世界中世纪科技史-第7章
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主要有声学、光学和磁学等方面。
沈括的《梦溪笔谈》有两卷专讲音律。他的一个朋友家中有一个琵琶，
放在空荡荡的房间里。用笛吹奏双调的时候，琵琶也跟着发音。这使人非常
惊讶。那人把琵琶当成宝贝，敬若神明。沈括知道后大不以为然，指出这只
不过是共鸣现象。他为了显示共振现象，剪了一些小纸人放在弦上，每弦一
个，然后开始演奏。除了本身被弹奏的弦线以外，另一根与它音调有共振关
系的弦也会振动起来。它上面那个小纸人频频跳动，而其他弦上的纸人却安
然不动。沈括还进而证实，只要声调高低一样，相应的弦照振不误。沈括设
计的纸人演示共振实验，是世界上同类实验中最早的一个。
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（2）电学和磁学
中国古代电学、磁学的知识十分丰富。早在先秦、两汉年间，就有摩擦
起电、雷电以及尖端放电的记载。
到了唐代，人们在实践中找到了防止雷击的办法。唐代王睿在《炙壳子》
中记载道：汉代古建筑柏梁遭火灾，有一个搞巫术的人提出把瓦做成鱼尾形
状 （叫做“鸱吻”或“蚩吻”）后，放在屋顶上可以防止雷电引起天火。有
人解释说，这是在仰起的“鸱尾”中吐出一根金属长舌向着天空，舌根和一
根着地的细长铁丝相连。这种记载如果属实，说明当时人们已经在实践中应
用避雷针了。
从雷电对物质作用的观察中，中国古代实际上已区分了导体和绝缘体。
沈括在《梦溪笔谈》中记载了内侍李舜举家被雷击时“金石皆铄，而草木无
一毁者。”沈括通过雷电对金石、草木作用的不同效果，实际上已经看到了
导体与绝缘体的区别。
中国古代在磁学方面也成绩斐然。春秋时期，磁石吸铁的知识已相当普
遍。到东汉时已发明了“司南”，即指南针的雏形。《论衡》中记载“司南
之杓，投之于地，其柢指南”。
到了宋代，沈括在《梦溪笔谈》中第437条记载了指南针。这时，指南
器已由司南勺、指南鱼发展为针形，成为一种更简便、更有实用价值的指南
仪器。它和现代磁针的形式已极为接近。《梦溪笔谈》中记载的使用天然磁
石摩擦铁（钢）针使其磁化的人工磁化方法，直到19世纪现代电磁铁出现以
前，几乎所有磁针都是这样制成的。
在使用指南针的过程中，人们还认识了磁偏角。沈括说指南针不是指向
正南，而是“常微偏东”。寇宗姡Щ顾担骸俺Ｆ弧保创牌窃�0°至
15°之间。欧洲大约到13世纪才知道磁偏角，当时还误以为是指南针构造的
缺点造成的。
指南针是中国举世闻名的“四大发明”之一。指南针一经发明，很快被
应用于航海。南宋时又发明了罗经盘，或称为地螺、针盘等。指南针在航海
中的地位更加重要了。
中国的指南针由海路传入阿拉伯，大约在1180年由阿拉伯传入欧洲。指
南针的出现大大促进了航海技术的发展。
（3）光学
宋末元初卓越的科学家赵友钦在光学方面很有成就。赵友钦又名敬，字
子恭，号缘督，鄱阳 （今江西鄱阳）人。有关赵友钦生平事迹的史料很少，
生卒年月也不详。仅有《革象新书》（5卷）流传下来，使我们得以了解一
点这位科学家的贡献。
《革象新书》第5卷首篇“小罅光景”中详细记载了赵友钦所做的光学
实验。实验是在一个两层楼房中进行。一楼分为左右两室，楼下两室各挖一
个直径为4尺的圆阱，阱上盖有木板，板上各有一小孔，阱中各放插有一千
多只蜡烛的圆板作为光源。
赵友钦通过这个实验对一系列几何光学问题进行了具体的观测和研究。
最后他作出了结论：1。孔相当大时，屏上所产生的像与孔的形状相同；2。孔
相当小时，屏上所生的像和光源的形状相同，但方向相反（即蜡烛的光在东，
像在西），这就是小孔成象。赵友钦说这个结论“断乎无可疑者’。象这样
严谨的大型实验，在14世纪中叶时，世界上还是绝无仅有的。赵友钦通过实
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验还得到：照度随着光源的强度增加而增加，随距离的增加而减小。而西方
在400年后，才由德国科学家兰伯特 （1728—1777）得出了照度和距离平方
成反比的定律。
沈括在研究凹面镜成像实验中也总结出规律。他指出，当手指在焦点之
内，所成的像是一个正立的虚像；当手指渐渐远离镜面，移至焦点时，成像
在无穷远，即“无所见”了；当手指移至焦点之外，就成为倒立的实像了。
沈括发现了焦点，并把它看作是正像和倒像的分界点，这是一个十分重要的
进展。
（4）力学与热学
隋、唐、宋、元时期，中国应用力学知识已经达到了一个很高的水平。
北宋著名科学家苏颂 （1020—1101）和韩公廉（生卒年不详）于1088
年制作了一座杰出的天文计时仪器——水运仪象台。这座复杂的大型仪器采
用了民间使用的水车、筒车 （“升水轮”）、桔槔、凸轮和天平秤杆等机械
原理，把观测、演示和报时设备集中成一个整体，成为一部自动化的天文钟。
这是世界上最古老的天文钟，在国际上受到极高的评价，这反映出当时中国
力学知识已经有相当高的水平。
此外，宋代有许多关于浮力的记载，宋代还有人应用大气压力来制造虹
吸管和唧筒。北宋曾公亮在《武经总要》中，具体记述了如何用竹筒制成大
型虹吸管，把被高山阻隔的泉水引过来的装置。这说明，当时中国的流体力
学也已有一定的水准。
这一时期，热学知识的应用也很普遍。在烧制陶器和冶炼金属的过程中，
都需要大量的热学知识。尤其火药的发明，使中国古代在热的动力应用方面
居于世界领先的地位。
中世纪时期的中国物理学由于始终缺乏稳定的理论研究队伍，而且由于
人们偏重物理学的实际应用，对自然界的理论研究缺乏兴趣。因此，这一时
期中国虽然在学术上长期处于世界领先地位，但缺乏系统性和连贯性，更没
有形成完善的科学体系。中国物理学表面的辉煌下潜伏着严重的危机。自宋、
元以后，中国整个物理学逐渐走向衰退，远远落后于西方的近代物理学。
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四、化学
1。阿拉伯炼金术
中世纪的化学，是以炼丹术和炼金术这两种原始的形式存在。炼丹术与
炼金术的主要区别在于：炼金术以乞求财富为目的，着眼于点石成金，故又
称点金术；炼丹术虽然也要炼制黄金、白银，但目的不是为了财富，而是为
了获得金丹，一种长生不老之药。中世纪时期，炼丹术在中国颇为盛行，而
炼金术主要流行于阿拉伯和欧洲地区。
阿拉伯在炼金术方面名声很大。阿拉伯人有700多年的炼金术史。他们
的工作中心先是在伊拉克，随后迁至西班牙。阿拉伯人把炼金术发展为化学，
并促进了中世纪后期欧洲化学的诞生。
阿拉伯炼金术大约兴于公元8世纪，它的渊源主要来自希腊炼金术。公
元640年，阿拉伯人征服了埃及，使阿拉伯民族接触到希腊文明。在他们统
治下的希腊、叙利亚和波斯的学者们积极地把希腊的书籍翻译成阿拉伯文，
其中就有关于炼金术的著作。到公元8世纪，中国的炼丹术也传到阿拉伯，
阿拉伯的炼金术研究从此又有了一个新的发展。
炼金术在阿拉伯发展很快。公元8世纪，出现了一批阿拉伯化学家。他
们不仅懂得亚历山大学者们的知识，而且有所发展。为此他们摒弃希腊拉丁
语源的“化学”（英文为chemistry）一词，创造了“炼金术”（英文为alchemy）
这一名称。
阿拉伯炼金术的早期代表人物是贾比尔·伊本·海扬（721—815）。他
曾在公元8世纪时名噪一时，著作有《物性大典》、《七十书》、《炉火术》、
《东方水银》等。他同时也是一位学识渊博的医生。
贾比尔的基本思想是“四要素说”。四要素包括冷、热、干、湿。贾比
尔认为这四种要素两两相配便形成了世界上的各种金属，并使金属具有相应
的内质。例如黄金的内质是冷和干。银的内质虽然也是冷和干，但两种要素
的比例和黄金不同。所以只要使白银的冷、干比例调整得与黄金一样，就能
把白银“点”为黄金。由于贾比尔认为四种要素都是非常具体、实在的，可
以从物质实体中离析出来而独立存在。因此，炼金术的任务是确定四种要素
在各物体中所占的比例，再设法把它们从某些物体中提炼出来，取得纯净的
“冷素”、“热素”等等。然后把它们各以适当的数量结合于或添加到某种
物质中去，以修炼成预期得到的产物。贾比尔认为硫含有热和干的内质，汞
含有冷和湿的内质，所以硫和汞是构成各种金属的两大成分。硫和汞在地球
热力的作用下化合成所有的金属。
贾比尔主张用蒸馏的手段把四种要素从物质实体中分离出来。为此他完
善了蒸馏方法。这是一种很重要的化学技术。他最早制备出来的硝酸，就是
应用蒸馏方法的结果。他还蒸馏明矾得到了硫酸，将硝酸和盐酸混合制成了
王水，还制出了有机酒石酸。据说他还制造过碳酸铅，从硫化物中提取过砷
和锑。贾比尔在化学实验方法上作出了杰出的贡献。
更晚些时候，阿拉伯炼金术的代表人物是累塞斯 （860—933）。他也是
一位著名的医学家，我们在阿拉伯医学史中可以看到他在医学上的卓越贡
献。累塞斯写了不少炼金术著作，其中以《秘典》（又译作《秘密中秘密》）
最为著名。《秘典》共分三部分，分别讨论了物质、仪器和方法。
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累塞斯第一次对当时已知的各种物质进行了分析。他把物质分成三大
类：矿物、植物、动物，从而首先创立了自然界的分类系统。他研究最多的
是矿物的分类。他把矿物体分成6类。
1。物体：各种金属
2。精素：硫黄、砷、水银及硇砂
3。石类：白铁矿等
4。矾类
5。硼砂类：硼砂、苛性钠、草木灰
6。盐类：食盐、苛性钾、“蛋盐”（可能是中国用来造烟火的硝石）等。
累塞斯在著作中对炼金家所使用的仪器设备作了详细的介绍。其中有风
箱、坩锅、勺子、铁剪、烧杯、蒸发皿、蒸馏器、沙浴、水浴、漏斗、焙烧
炉、天平和砝码等，极大地丰富了化学实验室设施。因此，累塞斯的《秘典》
在中世纪享有盛誉，是非常重要的化学文献。
阿拉伯炼金术的后期代表当推阿维森纳（980—1037）。他是一个伟大的
医生，被誉为阿拉伯的“医学之王”。他的事迹在医学史中将专门介绍。他
是集阿拉伯炼金术、医学和哲学等知识之大成的人物，著作颇丰。其代表作
《医典》一书影响很大，成为后世医药学的经典。他对化学现象的观测资料
收录于《医药手册》（又有译作《药剂书》）中。
在这本著作中，他把无机矿物分成四类：石、可溶物、硫和盐。水银被
划入可熔物，即金属类。他接着又说：“水银或是水银类似的某种物质看来
是一切可熔物的主要组成部分，因为所有金属都可以熔化为水银。”因此，
他认为一切金属都是由水银与硫黄，以及决定该金属本质的杂质所组成。水
银是金属的精英，硫黄使金属外观有可变性。这就是他的炼金术的基本观点。
但是他对金属嬗变持否定态度。他认为，其一，“我们感观所能感到的
各种性质也许并不是把金属分成不同种类的那些根源，而是一些原因不明的
现象或各种条件作用的结果，至于种类差别的根源则一直没有为人们所认
识；如果一个人对某一事物没有认识，怎么能指望去制造或消灭它呢？”其
二，“各种金属的本质部分所含元素的比例可能各不相同，只有当人们能将
该本质部分分解并能按预想的成分重新加以结合的时候才能实现金属嬗变。
但不管怎样，单靠熔化不可能做到这一点。熔化并未能破坏化合，只不过添
加了某些外来的物质或性能”。因此，他认为，我们能够得到的只是贵金属
的合金，或只能使该金属带有贵金属的颜色。这表明，阿维森纳是一位有独
立见解和科学预见性的学者和思想家。
10世纪时阿拉伯炼金术已有了长足的进展。此后传到西班牙科多瓦哈里
发王朝，当地的摩尔人中出现了一批炼金术士。经过西班牙的摩尔人，阿拉
伯炼金术传入欧洲，并在那里发展成为中世纪晚期的欧洲化学。
阿拉伯炼金术的进步之处，在于它不只囿于追求黄金，而是具有相当浓
重的学术气息，因而作出了不少重大的化学发现。在实验方法上，阿拉伯炼
金家已使用了天平，并开始用定量的方法来研究化学变化的过程。而且早期
的阿拉伯炼金术著作手稿（8—10世纪），都是用通俗明白的语言写成的，
并没有使用神秘符号和密码。这无疑有利于学术的交流和传播。
可惜的是，从公元11至13世纪，尽管许多阿拉伯炼金术士又写了不少
论文，注释过不少古书，但是与10世纪的那批伟大炼金家的工作相比，几乎
没有增添什么新的内容。在此期间，伊斯兰教的正统派逐渐占了上风，富有
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浓厚神秘主义色彩的思想盛极一时。穆斯林科学迷失了方向。因此，化学成
为一门真正科学的希望终成泡影。幸而早期迟迟未能接受希腊科学思想的西
班牙和意大利人后来把由阿拉伯人传播和发展的科学思想继承下来，使那些
科学传统未遭湮没，泽被了中世纪的欧洲。
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2。欧洲炼金术
在中世纪的欧洲，人们并不知道希腊关于“神术”的论著（其中包括了
化学的初步知识）。炼金术的知识是通过在西班牙翻译的阿拉伯著作才到达
欧洲的。西班牙是撒拉逊文化与欧洲文化的接触点，并且是把阿拉伯文化传
送到欧洲的主要地区。
1144年，英国人罗伯特翻译出版了阿拉伯人所写的《炼金术的内容》一
书。阿拉伯的炼金家贾比尔和累塞斯的著作先后被译成拉丁文。及至公元
1350年，以拉丁文出版的炼金术作品已达70余种，欧洲的炼金术得以形成
和发展。
当阿拉伯的炼金术传到欧洲之后，正逢西欧商品经济进一步发
