磁石吸鐵,間隔潛應元氣論、原子論與中國古代物理學

磁石吸鐵,間隔潛應元氣論、原子論與中國古代物理學

中國是世界文明發(fā)展的第一個國家之一。中國有4000年前的歷史。中華民族是一個有著光榮文化傳統(tǒng)和優(yōu)秀歷史遺產(chǎn)的民族。我們的祖先在不斷創(chuàng)造和發(fā)展精神文明的同時，也在創(chuàng)造和發(fā)展精神文明。這里當然包含著傳統(tǒng)思想與科學技術(shù)方面的偉大貢獻,為我們今天這一領(lǐng)域的研究,提供了廣闊的馳騁天地,要做的工作很多,要花的力氣很大,得有一批同志矢志不渝,持之以恒地去辛勤耕耘,深入發(fā)掘。一、世界的研究我國古代人民尋求對自然界物質(zhì)本源的認識,繼五行說、陰陽說之后,元氣說和原子說是兩大發(fā)展線索,但是縱觀歷史,元氣說處于主流地位那是很明顯的。從戰(zhàn)國時代的伯陽文、荀況開始,歷經(jīng)東漢的王充,唐代的柳宗元、劉禹錫,一直到宋朝的張躍鉑明末清初的王夫之,都有不少論述,并不斷加以發(fā)展,前后延續(xù)達兩千多年。在我國古代元氣論者看來,“元氣”是一種連續(xù)形態(tài)的物質(zhì),但“元氣”聚焦與分解又顯示出物質(zhì)的間斷性,認為氣分陰陽,陰陽的對立統(tǒng)一就是道,即自然的發(fā)展規(guī)律,并以此觀念來解釋眾多的自然現(xiàn)象。正是這樣,中國古代科學如天文、歷法、音律、農(nóng)學、醫(yī)學等,都是建立在元氣論基礎(chǔ)之上的。就物理學來說,它不僅對物質(zhì)本源的研究取得了一定的成就,而且對一些物理現(xiàn)象的闡釋也產(chǎn)生過積積的意義。譬如靜電、靜磁現(xiàn)象,東漢王充在《論衡》中就是這樣來闡述的:“頓牟(即玳瑁)掇芥,磁石引針,皆以其真是,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?！币馑际钦f,經(jīng)過摩擦的玳瑁之所以能夠吸引芥籽,鋼針之所以能被磁石吸引,是由于芥籽與玳瑁,鋼針與磁石各具有相同的“氣性”,故能相互感動;別類的物體,看起來也像與芥籽、鋼針相似,但由于它們與玳瑁及磁石“氣性”相異,因此不能相互感動。而后東晉郭璞寫的《山海經(jīng)圖贊》也有類似的記載:“慈石吸鐵,瑁(即玳瑁)取芥,氣有潛感,數(shù)有冥會?！彼彩前鸯o電與靜磁并列,認為經(jīng)摩擦的絕緣體之所以能吸引微小物體是由于彼此具有“潛感”的氣,有某種未知的“數(shù)”在默默地起著作用。磁石為什么能吸鐵?到了北宋時又有人作了進一步的探討。宋陳顯微和俞琰都認為磁石吸鐵有它的內(nèi)在原因,所謂:“磁石吸鐵……阻礙相通之理,豈能測其端倪哉?”“神與氣和,隔閡相通,猶如磁石之吸鐵也?！睆埦吭凇对企牌吆灐分幸舱f:“磁石吸鐵,間隔潛應?！敝撩髂﹦I廷的《廣陽雜記》中則有“磁石吸鐵,隔礙潛通”的闡述。從這些說法,我們可以看出,都是企圖用元氣說及氣的各種特性如“通”、“礙(隔)”、“潛”、“應”等來解釋磁性這一客觀現(xiàn)象,對磁石在隔有某種物體或一定距離的情況下所以能吸鐵的這些解釋,當然是很含糊的,也沒有確切地揭示出事物的內(nèi)在本質(zhì)來,但將鐵與磁石的關(guān)系,用“氣”聯(lián)系起來加以分析,是包含著科學價值的。再如對熱的傳導與輻射,東漢王充認為:“近冰則寒、近水則溫,遠之漸微,何則!氣之所加,遠近有差也。”這里王充把“氣”作為“溫”、“寒”傳播的物質(zhì)承擔者,同時也隱含了“氣”的“輻射”也在起作用。他認識到在熱源的周圍,溫度的分布是不同的。離熱源較近的地方溫度高,離熱源較遠的地方溫度低,這是合乎實際的。又如對聲音的傳播機制,王充在《論衡·變虛》中,就引用元氣論思想提出了聲波概念,他寫道:“今人操行變氣遠近,宜與魚等;氣奕而變,宜與水均”。這里他認為,人的動作(操作)使氣在近處和遠處發(fā)生振動變化(“變氣遠近”),和魚使水振動一樣。人聲在氣中的傳播變化和水波是一樣的?？傊?振動成聲后,通過氣來傳播。這里王充一方面提出了聲波如水波的見解;另一方面他的話里還包含了這樣一個思想:人與魚的動作所發(fā)出的聲音和對周圍環(huán)境的影響是如何傳到遠處去的?是要通過氣(如空氣)或水這樣的中間物質(zhì)作相應變化來傳播的。所有這些可以說是世界上對聲波最早的認識。關(guān)于空氣傳聲問題,西方經(jīng)歷了長期摸索過程,直至17世紀的羅伯特·玻意耳才明確得出空氣是傳聲的一種媒質(zhì)這樣的結(jié)論。當然聲波是縱波,水波是橫波,由于時代的局限性,對此古人是不可能分清的。明末宋應星對聲波概念又有了發(fā)展,在《論氣·氣聲》中他從自然現(xiàn)象和生活經(jīng)驗出發(fā),以元氣說闡述了聲的傳播和接收的有關(guān)見解,并作出了合乎科學的解釋。對聲音的傳播,他提出:“物之沖氣也,如其激水然,……以石投水,水面迎石之位一拳而止,而其文(紋)浪以次而開而縱橫尋丈猶是焉?！币簿褪钦f,聲音是通過氣來傳播的,同水波相似。宋應星以水波比擬聲波,形象地說明了聲波的傳播,雖然仍受到時代的局限,但對王充的所述是有所發(fā)展的。至于在張載、王夫之的元氣說里,關(guān)于“氣”和“形”的總和是不生不滅的認識,應當講是蘊含著物質(zhì)不滅,甚至能量不滅的思想萌芽的。從上面的列舉中,我們看到了元氣論是如何影響著中國古代物理學的,可以說它是滲透在人們對種種物理現(xiàn)象與規(guī)律的探討之中的。如果從現(xiàn)代物理學和哲學的角度來剖析,我們可以更清楚地發(fā)現(xiàn),在元氣論中有些內(nèi)容雖然是以樸素形態(tài)出現(xiàn)的,卻包含著不少合乎唯物論、辨證法的深刻思想,顯示出智慧的光芒。其中有些也正是物理學乃至整個自然科學思想發(fā)展史上應當去把握的環(huán)節(jié)。首先元氣論力圖從統(tǒng)一的物質(zhì)本源認識和說明物質(zhì)世界,這不僅是古代物理學探討的內(nèi)容,也是現(xiàn)代物理學研究的課題;元氣說中包含了“氣”和“形”可以相互轉(zhuǎn)化的思想,實際上在一定程度上揭示了物質(zhì)結(jié)構(gòu)連續(xù)性與間斷性的辯證統(tǒng)一,這正是當今研究基本粒子問題的一個極其重要的指導思想?！耙晃飪审w”、“體用不二”等觀點說明元氣說力求從事物本身,事物的內(nèi)在矛盾來闡述自然界的運動與變化;“虛空即氣”的思想否認了自然界有絕對真空的存在,這種思辨的論點未嘗不可看作是真空認識上的一個最初的環(huán)節(jié),“矛盾和諧”的思想則有助于我們辯證地來考察宇宙物理現(xiàn)象及其規(guī)律。元氣說有其積極的理論智慧,也包含著消極的因素,應當說它所顯示的只是一種哲學的概括,并沒有形成獨立的自然科學理論體系;對自然現(xiàn)象與自然規(guī)律用氣的概念與理論進行闡述與描繪是比較含混、籠統(tǒng)的,看不到近代科學中所具有的那種概念、定理的確定性和清晰性;對問題的回答往往停留在整體直觀、樸素猜測的階段,而缺少嚴格的科學論證,存在著在形式邏輯上的明顯不足和對具體事物作具體分析的欠缺,即使像王夫之那樣,雖然將“元氣”作為具體事物,進行了定性分析,然而物質(zhì)不滅定律,在氣不滅思想經(jīng)歷兩千年的發(fā)展歷程以后,還只處于感性認識階段,并未能對其原理作深入的定量研究。至于某些形而上學的神秘色彩的影響自然也是一種缺陷,這在對自然災害或天體觀察的探究中,尤其明顯地反映出來。二、積極異質(zhì)性的表現(xiàn)在對自然、科學與自然的關(guān)系《墨經(jīng)》的自然觀具有原子論的色彩,它從經(jīng)驗科學的觀點出發(fā),認為“端”①是構(gòu)成宇宙的不可再分的最小質(zhì)點,端積而為萬物,萬物組成宇宙這個統(tǒng)一整體。而宇宙又分解成為萬物,萬物則分解成端。從結(jié)構(gòu)上講,宇宙由盈與虛構(gòu)成,萬物的組成按端的交接方式不同又有相“櫻”、相“次”之分。墨家正是在這種“原子論”思想的的指引下,立足于經(jīng)驗事實,運用形式邏輯探討了自然科學問題,物理學就是其中重要的方面。譬如在時空認識上,不僅在對經(jīng)驗中的時間、空間進行概括的基礎(chǔ)上,揭示了“久”是一切時間關(guān)系的總和、“宇”是一切空間關(guān)系的總和,實際上還論證了時、空的無限性,時間的瞬時性與空間的點截性,揭示了時間、空間與物質(zhì)運動的緊密聯(lián)系,指出它們是統(tǒng)一于物質(zhì)運動之中的。如“久,彌異時也”,“宇,彌異所也”,“久,有窮無窮”,“始,時或有久或無久,始當無久”,“窮,或有前不容尺也”,“窮,或不容尺,有窮。莫不容尺,無窮也”,“宇徙久”等概括性表達就反映了上述認識。盡管古代墨家對時空,特別是時空之間,時空與物質(zhì)運動之間緊密聯(lián)系的認識還是建立在直觀、思辨基礎(chǔ)上的,卻反映了客觀實際,包含了深刻的思想內(nèi)容。就拿“始當無久”的觀念來說,這個瞬時性的時刻觀念,正是有了它,才能深刻地觀察與分析機械運動的過程。墨家對幾何光學的貢獻,在世界古代光學史上更占有十分重要的地位,例如對針孔成像,投影問題,平面鏡、凹面鏡、凸面鏡成像等都有較精辟的闡述,得出了一些科學的結(jié)論。特別值得指出的是《墨經(jīng)》中“光之人,煦若射”的判斷,意即光向人照去猶如箭射,很形象地說明了光的直線傳播性質(zhì)。在公元前4世紀墨家就牢牢地掌握了這一先進物理思想,從而對小孔成倒像等問題作出科學的解釋,更是難能可貴。在力學里,關(guān)于力的概念、杠桿原理、球體運動及基礎(chǔ)平衡、斜面及其應用等都作了研究,并得出一些重要的科學結(jié)論。同樣,墨家在幾何學上的貢獻也是舉世公認的,一方面數(shù)學知識的揭示借助于邏輯思想的提煉,另一方面,邏輯范疇的闡明又借助于數(shù)學語言的表達。如果再具體分析,墨家為什么會在自然科學上有這么多貢獻?除了他們所處的時代條件外,這與墨家成員大多來自社會下層,和勞動人民的聯(lián)系比較密切,是息息相關(guān)的。墨子本人的工藝技巧據(jù)說還超過人所共知的公輸般,他們比較注意記錄、整理生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)驗,并在此基礎(chǔ)上作出一些力學、光學等知識的初步概括,同時,墨家還到處奔走活動,所謂“墨子無暖席”。這就增加了和廣大生產(chǎn)者的聯(lián)系和對大自然的考察,從而豐富了各方面的知識。墨家十分重視對自然的研究,并喜歡“摹萬物之然”以期對人們的生產(chǎn)勞動有所幫助。用今天的話來說,就是認識自然、掌握規(guī)律、為民服務。從哲學思想講更本質(zhì)的東西,是墨家有比較正確的認識論,特別是后期墨家,他們所持的出發(fā)點是承認事物的客觀存在,認為對外界事物的認識首先要通過眼、耳、鼻、舌、身等五種感覺器官,即所謂讓“五路”與外界相接觸,這是符合唯物主義認識論的。墨家還明確主張知識來源不外是“聞知”、“說知”與“親知”,其中以“親知”為最可靠,而“說知”是依賴于思維加工推論出來的知識,亦不可少。這就使墨家的自然科學知識帶有更多的樸素唯物論思想和具有聯(lián)系生產(chǎn)實際的特點。同時也顯示出一定的理論色彩。墨家建立了一套相當精美的形式邏輯方法,是他們?nèi)〉贸晒Φ挠忠恢匾?。墨家提出了“或?選言判斷)、“假”(假言判斷)、“效”(摹仿)、“辟”(譬喻)、“侔”(類比)、“援”(援引)、“推”(推說)等論式,例如他們的有些力學知識就是運用了這種邏輯推理的結(jié)果。可惜墨子的原子論與形式邏輯在中國古代哲學與科學中都沒有能得到進一步充分發(fā)展。這可能與《墨經(jīng)》中的原子論主要是和那些同手工業(yè)關(guān)系密切的光學、力學相聯(lián)系,這些科學在中國古代相對來說不如與農(nóng)業(yè)關(guān)系密切的學科,像天文、歷法、醫(yī)學、地學那樣發(fā)達。再者,由于我國古代理論自然科學的分化比較遲,人們總是習慣于從總體上來把握自然界,這樣元氣論形態(tài)就比原子論形態(tài)更相適應了。同時,追求人與自然的和諧統(tǒng)一也正是傳統(tǒng)文化的特點,幾千年來一脈相承,這與以把握整體為內(nèi)容的元氣論自然觀是完全合拍的。如是,墨家學說長期以來遭到不公正的待遇,中國原子論到晉以后就被淹沒不為世人所聞,也就很自然了。綜上所述,正因為中國古代物理學受到傳統(tǒng)思想的深刻影響,并在物理學具體成果上反映出來,產(chǎn)生了許多同時代西方