第一章 中国古代物理学,一. 中国古代的物质观 二. 中国古代的力学知识 三. 中国古代的热学知识 四. 中国古代的光学知识 五. 中国古代的电磁学知识 六. 中国古代的声学知识 七. 中国古代物理学的特点,概况,在古代，无论是古希腊还是中国，都谈不上有“物理学”。当时人们还不可能自觉地、系统地运用实验方法，也不可能通过严密的逻辑推理和数学形式进行科学的概括，使之成为完整的知识体系。但这一阶段仍是物理学形成和发展的先导和渊源。是物理学发展的孕育和萌芽时期。但我们可以通过早期人类的遗迹中看到人类为了生存，在获取生活和生产资料的过程中，在与大自然的各种斗争中，不断认识自然，改造自然，从而孕育和形成了早期的物理知识和物理思想。,中国古代物理思想的特点： 1.发源于当时生产工艺的实践过程中 2.以朴素的直观观察为依据，思辨色彩浓烈 3.没有集中的专门著作，散见于有关古籍之中,中国古代物理学形成和发展的阶段： 在中国，自夏、商、西周起，随着手工技术的发展，物理知识开始积累。春秋战国时期科学技术蓬勃发展，中国古代物理学开始形成 ；秦汉时期，形成一个发展高峰；宋元时期达到鼎盛。至此，在西方近代科学诞生之前，中国的科学技术在各个领域都居世界领先地位。明末至清初以后，科学和科学技术的发展逐渐落后于西方，这一时期，西方物理知识开始向中国输入。,关于物质的构成，自然界的各种自然现象的形成与变化，中国古代有多种说法， 典型的说法如 “ 五行说 ”，“阴阳说”，“元气说”。,“五行说” 这一学说始于夏朝，流行于商朝，到了西周发展为“五行元素说”。西周末年，太史官史伯在总结前人思想以后说：“夫和实物，同则不继，以他平他谓之和，故能丰长而物生之，若以同裨同，乃尽弃矣。故先王以土与金、木、水、火杂以成百物”。（国语郑语。）这里已十分明确的把水、火、木、金、土五种基本物质当成组成世界万物的原始材料。更加清楚地表明中国古代原始五行说，实际上就是最早的关于物质组成的假说。它不仅具有朴素的元素概念，并具有物质相互转化的观念。,一. 中国古代的物质观,五行思想五行：金、木、水、火、土五种基本物质或元素。“水曰炎上，木曰曲直，金曰从革，土爰稼穑。”（尚书洪范）构成：世界万物皆由上述五种元素构成。“以土与金、木、火、水杂，以成百物”（国语郑语）。相互关系：相生与相克：土生金、金生水、水生木、木生火、火生金；土克水、水克火、火克金、金克木、木克土。,意义：五行依一定的相生次序而相生；又依一定的相克次序而相征服。这种关系深刻地揭示了组成世界的五种基本物质元素在相互转化的复杂变换过程中，生成和消失的速率是受控的，在量上是互补的，因而元素的种类和总量不增不减，物质守恒。,2. 阴阳学说阴阳是中国古代哲学的一对范畴。阴阳的最初涵义是表示阳光的向背，向日为阳，背日为阴。后来，又给它赋予了一定的意义，把自然界和社会上一切对立的现象抽象为阴阳，用阴阳概念来解释自然界两种对立和相互消长的物质势力，用来解释天文气象、四季变化、万物兴衰等自然现象。如气候的寒暖，方位的上下、左右、内外，运动状态的躁动和宁静，以及天地、男女、昼夜、君臣、夫妻等。阳代表积极、进取、刚强、上升、温热、明亮、雄性、太阳等阳性和具有这些特征的事物；阴代表消极、退让、柔弱、下降、寒冷、晦暗、雌性、月亮等阴性和具有这些特征的事物。,认为：阴阳的对立统一运动，是自然界一切事物发生、发展、变化及消亡的根本原因。是自然界一切事物运动变化的固有规律。阴阳的对立和消长是宇宙的基本规律。,阴阳学说的基本内容包括阴阳对立、阴阳互根、阴阳消长和阴阳转化四个方面。,“阴阳有序、整体和谐”是世间的最佳状态，也是事物稳定的基本保证。,周易以阴阳的范畴为基础，说明天地变化及各种现象：“易有太极，是生两仪；两仪生四象，四象生八卦”（易经系辞上）。意思是：宇宙的的本原是太极（物质的原始状态），太极生出天地（阴阳），天地生出四时（春、夏、秋、冬），再生出八卦（天、地、山、泽、水、火、风、雷）。,白纸称为无极，画上一个圆圈，称为无极生太极（宇宙），中间一条曲线分成黑白两个部分，称为太极生两仪，中间的曲线表示了阴阳的相互运动和相互转化。黑白两个半球中各有一个与之颜色相反的小圆圈，称为阴阳子，表示阴中有阳，阳中有阴。,四象和阴阳的组合再生八卦：乾、坤、震、撰、坎、离、艮（gn）、兑。,八卦则是其形式化和符号化：为阴，为阳，分别称作阴爻（yo)和阳爻，阴爻和阳爻的组合构成四象：,22,23,“阴阳八卦”说 这一学说起源于殷周之际，实际上也是一种原始的元素论。它从人们生活经常接触的自然界中选取了八种东西作为说明世界上其他多种东西的根源。,所谓八卦，即用八种符号来表示八种自然现象，而这八卦是由阳爻（音挑yao）用“”表示和阴爻用“- -”表示，阳爻和阴爻排列为八卦，再由八卦排列为卦。八卦分别是乾、坤、震、巽（xun）、坎、离、艮、兑等，它们分别表示天、地、雷、风、水、火、山、泽。世界就是在阴阳两种对抗物质势力运动推动下孳生着，发展着。这是一种十分朴素的万物生成的唯物主义观念。,1. 概述：中国古代的哲人们期望着将世界万物本源归结为一种统一的物质，认为世界应该是由一种连续分布于整个空间的物质所构成，而不像“五形说”是各种元素的组合。在“道”和“太极”的思想指导下，逐渐形成并发展成为在中国古代自然观中重要的、占主流地位的“元气说”。春秋战国时期，老子认为由最高范畴的道生出阴阳二气，进而产生万物。庄子继承和发扬老子的学说，提出“通天下一气”的思想。战国末期的荀（xn）况也指出气是构成万物的基本元素。元气说在春秋战国时期出现，在汉代逐渐成熟，经过唐、宋得到相当大的发展，明末清初达到高峰。由汉代的王充、唐代的柳宗元和刘禹锡为代表，形成了“元气自然论”；由宋代张载和明末清初的王夫之为代表形成了“元气本体论”。,二 元气说,“元气说”的主要思想,气是充满整个宇宙 客观存在的物质，是万物本原。王充在论衡中说：“天地，含气之自然也。”论衡 谈天，“天地合气，万物自生”论衡 自然。王充（27-约97）：东汉时期的唯物主义哲学家和进步思想家，创立了以气为基础的元气自然论。主要著作有论衡，共30卷，85篇，涉及力学、声学、光学、热学、电磁学等多方面的知识，是我国中古时期的一部百科全书。,气有聚散两态，太虚为气，气形转化张载（10201077，宋）：“太虚者，气之体形聚为物，形溃反原”正蒙 乾称王夫之（16191692，明末清初)：“虚空者，气之量，气弥沦无崖而希微不形，则人见虚空而不见气。凡虚空者，气也。聚则显，显则人谓之有；散则隐，隐则人谓之无。”张子正蒙注太和。,气分阴阳，永远处于运动变化之中 物质不灭思想王夫之张子正蒙注太和：气“散而归于太虚，复其氤氲之本体，非消灭也。聚而为庶物之生，自氤氲之常性，非幻成也”“聚散变化，而气本体不为之损益。”；“车薪之火，一烈而尽，而为焰，为烟，为烬，木者仍归木，水者仍归水，土者仍归土，特希微而人不见者。”；“一甑（zeng）之炊，湿热之气，蓬蓬勃勃，必有所归；若盖严密，则郁而不散。”,元气学说注重物质连续与不连续的相互统一，强调事物间的相互联系和相互转化。符合自然界的真实变化，与自然本性更接近。但元气说终究是一种思辩理论，没有实验、数学等科学方法的配合，长期停留在推测、玄想阶段，致使中国没有走上诞生近代科学的道路。,二.中国古代的力学知识,力学知识起源于古代人对自然现象的观察和生产劳动中的实践经验，并逐步发展为生产技术和初步的自然哲理，这在东西方古代都是如此。我国古代，手工工艺技术成果远比经验性的理论总结突出得多，这是中国古代对力学研究的主要特点。,1.物理计量：时间计量、度量衡 2.时间、空间、运动：空间和时间运动与静止运动的相对性 3.对力的认识： 4.力学知识的应用,一 力 学 时间计量a.干支纪法：春秋时鲁隐公三年（前722）二月己巳日至清宣统年（1911）。“干支”是“天干”和“地支”的合称。天干：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸。地支：子、丑、寅、卯、辰、巳、戊（午）、未、申、酉、戍、亥。组成“六十干支”：甲子、乙丑、癸酉、甲戊、乙亥癸亥。共60个组合，也称“六十甲子”，周而复始，不断循环。寅1月虎、卯2月兔、辰3月龙、巳4月蛇、午5月马、未6月羊、申7月猴、酉8月鸡、戌9月狗、亥10月猪、子11月鼠、丑12月牛b.十二时辰记时法：子时：231时，丑时：13时，,亥时：2123时。 c.百刻时制（漏壶记时制）：采用日晷或漏壶将一昼夜分为十时，一时分为十刻。刻为漏壶的基本记时单位，在竹或木制的箭上100个等分刻度，其高度正好等于一昼夜漏壶滴水的高度。1刻等于现在的14.4分钟。d.机械记时：东汉时期张衡117年发明浑天仪，用于测定天体位置，一天转一周。后经唐宋发展，成为世界上最早的天文钟。,星晷,月晷,圭表,日晷,漏壶：漏壶有两种形式：泻水型和受水型。我国最早的西汉青铜挈壶为泻水型漏壶，只有一把挈壶，出水口在壶底侧。由于挈壶里水位不同时出水速度不同，后来又发展出受水型。并逐渐由最初的两壶发展成多壶。右图为根据唐朝吕才历象汇编历法典99卷刻漏图制作的四级漏壶。 浮漏：宋代沈括在多级漏壶的基础上发明了浮漏，每昼夜误差小于20秒。宋代燕肃制作的莲花漏改进了刻箭的刻度方法，精度提高到14.4秒；宋代赵友钦则将精度提高6秒。,度量衡：度-长度 量-容量 衡-重量,长度,蔡锷：奈何七尺之躯已许国家，难以许卿,七尺男儿有多高？,关云长身高八尺？,关羽有多高？,古代的几个规定： 孔子家语记载：“布指知寸，布手知尺，舒肘知寻”即：从中指的指端到第一横纹叫一寸，拇指和中指一扎为一尺，两臂伸开长八尺，叫一寻。 孙子算经：“度之所起，起与忽。蚕吐丝为忽。十忽为一丝，十丝为一毫，十毫为一厘，十厘为一分。”,汉书律历志详细记载：长度单位：引、丈、尺、寸、分，十进制；,汉书律历志记载：“度本起黄钟之长。九十分黄钟之长，一为一分，十分为寸，十寸为尺，十尺为丈，十丈为引”。,殷商时的一尺，大概是15.8cm 战国、秦、西汉、新莽时大概是23.1 cm 东汉的一尺有23.75 cm 东汉末、三国、西晋的时候，一尺为 24.2 cm 东晋、五胡十六国、南朝一尺等于现在 24.5 cm 北朝、隋时为 29.6 cm 唐分大小尺，小尺为30 cm，大尺为36 cm 宋、元一尺为31.2 cm 明：裁衣时一尺为 34cm，量地时一尺32.7cm，营造时一尺32cm 清：裁衣时为 35.5 cm，量地时为34.5 cm，营造时为32cm,七尺之躯大概1.6米,关羽大概1.9米,容量单位：斛（h)、斗、升、合、龠（yu），十进制。,另外：一手所盛为“溢”,二手合盛为“掬”,“掬四谓之豆”,秦：1斛 = 10斗, 1斗 = 10升，1升（194 毫升） 汉：1斛 = 10斗, 1斗 = 10升, 1升（342/192毫升） = 10合，1合 = 2龠, 1龠 = 5撮, 1撮 = 4圭 三国两晋：1斛 = 10斗, 1斗 = 10升, 1升（202毫升） = 10合 南北朝：1斛 = 10斗, 1斗 = 10升, 1升 = 10合 隋：1斛 = 10斗, 1斗 = 10升, 1升(594/198毫升) = 10合 唐：1斛 = 10斗, 1斗 = 10升, 1升 (594毫升) = 10合 宋：1石 = 2斛，1斛 = 5斗, 1斗 = 10升 1升(664毫升)= 10合 元：1石 = 2斛，1斛 = 5斗, 1斗 = 10升 1升 （949毫升）= 10合 明：1石 = 2斛，1斛 = 5斗, 1斗 = 10升 1升（1074毫升） = 10合 清：1石 = 2斛，1斛 = 5斗, 1斗 = 10升 1升 （1036毫升）= 10合,陶渊明不为五斗米折腰，五斗米是多少？,