世界古代后期科技史-第31章
按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页，按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页，按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部！
————未阅读完？加入书签已便下次继续阅读！
更为突出。希龙指出：光从始点传到另外的某一点，受到镜子的反射而经过
距离最短的路线。即光线为起点到某一点隔镜相对点的连线。
… Page 128…
克里奥梅德新（公元1世纪）对光的折射实验作了大量的论述，其中就
包括欧几里得的指环实验。这些试验都是极为科学的，是古代人类智慧的结
晶。他认为：当光线从较稀薄的介质进入较密集的介质时，在入点上几乎与
分界面垂直。他还指出：由于光线在大气中的折射，在太阳刚落山时，仍可
看见太阳。
托勒密是位卓越的天文学家和杰出的地理学家，但在光学领域里也有贡
献，他曾经作了一个出色的实验：在一圆盘中心固定两地可以转动的尺子，
圆盘的一半浸入水中，将一支尺子拨到一定的方向，转动另一尺子，使它表
示前尺所表现入射线的延续，量入射角和折射角，就会得出相当准确的结果，
即入射角为0°，折射角为0°，从折射率中算出折射角为0°；入射角为10
°，折射角为8°，从折射率中算出折射角为7°29’；入射角为20°，折
射角为15°30＇，从折射率中算出折射角为14°54’……。从这一实验中可
以看出，托勒密相信折射角与入射角成比例，但还没有找出准确的折射率。
他在 《光学》一书中曾论述了光的折射理论，并首次记载了不同海拔高度外
气差观象。这些结果以及对光的认识，对后世光学的发展起到了一定的促进
作用。
（2）卓越的力学家阿基米德
阿基米德（公元前287—前212年）是古希腊亚历山大时期的著名学者。
他不仅在数学方面作出了巨大的贡献，而且在物理学方面也取得了惊人的成
果。他的主要功绩是在实验基础上发掘出一些静力学原理，并对静力学进行
数学研究，在实验基础上运用数学抽象，导出了力学定律。
在《论面平衡》一书中，阿基米德解释了平面型重心的数学定义，并阐
述了面平衡问题。同时，他从下列假设出发，提出了杠杆定律的依据：
a。相等的重量作用在离支点相等的距离上，二者相互平衡；
b。不同的重物置于离支点相等的距离上，大的重物占优势；
c。离支点距离不等的相等重物，离支点近的占优势；
d。一个重物的作用可以用几个同样分布的、但重心不变的重物的作用来
代替；相反，几个同样分布的重物也可以用一个来代替，这个重物的重心要
和那几个一致；
e。重量不等而形状相同的重心分布一样。
阿基米德证明了这一定律，后来，他又把它用到了无法比较的重物上。
阿基米德所发现的浮力定律（亦称阿基米德定律）的内容是：一个物体
浮于液体中时，其重量等于它所排开液体的重量；当物体沉入液体中时，物
体重量的减少数等于该物体排开液体体积的重量。后来，这一定律也转用于
气体研究中。
此外，阿基米德还首次提出了密度和相对密度的概念，即密度是某物质
单位体积所言的质量；相对密度是某物质与标准物质密度的比值。
大量的研究成果充分显示了阿基米德在力学领域里为人类作所出的巨大
贡献，他的这些力学理论是古代力学科学的顶峰。同时，其数学与力学相结
合的研究方法更为后世的数学家、物理学家等指出了光明的道路。
（3）希罗与气动力学研究
希罗 （公元前130—75年，又译作希隆）是希腊化时代著名学者。他曾
详细描述了杠杆、尖劈、螺旋、绞车、滑轮等机械，并正式确定了杠杆和滑
轮的法则。另外，他还提出了著名的希罗三角公式，即平面的反射法则。公
… Page 129…
元前100年左右，他写成《气动力学》一书，详细地论述了利用蒸汽的反冲
作用力而旋转的汽转球 （又称作风神轮）。这种汽转球应该是世界上最早的
反动式汽轮机的雏形。这本专著的问世无疑是对古希腊人们所积累的气动力
学知识的总结，也是人类原始的气动力学研究的开始。
（4）卢克莱修与古代原子论
卢克莱修 （约公元前99～前55年），罗马著名诗人，在物理学方面也
颇有造诣，其主要贡献是撰写成 《物性论》一书。他以诗的形式生动地阐述
了原子论学说，对原子论学说进行了概括总结。他以多孔性和比重的不同来
论证虚空的存在，并以尘埃在阳光中的飞舞来比喻原子在虚空中的运动等。
其实，原子论学说是古希腊人探索研究的主要课题之一。早在公元前5
世纪时，阿那克萨哥拉（公元前500～前428年）就开始探索这一问题，他
引用两个始原，即积极的始原和消极的始原来论证物质的构造。积极的始原
是一种精细液体，是运动的最初发动者，可以引起旋转，一经旋转扩散开来，
造成世界并使它具有秩序；而消极的始原则是可以被分割为无限小的 “种
子”，各种不同的种子构成了各种不同的物质，而种子本身也具有无限多的
性质，它们在很小的范围内重复着世界上多种多样性形态，万物的产生和消
灭就是这种种子的结合与分离。后来，米利都的留基伯（约公元前500～前
440年）和阿布底拉的德谟克利特（公元前460～前370年）对此作了更明确
的表述，企图从物质内部结构中去寻求世界万物的本原。前者认为，宇宙万
物都由原子组成，而原子是最小的，不可分割的物质粒子，相互之间充满着
虚空，原子就在这个无限的虚空中永远运动着。后者认为，物质世界就是原
子和虚空，原子被迫去在充满和否定虚空，彼此间没有本质区别，而虚空则
是原子运动的基础；是原子得以贮存、运动和作用的场所；是与原子无关地
独立存在着的。此后，约生於公元前342至前270年的伊壁鸠鲁对这一学说
作了进一步发挥。他赞同所有自然现象都是原子在虚空中的运动、结合与分
离所造成的这一观点，但主张原子本身有形状、大小、重量的差别，并认为
原子在虚空中的运动为同速，而且运动可以偏斜，这是必然性和偶然性的统
一。这些主张到后来都被继承和发展，成为古希腊哲学体系中的重要组成部
分。而卢克莱修的论著正是对前人原子学说的系统总结。
（5）对声音和热现象的认识
早在公元前6世纪，毕达哥拉斯学派的创始人毕达哥拉斯就提出了音程
间的算术关系，将声和音阶的研究提上日程。后来的亚里士多德在研究中得
出声音是一种运动的结论。他认为，发声体撞击空气使之在各个方向上发生
拉伸和压缩运动，从而使声音传播开去，如果碰到障碍，声音就象球被倒射
回来一样产生回声。他还主张，如果使管振动，当管的长度加倍，管内的振
动就要花两倍的时间。公元前1世纪的诗人、原子论者卢克莱修则企图从物
质结构来解释声音，他把声音看作物质流，认为声音的多样性 （如婉转流畅
的鸟鸣、悠扬的笛声、沉重雄浑的手掌拍击声等）是由“声粒子”本身的性
质所决定的。在长期生活和工作中，人们认识到了声音的交混回响、回声、
共鸣等，并主张声音的传播是与水波一样的，会以无限膨胀的圆形向外扩散。
热与声音一样，是人们生活的亲密伴侣，对于这一现象的研究，大约开
始于赫拉克利特所生活的那个年代，只不过那时人们总是把热与火联系一在
起。随后的亚里士多德把热看作是物质的基原性质，是物体所具有的证明身
份的东西，没有热，就没有物质。公元前1世纪的卢克莱修等原子论者则认
… Page 130…
为，热是由物质本身的流体运动引起的，并把火看作是热的代表，是最轻的
和光滑的原子。关于热的利用，最有代表性的是2世纪时亚历山大的希罗，
他最早把蒸汽作为动力，制成小涡轮。其装置是一个装有两个弯管喷口的中
空的球，喷管与球的轴成直角，各自弯向相反的方向。每当在下面加热时，
球内产生蒸汽，并由喷口射出，使球体绕轴转动。这种装置可以说是现代涡
轮机的雏形。
（6）关于电、磁方面的知识
很早以前希腊人已经认识到电和磁的存在。史载米利都的泰勒斯已对电
和磁的性质有了一定的了解。他在著作中曾对琥珀作了描述，并指出琥珀被
摩擦后能够吸引轻小的物体。另外，他还知道某些天然矿物能吸铁。这些都
给后代人提供了研究的基础。著名学者苏格拉底（公元前470或469～前399
年）已经对磁化现象有了较深入的了解。他曾经指出，灵敏的铁 （即磁石）
不仅能吸引铁环，而且会使铁环具有同样的吸引能力，以致形成一个十分长
的链，而这些都起因于磁石的作用。那时候人们已经知道有些鱼身带电，并
开始用这种鱼来治病。如将铁矛接触电鳗，并将铁矛另一端放于痛处，用以
治疗痛风、头痛等。到公元前1世纪，卢克莱修从原子论的角度对磁现象作
了解释，他指出：磁体发射出细微的粒子流，撞击、驱散磁铁之间的空气，
并使之形成真空，而铁原子则力求进入这个真空，从而使整个铁块靠近磁石，
并使两者吸附在一起，而其它物体没有铁这种特殊的结构和性质，不能为磁
体所吸引。他还认识到磁的排斥作用，并曾作过试验：将铁屑放入一铜盆内，
把磁石放在下面，运动时铁屑便在盆内移动，磁石转向何方，铁屑也跟向何
方。另外，古希腊人曾利用磁石的这个特性，找到了许多磁石矿和铁矿，这
应该是较早利用磁石的例子。据说，磁 （Magnet）的得名与小亚的一个地方
玛格尼西亚 （Magnesia）有关，那个地方盛产磁铁。
2。古代后期的中国物理学
秦汉魏晋南北朝时期，是中国古代物理学发展的重要阶段，这一时期在
力学、声学、热学、电学和磁学、光学方面取得了一系列的成就。
春秋战国时期，中国古代力学曾获得很大的发展，是初步形成的阶段。
秦汉时期，力学又获大发展，尤其是在应用方面。魏晋南北朝时期，中国的
力学从理论到实际运用上都取得了极其辉煌的成就，在当时世界上居于领先
地位。
声学是物理学研究的重要领域，这一时期在这方面出现了丰富的专著以
及众多卓越的发现、发明等。其中对物体发声、传声的研究，声音成因的解
释，共鸣现象和共振实验等都有详细记载。这一时期的乐器创造、乐律学的
探讨，以及各种用于战争侦察、建筑和生产中的声学知识，都领先于世界。
在长期生产生活中，人们积累了不少热学方面的知识，尤其在热能的利
用方面又有了较大的发展，主要表现在冶炼、淬火、温室种菜、炼丹生火，
制成热气灯等等。
电磁学是物理学专门的领域，主要是研究电磁运动规律。这一时期，人
们对摩擦生电，大气电光等方面已有很深的认识，记载也很多。而在磁学方
面对磁石和磁石吸铁性，指极性及其本质的探索等均有相当的知识，成就很
大。虽然由于条件限制未能形成体系，但却有自身的连贯性，在学术上长期
… Page 131…
处于领先地位。
中国古代的光学知识十分丰富，尤其在几何光学方面所取得的成就，长
期领先于世界其他各国。秦汉魏晋南北朝时期是中国古代光学研究不可缺少
的阶段。
（1）光学知识
两汉时代，出现了一种透光镜，外形与古代普通镜子一样，反射面磨得
很亮，能照人，但它却能通过反射把镜子背面的文字和花纹清楚地反射到屏
幕上，这是由于铸镜时薄处先冷，镜背有花纹图案处较厚，冷却得较慢，铜
收缩得多，而花纹、图案虽在镜背，而镜面也有隐约的痕迹。这充分反映了
中国古代人民对光反射特性的深刻认识。
西汉时，中国已有原始的潜望镜，唐代马总的《意林》卷6引《淮南万
毕术》一书，称“取大镜高悬，置水盆于其下，则见四邻矣。”
中国古代的人们早已知道光线穿过透明体的折射现象。春秋战国时期，
人们已开始用凸透镜向日光取火。西汉《淮南万毕术》上有这样的记载：“削
冷令圆，举以向日，以其承其影，则水生。”晋朝人张华也在《博物志》中
作了类似的记载。西方直到17世纪才由英国科学家虎克作出类似的试验，比
中国晚了1000多年。
根据王充《论衡·乱龙篇》的记载，东汉时已有了消炼“五石”制成的
透镜阳燧，这是早期的玻璃凸透镜。远在公元2世纪之前，中国已发明了放
大镜，可放大四、五倍。显示出凸透镜的另一功能。
对于因光的折射所引起的色散现象，古代中国对它的发现和记载都相当
早。虹是太阳光沿着一定角度射入空气中的水滴引起的比较复杂的折射和反
射造成的一种色散现象。东汉人蔡邕在《月令章句》中是这样解释虹的：虹
成于与日向对的云气中，无云则无虹，阴天亦不会有虹。可见他已对虹的成
因及位置有了一定的了解，那时的人已观察到瀑布之下四溅的水珠亦能呈现
七彩。另外，南北朝时的梁元帝肖降在《金楼子》一书中曾记载了君王盐（又
叫王华盐）的结晶体能折射太阳光呈红、黄、褐诸色。这是关于天然晶体色
散现象的最早记载。
（2）力学知识
在秦汉、魏晋南北朝时期，人们利用已积累的力学知识，发明了一系列
机械，如利用力的分合原理制成犁壁 （比欧洲早千余年）；利用力的平衡原
理，杠杆原理等制成的三脚楼；利用杠杆原理制成水碓；利用力的传递原理
制成翻车；采用齿轮系统制成漏水转浑天仪；应用惯性和杠杆原理等制成候
风地动仪；西汉丁缓利用齿轮系统发明的七轮扇及利用力的平衡原理制成的
被中香炉；使用杠杆原理和轮转系统制成水排；应用齿轮的自动离合原理制
成指南车及记里鼓车等，生动地反映了中国古代在实际应用中的高超水平。
东汉王充的《论衡》是对这一时期力学知识的初步综合，是对墨家力学
的继承和发展，已初具动力学的萌芽。王充是东汉时期伟大的唯物主义思想
家。《论衡》是评论古往今来一切思潮和学说的是非真伪的论文集。书中对
力的作用进行了探讨，指出外力是使物体运动的原因，而内力不能使人和物
体本身发生运动状态的变化，且力的大小可用重量的单位来量度，大小不同
的力其效果也不一样。这些论述比前人更进了一步，基本上与近代力学原理
相符。
