物理學是研究物質基本結構及物質運動的最普遍形式、最基本規律。
按照現代科學的解釋,古代的中西方都沒有物理學這個學科,但物理現象是隨處存在的,所以物理知識的萌芽也是很早的,中國古代在很早就積累了很豐富的樸素的物理知識,如中國古代的建築和工具製造中,就已經無意識的利用了一些物理知識。
在唐代,人們對槓桿原理的運用已經非常地熟練,在衡器等方面己經廣泛使用了。唐代長安城中的貴族利用特權霸佔水渠,設置了大量的類似水車的裝置,就是將槓桿支撐於架上,長臂端裝上柞,短臂端則供水力或機軸驅動,就充分地利用了槓桿原理。
利用水力驅動水輪使天文儀器運動,是唐代科學家一行與梁令攢的傑作,在唐代文獻中稱其為水運渾天俯視圖。
史載，開元中,“又詔一行與梁令攢,及諸術士,更造渾天儀,鑄銅為之。若圓天之象,上具列宿赤道,及周天度數。注水激輪,令其自轉,一日一夜,天轉一週。又別置二輪,絡在天外,綴以日月,令得運行,每天西轉一匝,日東行一度,月行十三度十九分度之七。凡二十九轉有餘,而日月會。三百六十五轉,而日行匝。仍置木櫃,以為地平,令儀半在地上,半在地下。晦明朔望,遲速有準。又立二木人,於平地之上。前置鐘鼓,以候辰刻。每一刻,作自然擊鼓。每一辰,則自然撞鐘。皆於櫃中,各施輪軸,鉤鍵交錯,關鎖相持,既與天道合同。當時甚稱其妙。鑄成,命之日水運渾天俯視圖,置於武成殿前,以示百寮。”
這一儀器採用了比較複雜的齒輪結構,表明唐代已掌握了精確傳遞軸與輪間迴轉和同時進行變速及變更迴轉方向的物理知識,當然這也是一種記時器,具有現代時鐘的雛形。
我國古人很早就知道了利用空氣來進行虹吸管吸水,唐代官辦醫學中教授的角法,即今天的拔火罐,就是一種真空技術的運用。
唐人呂才製造的五級漏壺,也是充分利用了大氣壓強的原理,將漏壺中上壺的水引到下壺。《古今圖書集成·曆法典》卷九九《漏刻部》中載有呂才漏刻圖,這也是迄今出現最早的虹吸圖畫。
在度量衡方面,唐代的貢獻主要表現在將數學上的十進位制運用於此,比如唐朝規定開元通寶錢,“十文重一兩”,也就是說一枚錢幣等於十分之一兩,將這個新出現的重量單位命名為“錢”。
在此之前,株、素等重量單位都是非十進位制,自從這種新的權衡單位出現以來,一直沿用至今,可見其影響之大。
唐代著名科學家一行曾比較準確地測量過地球子午線的長度,史載“一行以南北日影校量,用句股法算之,大約南北極相去,才八萬餘里。”這是世界上第一次測量子午線的長度,在世界科學史上具有重要的意義。
一行測量子午線還有一個意義,即在計量科學上第一次嘗試將人為規定的日常用尺和另一個自然的恆定數值作比較,從而在計量科學發展史上寫下了輝煌的成就。
英國學者李約瑟評價說“把民用的距離單位`裡'與天和地的宇宙距離聯繫起來,並確實以此來定義,這是米制史前期的一個重要事項。”
在光學方面,我國古代早就發現了透鏡聚光的原理,如早在西周時期就有專門掌管“陽隧”以取火的官員—司恆氏。“陽隧”是一種與凸面鏡相反的凹面鏡,它的作用是對日取火。
西漢時成書的《淮南子》一書,就記載了此事。在唐代有一種同樣可以取火的火珠,這些火珠多為外國進貢而來,如唐太宗貞觀時,摩伽陀王“復遣使獻火珠及鬱金香、菩提樹。”
這種火珠其實就是水晶球,出產的國家很多,比如羅剎國,“其國出火珠,狀如水晶,日正午時,以珠承影,取艾承之,即火出。其年,林邑國來獻,雲羅剎得之。”說明在唐代時已普遍認識到了火珠這種透鏡可以聚焦陽光而取火的物理特性。
陝西西安出土的唐代葡萄花鳥紋銀香囊，由縷空的銀質球形外殼、內外兩層同心圓環和中心半球形爐組成。爐體、內環、外環和外殼內壁的支撐軸依次垂直安裝。由於重力作用以及內中軸承的垂直設計,不論球殼如何滾動,爐口總朝上方,爐中的香料也不會撒到爐外。
它的結構設計和今天船舶中的陀螺羅經儀大體一致,船體在風浪的作用下,無論如何擺動,陀螺羅經儀總能使羅盤保持在一定的水平面上,從而確保了羅盤針的準確、正常工作。這在當時的世界上是非常先進的機械設計。
在唐代皇帝的鹵簿中有所謂的指南車和記裡鼓車,這兩種車都是以機械與齒輪裝置,能夠自動離合,前者為機械定向裝置的一種車輛,後者則可以將車輛行駛的裡數通過齒輪系統減速後表現出來,類似於里程錶的一種車輛裝置。
在皇帝出行時,雖然並不完全依靠這兩種車來指示方向或表示里程,其更多的還是一種儀仗一類的裝置,但唐人能夠熟練地製造它們,說明其已經熟練地掌握了機械傳動裝置的基本原理。
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