物理学是研究物质基本结构及物质运动的最普遍形式、最基本规律。
按照现代科学的解释,古代的中西方都没有物理学这个学科,但物理现象是随处存在的,所以物理知识的萌芽也是很早的,中国古代在很早就积累了很丰富的朴素的物理知识,如中国古代的建筑和工具制造中,就已经无意识的利用了一些物理知识。
在唐代,人们对杠杆原理的运用已经非常地熟练,在衡器等方面己经广泛使用了。唐代长安城中的贵族利用特权霸占水渠,设置了大量的类似水车的装置,就是将杠杆支撑于架上,长臂端装上柞,短臂端则供水力或机轴驱动,就充分地利用了杠杆原理。
利用水力驱动水轮使天文仪器运动,是唐代科学家一行与梁令攒的杰作,在唐代文献中称其为水运浑天俯视图。
史载，开元中,“又诏一行与梁令攒,及诸术士,更造浑天仪,铸铜为之。若圆天之象,上具列宿赤道,及周天度数。注水激轮,令其自转,一日一夜,天转一周。又别置二轮,络在天外,缀以日月,令得运行,每天西转一匝,日东行一度,月行十三度十九分度之七。凡二十九转有余,而日月会。三百六十五转,而日行匝。仍置木柜,以为地平,令仪半在地上,半在地下。晦明朔望,迟速有准。又立二木人,于平地之上。前置钟鼓,以候辰刻。每一刻,作自然击鼓。每一辰,则自然撞钟。皆于柜中,各施轮轴,钩键交错,关锁相持,既与天道合同。当时甚称其妙。铸成,命之日水运浑天俯视图,置于武成殿前,以示百寮。”
这一仪器采用了比较复杂的齿轮结构,表明唐代已掌握了精确传递轴与轮间回转和同时进行变速及变更回转方向的物理知识,当然这也是一种记时器,具有现代时钟的雏形。
我国古人很早就知道了利用空气来进行虹吸管吸水,唐代官办医学中教授的角法,即今天的拔火罐,就是一种真空技术的运用。
唐人吕才制造的五级漏壶,也是充分利用了大气压强的原理,将漏壶中上壶的水引到下壶。《古今图书集成·历法典》卷九九《漏刻部》中载有吕才漏刻图,这也是迄今出现最早的虹吸图画。
在度量衡方面,唐代的贡献主要表现在将数学上的十进位制运用于此,比如唐朝规定开元通宝钱,“十文重一两”,也就是说一枚钱币等于十分之一两,将这个新出现的重量单位命名为“钱”。
在此之前,株、素等重量单位都是非十进位制,自从这种新的权衡单位出现以来,一直沿用至今,可见其影响之大。
唐代著名科学家一行曾比较准确地测量过地球子午线的长度,史载“一行以南北日影校量,用句股法算之,大约南北极相去,才八万余里。”这是世界上第一次测量子午线的长度,在世界科学史上具有重要的意义。
一行测量子午线还有一个意义,即在计量科学上第一次尝试将人为规定的日常用尺和另一个自然的恒定数值作比较,从而在计量科学发展史上写下了辉煌的成就。
英国学者李约瑟评价说“把民用的距离单位`里'与天和地的宇宙距离联系起来,并确实以此来定义,这是米制史前期的一个重要事项。”
在光学方面,我国古代早就发现了透镜聚光的原理,如早在西周时期就有专门掌管“阳隧”以取火的官员—司恒氏。“阳隧”是一种与凸面镜相反的凹面镜,它的作用是对日取火。
西汉时成书的《淮南子》一书,就记载了此事。在唐代有一种同样可以取火的火珠,这些火珠多为外国进贡而来,如唐太宗贞观时,摩伽陀王“复遣使献火珠及郁金香、菩提树。”
这种火珠其实就是水晶球,出产的国家很多,比如罗刹国,“其国出火珠,状如水晶,日正午时,以珠承影,取艾承之,即火出。其年,林邑国来献,云罗刹得之。”说明在唐代时已普遍认识到了火珠这种透镜可以聚焦阳光而取火的物理特性。
陕西西安出土的唐代葡萄花鸟纹银香囊，由缕空的银质球形外壳、内外两层同心圆环和中心半球形炉组成。炉体、内环、外环和外壳内壁的支撑轴依次垂直安装。由于重力作用以及内中轴承的垂直设计,不论球壳如何滚动,炉口总朝上方,炉中的香料也不会撒到炉外。
它的结构设计和今天船舶中的陀螺罗经仪大体一致,船体在风浪的作用下,无论如何摆动,陀螺罗经仪总能使罗盘保持在一定的水平面上,从而确保了罗盘针的准确、正常工作。这在当时的世界上是非常先进的机械设计。
在唐代皇帝的卤簿中有所谓的指南车和记里鼓车,这两种车都是以机械与齿轮装置,能够自动离合,前者为机械定向装置的一种车辆,后者则可以将车辆行驶的里数通过齿轮系统减速后表现出来,类似于里程表的一种车辆装置。
在皇帝出行时,虽然并不完全依靠这两种车来指示方向或表示里程,其更多的还是一种仪仗一类的装置,但唐人能够熟练地制造它们,说明其已经熟练地掌握了机械传动装置的基本原理。
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