种修饰性说法。但本质上，易经远谈不上是物理类书籍。

格物致知是中国古代儒家思想中的一个重要概念，乃儒家专门研究物理的学科，已失佚，源于《礼记‧大学》八目——格物、致知、诚意、正心、修身、齐家、治国、平天下——所论述的“欲诚其意者，先致其知；致知在格物。物格而后知至，知至而后意诚”此段。但《大学》文中只有此段提及“格物致知”，却未在其后作出任何解释，也未有任何先秦古籍使用过“格物”与“致知”这两个词汇而可供参照意涵，遂使“格物致知”的真正意义成为儒学思想的难解之谜。《现代汉语词典》2012年发行的第六版将“格物致知”解释为：“推究事物的原理，从而获得知识。

　　1、 取火的方法和对火的认识

　　我国古代取火的工具称为“燧”，有金燧、木燧之分。金燧取火于日，木燧取火于木。根据我国古籍的记载，古代常用“夫燧”、“阳燧”（实际上是一种凹面镜，因用金属制成成， 所以统称为“金燧”）来取火。古代人们在行军或打猎时，总是随身带有取火器，《礼记》中就有“左佩金燧”、“右佩木燧”的记载，表明晴天时用金燧取火，阴天时用木燧取火。阳燧取火是人类利用光学仪器会聚太阳能的一个先驱。讲到取火，古代还用自制的古透镜来取火的。公元前2世纪，就有人用冰作透镜，会聚太阳光取火。《问经堂丛书》、《淮南万毕术》中就有这样的记载：“削冰令圆，举以向日，以艾承其影，则火生。”我们常说，水火不兼容，但制成冰透镜来取火，真是一个奇妙的创造。用冰制成透镜是无法长期保存的，于是便出现用玻璃或玻璃来制造透镜。

　　《华严经》菩萨问明品 记载“勤首菩萨以颂答曰： 如钻燧求火，未出而数息，火势随止灭，懈怠者亦然。如人持日珠，不以物承影，火终不可得，懈怠者亦然”。

　　2、针孔成像和影的认识

　　公元前4世纪，墨家就做过针孔成像的实验，并给予分析和解释。《墨经》中明确地写道：“景到（倒），在午有端，与景长，说在端。”这里的“午”即小孔所在处。这段文字表明小孔成的是倒像，其原因是在小孔处光线交叉的地方有一点（“端”），成像的大小，与这交点的位置无关。从这里也可以清楚看到，古人已经认识到光是直线行进的，所以常用“射”来描述光线径直向前。北宋的沈括在《梦溪笔谈》中也记述了光的直线传播和小孔成像的实验。他首先直接观察在空中飞动，地面上的影子也跟着移动，移动的方向与飞的方向一致。然后在纸窗上开一小孔，使窗外飞的影子呈现在窒内的纸屏上，沉括用光的直进的道理来解释所观察到的结果：“东则影西，西则影东”。墨家利用光的直线传播这一性质，讨论了光源、物体、投影三者的关系。《墨经》中写道：“景不徙，说在改为。”“光至，景亡。若在，尽古息。”说明影是不动的，如果影移，那是光源或物体发生移动，使原影不断消逝，新影不断生成的缘故。投影的地方，如果光一照，影子就会消失，如果影子存在，表明物体不动，只要物体不动，影子就始终存在于原处。墨家对本影、半影也作了解释。《墨经》中有这样的记载：“景二，说在重。”“景二，光夹。一，光一。光者，景也。”意思是一物有两种投影（本影、半影），说明它同时受到两个光源重复照射的结果（“说在者”，“光夹”）、一种投影，说明它只受一个光源照射，并且强调了光源与投影的联系（“光者，景也”）。与此相连，墨家还根据物和光源相对位置的变化，以及物与光源本身大小的不同来讨论影的大小及其变化。

　　3、对面镜的认识

　　墨子对凹面镜、凸面镜和平面镜成像的原理也进行了比较系统的研究，已发现了凹面镜焦点的存在。如墨家对凹面镜作了深入的观察和研究，并在《墨经》中作了明确、详细的记载。“鉴低，景一小而易，一大而正，说在中之外、内。”“低”表示深、凹之意；放在“中之内”，得到的像是比物体大而正立的。虽然他尚把球心和焦点混淆在一起，但这些实验是世界上最早的光学实验，具有重大的科学意义。李约瑟曾把墨子光学与古希腊光学进行比较，指出墨子的光学研究“比我们任何所知的希腊为早”，“印度亦不能比拟”。

　　北宋沈括对凹面镜的焦距作了测定。他用手指置于凹面镜前，观察成像情况，发现随着手指与镜面距离的远近变化，像也发生相应的变化。在《梦溪笔谈》中作了记载：“阳燧面洼，以一指迫而照之则正，渐远则无所见，过此遂倒。”说明手指靠近凹面镜时，像的正立的，渐渐远移至某一处（在焦点附近），则“无所见”，表示没有像（像成在无穷远处）；移过这段距离，像就倒立了。这一实验，既表述了凹面镜成像原理，同时也是测定凹面镜焦距的一种粗略方法。

　　墨家对凸透镜也进行了研究。《墨经》中写道：“鉴团，景一。说在刑之大。”“鉴团”即凹面镜，也称团镜。“景一”表明凸面镜成像只有一种。“刑”同形字，指物体，它总比像大。我们的祖先，利用平面镜能反射光线的特性，将多个平面镜组合起来，取得了有趣的结果。如《庄子·天下篇》的有关注解《庄子补正》中对此作了记载：“鉴以鉴影，而鉴以有影，两鉴相鉴，则重影无穷。”这样的装置，收到了“照花前后镜，花花交相映”的效果。《间经堂丛书》、《淮南万毕术》中记有“取大镜高悬，置水盆于其下，则见四邻矣。”表明很早就有人制作了最早的开管式“潜望镜”，能够隔墙观望户外的景物。

　　此外，汉代发明的透光镜，能够反射出铜镜背面的精美图像，是中国古代光学的一大发明，现在仍引起中外学者的关注。

　　4、对虹的认识

　　虹是一种大气光学现象，从公元6世纪开始，我国古代对虹就有了比较正确的认识。唐初的孔颖达（574-648）曾概括了虹的成因，他认为“若云薄漏日，日照雨滴则虹生。”明确指出产生虹的3个条件，即云、日、“日照雨滴”。沉括对此也作过细致的研究，并作实地考察。在《梦溪笔谈选注》中写道：“是时新雨霁，见虹下帐前涧中。”予与同职扣涧观之，虹两头皆垂涧中。使人过涧，隔虹对立，相去数丈，中间如隔绡觳，自西望东则见；盖夕虹也。立涧之东西望，则为日所铄，都无所睹。”指出虹和太阳的位置正好是相对的，傍晚的虹见于东方，而对着太阳是看不见虹的。地虹有了认识之后，便可以人工造虹。8世纪中叶，唐代曾有过这样的试验：“背日喷呼水成虹霓之状”，表示背向太阳喷出小水珠，便能看到类似虹霓的情景。

　　5、墨经光学八条

　　墨翟（约公元前478年——前392年），是墨家学派的创始人。战国时期的政治家、科学家。他和他的门徒根据古代劳动人民在实践中认识到的光学知识，研究总结出八条带规律性的经验，记录在《墨经》中，分条厘说，通称“墨经光学八条”，是《墨经》中精粹部分之一。光学八条直接涉及到光学应用中一些问题。

　　发光体照射物体形成影子，是大自然中最普通的现象，又是摄影师在艺术造型中饶有兴趣的问题。《墨经》中的光学论述，首先是以此开始的。“光学八条”中的第一、第二条是：经：景徙。说在改为。说：景光至，景亡。若在，尽，古息。（第一条）经：景二。说在重。说：景，二光，夹，一光。一光者景也。（第二条）

　　大意是说影子产生的原因。在光照到的地方，就没有影子；如果有影子，那就是光被物体遮挡。进一步说，如果光源、物体和承影面相对静止，那么影子的位置也相对固定。当两个光源同时照射一个物体时，就产生了二个“半影”夹持着一个“本影”；一个光源照射时只有一个影子。这二条反映了古代人民对光学现象最朴素的认识。还有一条颇值得注意，它直接论述到针孔成像的原理。原文是：经：景到，在午有端；与景长，说在端。说：景光之人照若射，下者之人也高，高者之人也下。足蔽下光，故成景于上，首蔽上光，故成景于下。在远近，有端与于光，故景库内也。（第三条）

　　这条大意是说，影子倒过来是因为光线在小孔处汇成光束所致，“午”是指光束相交之点，即针孔处。光线好象箭一样直线传播着，从下方来的光线通过小孔成象于上方，从上方来的光线成像于下方。经说最后一句“在远近有端于光”，近代学者多解释为类似摄影光学中物距、像距的概念。“这可以说明现今照像者进退暗箱的理由”。第五条论述的是关于光的强弱关系。结论是：发光体远近决定光的强度。类似现代光度学概念。四、六两条是解释平面镜反射现象。

　　中国古代，冶炼技术十分发达。随之而来的是铜镜制造工艺，根据文字记载和考古的发现，当时的铜镜不仅有平面镜，而且根据不同用途制成了凸面镜或凹面镜，凹面镜，古称阳燧，是人们利用阳光聚焦取火的工具。古代没有专门掌管阳燧的官职，《周礼》卷七十《秋官·司寇下》记载：“司烜（音火。古官职名）氏掌以夫遂，取明火于日。”东汉郑玄注：“夫遂，阳燧也。”应该指出的是，凹面镜在现代应用摄影光学中占有重要地位。近来出现折反式摄影镜头，已进一步证明了这一点。古人已认识到物体放在球心外时，获得的是比物体小的倒立像。当物体在球心内时，得到的是比物体大的正立像。即经中所说“鉴低，景，一小而易，一大而击。说在中之外，内。 概括起来，可推断那时人们已经懂得：1 光的直线传播；2 影子的成因及变化规律；3 针孔成像的道理；4 针孔暗箱成像时，物、像大小取决于物距和像距的关系；5 类似放大率的概念；6 凹面反光镜前焦点到球心，这一区域在成像中的特殊意义。墨经光学八条，体现了先秦时期我国人民在科学研究方面的突出贡献。由于认识水平的限制，用今天的眼光看来，带有明显的片面性和不完整性。《墨经》的内容，尽管文字深奥难解，但学术界各家的注疏基本一致，其内容本身是不容置疑的。墨家学派形成后，开辟了中国的“格致之学”，对后人研究摄影光学有所启迪。

　　6、光学折射现象的发现

　　《墨经》中没有论及光线在不同介质中传播时产生的折射现象，这是因为当时的工艺制造条件，尚不能提供理想的透明玻璃，而折射现象直接关系到透镜成像理论基础。公元前139年西汉淮南王刘安主持编修的《淮南万毕术》中除了重复“阳燧见日则火生”的说法外，还出现了用冰制造透镜的记载：“削冰令圆，举以向日，以艾承其影则火生。”另据《西京日记》记载，汉武帝（公元前140年——前87年）时，已知道用白光琉璃将阳光折入暗室使成为白昼。又据清代林志诚著《事类统编》称：北魏时（386——581）西域月氏国商人用矿石制成人造有色琉璃。曾做了一间可容百人的房子，四周利用人造琉璃折光，使室内光色映澈。及至宋代刘歧写的《暇日记》也谈到利用水晶折光将阳光焦聚，照亮阴暗的案牍。

　　北宋大科学家沈括（1031——1095），在他的著作《梦溪笔谈》中，进一步对小孔成像理论和凹面反光镜作了分析和解释，取得新的成果。他用生动的比喻说明小孔成像是因为光线穿过“碍”（即小孔）形成光束所造成的结果。以后，人们在日常生活里，多次观察到由于客观条件的巧合而形成的小孔成像现象，遂引起广泛的注意，而尤为历代文人所重视，古籍中也常有记载。元代陶宗仪的著名笔记著作《辍耕录》中说：“平江虎丘阁，版上有一窍。当日色清朗时，以掌大白纸承其影，则一寺之形胜，悉于此见之。但顶反居下耳，此固有象可寓，非幻出者。”又说：“松江城中有四塔……夏监运家乃在四塔之东，而小室内却有一塔影，长五寸许，倒悬于西壁之上，不知从何而来。然不常有，或时见之焉，是又不可晓也。

　　明代刘侗、于奕正著《帝京景物略》提到北京天宁寺中的小孔成像，并且做了一些解释。原文是“塔倒影，在大土殿。日方中，阖殿中门，日入门罅，塔全影倒现石上。昔人云：影从罅入，空中物则旁碍，碍则影束，影束则倒。……今悬镜中像，过旁镜，其物正倒也，阳燧倒影者，日光倒入也。又光从上来，层十三具，光一再传，物体则小也……。”明清时期的北京庙宇慈慧寺，也是当时以倒影著称而吸引游客的古迹。

　　“针孔成像”的现象，引起人们愈来愈大的兴趣。为了进一步研究，元代科学家赵友钦设计了一个相当庞大的光学实验。他把一整座房屋作为实验室。在左右隔开的二间房内，各掘一个不同深度圆井。井口处各置小孔，楼房的活动棚顶作承影屏，用上千支蜡烛做发光体。通过预先设计的实验程序得出以下结论：“针孔”扩大到相当大时，不能成像；“针孔”相当小时，屏上的像和光源形状相同，但方向相反；“照度”和距离成反比关系。

　　赵友钦把这次实验的过程和结果，写成一篇论文，叫《小罅光景》，收入他的自然学文集《革象新书》。这部书后来被收入明代编纂的大型类书《永乐大典》中。赵友钦的试验，使用了上千支蜡做发光体，在摄影学的意义上说明他已认识到像是由许多光点所构成。其实验场所可以说是最大的暗箱。赵友钦的论文《小罅光景》的学术水平当时在世界上是领先的。

　　明末清初的科学家方以智（字密之，号曼公。1611——1671），也在他所著的《物理小识》一书里叙述了他亲自做过的小孔成像实验：“屋漏小罅，日影如盘。尝以纸征之，刺一小孔，使日照一石，适如其分也；手渐移而高，光渐大于石矣；刺四、五穴，就地照之，而四、五穴各为光影也；手渐移而高，光合为一，而四、五穴之影，不可复得矣。”说明方以智的这个实验，是对于小孔成像的条件和影响影像大小的具体因素规律性的探索。

　　7、透镜暗箱

　　摄影术的发明和应用离不开暗箱。针孔暗箱虽能成像，但正如赵友钦实验结果那样，它存在着致命的缺点，即不能解决影像亮度和清晰度之间的矛盾。所以，透镜暗箱的出现，使光学应用技术前进了一大步。欧洲在文艺复兴时期，画家已广泛使用透镜暗箱，不过那时只作为一种绘画的辅助工具而已。明末清初，一些西方传教士来到中国，促进了中西文化的交流，随之，一些光学器具也开始传入中国。首先传入的是各种透镜，包括眼镜和放大镜。清代赵翼在《陔馀丛考》中说：“古未有眼镜，至明始有之，本来自西域。”清代以后，广东省出现了用近代方法制造玻璃的工业，为国内磨制光学透镜提供了物质条件。

　　清初的光学器具制造家孙云球，是中国磨制透镜的高手。孙云球，字文玉，又字泗滨。江苏吴县人。生于崇祯初年，死于康熙年间，仅活了33岁。他的父亲志儒，曾任福建漳州知府。孙云球小时聪明异常，13岁时就读于吴江县县学。不久父亲故去，家道中落，靠卖草药奉养母亲。他喜欢钻研机械，自制钟表，青年时代，就成了著名的透镜制造家。史书记载：“昔虎丘孙云球以西洋镜制昏眼、近光、童光等镜，为七十二种。又有远镜、火镜、端容镜、摄光镜、夕阳镜、显微镜……。”并著有《镜史》一书，可惜已经失传。证明当时国内已经能自制摄影镜头（即所称“摄光镜”），出现了一些用摄影镜头装配的光学器具，影戏灯就是其中之一。

　　所谓“影戏灯”，就是现在所说的幻灯机，或摄影用的放大机。其实，我国早在公元前三世纪时的古籍《韩非子》中就记载了古人放映幻灯的一段故事。大意是：周君请一个人为他作画，三年后画画好了。看的时候，需要筑一高墙，墙上开小孔，然后插入“筴”（相当于幻灯片），在有阳光的时候才能观看，“尽成龙蛇禽兽车马，万物之状具备。”可惜的是，这种针孔的幻灯机没有得到发展和改进。

　　清代学者顾禄（铁卿）曾记载了当时流传于民间的影戏灯的情况，他说：“其法皆传自西洋欧逻巴诸国，今虎邱人皆能为之。灯影之戏，则用高方纸木匣，腹贮油灯，燃炷七八茎。其火焰适对正面之孔。其孔与匣突出寸许，作六角式，须用摄光镜重叠为之，乃通灵耳……中嵌玻璃，反绘戏文……将影摄入粉壁，匣愈远而光愈大，惟室中尽灭灯光，其影始得分明也……。”有趣的是，文中提到“须用摄光镜重叠为之”说明使用的是“复式镜头”，而这时恰恰是欧洲风景暗箱流行的时期，当时复式镜头在世界上标志先进的光学技术水平。

古代没有物理专书，物理学知识是散见于几乎各种类型的书籍之中。这也是物理学科的性质所决定的。例如，上古物理学的最重要的著作《墨经》固然在“子”部，但另一部重要著作《考工记》就在“经”部。“史”部中许多“天文志”、“律历志”等篇章，又是物理学史料的宝库。“集”部收的虽然是诗文小说等文艺作品，由于这些作品题材也异常广阔，涉及自然现象典章制度等等，其中也不乏宝贵的物理学史料。小说的情节大多出于虚构，但也有写实的部分，不可避免地会反映当时的一些情况，例如隋代的《古镜记》是一部神怪小说，其中写到一面反射镜，竟然就是我国古代著名的“透光镜”。即使是纯感情、尚夸张的诗词作品，也含有物理学史料。例如梁元帝(502～548)有一首题为《早发龙巢》的诗，其中有句云“不疑行舫动，唯看远树来”，就十分生动的描述了机械运动的相对性。这样的例子是不胜枚举的。

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。答案补充 （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。

物理学史的四章分别是以四个人物为核心的，即阿基米德、伽利略、牛顿、爱因斯坦。内容比较简单，不过它已经包含了千年以来西方物理学发展的精粹，四个大师分别是西方物理学的四个时代：古代、中世纪及文艺复兴、近代、现代。在我们这篇小小的物理学简史里，已经足够了。

—追求万物的本原—

我们先来看看古代物理学的发展情况。

西方物理学最早的源头与古代天文学、哲学相似，都是古希腊哲人们提出的对世界及其万事万物的来源、起因等的种种臆想，例如天地从何而来、又是谁创造了万物，万物又如何从混沌之中有了秩序，什么是宇宙的中心、大地是什么形状等，这些想象与猜测都算得上是萌芽时期的科学思想，特别是萌芽时期的物理学思想。

关于万物之起源，泰勒斯说万物的本原是水，赫拉克利特则认为是火，亚里士多德更进一步，将构成宇宙的元素说成四种——水、火、土、气。他还说天上的星星由“第五元素”，它的另一个名字是“以太”。这个概念将对以后的物理学产生相当大的影响。

德谟克里特的原子论也许是对物理学直接产生影响最大的哲学观念。他认为万物是由原子构成的，原子是一些有着各种各样形状的小粒粒，方的圆的扁的长的都有；它们是不可分的，内部没有一点空隙，无论用多锋利的刀也休想砍开；原子的数目比撒哈拉沙漠中的沙子还要多，数不胜数；与数目一样，原子的种类也无限地多；体积则有的大，有的小，等等。这些我们在本丛书的哲学卷中都讲过了，大家可以去参考参考。我们不难看出原子论是与物理学直接相关的思想，这种思想对于以后千年之间西方人对物质的认识都有很大影响。

—驳不倒的荒谬—

另一个古代哲学家是活动于公元前5世纪的埃利亚的芝诺，他对早期的物理学思想也作出了贡献，他的贡献之特点在于狠狠地刁难了物理学家们一下。他提出了许多“佯谬”，也就是一些一眼看上去是错的甚至明显荒谬的，但仔细一想却也不是完全没有道理，但终究又是没道理的怪问题。我们这里且提两个，第一个是阿基里斯永远追不上乌龟。