在《論衡》中有:“生人所以言語呼籲者,氣括口喉之中,動搖其舌,張歙其口,故能成言。譬猶吹蕭笙,蕭笙折破,氣越不括,手無所弄,則不音。夫簫之管猶人之口吞也,手弄其孔猶人之動吞也。”又說:“令人操行變氣遠近,宜與魚等,氣應而變,宜與水均。”可見他已認識到人發聲是使空氣振動而產生的,並將聲音在空氣中的傳播用可見的水波的傳播來作了比喻。這種比喻,在今天的物理教學中,在講光的幹涉和衍射時,不是仍然在運用嗎?在這裏,還應特別予以注意的是王充實際上已指出了振動的傳播要通過媒質。
三、熱學方麵
《論衡》中有:“夫近水則寒,近火則溫,遠之漸微,何則?氣之所加,遠近有差也。”“雲霧,雨之征也,夏則為露,冬則為霜,溫則為雨,寒則為雪,雨露冰凝者,皆由地發,不從天降也。”這些論述可以說明,王充不僅用“氣”來解釋熱現象,指出熱傳遞與距離遠近的關係,而且對自然界中雨、露、霜、雪的成因也進行了研究,指出了它們都是地麵上的水蒸發所致,所以實質上他已進入了物態與溫度之間的關係的研究。可見,王充對熱現象的觀察和分析是十分細致深入的,這種運用觀察、分析的方法對現在的物理教學和科學研究,都有指導意義。
四、電磁方麵
關於摩擦起電的現象,西周末年已有“玳瑁吸衤若”的記載。(玳瑁是一種跟龜極相似的海生爬行動物,產於中國沿海地區,它的甲殼黃褐色,光滑、有黑斑,是一種絕緣體,故摩擦能生電)。在《論衡》中,對這現象作了進一步的解釋:“頓牟拾芥,磁石引針,皆以其真,不假他類,他類肖似,不能掇取者,何也?氣性異殊,不能相感動也。”這裏頓牟即玳瑁,王充用氣性相同,也就是性質相同來解釋上述相互吸引的現象,和氣性不同,即性質不同來解釋別類物體不能“感動”的原因。
對於“雷電”現象:“夫雷之發動,一氣一聲也。”即不過是一種氣和一種聲而已。那麼,為什麼會有聲呢?他以“人傷於寒,寒氣入腹,腹中素溫,溫寒分爭,激氣雷鳴”。為喻,認為是不同的氣相互激發出來的。可見,王充認識到雷電也是物質的,也是自然界的一種變化現象。
《夢溪筆談》
《夢溪筆談》是北宋中期的政治家和科學家沈括(1031~1095年)所著,這是中國科學史上一部重要的著作,英國科技史家李約瑟把它稱為“中國科技史上的座標”。
《夢溪筆談》這一舉世聞名的科學巨著,內容涉及領域十分廣闊。在物理知識方麵,主要是生動地記述了磁學、光學和聲學知識。
一、磁學方麵
早在春秋戰國時期,我國發現磁石具有吸鐵和指南的性質。到北宋的沈括,他對指南針的使用作了多種試驗。例如,他作了把指南針設法放在水麵上(水浮法),碗邊上(碗唇法),手指甲上和把指南針懸掛起來等試驗,並且進行比較,指出了它們各自的特點,這可以說是世界上關於指南針的最早實驗記錄。同時其實驗方法也十分巧妙。例如,他是如何把指南針懸掛起來進行實驗的呢?“其法取新紆中獨繭絲,以芥子許蠟綴於針腰,無風處懸之,則針常指南”。這種指南針的實驗方法在今天看來,仍不失為是值得仿效的較好方法。
更可欽佩的是,《夢溪筆談》上還指出了“方家以磁石磨針鋒,則能指南,然常微偏東,不全南也。”說明沈括在實驗中已發現了磁偏角。西方一般認為哥倫布在1492年遠渡大西洋時首先觀測到磁偏角,實際上沈括的發現要比哥倫布早400多年。
二、光學方麵
在《夢溪筆談》中,有許多光學方麵的觀察和實驗的記錄及其分析。如對日蝕、月蝕的成因作了理論總結,並第一次用類比演示實驗來驗證月亮圓缺的科學道理。其中說:“如一彈丸,以粉塗其半,側視之,則粉處如鉤,對視之,則正圓。”(《夢溪筆談》卷七)在該書中還除了通俗地講凹麵鏡成像和針孔成像的道理,對光的直線傳播、光的折射現象和虹的形成進行了研究和解釋以外,還曾認真地作過凹麵鏡成像的實驗,得到了較《墨經》前進一步的結果。如:“陽燧麵窪,以一指迫而照之則正,漸遠則無所見,過此遂倒。”(《夢溪筆談》卷三)這裏所謂“過此”的“此”,指凹麵鏡的焦點和中心之間的這段距離,沈括又稱之為“礙”。這就明確地指出了物在凹麵鏡焦點之內時得正像,在焦點和中心之間看不到像,而在中心之外時得倒像。
《夢溪筆談》中還對我國的一種古銅鏡透光鏡的透光原理,也作了精辟的解釋。透光鏡可能在西漢時代已能製作,最早記載於隋唐之際王度的《古鏡記》中,該書說透光鏡“承日照之,則背上文、畫、墨入影內,纖毫無失”。對於這種現象曆來引起人們的注意,沈括對它的製造工藝和原理作了探討,他說:“此為鑄時薄處先冷,唯背文差厚,後冷而銅縮多,文雖在背,而鏡麵隱然有跡,所以於光中現。”(《夢溪筆談》卷十九)這個解釋表明,由於鏡背圖案花紋,致使整個鏡子厚薄不勻,因此在鑄造時厚薄不同,冷卻有先後,後冷而銅縮多,造成鏡麵也有和背麵圖案相同的微小的凹凸花紋,在它反射光線時就顯現出來了。一句話,就是鏡麵的銘文是由於銅的收縮有差別所造成的。