1、1清朝物理学清代处于封建社会晚期，在物理学方面，如光学研究及器具制作有一定的成就之外，传统的内容几乎基本停顿。同时，明末清初来华的西方传教士则带来了一些西方近代物理学知识。第一节力学比重的测定康熙初年，西方的一些物质比重常数传入中国，数值较我国历来沿用值准确，因而推动了在我国的重新测定工作。梅瑴成主持测定了赤金、纹银、水银、红铜、白铜、黄铜、钢、生铁、熟铁、高锡、六锡、倭铅、黑铅、白玉、金珀、白玛瑙、红玛瑙、砗磲、青石、白石、红石、象牙、牛角、沉香、白檀、紫檀、花梨、楠木、黄杨、乌木、油、水等三十二种物质的比重，并将测定结果记载在他主持编撰的增删算法统宗卷一中。我们若将所测各值根据清代及现今的
2、度量衡加以换算，则可知当时的测定值与今值相当接近。乾隆年间还进行过各地泉水比重的测定。当时由于北京玉泉的水最轻，故以玉泉水为基准， “曾制银斗较量玉泉之水，每斗重一两” ，然后用这一量器去测定其他地方的水的比重。刘岳云在格物中法卷二“玉泉记”中记载了此事及各地的水重。传入中国的西方力学知识比利时传教士南怀仁撰著的新制灵台仪象志 （1674） ，在第二卷中，介绍了较多的力学知识，包括材料的强度、物质的比重、物体的重心与稳度，简单机械如杠杆、滑轮、螺旋、斜面等的应用及其作用，等等。在第四卷中介绍了“垂线球仪”即单摆的知识，包括单摆的等时性、摆动周期与振幅无关、周期平方与摆线长度成正比等，以及作为用
3、单摆计时的例子，介绍了自由落体的下落距离与时间的平方成正比。书中有些内容引用了伽利略的著述。 参阅严敦杰：伽利略的工作早期在中国的传布 ，载科学史集刊第 7 期（1964） 。第二节热学明清两代，有关热学知识的发展并不多。南怀仁在所著验气图说 （1671）及新制灵台仪象志中提到了某些热学方面的内容，如介绍了欧洲十七世纪早期有关空气温度计、以及弦线扭转式吸湿性湿度计的原理、结构和应用等知识。 参阅王冰： 南怀仁介绍的温度计和湿度计试析 ，载自然科学史研究第 5 卷第 1 期（1986） 。第三节声学有关声学的研究及实验清代较之明代远为逊色，且记述不多。郑光祖一斑录卷三“物理”篇记载了一些有关声学
4、的认识。如空气振动成声及声可以被反射：“空中融气有所震而成声。前有一墙，曲声为勒转，必成应声。若墙外有圈洞，则愈甚。故山多之处，应声百出，其变也。 ”使用“顺风耳”传声或听声：“顺风耳用铜制，或如喇叭而较大。人以口就之而喊，其声洪大可闻于隔山对江。若以耳就之，所闻亦较朗。 ”他还写道， “人家墙壁以空甏横砌而成，使口尽向内，则室中所作之声尽收入甏，而贴邻不闻” 。这里空甏起了隔声的作用。这与方以智在物理小识中的记述相同。另外，他还说到“凡平地数十里外人马大众行声，可探之于地下。法以四五尺大竹通去其节，直埋入地，留尺上出，以耳就之，其声轰轰然” 。这种方法与古代的“瓮听” 、 “地听”一样，都是
5、利用固体传声和气腔共振的原理。康熙帝对声学亦甚关注。他曾探讨过声音的共振现象，认为“相声相应，自然之至理也”。他还特别研究过测量声速的问题：“朕以算法较之，雷声不能出百里。其算法依黄钟准尺寸，定一秒之垂线，或长或短或重或轻，皆有一定之加减。先试之铳炮之属，烟起即响，其声益远益迟，得准比例而后算，雷炮之远近即得矣。朕每测量过百里，虽有电而声不至，方知雷声之远近也。 ”他的方法是利用单摆（即南怀仁在新制灵台仪象志中所介绍的“垂线球仪” ）测定时间，先测出从看到烟起至听到炮声的时间间隔，再比较从2闪电到雷声的时间间隔，从而推断出声源的距离。 康熙几暇格物编上册，卷下“同声相应”条。 康熙几暇格物编
6、，上册，卷上“雷声不过百里”条。第四节光学传统的光学研究及记载清代，卢兆漋、郑光祖等均有关于针孔成像和面镜成像方面的观察和记述，基本上与沈括的研究和认识类同。郑光祖一斑录卷三写道：“舟上撑篙，篙入水如曲。渔人猎鱼鳖，照所见，不获也，须求之于下乃获。碗中置一钱于底，遥望不克见，注水于碗，令极满，则钱影浮于水面。 ”我国自古以来虽然有许多关于大气光学现象及其他的记载，其中一些现象与折射密切相关，但总的说来，对折射现象的研究较少。至清代，人们对折射的认识仅止于此。光学器具的制作我国自制眼镜始于清初，孙云球即是苏州眼镜业的创始人。他先是制造眼镜，后来制成“千里镜” （望远镜） ，还制造过“存目镜” （
7、放大镜） 、 “万花镜” 、 “鸳镜” 、 “半镜” 、 “夕阳镜” 、 “多面镜” 、 “幻容镜” 、 “察微镜” （显微镜） 、 “放大镜” 、 “夜明镜”等七十种光学仪器和器具，后人誉之为“巧妙不可思议”。他写成镜史 ，总结制镜经验，在当时“市场依法制造，各处行之” ，为中国光学仪器发展史作出过重要贡献，可惜镜史已佚失。黄履庄也研究制作过“千里镜” （望远镜） 、 “临画镜” 、 “显微镜”等。值得注意的是制造“瑞光镜” ，其“制法大小不等，大者径五六尺，夜以一灯照之，光射数里，其用甚巨。冬月人坐光中，遍体生温，如在太阳之下”。这大概是属于探照灯一类的装置。光学著作清代的光学著作，以郑复
8、光的镜镜詅痴和邹伯奇的格术补为代表作。郑复光继承中国古代传统的光学知识，同时又吸收明末清初西方传入我国的近代光学知识，加以研究并融会贯通，写成几何光学专著镜镜詅痴 。该书分四个部分：1.“明原”，阐述光学基本概念、几何光学基本定律；2.“类镜” ，论述几种反射镜和折射镜的质料和性能，着重介绍几种方形透镜的特性及光学现象；3.“释圆” ，论述圆形透镜的性质，包括凸、凹透镜的成像规律，成像特点，透镜组的成像，及凸、凹透镜之间的量的关系；4.“述作” ，阐述十七种光学仪器和器具的制造和使用方法等。其中， “释圆”部分是全书的重点，是郑复光用力最深、成就最大的部分，他建立了单个透镜的“顺三限”和“侧三
9、限”以及透镜组的“距显限”和“变显限”的理论，这是在当时闭关锁国时代，郑复光独自试验和研究建立起来的独特的理论体系。郑复光还在他的另一著作费隐与知录中，讨论了有关针孔成像、冰透镜取火、近视眼、远视眼及眼睛的调节等有关光学方面的一些问题。 卢兆漋：天香楼偶得 ；郑光祖：一斑录卷 3“物理” 。 吴县志卷 75“列传艺术二” 。 虞初新志卷 6“黄履庄小传” 。邹伯奇对光学理论的研究成果主要集中在格术补一书中。该书深入讨论了透镜成像原理和成像公式，他得到透镜物距、像（“影” ）距和焦距（“日限” ）之间的定量关系：“置日限尺寸自乘为实，以物距镜减日限为法除之，得影加远之数” ；“或置日限尺寸为实，
10、以物距镜乘之，物距镜减日限除之亦同” ；“若先有影距镜数，与物距镜相乘，与物距镜相并为法除之，得此镜之日限” 。我们如果以 u、v 和 f 分别表示物距、像距和焦距，上面三句话用式子可分别表示为 fu fv ffuu fvvuv uf2 -= -=+； ； 这三个式子实际上就是透镜成3像的高斯公式 1 1 1u v f+ = 邹伯奇还讨论了透镜组的焦距、几种折射望远镜和反射望远镜（即伽利略式、开普勒式、格雷高里式、和卡塞格林式望远镜）以及放大镜、显微镜的结构和原理，眼睛和视觉的光学原理等。邹伯奇还是我国照相术的先驱。他曾制成“摄影之器” （实为一种取景器） ，并用来绘画景物。之后在此基础上，研
11、究制成了我国第一台照相机。西方传入的光学知识南怀仁所著新制灵台仪象志第四卷，较多涉及光学知识，主要是关于光的折射和色散。该书是最早涉及西方关于折射现象的研究和知识的中文著作，所述基本上是自托勒密之后至十七世纪初以前西方对折射现象的认识。书中所列光在空气水，水空气，空气玻璃，玻璃空气，水玻璃及玻璃水界面上发生折射时的折射角度表（南怀仁称其为“气水差” 、 “水气差” 、 “气玻璃差” 、 “玻璃气差” 、 “水玻璃差” 、 “玻璃水差” ）的数值有很大的误差，有些还是错误的。他也没有及时地把折射定律介绍到我国。该书对于棱镜色散和虹霓生成的解释，出自牛顿以前西方对色散的认识，即认为色散是由于透明体
12、的厚度不同而引起的，当然，这种解释是完全错误的。 邹征君遗书存稿摄影之器记 。 参阅王冰：南怀仁新制灵台仪象志所述之折射 ，载 自然科学史研究第 4 卷第 2 期（1985） 。 参阅王冰：明清时期西方近代光学的传入 ，载 自然科学史研究第 2 卷第 4 期（1983） 。第五节电和磁指南针和罗盘广泛应用于航海在清代，指南针更加广泛普遍地被应用于航海。康熙年间，闽浙总督满保奉命巡海，加强台湾等地防卫，曾进呈西南洋各番针路方向图 。徐葆光出使琉球，他撰写的中山传信录卷一“针路”条，即有我国出使海船使用旱针的最早记载。乾隆年间，周煌出使琉球，撰成琉球国志略 ，书中首卷绘有旱罗经图及针路图。磁屏蔽现
13、象的发现和对磁偏角的观测刘献廷广阳杂记有一段记载：“磁石吸铁，隔碍潜通。或问余曰：磁石吸铁，何物可以隔之？犹子阿孺曰：惟铁可以隔耳。 其人去复来，曰：试之果然。 余曰：此何必试，自然之理也。 ”显然当时已了解磁屏蔽现象，但不知其原理，只能用“自然之理”来笼统地加以解释。康熙帝曾对磁偏角进行过观测：“定南针所指，必微有偏向，不能确指正南，且其偏向各处不同，而其偏之多少亦不一定。如京师二十年前测得偏三度，至今偏二度半。各省或偏西或偏东，皆不一。惟盛京地方得正南，今不知改易否也。宋沈括梦溪笔谈谓，磁石磨针，必微偏东向。而元周达观真腊风土记谓，定南多丁未针。 大观本草注谓，丙丁皆火位，庚辛受其制，物理相感耳。而推求真南之道，昔人未尝言之。朕曾测量日影，见日至正南影必下垂，以此定是正南真向也。 ”清代人们已通过观测知道磁偏角因地因时而异。 广阳杂记卷 1。 康熙几暇格物编上册，卷上“定南针”条。
