16中国通史第九卷-中古时代－明时期(下册)-第114章
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比重的概念及其应用程大位在《算法统宗》卷一中，列出了金、银、玉、铅、铜、铁、石等七种物质的“轻重率”（即比重），“谓诸物皆见方一寸，其轻重不同如此”。程大位所列数值系引自《孙子算经》卷上，但由于历代度量衡的变迁，数值已不准确。
在比重的应用方面，明代基本上沿袭宋元时代制盐工业发展而创造的测卤法，即用莲子检验盐卤浓度的方法。陆容在《菽园杂记》中记曰：“。。以重三分莲子试之。先将小竹筒装卤，入莲子于中。若浮而横倒者，则卤极咸，乃可煮烧；若立浮于面者，稍淡；若沉而不起者，全淡，俱弃不用。”①方以智在《物理小识》中写道：“卤积则能载物，故淘土为巨器，泛中流必无沉溺。姚宽曰：煮海试卤者，杓卤而置莲子数枚，三浮五沉者淡；七八浮① 《天工开物》卷十五《佳兵》。
① 《天工开物》卷九《舟车·漕舫》。
② 《天工开物》卷九《舟车·漕舫》。
① 《菽园杂记》卷十二。
则淳卤矣。取其浮而直。闽人以鸡子、桃仁试之。饭豆亦可试也。”②他补充了一种用“饭豆”测试的方法。另外，方以智还记述了在冶炼多种金属混合其中的矿石时，由于比重的不同，“重者在下，浮土在上，以次分焉”③。对虹吸现象的进一步认识明代，人们对虹吸现象的认识已深入一步。徐光启述及“过山龙”（即虹吸管）的引水条件是“必上水高于下水，则可为之，至平则止”，在流水中“必须上流高于下流”④。徐霞客在游历云南鸡足山时，曾推断寺庙里喷泉的高度，“此必别有一水，其高与此并”⑤。方以智也认为，过山龙“其来处何高，则所激之高可与之比。或故使之瀑下，就以筒承瀑，则水激而上。上既出，则流通而不止矣”⑥。
传入的西方力学知识明末传入我国的西方近代力学和机械学知识，主要集中在邓玉函（J。Terrenz，1576—1630）口授、王徵笔述并绘图的《远西奇器图说录最》（1627）中。该书共三卷。第一卷六十一款，叙述力学基本知识与原理。包括地心引力，重心，各种几何图形重心的求法，重心与稳定性的关系，各种物体的比重，浮力等。第二卷九十二款，叙述各种简单机械的原理与计算，包括杠杆、滑轮、螺旋、斜面等一般知识。第三卷介绍各种实用机械，共五十四幅图说。该书汇总了从阿基米德到十六世纪初的西方力学和机械学知识，并且其中有些内容引用了伽利略的著述①。
② 《物理小识》卷七《金石类·盐》。
③ 《物理小识》卷七《金石类·分金炉》。
④ 《农政全书》卷十七《灌溉图谱》。
⑤ 《徐霞客游记》卷七上《滇游日记》。
⑥ 《物理小识》卷八《器用类·转水法》。
① 参阅严敦杰：《伽利略的工作早期在中国的传布》，载《科学史集刊》第七期（1964），第8—27 页。第二节声学对声的认识及应用宋应星在《论气》中写道：“气本浑沦之物，。。及夫冲之有声焉，飞矢是也；界之有声焉，跃鞭是也；振之有声焉，弹弦是也；辟之有声焉，裂缯是也；合之有声焉，鼓掌是也；持物击物，气随所持之物而逼及于所击之物有声焉，挥椎是也。”②说明一切声现象都离不开气的因素，声音的产生是因为物体的振动或急速运动对空气的冲击。他还写道：“物之冲气也，如其激水然。气与水，同一易动之物。以石投水，水面迎石之位，一拳而止，而其文（纹）浪以次而开，至纵横寻丈而犹未歇。其荡气也，亦犹是焉，特微渺而不得闻耳。”①在此宋应星明确地用水波与声波相比较，认为声音传播过程中空气的振动与水波的振动类似。当然他那个时代还不可能知道声波是纵波而水波是横波的差别。
方以智曾进行声波共鸣现象的观察和实验，他说：“《梦溪笔谈》曰：今有琵琶，以管色奏双调，则琵琶有声应之，以为异物。殊不知乃常理。二十八调，但有声同者即应，若遍二十八调而不应，则是逸调也。古法一律七音，共八十四调，更细分之，逸调至多，偶见其应，便以为奇耳。智（方以智）按洛钟西应，即此理也。今和琴瑟者，分门内外，外弹仙翁，则内弦亦动，如定三弦子为梅花调，以小纸每弦帖之，旁吹笛中梅花调一字，此弦之纸亦动。曹师夔鑢磬不应钟，犹之茂先（张华）知铜山崩也。声音之和足感异类。岂诬也哉！”②他还记述了一种原始的隔声技术：“私铸者匿于湖（地洞）中，人犹闻其锯锉之声，乃以瓮为甃，累而墙之，其口向内，则外过者不闻其声。何也？声为瓮所收也。”③与隔音消声相反，在音乐演奏中常常为了增强效果而需要共鸣装置。文震亨写道：“古人有于平屋中埋一缸，缸悬铜钟以发琴声者然。不如层楼之下，盖上有楼板，则声不散；其下空旷清幽，则声透彻；或于乔木、修竹、岩洞、石室之下，地境清绝，更为雅称耳。”④具有声学特性的建筑驰名中外的北京明代建筑物天坛，其中的回音壁、三音石和圜丘具有奇妙的声学效果。“回音壁”是一道圆形的围墙，高约6 米，半径约32。5 米。围墙内有三座建筑物，北面一座皇穹宇距离围墙最近处约2。5 米。整个围墙整齐光滑，是良好的声反射体。围墙的弧形使得当入射角小于22°时，声波可被围墙连续反射而不受皇穹宇的散射。因此，如果一人贴近围墙讲话，而相距较远的另一人如也贴近墙壁，则可听得很清楚。“三音石”是位于回音壁中心的一块石板，人若站在此处击掌，可听到三次甚至多达五六次回响。② 《论气》气声二。
① 《论气》气声七。
② 《物理小识》卷一《天类·同声相应之征》。
③ 《物理小识》卷一《天类·隔声》。
这是因为声音等距离地传到围墙后，被反射回到中心，于是听到第一次回声；然后声波再次传到围墙，再次被反射回来，又听到第二次回声；如此往返，直到声波能量衰耗殆尽。“圜丘”是一座由青石和大理石砌成的圆形平台，高出地面约5 米，半径约11。5 米。平台中心略高，向四周略有倾斜。除东南西北四个出入口外，四周全部围有青石栏杆。人若在圜丘中央大叫一声，听到的声音比平时要响亮。这是由于声波被栏杆反射到稍有倾斜的台面上，再从台面上反射到人耳，与原来的声音混合在一起的缘故。
朱载堉创建十二平均律朱载堉创建的“新法密率”，是我国古代最杰出的科学发现之一。这也是世界上首次提出的十二平均律的数理理论，为现代键盘乐器（如钢琴等）的创制奠定了基础。
朱载堉的“新法密率”理论及其计算方法在他的《律历融通》、《律学新说》和《律吕精义》等书中均有阐述。“新法密率”的主要科学贡献：一是创造了以弦律为主的十二平均律；二是采用“异径管律”的方法，提出了解决管口校正的新途径。
朱载堉把八度分成十二个半音，运用等比生律，使得任何相邻两律间的频率比都相等，从而获得各律音高间隔的等程性，成功地解决了旋宫转调的问题。其用数学公式可表示为，式中表示在一个八度音程中十二个半音的任意一个音的弦长。这样新法密率实际上就是以为比例因子的十二平均律。
TTnnn ＋ 12 12= 1。05946 = 2 T 12 ；；〃 〃朱载堉在发明十二平均律的同时，还提出“异径管律”。这就是以管定律时，各律管的内径须随律管长度而异。他利用这种不同管径的特点来达到缩小空气柱与管长不一致的问题。他研究得出，在一个八度音程中按音高次序排列的十二个律管的管径构成了以为比率的等比数列。用数学公式可表示为2412422d dnn ＋= 。第三节光学传统的光学研究及记载关于针孔成像和面镜成像的问题，方以智①的研究和记述基本上与宋代沈括的研究和记述类似。
关于色散现象，李时珍①、方以智等均有观察与记述。方以智指出：“凡宝石面凸则光成一条，有数棱者则必有一面五色。如峨嵋放光石，六面也；水晶压纸，三面也；烧料三面水晶亦五色；峡日射飞泉成五色；人于回墙间向日喷水，亦成五色。故知虹■之彩、星月之晕、五色之云，皆同此理。”②他列举了数种晶体的色散及虹霓现象等，认为这些自然界的普遍现象有着相同的道理。可以说，这是对我国古代色散知识的一个总结性记录。
至于透光镜，在郎瑛的《七修类稿》中记载：“映日，则背花俱见。凡突处，其影皆空。”③方以智对此亦有研究：“世有日中见镜背盘龙，入室则隐者，。。人不解其故，以为异宝。此假作者，先以精铜少剂铸镜，凿龙或花其背，复熔倍锡之铜剂填之，磨使平，又以铅盖其面，日中照之，则龙文尽出。博物如沈存中（沈括），犹讶透光之奇。吾衍（吾丘衍）始明之。”④对于透光镜的铸造方法，方以智与元代吾丘衍的见解相似。
传入的西方光学知识明末，西方近代光学知识开始传入我国。如利玛窦曾用三棱镜表演色散现象。阳玛诺（Emmanuel Diaz， 1574—1659）在《天问略》（1615）中，最早提到光学望远镜，他说：“近世西洋精于历法一名士，务测日月星辰奥理而衰其目力尫赢，则造创一巧器以助之。”此处“精于历法一名士”实指伽利略，他于1609 年制望远镜，并用以观测月面、金星、土星、木星、星团、银河等天体。汤若望（J。Adam Schall von Bell，1592—1666）所著《远镜说》（1626）是在我国最早介绍望远镜的专著。该书首先列举了利用望远镜仰观月亮、金星、太阳、木星、土星和宿天诸星，及直视远处山川江河、树林村落、海上行舟和室中诸远物的情形，然后介绍了伽利略望远镜的结构和用法，在天文观测及战争中的功用，还介绍了眼镜、凸透镜和凹透镜的制造、使用及成像原理，光的折射现象，凸透镜与凹透镜组合使用的成像原理、造法、用法及注意事项等。总之，该书从功效、原理、结构和使用等方面介绍伽利略式望远镜，并附有光路图（尽管是错误的）及整架望远镜的外形图。估计望远镜实物当在此前后传入我国。
明末，薄钰曾成功地把“千里镜”（望远镜）应用于战争，观察敌方所① 《物理小识》卷八《器用类·阳燧倒影》。
① 《本草纲目》卷八《金石部·玉类》。
② 《物理小识》卷八《器用类·阳燧倒影》。
③ 《七修类稿》续稿卷七《奇谑类》。
④ 《物理小识》卷八《器用类·镜背纹》。
在和炮弹落点①。明代已有关于眼镜传入我国的记载，见于郎瑛的《七修类稿》卷六《事物类》及张宁的《方洲杂录》。它们主要是远视眼镜，由陆路经甘肃、陕西，或海路从广东输入，因稀少而昂贵，被视为珍品。
① 参阅《吴县志》卷七五下《列传·艺术二》。
第四节电和磁指南针和罗盘广泛应用于航海明代的造船航海技术是较先进的。十五世纪初，郑和率领船队七次航海下西洋。航海罗盘的使用是远航成功的重要技术保证之一。随同郑和远航的巩珍曾记载当时航海“皆斫木为盘，书刻干支，浮针于水，指向行舟”①。可见当时普遍使用罗盘指示航行。“至嘉靖间，遇倭夷之乱，始传倭中法，以针入盘中，贴纸方位其上，不拘何方，子午必向南北，谓之旱罗经”②。“近年吴、越、闽、广屡遭倭变，倭船尾率用旱针盘，以辨海道。获之仿其制，天下人始多旱针盘。但其针用磁石煮制，气过不灵，不若水针盘之细密也”③。说明自明中叶开始，从日本传入有支轴指南针的旱罗经，应用于航海。在张燮的《东西洋考》卷九“西洋针路篇”和“东洋针路篇”中，就分别叙述了从南中国海至南洋和从澎湖至菲律宾、婆罗洲及台湾等地所应采取的针位方向。
摩擦起电现象张居正曾记载他亲身经历的现象：“凡貂裘及绮丽之服皆有光。余每于冬月盛寒时，衣上常有火光，振之进炸有声，如花火之状。人以为皮裘丽服温暖，外为寒气所逼，故搏击而有光，理或当尔。”①冬季空气干燥，皮毛丝绸容易摩擦产生静电。与张居正几乎同时，都邛也记载了：“吴绫为裳，暗室中力持曳，以手摩之，良久火星星出。”②但是，在那个时代对电的本质尚无了解。
① 《西洋番国志》自序。
② 李豫亨：《青鸟绪言》。
③ 李豫亨：《推篷寤语》。
① 《张文忠公全集》文集第十一。
② 《三余赘笔》“吴绫出火”。
第五十八章化学第一节《道藏》中的炼丹术著作中国古代炼丹家在长期的和大量的炼丹实践中，取得了许多重要的化学成就。他们的工作多记录在历代的炼丹著作里，并辑入《道藏》以传世。可惜的是自唐开元《三洞琼纲》到宋、金、元三代递修本《道藏》，在元代几乎毁损无遗。永乐四年（1406），明成祖朱棣命第四十三代天师张宇初纂修《道藏》，但未能刊刻。直到明英宗正统九年（1444）方始刻板印行，并诏邵以正督校，重加订正，增所未备。《正统道藏》共5305 卷，按三洞四辅十二类分编，以《千字文》为函目，从“天”字至“英”字，分装四百八十函。万历三十五年（1607），明神宗朱翊钧又命第五十代天师张国祥续刻道藏。《续道藏》共一百八十卷，从“杜”字至“缨”字，分装三十二函。据统计，正续《道藏》共收道书一千四百七十六种，其中与炼丹术有关的著作有一百多种。这些著作，如《抱朴子》内外篇、《云笈七签》、《黄帝九鼎神丹经诀》、《太清丹经要诀》、《三十六水法》、《诸家神品丹法》、《真元妙道要略》、《庚道集》、《铅汞甲庚至宝集成》、《太清石壁记》、《丹房须知》、《金石簿五九数诀》等，都保存了大量的炼丹史料，是研究中国古代化学的宝贵文献。这些书大多隐晦难懂，研究难度很大，虽然陈国符《道藏源流考》及其他一些学者的论著做了不少开创性的工作，但未获解决的问题比比皆是。著名化学家卢嘉锡曾指出：“李博士（指英国著名科学史家李约瑟博士）用四册书的篇幅阐述中国炼丹术发展史，从古代丹药一直讲到合成胰岛素，并与阿拉伯、拜占庭和欧洲的炼金术作了对比，内容相当精彩。他的工作展示了中国古代炼丹术在早期化学和早期生物化学方面的成就，同时也表明，这个课题疑蕴尚多，仍然是值得化学史家深入发掘的‘富矿’。”①正续《道藏》所收绝大多数都是明代以前的炼丹术著作。实际上，就化学史而言，明代的一些炼丹术著作，如陈竹泉《黄白直指》、《铅汞奥旨》、《琴火重光》，李文炳《黄白镜》等，也都有一定的研究价值。但总的来说，由于炼丹术本身的局限性，并随着所谓“仙丹”、“灵药”对人体健康的危害及江湖术士点化金银的骗术为更广泛的人们所认识，中国古代炼丹术经过一千余年的发展，到了明代已接�
