在中国古代历史中，几乎找不到以数学解决物理问题的例子，也没有在物理阐述中常见到的逻辑推理的范式。因而，也就没有物理学。但是，没有近代物理学的方法和没有物理学，毕竟是两回事。在人类的历史进程中，不同的历史阶段，有不同的认知自然、获取知识的方法。本书将给您介绍中国古代的物理知道及方法，可以说是科学普及的入门书，提高自身科学素养的通俗读物。对于从事理学或技术领域的人士，了解本领域或相邻领域的学科史，有可能获得在他处难于寻觅的开启思维的钥匙。

绪论

一、“物理”的古代词义

二、传统物理学的特点

三、与物理相关的传统典籍

四、历史分期与本书撰稿方式

第一章 关于物质结构和宇宙天体的思辨学说

一、原子的观念

二、元气说

三、阴阳五行说

四、宇宙天体的形成与演变

第二章 力学

一、简单机械

二、重心与平衡

三、运动学知识

四、动力学知识

五、流体力学知识

六、材料力学知识

七、固体

八、基本计量

第三章 声学

一、声波概念的起源及其特性

二、音程的数学计算

三、朱载士育的新法密率

四、管乐器的末端效应和管口校正

五、簧和编钟

六、共振

七、振动和声音的应用

第四章 光学

一、光源与镜

二、影与影戏

三、小孔成像

四、反射镜成像知识

五、透镜及其成像知识

六、衍射

七、色散

八、视觉与颜色

第五章 热学

一、摩擦生火与自燃现象

二、冰

三、热与温度

四、热技术应用

第六章 电和磁

一、静电和雷电知识

二、静磁知识

三、司南和指南针

四、罗盘

第七章 近代物理学在中国的传播和传统物理的终结

一、明末清初西方物理学知识在中国的传播

二、明末至鸦片战争期间中西物理学的融合

三、1840年至清末近代物理学启蒙概述

附录

I．文献书目

Ⅱ．图录

Ⅲ．事项索引

Ⅳ．人名索引

后记

历史分期与本书撰稿方式

无论科学史家如何细致地刻画科学在中国的发展时期，就物理学的探讨方法而言，中国物理学史大致可分为三个时期。一、从远古到明代后期(16世纪初)的传统时期。在这个时期有远远超出西方的物理经验和知识，但缺少数学和逻辑的推导方法。二、从明代后期到清末，传统物理学逐渐终结、近代物理学在中国传播的时期。也可以说，这是近代物理学在中国的启蒙时期。三、从20世纪初期起直到今天，是近代物理学在中国的兴起与发展时期。本书所述是前两个时期的物理学。

传统物理学的起源与发展经历了几千年，获得了在古代史上物理认知的许多成就。中国的古代史是从远古到公元1840年鸦片战争为止的，它和欧洲的历史进程与分期完全不同。这一点务必在脑子里有一个深刻概念。第二个时期是以耶稣会士入华，将古希腊、古罗马和文艺复兴初期的科学传播到中国开始的，但近代科学和物理学传人中国是在1840年之后的时期。传教士入华传播了近代物理知识和方法，19世纪下半叶洋务运动中兴建了一些近代型学校，20世纪初五四新文化运动扫除了某些反科学的因素，近代物理学在中国才逐渐建立和发展起来。

中国传统物理学的时间极为漫长，因此，一些科学史或物理学史著作又按照朝代更替而将其分为若干时段，并设想它的起源、发展与其高峰等时期，如此着笔细细道来。这样撰稿很适合社会历史学家口味，也确实有其许多优点。本书是一本物理学简史，难以如此撰稿。鉴于传统物理学是在几乎相同的经济形态和生产水准上发生和发展的(所谓“几乎”，因为实际上中国历史至少有明显可分的石器时代、青铜器时代和铁器时代这三个不同的阶段)，按朝代分期撰写，自然会有许多重复，或者，较难于安排各个历史时代与具体内容之关系，篇幅难以平衡。思前想后，本书还是将传统物理学放在一个框架内。也就是，前六章，按今日物理学的分科方法，分别叙述传统物理学的各个方面。最后一章，是第二个时期的物理学发展概貌。

有人提出，中国古无物理学，因此不应当按照今日物理学分科方法编撰中国物理学史，而应当按照中国传统文化的特色撰写它。至于是什么特色，提议者未曾明言。或许是，按照古代图书分类即“经、史、子、集”方式撰写它，即写成“《经》书中的物理”、“《史书》中的物理”，诸如此类；或许是，按历史时代中各占要位的学派来写它，如“儒学物理”、 “玄学物理”、“理学物理”和“心学物理”，诸如此类；或许按照儒、道、法、释、墨、农、医、兵、方家来总结中国物理知识，即写成“儒家中的物理”、“医家中的物理”、“方家中的物理”，诸如此类；或者是按照巫术、占卜、风水阴阳、道教、佛教来撰写有关中国物理学的起源与发展。在此，我们要指出，某些物理学分支的起源确实与这些方术颇为相关，如电和磁的知识与占卜、风水关系密切，声学中乐律知识也曾与占卜相并存。如果有人尝试以这些方法之一撰写中国物理学史，亦会得到人们的赞许。然而，笔者以为，中国物理学史还是以物理分科为纲，以近代物理学的分科概念来总结、概括其发展脉络，是一种较好的方法。它不仅便于总结传统物理学的成就，也便于今日读者的学习。至于其中某些学科与某种特殊的文化现象关系密切，如占卜、风水，在相关部分也是应当予以重视的。P24-25

中国物理学史在科学史家族中是一门最年轻的学科。

清晚期，邹伯奇指出：《墨经》中有“视学”(光学)、“重学”(力学)。石破天惊之语，唤起人们搜索古典文献中有关科学知识的记载。20世纪上半叶，不时地有些与中国物理学史相关的文章见诸报端。但是，重要的研究仅有几项：一是刘半农关于朱载堉及其十二等程律的论文；①一是吴承洛关于度量衡史的著作；②一是钱临照关于《墨经》中物理条文的探讨：③一是王振铎关于指南针和罗经盘的研究。①可以说，直到20世纪50年代初，中国物理学史的研究十分零散，并且尚未形成“中国物理学史”的概念。

20世纪50至60年代期间，中国物理学史研究有了一个很好的开端。先，吴南薰撰写了一册《中国物理学史》，1956年由武汉大学物理系印刷并在内部交流出版。虽然该书内容多为乐律学，力学、光学、电和磁的知识极少，但它却成为英国科学史家李约瑟(Joseph Needham)撰写其巨著的中国物理学史这一章时惟一一本相关的中文参考专著。1962年，李约瑟的《中国科学技术史》(Science and Civilisation in China)第4卷第1分册，即中国物理学史出版。作为这开端的另一件事是，1957年中国科学院哲学社会科学部(今中国社会科学院)成立自然科学史研究室，出版不定期刊物《科学史集刊》，并于1964年建立物理学史和化学史研究组，由物理学家叶企孙指导。1964年5月18日和6月1日叶企孙在北京市物理学会作题为“中国物理学史若干问题”的学术报告。迄此时止，不仅有一些中国物理学史论文在专门刊物上发表，且已形成了较为明确的“中国物理学史”概念。然而，这一良好的开端被“文化大革命”人为地阻断了整10年时间。

最近20多年来，物理学史研究得到较好的发展。有几十所大学开设科学史或物理学史课程，近十所大专院校编写了物理学史讲义或教程，还有些大学设立了包括中国物理学史在内的研究机构，培养了一批硕士、博士研究生，出版了一些物理学史专著。其中，与中国物理学史相关的著作有：陆学善的《中国晶体学史料拾掇》(载《科技史文集》第12辑)，袁运开等编《中国物理学史讲义——古代之部》，王锦光与洪震寰的《中国光学史》、《中国古代物理学史略》，方孝博《墨经中的数学和物理学》，丘光明《中国度量衡史》，老亮《中国古代材料力学史》，何汝鑫与骆炳贤《中国物理教育简史》，关增建《中国古代物理思想探索》，戴念祖《朱载堉——明代的科学和艺术巨星》、《中国力学史》、《中国声学史》、《物理学与机械志》，等等。与中国物理学史相关的著作还有，华同旭《中国漏刻》，李志超《天人古义——中国科学史论纲》，申先甲等编著《物理学史教程》和《物理学思想史》，等等。更有一批近代中国物理学家的传记、回忆录或论文集出版，它们是研究近代中国物理学史的重要史料来源和基本建设。至于这20余年的研究论文可谓举不胜举。

鉴于近几十年中国物理学史研究的逐步深入与拓展，1996年在深圳举行的国际中国科学技术史会议期间，中国物理学史同行中有人提出编撰中国物理学史丛书的设想，以便总结近百年的有关研究，承前启后，企望中国物理学史研究工作代有薪传。中国物理学史大系的组纂就是在这种思想认识上着手进行的。由于中国物理学史研究迄今仍有许多未曾涉猎的领域，有许多问题研究深度不够，这“大系”的出版，自然也会有这种那种不足或缺憾。随着21世纪到来，愿“大系”能为未来的研究者提供史料搜集、研究参考之作用。

最近几年盛行一种时髦观点：中国古代只有技术而无科学，或简言为“有‘术’无‘学’”。在这时髦观点影响下，同样提出：中国古代只有物理技术、物理知识而无物理学。世人如何看待物理学史大系，亦有待读者评述。这“大系”的各册专史所涉及的内容中，除了《墨经》中有关力学、光学等知识外，在力学方面，郑玄和贾公彦的弹性定律的发现， 《考灵曜》中关于相对性原理的叙述， 《九章算术》中有关运动学的算题，李诫有关横梁强度及其高宽比数的确定，徐有贞的水箱放水实验，汉代铜卡尺；在声学方面，三分损益律的各种计算，朱载堉十二等程律，姚广孝创建的隔声建筑；在光学方面，谭峭的四种透镜及其成像的描述，赵友钦的小孔成像实验；在电和磁方面，指南针、磁偏角的知识，等等，在“有术无学”的观点下，大概都不属于物理学了。诚然，在习惯于近代物理方法的某些人看来，由于在中国古代历史中，几乎找不到以数学解决物理问题的例子，也没有在物理阐述中常见到的逻辑推理的范式。因而，也就没有物理学。但是，没有近代物理学的方法和没有物理学，毕竟是两回事。在人类的历史进程中，不同的历史阶段，有不同的认知自然、获取知识的方法。否则，我们亦难于解释，为什么阿基米德的数学与物理学方法只解答了静力学中一些问题，而没有在物理学其他领域并在古希腊之后得以发展；为什么亚里士多德的逻辑推理得出了许多错误的物理学结论，而又统治了整个中世纪时期。爱因斯坦曾经说过：

“西方科学的发展是以两个伟大的成就为基础，那就是：古希腊哲学家发明的形式逻辑体系(在欧几里得几何学中)，以及通过系统的实验发现有可能找出因果关系(在文艺复兴时期)。在我看来，中国的贤哲没有走出这两步，那是用不着惊奇的。令人惊奇的倒是这些发现(在中国)全部做出来了。”④

如若同意中国古代没有物理学，那么上述诸多发现应当列入什么范畴?

16世纪初期，西班牙人文主义者比维斯(Jean Luiz Vives，1492—1540)在反对概念混乱的“冲力说”中赞赏以工艺经验探索自然。他说：

“那些人从最有经验的人那里收集有关每一种工艺的各种题材，并写成文字，他们给人类带来多少智慧财富……通过对生活各方面的这类观察，实践的真知几乎增长到令人不能置信的程度。”①

正是如此，人们提出“学者与工匠以不同方式促进近代科学的诞生”。

相信中国物理学史大系的出版，不仅有助于人们更深入研究科学史，亦有助于人们了解古代科学的特点、中国物理学的发展历程，亦有助于人们对可能发生的各种科学史时髦观念的认识。

本大系《近代物理学史》卷是撰写相关著作的初步尝试。在明清来华教士传入近代西方科学的影响下，在洋务运动创办新式学堂过程中，以及在五四新文化运动的“科学”大旗感召下，中国近代物理学迅速兴起。在20世纪的30年代和80年代曾分别达到一个发展的小高峰时期。洞途已开，基础已定，可望21世纪中国物理学的更大的全面的发展。正如眼睛在20厘米内的视觉模糊一样，历史学一般地亦忌讳近20年的历史事件。 《近代物理学史》的作者们努力于将事件描述到20世纪90年代，甚至到1995年，其结果亦只能留待未来科学史家的判决。然而，对近期历史事件作出一些记述毕竟比没有记述要好些。

科学史是人类文明进程中体现智慧的历史，其中物理学史更能充分表现这个主题。中国物理学史还有浓厚的中国特色，它对于了解中国传统文化、激励国人奋发上进，都具有恒久的功能。在物理学教学方面，科学史事例是激发学生文化兴趣和科学兴趣的好教材，也是学生素质教育的好教材之一。中国物理学史大系史料丰富、准确，作者们又都极为注意发掘其中教育因素，愿它的出版，能在相关的研究和教学上发挥应有的社会效益。

值得指出的是，科学史或物理学史还是科学普及的入门书，是提高自身科学素养的通俗读物。对于从事理学或技术领域的人士，了解本领域或相邻领域的学科史，有可能获得在他处难于寻觅的开启思维的钥匙；对于那些身处领导地位，或从事文化、传媒、企业、管理等领域工作的人士，读一本科学史著作，尤其是科学概念丰富、科学方法灵巧的物理学史著作，不仅能为你了解世界、识别真假提供智慧与能力，亦必将为你的言谈举止增添光彩与风度。  中国物理学史大系编委会

这是一本中国古代物理学简史。其中，力、声、光、电和磁的概念起源，人们的相关认识的发展，古代中国人所取得的成就，及其与文化背景诸因素之关系等，可详见本丛书的相关卷册。在力学史、声学史、光学史、电和磁的历史方面，本书只是概略地叙述了其中最重要的方面。

本书按照物理学的分科和物理概念的分类来总结和叙述古代中国物理学史，这对于从事物理学工作和教学的人士言之，有许多方便之处，但对于从事历史工作的人士而言，颇有缺乏总的历史发展线索之嫌。这点遗憾，待笔者有机会再弥补之。

本书是这大系中有笔者捉笔的最后一册。因此，它可以比前几册更深入地阐述某些问题，诸如朱载堉关于十二等程律的创建过程，不仅有了最新材料和观点，而且做出了比以往更好的概述。在关于磁的历史叙述中，其发展脉络叙述得更为完整和有条理，如此等等。然而，重要的是，前几册中某些错误，本书在叙述中亦作了更正。例如，在本大系《光学史》卷，关于方以智的小孔衍射图(见《光学史》第118页图3—10)画得粗糙、不确切；本书的绘画可以让人们对其中的物理意义一目了然。当然，本书可能还会有其他方面的差错，盼读者能多多指教。人们常说：一旦将自己的作品铸成铅字出版，亦往往会同时铸成遗憾与不安。笔者为本大系《电和磁的历史》写“后记”时的心情正是如此。

戴念祖

2002年1月28日

于北京

作为主编，笔者衷心感谢李政道教授、叶铭汉教授和杨国桢教授对本大系撰写的支持和指导。

李政道教授是国际著名物理学家，对中国科学史极有兴趣。他于1997年根据古文献对“璇玑玉衡”的记载和上古代的玉器“璧”和“琮”的形制，推论璇玑玉衡是公元前2700年以前的天文观测仪器。当玉璧上周边三个齿轮式等距的直角对准北天极三个星体时，通过套接在它中央的玉琮的内孔，就可见北天极正中的极星。公元前2700年以前，北斗七星不正在北天极中央，而是在北天极偏东北位置，那时处在北天极中心的是紫微星座，其“右枢”星处在北天极中央，其“上辅”、“少宰”二星和北斗七星之一的“摇光”恰好为璇玑听见的三个星。李教授的这一发现将中国古文明的起始年代提前到公元前2700年，亦为今日研究中国古代科学史做出了范例。李教授还有许多深邃的科学史见地。本大系由李教授作学术顾问，是科学史界的荣耀。

本大系名誉主编中国工程院院士叶铭汉先生，对大系各卷关爱甚切，尤其对其中《近代物理学史》一卷指导甚多。叶先生和中国科学院院士杨国桢先生都曾仔细阅读《近代物理学史》一卷的清样，提出了许多宝贵的意见，且修改其中某些篇章。

笔者亦非常感谢承担本大系其余各卷的作者们，他们为此付出了辛勤的劳动和探索。本大系的完成，亦是靠他们的合作、理解和支持。

2002年夏初

补书