文物与物理 目录

文物与物理 内容简介

“中国文物与学科”丛书，分为《文物与语文》、《文物与数学》、《文物与物理》、《文物与化学》、《文物与生物》、《文物与历史》、《文物与地理》、《文物与音乐》、《文物与体育》、《文物与美术》共十种。每种在编写地程中要突出学科特点，又不能写成某门学科的历史；要照顾到学科知识，又不能脱离文物资料。
文物无声地讲述着过去。学科知识被用来建设现在和未来。可你是否觉得，我们的祖先具有的知识已丰富得让你惊讶？你又是否想像过，我们的祖先如何利用他们的知识创造、改善和丰富生活呢？一切都凝取聚在文物之中。一切都包含在。《中国文物与学科》丛书里。
本书以物理学各分支学科为纲，分别叙述与此相关的某些文物，讨论它们可能蕴涵的物理学知识，在物理学史上的价值和意义；或者从历史文献中记述的物理学知识入手，讨论文物反映的认知背景。本书为读者提供了。从物理学方向欣赏文物的一种新视角，以及一种以文物实证治科学史的方法，可供文物、历史和科学工作者参阅。

文物与物理 节选

所谓“转轮藏”，是佛教寺庙中藏书或供佛用的特殊的木构建筑，其外形类似宫灯或园林中别致的小亭，其构架主体类似一个可转动的大木轮，由此称之。有些地方称它为“飞天藏”、“壁藏”。它们是佛教文物中颇具科学价值的文物精品。
据报道，迄今尚存的转轮藏建筑有四座，它们是，河北正定县北宋隆兴寺转轮藏，四川江油市窦圌山南宋云岩寺飞王藏，山西大同辽代华严寺壁藏，以及四川平武县明代报恩寺转轮藏。这些建筑在历代几经毁坏，又几经修葺。迄今，转轮藏大多只剩主体木构件。而外表装饰早巳荡然无存。从现存的主体构件看，这四座转轮藏是基本相同的木构建筑。
我们以河北正定县隆兴寺转轮藏为例，先了解一下它的构形。它的主体木构件有二，一是以大厚木板做成的轮台，二是通过轮台中央的木质轮轴。该结构置于转轮藏殿之中。藏殿分上下两层，除下层为转轮藏外，沿转轮藏右侧的楼梯可达上层，上层陈列佛像、佛经。
转轮藏的轮轴或称“藏轴”，由一根径约50厘米的楠木制成。其上端安装于二层楼的巨型厚木夹板之中。其下端呈尖形，又称“藏针”，外围包裹铁料，置于地面圆池内。支撑轮轴下端的是一个特制的生铁轴托，埋于圆池之中。这个轴托，又称为“铁鹅台桶子”。在藏针与铁鹅台桶子之间放人滚轴，注人润滑油，使其转动轻速。在地面以下圆池中那段轮轴上，安装众多木质斜撑，以此支撑整个藏的转动台面(图1-29)。轮台直径约7米，在台面上构筑木结构宫灯或亭榭式建筑(图1-30)。隆兴寺转轮藏为八角形，由八根内柱、八根外檐柱，以及众多横坊及斜木构成。藏外观为重檐亭子形，下檐八角形，上檐为圆形。如果在轮台八根外檐柱上饰以绢丝或布料、彩纸作成的藏帐，轮台内情景就不可见了。台内藏佛像或经书，大概也只有方丈在一定时候才向虔诚信徒展示。在佛寺的藏经楼下建造这样一个巨大转轮，是借此向信徒们显示“佛法无边”、“法轮常转”的教义。
据梁思成考，隆兴寺转轮藏建造于北宋皇佑(1049-1054年)年间，当在宋代建筑师李诫写作《营造法式》一书之前。《营造法式》书中留下了极其细密的转轮藏外形图(图1-30)，并叙述了它的制作规范。就其中的主要部件，该书卷十一写道：
造经藏之制，共高二丈，径一丈六尺；八棱，每棱面广六尺六寸六分；内外槽柱，外槽帐身柱，上腰檐，平座，坐上施天宫楼阁。八面制度并同，其名件广厚皆随逐层每尺之高积而为法。
转轮高八尺，经九尺。当心用立轴，长一丈八尺，径一尺五寸，上用铁锏钏，下用铁鹅台桶子。其轮七格，上下各扎辐挂辋，每格用八辋，安十六辐。盛经匣十六枚。
从这些记载看，转轮藏主要用于藏经匣。所谓“外槽帐身柱”，即是前述八根外檐柱上悬挂布帐，以免灰尘落人藏内经匣上，要想读其中某本经书，只要转动藏身，找出藏有该经的经匣即可。它的方便之处是，取经书者不必绕轮台而转，而只需转动轮台即可。我们感兴趣的是，转动如此巨大而笨重的轮台，是用水力、畜力、人力或是其他？
传统的中国镜是铜镜，以圆形居多，方形镜较少。当然，也有少数铁镜。镜面平整光滑；镜背有反映中囱文化特色的纹饰图案、文字，并铸有钮，以便悬挂或插植。钮镜不仅是中国，而且是整个东方文化的传统，它区别于古埃及和欧洲的柄镜。
在谈及古铜镜之前，我们先要述及周代及其之前，许多遗存至今的称为“监，，的器物。它或者是陶制，或者是铜制。除了花纹、器形和提耳有变化之外，它们本质上就是一个盛水的水盆。镜史上*原始的“镜”，当为池沼湖泊的平静水面。原始社会，美的观念曾使人们面水寻影、梳妆打扮。陶器出现之后，就有了“水监”。只要在陶盆里盛上清水，并将陶盆置于明亮之处，它就形成了一面相当好的水镜。甲骨文中“监”字的造形，就是描摹一个人对盆水寻影。当金属镜发明之后，也就是有了铜镜以后，西周金文中有了带“金”字旁的“监”或“鉴”字。而今日通用的“镜”字可能出现于战国后期。当然，在铜镜发明并使用很长的时间之后，“水监”还在被使用。“贫家女无以为镜，每以瓦盆之水而镜之”。
据考古发现，铜镜的问世比铜器时代的出现要早得多。约公元前2800年的齐家文化时期已有铜镜。他们分别为，1975年甘肃广河齐家坪出土的素镜(背面无纹饰)，1977年青海贵南县尕马台出土的七角星纹镜，以及甘肃临夏出土的复式多角星纹镜。这时期铜镜镜背均带钮，制作较为粗糙。历史学家称公元前2000—3700年为铜石并用时期，或许还可指望更早的铜镜问世。进入铜器时代后，商代铜镜增多，据统计，目前共出土九枚，以河南安阳出土居多，其次为陕西扶风。但也有流布于新疆哈密地区的商代铜镜。已出土的西周镜又比商代成倍增加，它们分别出土于河南三门峡市上村岭虢国墓、浚县辛村，陕西宝鸡、凤翔、扶风、淳化，内蒙古宁城，以及新疆哈密等地。其中绝大部分是素镜，只有一枚镜的背面铸有鸟兽纹。春秋战国时期，不仅制铜技术有极大提高，而且是我国从青铜时代向铁器时代过渡的历史阶段。考古发掘此时期铜镜约千枚，其分布地区广，品种多，制作精细，花纹繁缛。人汉以后，铜镜数量之多，分布之广，又大大超过战国时期。仅1957—1958年，在洛阳西部发掘的217座汉墓中出土铜镜达175枚。随着历代铜镜的大量发掘，以铜镜为对象的研究也日渐兴盛。研究者们编制历代铜镜图录，从镜背纹饰与图案中研究其文化价值，探讨中国古代与其他各国的文化交流，还从科学技术方面着手研究它的历史变迁，对它的结构成分进行化学分析和模拟实验，等等。可以说，形成了一门中国古代铜镜学。
现在看来，解等比数列是中学生所掌握的知识。但在450年前，它是世界上高精尖的科学问题。而且，当时尚未有“音程”概念。就动机而言，朱载堉一心要使旋宫转调成为可能，他并未想到要建立一个崭新的乐律制度。但是，旋宫转调的必然结果就是十二平均律。在这里，从思想观念、科学概念，乃至数学手段，朱载堉都必需逐一解决，方能建起一座科学艺术的新殿堂。今天一句话能说清的问题，朱载堉时代却要用百万字、十几本书才能把它说清楚。因此，20世纪30年代语言文字学家刘半农(刘复)曾说：四大发明传到欧洲后都经过人家的改进、提高，又传回中国；惟有朱载堉的“新法密率”是一做就做到登峰造极的地步，我们今天也只要照搬、照用他的计算结果就行了。
朱载堉对人类的贡献理应是中华民族的骄傲，但在封建专制时代并非如此。朱载堉的著作奉献给明朝廷后，被打人冷宫，搁置史馆，并未在社会上推广应用。100多年后，他的著作及平均律又被清朝康熙帝、乾隆帝罗列了“十大罪状”，被斥之为“臆说”。在皇权的影响下，清代著名经学家、乐律家陈澧(1810-1882年)，分明知道平均律的优点，但他还说：“古无等比列算法”，“古法(即三分损益法——引者注)诚不必改也”。在朱载堉公布其发明以后300多年间，只有一个人是他的知音，这就是清代著名乐律家江永(1681-1762年)。江永一生致力解决旋宫转调，但不得门径。他年近七十而**次读到朱载堉著作时，“悚然惊，跃然喜”，“是以一见而届服也”。江永是明清两代唯一一个赞赏和佩服朱载堉的人。朱载堉的经历真是中国历史上的一幕悲剧。
然而，朱载堉的学说传到欧洲后，却引起了轰动。直到几十年前，欧洲人还为平均律的优先权跟我们打笔墨官司呢!
在西方，*早建立平均律理论的有两个人。一个是荷兰数学家和工程师斯特芬(SimonStevin，1548-1620年)，他比朱载堉小16岁；一个是法国科学家默森(MatinMersenne，1588-1648年)，他比朱载堉小56岁。当时传教十来往中国，学术信件纷纷邮至欧洲，斯特芬因闻讯中国加帆车而仿造之。因此，英国李约瑟博士经研究后断论：
平心而论，在过去的300年间，欧洲及近代音乐有可能曾受到中国的尸篇数学杰作的有力影响……，**个使平均律数学上公式化的荣誉应当归之于中国。
事实上，早在19世纪中叶，德国物理学家赫姆霍茨(H．VonHelmholtz，1821-1894年)以及将他的著作《论音感》译成英文的译者埃利斯(A．J．Ellis，1814-1890年)都曾经讲过，平均律是中国“这个有天才和技巧的国家发明的”，“发明人据说是一个王子。”
在朱载堉的平均律学说传到欧洲并促使欧洲人做了同样的理论工作之后，18世纪德国作曲家巴赫(J．S．Bach，1685-1750年)创作了《平均律钢琴曲集》，充分展示了十二平均律的巨大功用。此后，人们才在理论和实践两方面逐渐接受平均律。巴赫的钢琴曲成了划时代的作品。古钢琴很快被淘汰，按照平均律制造的钢琴成了现代乐坛上的乐器之王。创建钢琴调音的平均律数学理论是一个民族智慧的体现。随着钢琴的日益普遍，亦随着近代中国国势逐渐衰落，大多数欧洲人从鸦片战争以来都不会相信平均律是中国人创建的。加之，斯特芬的手稿未曾注明日期。因此，20世纪30年代起，一些欧洲学者开始与中国学者争夺这项优先权。1975年，一位自称“中国通”的美国学者撰写了长篇论文，将斯特芬完稿时间定在1585年，也就是朱载堉为阐述平均律的重要著作《律学新说》作序之后一年；并在文中以极大篇幅说明朱载堉的平均律没有用解等比数列的公式，等等，*后他在文章结论中说：“要抹去在手子载堉平均律成就上虚幻的光环”，“至少应当让斯特芬和朱载堉平均分享这份优先权。”
在这位美国学者论文发表之后，中国学者通过多年研究，1986年发表的研究成果指出，在时间上，朱载堉是在1567-1581年间完成创建十二平均律的理论，远早于斯特芬；在数学上，如前所述，朱载堉的数学方法、结论和公式是完善无缺的。因此可以说，钢琴是欧洲人的伟大创造，而钢琴的灵魂即它的调音数学理论却是中国人用智慧铸成的。
这位美国学者毕竟是学者，而不是政治家。事后他自己承认，他虽然曾于20世纪40年代在上海某大学任教，但“汉字不识一百”，推论难免有误，显示了他的学者风范。这场争论巩固了朱载堉作为平均律创建者在世界科学史和音乐史上的地位。可以说，没有平均律的数学理论，就不会有今天的宏伟壮观的音乐艺术。朱载堉墓地的灵光仍在照耀着当代的乐坛。
……

文物与物理 相关资料

书评
“文物与物理”?乍一听来，实难相。教科书中所谓的“物理学”，是指研究物质组成及其运动规律的科学；而“文物”是昔日的物质或精神产品。后者似乎很难为前者提供有关物质组成的学说或物质运动的定理的。
然而，作为物质产品或艺术作品的文物，不仅体现了创作者的经验、思维与知识，也是一个时代的科学认识水平的反映。一件工艺精湛、艺术价值高的文物，往往也是某一历史时期的生产技术和科学知识的结晶。有鉴于此，考古文物界的先贤在几十年前就提出考古学要与科学史相结合，以便将考古提到一个新的认识阶段，将文物鉴赏与评论提到科学的水平。同样，科技史界也从未放弃收集历代文物以阐明某一历史时期人们可能具有的科学知识。本书题为“文物与物理”，就是基于这样一种认识来写作的。因此，这里指的“物理”，不是定理、原理之类的纯物理学叙述，而是一个“大物理”，即与物理学知识可能相关的文物，或某一文物可能体现着的物理知识。
从上述认识出发，本书的写作既不是与物理相关的文物报导或考古专论，也不是一部科学史之作，而是试图在大量文物中拣集与物理学相关的一部分，从物理学角度欣赏它们、评述它们，重现它们曾经有过的时代光彩与价值。如果物理学工作者能从中获得一点文物与历史知识，文物考古工作者能从中了解一点文物的科学含义和科学价值观，青年学生能从中加深自己的物理素养与对祖国历史的了解，则本书幸矣。
本书的各章是以物理学的分支学科命名的。虽然题为“力学”、“光学”、“声学”等，但也并不是在叙述这些分支学科的基本内容、定理与原理，而是作者为了写作方便，对大量的内涵丰富的文物作出粗略的分类罢了。这意味着，某章名称只是表明该章叙述与此章名约略相关的文物，仅此而己。相信读者了解与章名相关的中等物理学知识，本书对此不曾多着笔墨。
本书的照片图版，大部分是由我的同事李安平先生帮助拍摄的，特此致谢。
限于作者的水平，本书在文物与物理两方面都可能疏漏甚多，错误难免。祈读者教正为盼。
戴念祖
1997年4月15日于北京
朝内大街静心斋