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2、中国物理学的发展
21世纪的我们应当对自己的历史进行解读,尤其对我国的物理学史进行了解,中华民族有过辉煌的历史,四大发明对社会做出的巨大贡献是世人共睹的,但为何又会受百年的奇耻大辱。
这一切有着我国的独特文化,他似乎早就给我国物理史带来一种复杂的影响,我们的古人对物理的研究总的说来就是趋于记录现象,而没有进行深入的研究和理论的研究。
我们国家对于物理现象的记载可以说是最早国家之一。
我国的物理学发展充满着沧桑,在先秦时期我有过百家争鸣,各家在发挥自己长处,尤其是墨子学说,它的精髓就在于进行深入的研究,就类似于西方的科学思维。
但它并没被重视,始皇进行了统一,中华文化走向一致,尤其汉朝以来的独尊儒术,使得中华民族走向与西方完全不同的路。
整整千年历史长河,我们有李白、苏轼、曹雪芹,但我们没有爱因斯坦、牛顿、伽利略。
这似乎又在阐释着为什么在近代我国会受到“华人与狗不得入内”殊礼!
在这历史长河中,进入仕途,是所有读书人的最高追求,其它一切很可能为邪说。
甚至为人鄙视。
长时间的大一统且高度中央集权,可谓一人之言,万万人必从之。
而对于物理的研究,在短时间并不会给君王带来大量的财富,而更多的人学儒,为皇家所用,帮其管理这所谓的王土。
为了培养更多奴才,统治者必将遏制其它学说。
而对物理的研究,我们可以说连门都没进。
3、中国物理学的成就
我国古代的科学技术成就中,属于物理学或与物理学有关的,可以提出力学、光学和声学等三个方面作一简要介绍。
3.1力学
①《考工记》一书中的有关记载。
这是一本现存的有关我国古代手工业技术规范的书籍,可能是春秋时代(公元前700至400年)末年的作品。
它记述了许多手工业的工艺制作与设施,汇集了至公元前3、4世纪时的工程技术知识。
其中包含的力学知识,主要有:
关于惯性的记载、滚动摩擦的论述、论箭的飞行与保持稳定,还记述了有关力的测量、斜面受力分析以及材料和施工中的一些软科学知识。
②《墨经》中有关力学知识的记载。
《墨经》战国时代以墨翟(公元前490至403年)为首的墨家的代表作,分为“经”与“经说”两大部分。
经说是经的注解。
前者的内容大多是一些定义性质的条文,后者则带有定律
的性质的解释。
《墨经》中的软科学知识已不全是实际生产知识的总结和记述,而是对力学现象进行了粗浅的概括,并进行了一些推理论证。
诸如,关于时空观念、运动学知识、力的概念、力系平衡的论述,以及斜面、滑轮及其应用,等等。
现举一条关于杠杆的理论探讨以兹说明:
经下第25条:
“天(衡)而必正,说在得。
“经说:
“(衡),加重于一旁,必捶(垂),权重相若也。
相衡,则本
短标长,两相加焉,重相若,则标必下,标得权也。
”这一条说明了不等臂天平(秤)的平衡关系。
可能是墨家探讨杠杆平衡关系的实验总结,说明墨家发现杠杆定律较之古希腊的阿基米德要早二百多
年。
但并没有阿基米德杠杆定理那样完整和定量化。
③侯风地动仪。
这是东汉张衡(公元78至139年)所制的世界上第一台地震仪。
《后汉书张衡列传》上有下面一段记载:
“(顺帝)阳嘉元年(即公元132年),复造侯风地动仪。
以精铜铸成,圆径八尺,合盖隆起,形似洒尊,饰以篆文山龟乌兽之形。
中有都柱,傍行八道,施关发机。
外有八龙,首衔铜丸;
下有蟾蜍,张口承之。
其牙机巧制,皆隐在尊中,覆盖周密无际。
如有地动,尊则震,龙机发,吐丸而蟾蜍衔之,振声激扬,伺者因此觉知。
虽一龙发机,而七首不动。
寻其方面,甩乃知震之所在。
验之以事,合契若神。
自书典所记,未之有也。
当一龙机发而地不觉动,京师学者咸怪其无征。
后数日驿至,果地震陇西。
于是皆服其妙。
自此以后,乃令史官记地动所从方起”。
④记里鼓和指南车。
这是三国时魏人马钧根据以前的记载模仿制成的两种利用各种齿轮的复合运动传动的自动机构。
记里鼓是利用原动齿轮带动大小不同的一套从轮,使车轮转动把车行的里数自动地表示出来的一种装置。
指南车是利用一套能自动离合的齿轮系统的定向装置,使得立在车上的一个木制人像的手永远指着固定的方向。
3.2光学
(1)关于光学知识的记载以《墨经》经下中的八条(16至高无23)最为系统。
其内容涉及影子生成的道理,本影和半影,由物体与光源的相对位置确定影子的大小,光的直线传播实验,光的反射性和平面镜成像,凹面镜成像,凸面镜成像等。
它已触及了几何光学很大一部分,从时间上看要比古希腊欧几里德注《反射光学》早一百多年。
(2)针孔成像和影的认识
公元前4世纪,墨家就做过针孔成像的实验,并给予分析和解释。
《墨经》中明确地写道:
“景到(倒),在午有端,与景长,说在端。
”这里的“午”即小孔所在处。
这段文字表明小孔成的是倒像,其原因是在小孔处光线交叉的地方有一点(“端”),成像的大小,与这交点的位置无关。
从这里也可以清楚看到,古人已经认识到光是直线行进的,所以常用“射”来描述光线径直向前。
北宋的沈括在《梦溪笔谈》中也记述了光的直线传播和小孔成像的实验。
他首先直接观察在空中飞动,地面上的影子也跟着移动,移动的方向与飞的方向一致。
然后在纸窗上开一小孔,使窗外飞的影子呈现在窒内的纸屏上,沉括用光的直进的道理来解释所观察到的结果:
“东则影西,西则影东”。
墨家利用光的直线传播这一性质,讨论了光源、物体、投影三者的关系。
《墨经》中写道:
“景不徙,说在改为。
”“光至,景亡。
若在,尽古息。
”说明影是不动的,如果影移,那是光源或物体发生移动,使原影不断消逝,新影不断生成的缘故。
投影的地方,如果光一照,影子就会消失,如果影子存在,表明物体不动,只要物体不动,影子就始终存在于原处。
墨家对本影、半影也作了解释。
《墨经》中有这样的记载:
“景二,说在重。
”“景二,光夹。
一,光一。
光者,景也。
”意思是一物有两种投影(本影、半影),说明它同时受到两个光源重复照射的结果(“说在者”,“光夹”)、一种投影,说明它只受一个光源照射,并且强调了光源与投影的联系(“光者,景也”)。
与此相连,墨家还根据物和光源相对位置的变化,以及物与光源本身大小的不同来讨论影的大小及其变化。
3.3声学
(1)乐器制作与乐律理论
中国古代音乐是世界文明中的一个宝库。
河南舞阳县贾湖村的骨笛,是公元前5000~前6000年新石器时代的遗物,这是迄今发现的世界上最早的乐器。
西周时期,见于《诗经》记载的乐器就有29种,其中频率固定的打击乐器有鼓、馨、钟、铃、(革兆)(摇鼓)等,调频弹拨乐器有琴、瑟,管类乐器有箫、管、埙、笙等。
《汉书·
律历志》已将当时的乐器品种按质料分为八种:
“土曰埙,鲍(木瓜)曰笙,皮日鼓,竹曰管,石日馨,金日钟,木日祝,丝曰瑟。
”从众多出土的古乐器中,引人注目的是编馨和编钟。
编馨是用特殊石头(如玉石)制成的具有若干固定音列的组合馨。
1950年在安阳武官村出土的殷代大理石馨,82厘米×
42厘米×
2.5厘米,音色浑厚如铜;
1970年在湖北江陵出土的楚国编馨25只,其形状已颇为规则,音域达三个八度。
编钟是由一系列铜制的钟挂在木架上的组合钟。
1978年在陕西扶风曾出土了西周的青铜编钟,1979年在湖北隋县的战国曾侯乙墓出土了公元前443年的编钟,一套共65件,总重2500余斤,总音域跨五个八度,12个半音齐全,音色优美,效果极佳,充分显示了我国古代音乐、冶金和乐器制造水平之高超。
(2)声的传播与发声原理的探讨
据北魏郦道元《水经注》卷三十四《江水》记载:
陈遵在造江陵金堤(公元512~518)时,曾利用鼓声推算高地的高度,可能是利用鼓声的传播速度推算的。
这一记载很有意义。
对于发声原理,东汉王充在《论衡·
论死篇》中先说明人的语言是由于“气括口喉之中,动摇其舌,张合其口”而生的,然后推广到“箫笙之管,犹人之口喉也,手弄其孔,犹人之动舌也”。
宋代张载(1020~1077)及明代王夫之(1619~1692)进一步形成“形”(物体)与“气”相冲突而发声的观点:
“声者,形气相轧而成”。
可以是“两气”相碰,如“谷响雷声之类”,“两形”相碰,“桴鼓所击之类”,“形轧气,羽扇敲矢(指羽扇生风、飞矢鸣镝)之类……气轧形,人声笙箫之类”(《张子正蒙注》)。
明宋应星具体考察了声的发生的几种情况:
“冲”(“飞矢”),“界”(“跃鞭”),“振”(“弹弦”),“辟”(“裂缯”,即撕丝织品),“合”(鼓掌),“击”(挥椎)。
他认为发声第一必须有气:
“气而后有声”,“气本浑沦之物,分寸之间,亦具生声之理,然而不能自生”;
第二必须是“以形破气”,“气之一动”,“急冲急破,其声方起”。
4、中国物理学名人
1、钱学森(著名科学家、物理学家。
我国近代力学事业的奠基人之一。
在空气动力学、航空工程、喷气推进、工程控制论、物理力学等技术科学领域做出许多开创性贡献。
)
2、钱三强(核物理学家,中国科学院院士,在“核裂变”方面成绩突出,是许多交叉学科和横断性学科的倡导者。
为中国原子能科学事业的创立和“两弹”研究作出了重要贡献)
3、竺可桢(地理学家、气象学家、中国现代气象学和地理学的一代宗师,是我国物候学研究的创始者、推动者)
4、李四光(古生物学家、地层学家、大地构造学家、第四纪冰川学家。
是中国地质力学的创始人。
“”化石新分类标准的提出、中国南方震旦纪与北方石炭纪地层系统的建立、中国东部第四纪冰川的发现与研究是他对地质科学的重大贡献。
5、周培源(著名力学家、理论物理学家、教育家和社会活动家,我国近代力学事业的奠基人之一)
6、邓稼先(物理学家,在核物理、理论物理、中子物理、等离子体物理、统计物理和流体力学等方面取得突出成就)
7、钱伟长(著名力学家、应用数学家、教育家和社会活动家。
是我国近代力学的奠基人之一。
兼长应用数学、物理学、中文信息学,著述甚丰。
特别在弹性力学、变分原理、摄动方法等领域有重要成就。
8、严济慈(物理学家、教育家,中国现代物理研究奠基者之一。
9、吴有训(物理学家,中国近代物理学奠基人,教育家)
改革的钥匙开启封闭的国门后,国内一些人开始涌向国外,凭借才智和气力异域淘金,为能出国几乎想尽一切办法。
可是上溯50年前,反而是海外功成名就的华人奔向贫穷的国内来。
吴有训当年为美国著名物理学家康普顿的选题做实验,成功证实了康普顿效应,康普顿为此获得诺贝尔奖,吴有训也因此声名大噪,前程似锦。
然而他却放弃了国外优厚物质待遇和先进科研条件,毅然回到因战乱不已而贫瘠落后的祖国,克服难以想象的种种艰难,以自己的知识和智慧为国尽力。
他的夫人除担负繁重的家务外,为补贴家用还要刺绣手工艺品出售!
5、学习中国物理学史的感想
经过长达一个多世纪的发展,中国对物理有更科学的研究,但与西方相比还有许多不足,尤其是在当今物欲横流的时代,更应当有一颗具有科学的思想。
和不求功利的高善品质。
有毅力,勤奋的精神境界。
我学到了许多东西,许多的学习方法:
(1)设立思维中间站;
(2)已设立的各思维中间站之间需要架设思维连接线加以联系,使各思维中间站能顺序地有效地协调运行;
(3)变换思维审视角;
(4)勤于实践。
中国物理学史让我们在学习物理时从较复杂的知识之中理出一根线,让学生能体会物理学的美,对物理有兴趣。
同时学会从零散、无序的艺术哲学之中整理出令人神怡的秩序和规律。
讲解物理学史,不能认为历史就是过去,而也包括它的未来,所以不仅要将过去告知学生,适当的介绍前沿科学的发展动态也是有必要的。
相信中国未来的物理学定会发展的越来越好!
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