關(guān)于作者
2004年畢業(yè)于北京師范大學(xué)物理系，2009年在中國科學(xué)院物理所獲得理學(xué)博士學(xué)位，同年起在中國科學(xué)院物理研究所工作至今。
[水煮物理]之：數(shù)典不能忘祖
羅會仟
2010年10月27日
作者：羅會仟？ 中國科學(xué)院物理研究所
春秋戰(zhàn)國諸子百家的文獻(xiàn)記錄里有不少關(guān)于古代發(fā)現(xiàn)和發(fā)明的。戰(zhàn)國末年的《韓非子 有度篇》中，有“先王立司南以端朝夕”的記載，這個“司南”便是最古老的指南針雛形。《論衡》敘述司南形同水勺，磁勺柄自動指南。更古老的記錄是：黃帝大戰(zhàn)蚩尤的時候，蚩尤部落放出迷霧想讓黃帝大軍亂成一團，沒想到的是，黃帝利用指南車指出正確的方向，殺出重圍，大勝蚩尤。這個指南車，是上面有個小人，采用簡單的機械原理和地磁技術(shù)，讓小人的手指始終指向南邊?？上?，指南針的發(fā)明只給黃帝便宜，而后來封建統(tǒng)治者似乎忘了利用它。雖然我們早在晉代就發(fā)明了指南船，是航海羅盤的最早發(fā)明。而西方的哥倫布、達(dá)伽馬等用它發(fā)現(xiàn)了新大陸、環(huán)繞了地球證明地球是圓的，開啟了西方以掠奪和殖民為生的時代。
（中國科學(xué)為之驕傲的年代：四大發(fā)明）
從公元前四世紀(jì)的亞里士多德到公元16世紀(jì)的伽利略，期間跨越近2000年。在如此漫長的歲月里，西方的自然科學(xué)從觀察和思辨層次走向了實驗研究和數(shù)學(xué)證明的另一個層次，開啟了近代自然科學(xué)研究的先河。在我們關(guān)注于西方科學(xué)進(jìn)展的同時，請讓我們也回顧一下中國的科學(xué)史，當(dāng)然，也是中國的古代物理史。這段時間跨越中國的春秋戰(zhàn)國爭霸到秦國一統(tǒng)天下、大漢王朝到三國鼎立、五胡亂華到大唐盛世、宋元戰(zhàn)患到大明振威，可謂是大半部中國封建社會畫卷。中國的科學(xué)就在政治戰(zhàn)亂和封建思想的夾縫中，生根發(fā)芽。盡管我們沒有最終走上西方自然科學(xué)那種實驗和數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)的道路，但中國人始終是世界上最聰明的人之一，我們在觀察記錄和總結(jié)發(fā)明中取得了絕對的優(yōu)勢，那些年代，是一個中國人發(fā)明的年代。華夏文明的源遠(yuǎn)流長，和古代的諸多發(fā)明（遠(yuǎn)遠(yuǎn)不只是四大發(fā)明）也是密切不可分的。那么，以下就讓我們來數(shù)典看祖吧！春秋戰(zhàn)國諸子百家的文獻(xiàn)記錄里有不少關(guān)于古代發(fā)現(xiàn)和發(fā)明的。戰(zhàn)國末年的《韓非子 有度篇》中，有“先王立司南以端朝夕”的記載，這個“司南”便是最古老的指南針雛形。《論衡》敘述司南形同水勺，磁勺柄自動指南。更古老的記錄是：黃帝大戰(zhàn)蚩尤的時候，蚩尤部落放出迷霧想讓黃帝大軍亂成一團，沒想到的是，黃帝利用指南車指出正確的方向，殺出重圍，大勝蚩尤。這個指南車，是上面有個小人，采用簡單的機械原理和地磁技術(shù)，讓小人的手指始終指向南邊?？上?，指南針的發(fā)明只給黃帝便宜，而后來封建統(tǒng)治者似乎忘了利用它。雖然我們早在晉代就發(fā)明了指南船，是航海羅盤的最早發(fā)明。而西方的哥倫布、達(dá)伽馬等用它發(fā)現(xiàn)了新大陸、環(huán)繞了地球證明地球是圓的，開啟了西方以掠奪和殖民為生的時代。
（指南車）
劉安的《準(zhǔn)南子》記載用冰作透鏡，用反射鏡作潛望鏡等奇妙的光學(xué)現(xiàn)象。記得初中物理有道腦筋急轉(zhuǎn)彎式的考題：在南極沒有火柴怎么生火？答案是把冰磨成凸透鏡聚光到易燃物上就可以。這就是古代中國人的智慧，而潛望鏡則可以用來觀察院子外面的情況（如下圖）。只是可惜，中國人沒有發(fā)明潛水艇并把它用上去，要不中國肯定稱霸海上世界！
（冰透鏡取火與潛望鏡的發(fā)明）
中國人的另一件惋惜的發(fā)明是火藥。十世紀(jì)，大概是中國的煉金術(shù)士在一次偶然的爆炸中發(fā)明了火藥，而后有用火藥的火箭。1231年，中國宋朝人發(fā)明“震天雷”，是一種充有火藥，備有導(dǎo)火線的鐵器，可用投射器射出，是火炮的雛型。1241年，蒙古人使用火箭作武器，這是戰(zhàn)爭中首次使用火箭。1259年，中國宋朝抗擊金兵時，使用一種用竹筒射出子彈的火器，是火槍的雛型。而后，中國有了發(fā)射鐵坨坨的大炮，并且數(shù)百年沒有改進(jìn)。而十四世紀(jì)火藥經(jīng)阿拉伯那里傳入西歐，西方的軍事實力大大提升，從冷兵器時代進(jìn)步到了熱兵器時代。再后來，西方列強用大炮和鴉片轟開了中國的大門，殖民了大半個中國，一部近代中國的血淚史在飽嘗自己的發(fā)明帶來的痛苦中翻過。我不得不說這還是孔子的吃飯哲學(xué)在作祟，因為廣大中國人民追求的不過是吃飽穿暖，所以用火藥做做煙花爆竹嚇一嚇年獸就足夠了，何必去掠奪別人的資源呢？
（火藥的發(fā)明與應(yīng)用）
其實避雷針也是中國發(fā)明的，那個富蘭克林只不過用風(fēng)箏做了個試驗而已，而中國早在大漢就用上了避雷裝置。據(jù)“后漢書”記載，一次未央宮和柏梁臺遭雷電襲擊發(fā)生火災(zāi)，后來漢武帝用一個方士的建議，在宮殿的屋脊上安裝“鴟魚”來防止災(zāi)難。這就是避雷針的最初模樣。如果你去觀察中國古代的建筑就會發(fā)現(xiàn)，斗拱飛檐總是有類似的突出物，如龍、飛魚、雄雞等等，從三國時代的“葫蘆串”到大清的故宮和北海的瓊島建筑都可以看到，這些物體都起到了避雷的作用。
（飛檐斗拱）
關(guān)于發(fā)明，還有我們熟知的張衡和祖沖之。張衡發(fā)明了地動儀用來觀測地震，渾天儀用來觀測星象，而祖沖之則改進(jìn)了指南車（屬于再發(fā)明？），計算精確的圓周率數(shù)值等。后來我們把月球背面的一個環(huán)形山命名為祖沖之山以紀(jì)念。只是張衡，倒成了高麗棒子的萬元大鈔頭像，令我們后輩暴汗。
（張衡和祖沖之：他們都是中國古代發(fā)明家）
（地動儀與韓幣萬元大鈔（張衡像和渾天儀））
除了諸多發(fā)明之外，還有許多發(fā)現(xiàn)也是中國人首次觀察并記錄的。比如《韓非子》記載：有人請了一個畫匠為他畫一張畫。三年以后，畫匠告訴他："畫成了！"他一看，八尺長的木板上只涂了一層漆，什么畫也沒有，便大發(fā)脾氣，認(rèn)為畫匠欺騙了他。畫匠說："請你修一座房子，房子要有一堵高大的墻，再在這堵墻對面的墻上開一扇大窗戶。把木板放在窗上，太陽一出來，你在對面的墻上就可以看到一幅圖畫。"他半信半疑，照畫匠的話去辦。果然，在屋子的墻壁上出現(xiàn)了亭臺樓閣和往來車馬的圖象，好象一幅絢麗多彩的風(fēng)景畫。尤其奇怪的是，畫上的人和車還在動，不過都是倒著的！而墨翟和他的學(xué)生則第一次做了小孔成像的實驗，并且給出了光線直線傳播的解釋。趙友欽首次在《小罅光景》中給予詳細(xì)的敘述和解釋。
（小孔成像與實驗，趙友欽畫像）
還有沈括的《夢溪筆談》更是記載了諸多物理現(xiàn)象和發(fā)明。包括石油、印刷術(shù)等等。在天文學(xué)上的觀測，中國似乎更為名人輩出。有在朝為大官的官科——郭守敬，也有出家為僧的民科——一行。郭守敬改進(jìn)了張衡的渾天儀，創(chuàng)造了簡儀：將結(jié)構(gòu)繁復(fù)的渾儀簡化成把地平和赤道兩種坐標(biāo)系統(tǒng)分開，可減少多重環(huán)對觀測天區(qū)的遮蔽。公元六世紀(jì)，中國古代天文學(xué)家張子信就發(fā)現(xiàn)了太陽、月亮和太陽系內(nèi)5顆行星。而下面的宋代石刻星象圖，更是蔚為壯觀！
（郭守敬和一行：中國古代天文學(xué)的官科和民科）
（簡儀）
（張子信）
（宋代石刻星圖）
以上列舉的，不過是中國古代物理學(xué)（當(dāng)然古代物理學(xué)包括天文學(xué)和化學(xué)，也包括發(fā)現(xiàn)和發(fā)明）的一小部分成就，但足以見得，我們的古代科學(xué)其實并不比別人差多少。只是，中國只是善于觀察記錄，偶爾發(fā)明的東西也應(yīng)用不多（多數(shù)為了糊弄宮廷需要——比如觀星象之類）。我們沒有走向以實驗為基礎(chǔ)理論為輔助的研究道路，從而整個科學(xué)都只能在夾縫中生存，而明清的閉關(guān)鎖國，最終使中國科學(xué)徹底走向了落后。再要往前追趕，恐怕力不從心矣！也但愿現(xiàn)代中國人能吸取祖先的教訓(xùn)，不要一味地在科研上追求paper數(shù)目和刊物排名，而是追求研究成果的影響力和應(yīng)用前景，讓我們的科學(xué)研究做到真正地為祖國的富強而服務(wù)！