[水煮物理]之七：数典不能忘祖

（中国科学为之骄傲的年代：四大发明）

   从公元前四世纪的亚里士多德到公元16世纪的伽利略，期间跨越近2000年。在如此漫长的岁月里，西方的自然科学从观察和思辨层次走向了实验研究和数学证明的另一个层次，开启了近代自然科学研究的先河。在我们关注于西方科学进展的同时，请让我们也回顾一下中国的科学史，当然，也是中国的古代物理史。这段时间跨越中国的春秋战国争霸到秦国一统天下、大汉王朝到三国鼎立、五胡乱华到大唐盛世、宋元战患到大明振威，可谓是大半部中国封建社会画卷。中国的科学就在政治战乱和封建思想的夹缝中，生根发芽。尽管我们没有最终走上西方自然科学那种实验和数学为基础的道路，但中国人始终是世界上最聪明的人之一，我们在观察记录和总结发明中取得了绝对的优势，那些年代，是一个中国人发明的年代。华夏文明的源远流长，和古代的诸多发明（远远不只是四大发明）也是密切不可分的。那么，以下就让我们来数典看祖吧！

    春秋战国诸子百家的文献记录里有不少关于古代发现和发明的。战国末年的《韩非子·有度篇》中，有“先王立司南以端朝夕”的记载，这个“司南”便是最古老的指南针雏形。《论衡》叙述司南形同水勺，磁勺柄自动指南。更古老的记录是：黄帝大战蚩尤的时候，蚩尤部落放出迷雾想让黄帝大军乱成一团，没想到的是，黄帝利用指南车指出正确的方向，杀出重围，大胜蚩尤。这个指南车，是上面有个小人，采用简单的机械原理和地磁技术，让小人的手指始终指向南边。可惜，指南针的发明只给黄帝便宜，而后来封建统治者似乎忘了利用它。虽然我们早在晋代就发明了指南船，是航海罗盘的最早发明。而西方的哥伦布、达伽马等用它发现了新大陆、环绕了地球证明地球是圆的，开启了西方以掠夺和殖民为生的时代。

（指南车）

   刘安的《准南子》记载用冰作透镜，用反射镜作潜望镜等奇妙的光学现象。记得初中物理有道脑筋急转弯式的考题：在南极没有火柴怎么生火？答案是把冰磨成凸透镜聚光到易燃物上就可以。这就是古代中国人的智慧，而潜望镜则可以用来观察院子外面的情况（如下图）。只是可惜，中国人没有发明潜水艇并把它用上去，要不中国肯定称霸海上世界！

（冰透镜取火与潜望镜的发明）

    中国人的另一件惋惜的发明是火药。十世纪，大概是中国的炼金术士在一次偶然的爆炸中发明了火药，而后有用火药的火箭。1231年，中国宋朝人发明“震天雷”，是一种充有火药，备有导火线的铁器，可用投射器射出，是火炮的雏型。1241年，蒙古人使用火箭作武器，这是战争中首次使用火箭。1259年，中国宋朝抗击金兵时，使用一种用竹筒射出子弹的火器，是火枪的雏型。而后，中国有了发射铁坨坨的大炮，并且数百年没有改进。而十四世纪火药经阿拉伯那里传入西欧，西方的军事实力大大提升，从冷兵器时代进步到了热兵器时代。再后来，西方列强用大炮和鸦片轰开了中国的大门，殖民了大半个中国，一部近代中国的血泪史在饱尝自己的发明带来的痛苦中翻过。我不得不说这还是孔子的吃饭哲学在作祟，因为广大中国人民追求的不过是吃饱穿暖，所以用火药做做烟花爆竹吓一吓年兽就足够了，何必去掠夺别人的资源呢？

（火药的发明与应用）

    其实避雷针也是中国发明的，那个富兰克林只不过用风筝做了个试验而已，而中国早在大汉就用上了避雷装置。据“后汉书”记载，一次未央宫和柏梁台遭雷电袭击发生火灾，后来汉武帝用一个方士的建议，在宫殿的屋脊上安装“鸱鱼”来防止灾难。这就是避雷针的最初模样。如果你去观察中国古代的建筑就会发现，斗拱飞檐总是有类似的突出物，如龙、飞鱼、雄鸡等等，从三国时代的“葫芦串”到大清的故宫和北海的琼岛建筑都可以看到，这些物体都起到了避雷的作用。

（飞檐斗拱）

    关于发明，还有我们熟知的张衡和祖冲之。张衡发明了地动仪用来观测地震，浑天仪用来观测星象，而祖冲之则改进了指南车（属于再发明？），计算精确的圆周率数值等。后来我们把月球背面的一个环形山命名为祖冲之山以纪念。只是张衡，倒成了高丽棒子的万元大钞头像，令我们后辈暴汗。

（张衡和祖冲之：他们都是中国古代发明家）

（地动仪与韩币万元大钞（张衡像和浑天仪））

    除了诸多发明之外，还有许多发现也是中国人首次观察并记录的。比如《韩非子》记载：有人请了一个画匠为他画一张画。三年以后，画匠告诉他："画成了！"他一看，八尺长的木板上只涂了一层漆，什么画也没有，便大发脾气，认为画匠欺骗了他。画匠说："请你修一座房子，房子要有一堵高大的墙，再在这堵墙对面的墙上开一扇大窗户。把木板放在窗上，太阳一出来，你在对面的墙上就可以看到一幅图画。"他半信半疑，照画匠的话去办。果然，在屋子的墙壁上出现了亭台楼阁和往来车马的图象，好象一幅绚丽多彩的风景画。尤其奇怪的是，画上的人和车还在动，不过都是倒着的！而墨翟和他的学生则第一次做了小孔成像的实验，并且给出了光线直线传播的解释。赵友钦首次在《小罅光景》中给予详细的叙述和解释。

（小孔成像与实验，赵友钦画像）

    还有沈括的《梦溪笔谈》更是记载了诸多物理现象和发明。包括石油、印刷术等等。在天文学上的观测，中国似乎更为名人辈出。有在朝为大官的官科——郭守敬，也有出家为僧的民科——一行。郭守敬改进了张衡的浑天仪，创造了简仪：将结构繁复的浑仪简化成把地平和赤道两种坐标系统分开，可减少多重环对观测天区的遮蔽。公元六世纪，中国古代天文学家张子信就发现了太阳、月亮和太阳系内5颗行星。而下面的宋代石刻星象图，更是蔚为壮观！

（郭守敬和一行：中国古代天文学的官科和民科）

（简仪）

（张子信）

（宋代石刻星图）

   以上列举的，不过是中国古代物理学（当然古代物理学包括天文学和化学，也包括发现和发明）的一小部分成就，但足以见得，我们的古代科学其实并不比别人差多少。只是，中国只是善于观察记录，偶尔发明的东西也应用不多（多数为了糊弄宫廷需要——比如观星象之类）。我们没有走向以实验为基础理论为辅助的研究道路，从而整个科学都只能在夹缝中生存，而明清的闭关锁国，最终使中国科学彻底走向了落后。再要往前追赶，恐怕力不从心矣！也但愿现代中国人能吸取祖先的教训，不要一味地在科研上追求paper数目和刊物排名，而是追求研究成果的影响力和应用前景，让我们的科学研究做到真正地为祖国的富强而服务！

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