第四十九章物理學

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清代處于封建社會晚期,在物理學方面,如光學研究及器具制作有一定的成就之外,傳統的内容幾乎基本停頓。

    同時,明末清初來華的西方傳教士則帶來了一些西方近代物理學知識。

     第一節力學 比重的測定 康熙初年,西方的一些物質比重常數傳入中國,數值較我國曆來沿用值準确,因而推動了在我國的重新測定工作。

    梅瑴成主持測定了赤金、紋銀、水銀、紅銅、白銅、黃銅、鋼、生鐵、熟鐵、高錫、六錫、倭鉛、黑鉛、白玉、金珀、白瑪瑙、紅瑪瑙、砗磲、青石、白石、紅石、象牙、牛角、沉香、白檀、紫檀、花梨、楠木、黃楊、烏木、油、水等三十二種物質的比重,并将測定結果記載在他主持編撰的《增删算法統宗》卷一中。

    我們若将所測各值根據清代及現今的度量衡加以換算,則可知當時的測定值與今值相當接近。

     乾隆年間還進行過各地泉水比重的測定。

    當時由于北京玉泉的水最輕,故以玉泉水為基準,“曾制銀鬥較量玉泉之水,每鬥重一兩”,然後用這一量器去測定其他地方的水的比重。

    劉嶽雲在《格物中法》卷二“玉泉記”中記載了此事及各地的水重。

     傳入中國的西方力學知識比利時傳教士南懷仁撰著的《新制靈台儀象志》(1674),在第二卷中,介紹了較多的力學知識,包括材料的強度、物質的比重、物體的重心與穩度,簡單機械如杠杆、滑輪、螺旋、斜面等的應用及其作用,等等。

    在第四卷中介紹了“垂線球儀”即單擺的知識,包括單擺的等時性、擺動周期與振幅無關、周期平方與擺線長度成正比等,以及作為用單擺計時的例子,介紹了自由落體的下落距離與時間的平方成正比。

    書中有些内容引用了伽利略的著述①。

     ①參閱嚴敦傑:《伽利略的工作早期在中國的傳布》,載《科學史集刊》第7期(1964)。

     第二節 熱學 明清兩代,有關熱學知識的發展并不多。

    南懷仁在所著《驗氣圖說》(1671)及《新制靈台儀象志》中提到了某些熱學方面的内容,如介紹了歐洲十七世紀早期有關空氣溫度計、以及弦線扭轉式吸濕性濕度計的原理、結構和應用等知識②。

     ②參閱王冰:《南懷仁介紹的溫度計和濕度計試析》,載《自然科學史研究》第5卷第1期(1986)。

     第三節 聲學 有關聲學的研究及實驗清代較之明代遠為遜色,且記述不多。

     鄭光祖《一斑錄》卷三“物理”篇記載了一些有關聲學的認識。

    如空氣振動成聲及聲可以被反射:“空中融氣有所震而成聲。

    前有一牆,曲聲為勒轉,必成應聲。

    若牆外有圈洞,則愈甚。

    故山多之處,應聲百出,其變也。

    ”使用“順風耳”傳聲或聽聲:“順風耳用銅制,或如喇叭而較大。

    人以口就之而喊,其聲洪大可聞于隔山對江。

    若以耳就之,所聞亦較朗。

    ”他還寫道,“人家牆壁以空甏橫砌而成,使口盡向内,則室中所作之聲盡收入甏,而貼鄰不聞”。

    這裡空甏起了隔聲的作用。

    這與方以智在《物理小識》中的記述相同。

    另外,他還說到“凡平地數十裡外人馬大衆行聲,可探之于地下。

    法以四五尺大竹通去其節,直埋入地,留尺上出,以耳就之,其聲轟轟然”。

    這種方法與古代的“甕聽”、“地聽”一樣,都是利用固體傳聲和氣腔共振的原理。

     康熙帝對聲學亦甚關注。

    他曾探讨過聲音的共振現象,認為“相聲相應,自然之至理也”①。

    他還特别研究過測量聲速的問題:“朕以算法較之,雷聲不能出百裡。

    其算法依黃鐘準尺寸,定一秒之垂線,或長或短或重或輕,皆有一定之加減。

    先試之铳炮之屬,煙起即響,其聲益遠益遲,得準比例而後算,雷炮之遠近