第1章中国古代物理的物质观1.1物质观的提出古往今来，物质观的提出有许多种说法，诸如“五行说”，“八卦说”这类较为熟知的说法，还有“元气
说”和墨家提出来的“原子论”这类少见的学说。而对于物质观的基础认识就是“五行学说”，是普遍认同和研究的一种1.2物质观的具体内容
1.“五行说”这一理论在夏朝开始，在商朝流行，在西周的时候发展成“五要素”。而这一次的“金、木、水、火、土”，中国最原始的五行理论
，实际上是一个假设的成分，它不单单具有元素的观点，也有彼此转换的观点。在《国语·郑语》、《尚书·洪范》以及周朝的《国语》中均指出五
行就是金、木、水、火、土。而五行本身就有自己的特性，互相交互作用之下，产生了著名的相生相克理论。宏观上的相克现象即为：火克金、金克
木、木克土等等，这互相之间是种制约作用；宏观上的相生现象即为：土生金、金生水、水生木等等，这便又是一个不停的轮回过程。相生相克的关
系显现了构成世界的五种基本元素之间的巨大的转化的过程，在过程之中，生成与消失的速率被控制在一定的范围内，元素的数量和类别的多少基本
保持不变，这便是物质守恒。2.“八卦说”（“阴阳说”）在古代中国就存在的所谓的“阴阳理论”，它是比五行更加微观的物质学说。在孔子《
易经·系辞传》、老子《道德经》的记载之中，阴阳理论似乎已经进入了现代高能物理的范畴。它不只是描述微观基本粒子，甚至是描述出了物质形
成的过程。一开始的时候人们把阳光的方向定义为阴阳，面向太阳称为阳，背向太阳称为阴。之后，它的涵义逐渐升华，授予了许多不同的定义，好
比世界上所存在的对立现象抽象为阴阳，来解释自然界两种彼此消长或者对立的物质势力，也可以用来解释天文现象、天气变化、四季变动之类的自
然现象。在自然界中一切事物的产生、发展、产生变化及至消亡的根本原因即是阴阳的对立统一运动，它也是自然界中事物变化发展的固有规律。3
.“元气说”（1）中国古代的先哲们认为世界是有一种连续分布于空间之中的物质所构成的，因而将世界万物的本源归结为统一的物质，而不像“
五行说”或者“阴阳说”是许多种元素的组合。最后在“道”和“太极”的思想指导下，逐渐形成并发展成为在中国古代自然观中重要的、并且占主
流地位的“元气说”。春秋战国时期，老子认为道生出阴阳。庄子提出了“通天下一气”的思想。而战国末期的荀况也指出组成万物的基本元素是“
气”。元气说出现于春秋战国时期，成长于汉代，经过唐、宋两朝之后获得十分大的成长，最后于明末清初时期到达巅峰。并且形成了两种元气理论
：一种是“元气本体论”，代表人物为宋代张载【1】和明末清初的王夫之【2】；另一种理论是“元气自然论”，代表人物为汉代的王充【3】、
唐代的柳宗元和刘禹锡。（2）元气说的主要思想①寰宇之间客观存在的万物的根源是气。②气有聚和散两种形态。③气分阴阳两种，处于不停的变
幻之中。阴阳二气之间的彼此作用与感应才组成了寰宇的无穷变幻，它的本质即为气的变化。④物质不灭思想（守恒原理）王夫之《张子正蒙注?太
和》：“聚散变化，而气本体不为之损益。”他还举例：“一甑之炊，湿热之气，蓬蓬勃勃，必有所归：若安盖严密，则郁而不散。”（3）元气说
的初步评价：①它是世界上最古老的一元自然观，概括的范围非常广，其中包含了阴与阳、天与地、部分和团体、持续和断续、物质与能量、无机与
有机等等的统一。②它和西方的成长方式完全不同，它坚持了许多基础性的规律。③它的应用非常广泛并且具有相当高的实际研究价值。4.“原子
论”（1）《庄子·天下篇》之中记载了惠施的“二十一辩”以及“历物十载”，其中有关“原子论”和物质连续可分的两条：“至大无外，谓之大
一，至小无内，谓之小一”。把“大一”比作宇宙，将“小一”比作原子，进而加以比较，这个思想的产生非常的了不起。中国古代将“原子”称呼
为“毫”、“几”等。“邻虚”相当于现在的零，由此可见，古代已经有了非常精确地表达。(2)翟墨著作《墨经》：“端，体之无厚而最前者也
”。提出“机械分离方法”的《墨经》，总结了“端”。同时提出:物质之间的差距，即“不”、“空”、“盈”和“你”，两组原子可以组合成三
种方式，并构成了我国最早的物质构成。第2章中国古代物理的时空观和运动观2.1关于时空和宇宙的概念《管子》在书中包含的主要的，现
在的人解释说:“四方上下曰合”，“关闭”是抽象意义上的空间的观念。而“四方上下”显然是突出它的三维性。前人不仅用“合”来表示空间，
也用“宇”来暗示空间。据《文子·自然》篇记载：“老子曰：……往古来今谓之宙，四方上下谓之宇。”很显然它也是着眼于空间的三维性的。而
在历史上，这种类似的说法很多，说明它是中国古代很普遍的一种空间表示方法。《庄子·庚桑楚》之中对空间的定义则强调其客观实在性，说：“
有实而无乎处者，宇也。”也就是说，空间是一种客观实在的事物，它是一种可以容纳一切而本身不能被包容的一种物质。《经上》之中有“宇，弥
异所也”的定义，《经说》解释说：“宇，东西家南北。”说明空间是各种不同方向或者场所、地域的总称，例如家、东、南、西、北这些具体方位
概念，将它们结合在一起就抽象出总的空间概念。引文中提到“家”，这是墨者选定的空间方位参考点。东西南北以何为定？都是以生活中心“家”
为参照而定。因此，这里也涉及到空间方位定域问题，注意到了具体空间方位的相对性。【4】《墨经》通过与各类空间的定义分析，认为各种具体
位置的集合的一般概念空间。这些是“空间”作为一个抽象点的定义的有差异的空间概念，中国古代也有用“宇宙”表示空间。学术界通常认为，古
人以“宙”表示时间，以“宇”表示空间，“宇”“宙”连用，则综合表示时间和空间，所谓“往古来今谓之宙，四方上下谓之宇，”就昭示着这一
点。这种认识，当然是没有错的，但也并不能绝对化，古人并非一概用“宙”表示时间。《说文解字》说：“宙，舟舆所极覆也。”这种意义的“宙
”，就只能表示抽象的空间概念了。从“宙”的这种意义出发，古人将其与“宇”连用，表示空间。从而演化出“宇宙”这一抽象空间概念，这里不
妨举几个例子。后秦姜岌：“日之曜也……赫烈照于四极之中，而光曜焕乎宇宙之内。”【5】陆云：“函夏无尘，海外有谧，芒芒宇宙，天地交泰
。”【6】晋朝郭璞《江赋》：“若乃宇宙澄寂，八风不翔，舟子于是搦棹，涉人于是榜。”【7】这些，都是典型的以“宇宙”表示空间的例子。
空间位置变动，发生在一定间隔的空间和时间内。在古人有关时空关系的讨论中，占导地位的是关于时间与空间相关的说法。例如，《管子》中有《
宙合》篇，其中提到“宙合有棠天地”。按照后人注解：“古往今来曰宙，四方上下曰合”，这里的“宙合”指的分别是时间和空间，天地就存在于
时空之中，这里将时间与空间相提并论进行讨论。古籍中常见四时配四方的说法，认为“春属东，夏属南，秋属西，冬属北”。《庄子·则阳》引容
成氏曰：除日无岁，无内无外。”这种观点认为没有时间的累积，空间方位的内外根本无从区分。明末方以智对时空关系有更精辟论述：“《管子》
曰宙合，谓宙合宇也。灼然宙轮转于宇，则宇中有宙，宙中有宇。春夏秋冬之旋转，即列于五方。”【8】这里把时间喻为轮子，以为在空间中进行
时间的推移，空间中有时间，时间中有空间，二者浑然天成为一体。这种说法，在角度上与牛顿绝对时空观所强调的时空互不相关相比，更侧重于强
调时空相关性。在古代中国，这种喜欢大自然本身不能区分时间和空间和运动的观点，在学术界一直赞扬，人们乐于看到爱因斯坦的相对论时空观在
中国古代简单的性能。但是，这种观点不能建立，中国古代科学仍在经典物理学的概念。爱因斯坦自己也指出:“我们必须注意四个方面的不认为这
个世界其实是一个新的视图的狭义相对论是初次提出，乃至早在经典物理学，事件是确定由四个数字，即三个空间坐标，和一个时间坐标，是以所有
物理“事件”被认为是存在于一个四维环续流形中的”【9】时空相关性，狭义相对论时空观主张都有其特定的内在，它是相对论的观点在同一时间
。这个概念以光速常数和洛伦兹变换不变的自然法则的基础上推论的原理。【10】说:“每个引用对象(系统)都有自己的特别的时刻，除非我们
告诉哪一个语句是相对于参考对象，或一个事件的声明的时间是没有意见的。而不区分时间和空间，也是在这个意义上。很明显的，在狭义相对论时
空的概念，基于相关原理和具体内容的表达中国古代时间和空间概念是有差异的，但我们不能因此说概念在古代中国，靠近狭义相对论时空观而远离
经典物理学。2.2时空（宇宙）无限的观点《列子·汤问》里从宏观和微观两个方面对空间性质进行探讨，得出“无极无尽”的结论。殷汤曰：
“然则上下八方有极尽乎？革曰：无则无极，有则有尽，朕何以知之？然无极之外，复无无极；无尽之中，复无无尽。朕是以知其无极无尽地，而不
知其有极有尽也。”古人在思考这个问题，有几个结论，许多人认为，空间是无限的。例如，《管子?宙合》说天地涵盖了世界上主要包含天地，没
有大的，空间是无限的。尤其是引用的最后一行指出一个十分深刻的理解，即宏观和微观两个方面是无穷的。《列子》则认为若是空间是虚无的，那
么它是无穷的;若是空间是由物质组成，其内部将被视为无效。这样的讨论，无限的空间是不完整的。《列子》声称，空间和物质是相等的，意思是
适应特定的对象，里面的空间是无穷的，是持续的，平滑，没有任何机会。《列子》考虑到空间的完整性，深度和看待事物的角度的想法不可思议。
唐代柳宗元明确的指出了空间是无限的，“无极之极，莽弥非垠”；“东西南北，其极无方”。因为是无限的，所以它“无中无旁”另一方面，前人
也有赞同有限的概念。如西汉杨雄学者提出:“阖天谓之宇”浑天说天球的范围作为标准是当然指的是有限的空间。有限的空间的概念，有其必然的
基础和数学计算过程。【11】在历史的画卷上，许多浑天家计算天体的大小，固然结果是不正确的，但他们是用数学要领研究过程中空间属性是可
取的特点。我们不能用现代的观点来判断的信仰古人，应该了解他们的想法之后，探索他们的工作的本质，为基础来判断古人。有限的空间，也有许
多不同的意见，所以不要太苛刻了长老的研究。在这里，值得一提的张衡的工作。他在论述天球的大小时说：“天际的范围，直径为两亿三万两千三
百里，南北如果缩短千里，那么东西就要增加千里，从地到天，是一半的宇宙，地的深度也是如此”括号中的单词是根据张衡变化的意义由人所修改
的。文中看，张衡认为是一种椭圆天体的想法，他认为天球的平均直径是232300。他特别突出，为了获得这一结论，所使用的数学工具是重差
勾股数，和所谓的物理基础理论相差千里。今人对张衡这段陈述给以了十分高的评价，说他提出了“宇宙没有尽头也没有端点”的无限时空观。而我
们说张衡的功劳非常了不起并不仅在于他认为空间是无穷的，而在于他的话概括了这样一种观念：数理的是有限的，而超出这个范畴的空间是无穷的
。关于无限空间，只能用辩证的思维要领去证明。也可以说，在探讨空间范围时，哪些属于哲学问题、哪些属于物理或者数学问题，张衡真正的厉害
之处是对他进行了区分。2.3运动与静止的相对性《抱朴子·塞难》：“见游云西行，而谓月之东驰”。运动是绝对的，静止是相对的，没有
绝对的静止存在;即为一个物体相对于另一个物体可以是静止的，但必然会出现相对于其它一些物体是运动的情况，而如果一个物体相对于另一个物
体是运动的，它可能相对于其它物体也都是运动的。人坐在顺流而下的船只上，人相对于船只是静止的，但相对于岸边却是运动的，若人在上面走动
，那么人相对于船只和岸边都是运动的，没有和人相对静止的。第3章中国古代物理的度量、几何学及数学力学是古人总结的经验在生产和生活的
观察相结合的本质，也是中国古代物理几何学与数学发展的最好体现。在古代中国有一个非常独特的研究特点，是手工工艺技能比经验的总结理论很
好的成就。以下具体介绍:(1)春秋战国时期(公元前770~770)。公元前316年,蜀都护修建都江堰,所谓的“从正面取水，从
侧面取沙子”飞沙堰项目采用的弯道环流理论,非常巧妙地说明了在沉积物规则,如测量河道水流水力学知识和理解的水利工程有一个相当高的水平
,而项目的成功是成都平原二千年来始终受益。《考工记》据传是由一个齐国人所著，是记录我国古代乐器、农具、建筑、水利、兵器、炊具、酒
具等古代手工艺规范的专著。【12】其中对于现代理论惯性现象的记述为“马力既竭，輈犹能一取焉”，还有描述的是车轮大小与拉力的关系（轮
太低，马总是像上坡一样费劲），箭羽和箭飞行速度的关系特点（“后弱则翔，中强则扬，羽丰则迟”），以及堤坝设计的经验尺寸等，都表明了当
时我国的生产技艺以及经验得出的许多论断已具有相当高的水平了。与《考工记》几乎同时的《墨经》，则进一步总结出了许多初步的力学理论，
并且对于“力”得出了较为科学的定义：“力，刑之所奋也”。只是此时所得出的初步的抽象科学思维没有在后世继续传承下去。这一时期的主要内
容是以积累经验和记录为主，形成了初步的理论。(2)两汉五代时期(206~960)许多简单的机器在这个阶段逐渐发展成为一个大型联
合机械,如张衡地动仪的风力和水运浑天仪,祖冲之(429~500)的水磨,西汉丁缓(公元1世纪)“被中香炉”等等。隋朝时期的造船
工业很发达,如隋炀帝的龙舟长期以来200年底,50英尺宽,40英尺高。方舟子h主机建立河北小河流赵县赵州桥(595-595),
(37.02米),最大跨度最浅弧(拱矢高7.23米),已超过1300年,沉没高差只有5厘米,这表明当时实际结构力学的发展。浮力的
利用甚多，如：浮桥的建造[唐李吉甫：“以船为脚，竹篾亘之”，“架黄河为之”]；东晋僧人惠远在庐山造莲花漏作为记时工具：“取铜叶制器
，状如莲花，置盆水之上，孔底漏水，半之则沉”，即莲花漏由孔底进水到一半时就逐渐下沉，“每一昼夜十二沉”，心思极其巧妙，还有非常著名
的曹冲称象的故事等。上述种种成就，在现在的书中找到的不多，北齐信都芳曾“集浑天、地动、攲器、漏刻诸巧事并画图名曰器准”，由于年代久
远都已失散了。(3)宋元明时期(960~1644)曾公亮宋代(997~1087)的军事著作记录了枪支、武器工厂、机械、军
事、油泵弹簧的详细内容,还有苏颂和宋应星等人均著作了许多记载农业、手工业、仪器之类的详细记载的书籍。中国古代机械知识的成长密切相
关,各种古代精湛的工艺技术,但每一次的改进技术。知识的整理和保存不认真对待,这样技术特别是理论知识不能应用于生活,而不是人类形态的
主要生产力,因此古代知识分子更侧重于文字游戏或官场。力学和经验定性概念总是投机色彩,缺乏数学参考计算和系统测试的使用,和缺乏大量的
生产知识和技术积累的制度安排,这导致了一个更直接的结果,缺乏知识的经典力学理论在我国,只能从西方传入我国。结论与建议4.1结论与
启示（1）在内容上来看，大多数都是源于生活的经验，缺乏对于具体物理现象的分析、观察以及归纳和总结，因此很少有正规的物理理论得出。（
2）在研究方法上，受到集体思维的枷锁干扰，对于物理现象的解释非常笼统，缺少对于物理现象的辩证思考方法与正确地分析和逻辑推理。（3）
缺少将物理与数学合二为一的思想，不能够用数学语言来论述物理，进而无法准确的把握物理的规律和建立物理的理论模型。4.2建议（1）在
前人基础上，要多整理、总结、归纳，做出系统的分析讨论。（2）我们在思考问题的时候学会辩证思考，数形结合，将语言与数学结合，相辅相成
。（3）我们应学会在理论的基础上，进行动手的实验操作，及时记录实验过程与结果。参考文献[1]张载.（1020-1077），宋，“太虚者，气之体……形聚为物，形溃反原”《正蒙?乾称》[2]王夫之.(1619-1692)，明末清初，《长子正蒙注?太和》[3]王充.（公元27-约97），东汉，《论衡》.[4]李志超．《天人古义——中国科学史论纲》．郑州：河南教育出版社，1995，163[5]郭璞．《江赋·昭明文选》卷十二[6]薛华成.管理信息系统[M].北京:清华大学出版社,1993.[7]陆云．大将军宴会被命作诗一首《昭明文选·卷二》[8]姜岌．《浑天论答难·续古文苑·卷九》[9]Ａ．爱因斯坦著，杨润殷译．《狭义与广义相对论浅说》．上海：上海科学技术出版社，1979[10]杨雄．太玄，玄ｃｈī＠②[11]李志超，华同旭．《论中国古代的大地形状概念》．自然辩证法通讯，1986年第2期[12]游国恩主编．《天问纂义》．北京：中华书局，1982．117—118 |
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