第一章 物理科学的启航

却说这是夏天的一个傍晚，大片浓密的黑云，象铅色的幕布一样，笼罩着天空，隆隆的雷声此起彼伏，闷热的空气受到即将到来的大雷雨愈来愈强烈的震动。

幽暗降临到大地，浓云密雨劈头盖脸地砸下来，狂风暴雨震撼着人们的灵魂。那倾斜的雨线，扯天扯地的垂落，向大地射出无数的箭头。

几分钟，天地已分不开，空中的河往下落，地上的河横流，成了一个灰暗昏黄，有时又白亮亮的一个水世界。

慢慢地，雨点由稠密变得稀疏，往东看，在一瞬间，一个弧形的半明的彩虹架在暗云中间，雨脚在那方一道道地下垂着，象是彩虹边倒挂的匹练。那彩虹颜色鲜艳，紫色特别显著，只是长虹一端残缺不全。站在教学门

前的牧士和信徒们，望着雨过复晴的晚空，喃喃祈祷着，手在心口上不住地画着“十”字。

你知道这是怎么回事吗？

原来这些信徒们看到彩虹出现，认为是上天给他们带来好运，但又看到彩虹残缺不全，以为是上天有意要惩罚有罪的人们。于是他们便祷告着。

其实，这是最常见的一种物理现象。古希腊著名学者阿那克西曼德说： “风是空气的一种流动，因为空气的最轻和最湿部分为太阳所发动或膨

胀起来。当太阳的光线投射在极浓厚的云上时，便产生了五光十色的七彩虹。”

这说明阿那克西曼德已经知道彩虹产生的原因，它只是一种普通的现象，而不是上天创造用来奖赏或惩罚人类的。

在本回里，我们将系统地介绍古代物理科学的发展及其重大成就。

就整个物理世界来说，古希腊人有过许多精彩的议论，他们对具体的物理现象也作过不少认真的研究，取得了一些成果。

米利都派的学者们已经注意到了一些物理现象，发表过一些看法。如泰勒斯说到磁石吸铁，他从他的哲学出发，认为那是因为这块磁石有灵魂。但是琥珀摩擦能够产生静电的这一功劳应该归功于他。

毕达哥拉斯派是着眼于从数的角度来研究物理科学现象。他们对于琴弦的长度与音律的关系的研究，取得了很好的成绩。

他们考查了同张力下不同长度的琴弦的音调，发现两弦长度之比为 2∶1 时，两弦能产生谐音，亦即相差八度，若长度之比为 3∶2 时，两音相差五度， 等等。

总之是要使音调和谐，弦长必须是简单整数比。这个发现似乎支持了他们的哲学的合理性，使他们对宇宙间数的和谐，更加深信不疑。

自然科学家恩培多克勒（公元前 493～公元前 433？）似乎很善于观察也富于想象力，他是不认为自然界会有虚空存在的。

他有次在做试验中发现，上端密闭的管子插入水银中，水银不能进入管子的情形，他说这是因为管子中的空气的重力，堵住了想进入的水银。

他说：“听觉是外面的声音造成的，当语言所推动的空气在耳朵内鸣响时，便产生了听觉。”“空气振动时，便打击坚硬的部分，产生出一个声音来。”

他还认为，光是发光体的一种极为精细的流出物，它通过细微的孔道进入我们的眼睛，我们便能看见，光的传播是需要时间的，在一定的时间内才能到达我们的眼睛。

对于磁性，他也用类似的想法来解释。他说，铁块被磁石吸住，是由于铁块中的某种流出物大量流向磁石中的细微的孔道造成两者相吸的。

而古希腊的“第一个百科全书式的学者”德谟克利特对物理现象的解释则带有更多的猜测性。

如关于光，他说那是“从一切物体上都经常发射出一种波流”，“在眼睛和对象之间的空气由于眼睛和对象的作用而被压紧了。就在眼睛上面印下了印子”，这就是视觉。

他还说：“颜色并不是本身存在的，物体的颜色是由（原子）方向的变化。”

关于磁现象，他认为“磁石和铁是相类似的原子构成的，但磁石的原子则更精细。磁石比铁较松并且有更多的空隙。”

因为运动是永远趋向相类似的东西的，铁的原子向外扩散而流向磁石， 铁也就被拖向磁石了。

恩培多克勒和德谟克利特对磁现象的解释虽仍远离科学，不过比起泰勒斯的解释，已是前进一大步了。

下面，我们来介绍那个时期，最有影响的人物亚里斯多德是怎样解释物理科学的。

亚里斯多德是古希腊第一个最认真的研究物理现象的人。他的《物理学》也是世界上最早的物里学专著，尽管那时物理学的含义与现代的说法不尽相同。

亚里斯多德着力研究的是力学方面的问题。我们已经知道他认为月亮以下的世界的物体，都有重者向下轻者向上的自然运动，要改变它们的自然状态，就得有外力。

但外力一消失，物体就立即恢复它们的自然状态，或者静止不动于其自然位置，或者垂直上升，下落以恢复其自然位置。

亚里斯多德反对虚空观念，认为物体在空间的运动，也就是在某种介质中运动。物体的运动与作用于其上的力成正比，而与它所受到的阻力成反比。

他把外力的作用与物体的“非自然’”运动这样联系在一起，那么他又如何解释，抛物体在离开抛物者以后仍能运动一段距离呢’

他说，物体刚离开抛物者那个时刻，由于它正向前冲而排开部分介质， 就在它的后面造成一个虚空，自然界是不允许虚空存在的，周围的介质使文即填补这个虚空，于是这些介质，又对物体形成了一个向前的推力，物体因而得以继续前进。

但当该物体所受的阻力与推力相等时，它的非自然运动就停止了，抛物体就立即恢复它的自然状态了。

亚里斯多德似乎可以自圆其说，但他的认识与实际相去甚远了。

对于自由落体，他认为较重的物体下落速度要快一些，理由是它冲开介质的力比较大。当然，这种认识也是错误的。

亚里斯多德的物理学没有科学试验的基础，他的结论基本上是不正确的。他的错误认识也曾在很长的时期之内，严重地束缚着人们的思想。

不过，他的工作终究是人类对机械运动所作的最早的认真的分析，在这

个意义上来说，他的历史功绩也是不应轻易抹煞的。

古希腊人也很早就用凹面铜镜聚焦取火，玻璃透镜的使用也很早。

我们还知道古希腊人对光和观觉的一些看法，而把对光的研究建立在科学基础之上的则是欧几里得。他的著作《光学》和《论镜》，被认为是最早的光学专著。

欧几里得进行了许多光学试验，并且应用几何学方法来加以研究。他已经弄清楚了光的反射定律，即入射角与反射角相等。他还研究了凹、凸面镜的反射。

对于视觉的认识，他却是后退了一步，他不认为是物体发出的光进入眼睛而产生视觉，却认为是眼睛发出一种无形的触须般的“视线”与物体接触， 而使人看见。