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图6-1 景颇族人发明的取火器
唐宋时期>?９9ｌib.人们发明了原始的火柴。“夜中有急，苦于作灯之缓”(陶谷：《清异录》)，聪明人削杉木小片，其薄如纸，将硫磺涂于木片端，当它与热灰烬或高温物体接触，即焰起发火。宋代市上成批出卖，俗名“火寸”、“发烛”、“焠儿”，又称“引光奴”。近代火柴是以摩擦、使火柴头上药料生火，而它的祖先是接触热灰烬发火。从钻木到火石镰，再到火寸，是古代热学技术不断进步的表现。
除了发明种种起火方法外，古代人也发现了各种自燃现象。晋代张华说：“积油满万石，则自然生火。”
(《博物志》卷三)张华还指出，生石灰遇水浇，亦焰起烟燃。宋代人就这些发现总结说：“油绢纸、石灰、麦糠、马矢粪草，皆能发火。”(陈师道：《后山谈丛》卷四)
中国是世界上最早发现并利用高温燃料的国家，如煤炭、石油、天然气的开发与利用，在历代典籍中的记载屡见不鲜。
人类生活中，一方面要火，要高温；另一方面又要冰，要降温。早在西周初期，中国人就开始利用天然冰块冰冻食品。当时的一首民歌描述了冬日采冰的情形，它唱道：
十二月凿冰冲冲响，
正月抬冰窖里藏，
二月取冰来上祭，
献上韭菜与羔羊。
诗人屈原在其《赋·招魂》中写道：“冰冻甜酒，满杯进口真清凉。” 897f." >西周人还制作了一种专置冰块与食品的“冰鉴”(《周礼·天官·凌人》)，即冰盒或冰柜类的东西。古代的降温方法中，如在盛夏之日引水上屋顶；(《旧唐书·西戎
..传》)在养蚕室门口放几桶新井水，“以生凉气”(《农书·农桑通诀集之六·蚕缫篇》)，都有很久的历史了。
热究竟是什么？是物质还是运动？这是18世纪科学界争论的大问题之一。持“热质说”、“燃素说”者认为，热是一种物质，燃烧现象是因为自然界有燃素。这种学说在十七八世纪曾解释某些热和燃烧现象，但不能解释摩擦起火现
象。“热是一种运动”是由伦福德伯爵(即本杰明·汤姆森，公元1753-1814年)在1798年从钻大炮孔的摩擦实验中作出的。他以此推翻了热质说，促进了热学的发展。古代中国人对问题的回答二者皆有。
先秦时期，人们崇尚“五行”观念。五行，即金、木、水、火、土，其中火也是自然万物之一。因此，火是物质的看法有着非常久远的历史。后来，道家著作《关尹子》发展了这种观念。他写道：
寒暑温凉之变，如瓦石之类，置之火即热，置之水即寒，呵之即温，吹之即凉，特因外物有来有去，而彼瓦石实无来去。
在《关尹子》的作者看来，“外物”的来去使瓦石发生热、寒、温、凉之变。这种“外物”观与热质说几乎一致了。颇有意思的是，古代人还大胆地从五行观念中找摩擦生火的根据。北齐刘昼说：
金性苞水，木性藏火，故炼金则水出，钻木而火生。(《刘子·崇学》)
在他看来，摩擦起火是由于木本身含有“火素”或燃素的缘故。五行观念给古代人轻巧地抵达科学彼岸提供了独木方舟，但他们抵达的却是一个更为离奇的世界，而不是科学。
中国古代人也有持运动说的。南唐谭峭在其《化书》中写道：“动静相摩，所以生火也。”他的思想一直影响到清代，郑光祖在《一斑录》中说：“火因动而生，得木而然。”古代人从钻木取火的经验中得出的这个结论是科学的。它和伦福德伯爵从钻大炮孔中作出的科学结论完全一致。
第二节 热胀冷缩与物态变化
热胀冷缩现象在古代得到很好的应用。古代人多以铜而少以铁制作度量衡的标准器。他们的理由是，“铜为物之至精，不为燥、湿、寒、温变节，不为霜、露、风、雨改形。”(《前汉书·律历志》)显然，古代人不可能精确地测定各种物体的膨胀系数，因此也就不能比较铜与铁究竟哪一个在同样温差下膨胀较多。他们只能从物体经受风雨寒热之后的外表变化中选取较好的材料。由于铁比铜更容易生锈、剥蚀，即“改形”，因此将铜作为度量衡标准器的材料是理所当然的；而古代人从中发现寒温之变会使物体“变节”，这与热胀冷缩的道理也是一致的。
据《华阳国志》载，在战国末、秦统一中国之前，李冰为开凿都江堰，曾利用热胀冷缩原理打碎拦路巨石。都江堰两岸悬崖巨石坚硬，钻斧工具无可奈何。李冰想出一个办法：先在其上堆放柴草，火烧柴草，使巨石炽热，然后用水浇，于是石裂可凿。东汉时，成都太守虞诩〔xu许〕主持西汉水(嘉陵江上游)航运整修工程，也用了同样的方法：“诩乃使人烧石，以水灌之，石皆坼〔che彻〕裂，因镌〔juan娟〕去石。”(《后汉书·虞诩传》)这种方法在水利工程和采矿工程中被广泛运用，并被称之为“烧石易凿法”，“烧爆法”(《物理小识》卷七)。
古代名门权贵，腰间常佩带辘轳剑，剑柄玉制。所谓辘轳，是两块球形玉相套合而成，外形似“吕”字，“环口中间，似辘轳旋转，无分毫隙缝”。古人如何将一个球形玉的轴塞进另一个的孔洞中？ 原来是，将带孔洞的球蒸煮加热，然后将另一球的轴塞入孔洞。元代陶宗仪经过实验之后，得“煮之胖胀”的科学结论。(陶宗仪：《南村辍耕录》卷二三
)“胖胀”与膨胀是同一个意思。
但是，在蒸煮加温过程中，如果温度足够高，某些物质的状态就会发生变化。
物质有固态、液态和气态三种状态。温度改变能使这三种状态相互转换。人们首先从天气变化中观察到物态的变化。同是雨水，“夏日则雨水，冬日天寒则雨凝而为雪”(《论衡·感应篇》)。“云雾，雨之徵也。夏则为露，冬则为霜，温则为雨，寒则为雪”(《论衡·说日篇》)。在日常生活、煮水做饭中，人们更经常地观察到水与汽两相之间的变化。水与冰两相间的变化使人们正确地作出其间温度不同的结论：“冰，水为之，而寒于水。”(《荀子·劝学》)“冰生于水而冷于水。
”(《刘子·精神》)
在古代，对于物态变化最有研究的当属炼丹家。他们为了制取“长生不老药”或“点铁成金”，终生隐居山林，将一些药物、矿物加热、煅烧、蒸煮、冷却，使其物态发生变化。最早的炼丹家之一葛洪曾说：“丹砂烧之成水银，积变又返丹砂。”(《抱朴子·内篇·金丹》)“丹砂”是含汞的合金。他发现了固态矿物与液态汞之间的状态变化。出于保密，炼丹家的许多著作很难读懂。但是，加热汞的过程是众所周知的。明清之际王夫之(公元1619-1692年)说：“汞见火则飞，不知何往，而究归于地。”(《张子正蒙注·太和篇》)这里说的是，液态汞经加热而变为气态飞bbr>藏书网往空中，然后气态汞又凝结为液态而掉落地面的过程。
在长期煮水泡茶的生活实践中，人们对于
藏书网水的沸腾现象有仔细的观察记载。在水未沸腾时，无气泡出现，称为“盲眼”；水初开时水泡像“蟹眼”那么大，然后像“鱼眼”那么大；最后水泡翻滚跳跃(蔡襄：《茶录》上篇)。其实，古代人观察到水随温度升高而递次沸腾的现象。
沸腾是状态变化的一种形式，蒸发则
..是这种变化的另一形式。明代庄元臣说：“置水于室，弗动弗易，久而水减寸焉。”(《叔苴子·内篇》卷一)这正是水在常温常压下的蒸发现象。古代人酷爱砚石，好砚石加上贵重砚匣，可谓文房四宝中珍品。因为好砚盒“复之以匣，数日墨色不干。经夜，即其气上下蒸濡，着于匣中，有如雨露”。“墨气蒸，上腾其墨，乃著盖上。久之，盖上之墨复滴砚中”(陆游：《老学庵笔记》卷八)。这样，墨水经久不干。这种现象是由于墨水的蒸发，以及在密闭容器(墨盒)中过饱和的蒸气凝结成水的缘故。
第三节 有关温度和温差的知识
温度计发明以前，人们常
常以自己的体温，例如以手触摸物体，来判别温度高低。这种以体温为标准的触摸感觉法，只能判别一定范围内的温差。古代人所谓冷、寒、凉、温、热、烫等，都是些温差概念，而不是指特定的温度。感觉法往往因人而异。在某种程度上，已被感觉到属“寒冷”(或“热”)的一类物体，就很难再区分它们中哪一个更冷(或更热)。因此，《淮南子·说山训》写道：
寒不能生寒，热不能生热；不寒不热，能生寒热。
这正是古代人由感觉导致的温差观念。
应当说，体温是古代最恒定的“温度计”。因为正常人的体温基本相同。古代人充分地认识并利用这种“温度计”。北魏贾思勰〔xie协〕在《齐民要术》中曾指出，牧民作奶酪，常使酪的温 5ea6." >度“小暖于人体”；作豆豉，“令温如腋下为佳”。人的腋下温度较为稳定，迄今仍为医疗界所采用。王祯《农书》述及养蚕气温时，指出养蚕人在蚕室内需穿单衣，“以为体测”，即以自己的体温来测定蚕室内温度：“自觉身寒，则蚕必寒，使添熟火；自觉身热，蚕亦必热，约量去火”。在焙制茶叶过程中，茶农“用火常如人体温”，“若火多则茶焦不可食”(蔡襄：《茶录》上篇)。
古代人以水的物态变化来判定天气温度。水结冰，天寒；冰化水，天气转暖。因此，古代人常说：“见瓶中之水，而知天下之寒暑”(《淮南子·兵略训》)；或者说：“睹瓶中之冰，而知天下之寒。”(《淮南子·说山训》)
如前所述水的递次沸腾现象，反之，人们以这种可见的现象来判定水温。苏东坡有一首诗描写煮水泡茶的情景：“蟹眼已过鱼眼生，飕飕欲作松风声。”(转引自《农书·百谷谱集之十·茶》)水中的气泡及其声音都可供人们判断水是否已沸。明代屠龙说，烧水有三沸：“始如鱼目微微有声，为一沸；缘边泉涌连珠，为二沸；奔涛溅沫，为三沸。”(《考槃余事》卷三《茶笺》)由现在的知识判断，一沸约75℃—80℃，二沸约85℃—90℃，三沸为100℃。
在冶炼和烧陶过程中，工匠善于看火候，察颜观色判别温度高低。“火候”成为中国传统科学文化中内含丰富的知识之一。冶铸青铜合金时，火焰的颜色可供判别铜与锡是否熔化，可否开炉铸造。春秋战国之际的《考工记》写道：
黑浊之气竭，黄白次之；黄白之气竭，青白次之；青白之气竭，青气次之。然后可铸也。
就今日冶铸技术看，这些描述也有合理之处。首先熔解挥发的是那些不纯杂物，呈现“黑浊”的焰色；然后熔点较低的锡熔解并挥发，呈现“黄白”的焰色；随温度上升，铜熔化并挥发，呈现“青白”焰色。最后，炉火纯青，开炉铸造。这种察看火候的方法，不仅被历代工匠沿用，也被炼丹家所发展。炼丹家以火焰颜色判断丹砂和矿石中的成份。如“硝石”(硝酸钾)火焰为“紫青”，氧化铜火焰“似红金”，“硝汞”(汞与硫化合物)为“青焰”等等。直到18世纪，有关冶炼著作还写道：“凡炼，……绿火黄火，各如其矿色也。惟红火为上，乃铜之光。”(檀萃：《滇海虞衡志》卷二《金石》)从这些文字记载看，火候的概念确实包括了在火焰?99ｌｉｂ?颜色中反映出来的温度高低。今天人们常说的“火候足”或“火候不到”，多包含温度或环境气氛等多层意思。
值得指出的是，温度高低常常与热传递有关。在这方面，汉代王充的许多论述极为精彩。他写道：
近水则寒，近火则温，远之渐微。何则？气之所加，远近有差也。(《论衡·寒温篇》)
这正是热传递现象及其与远近距离的关系。王充以“气”的观念来解释这种现象，也不是完全没有道理的。他还写道：
夫熯〔han旱〕一炬火(即烛火)爨〔窜〕一镬〔huo获〕水，终日不能热也。倚一尺冰，置庖厨中，终夜不能寒也。何则？微小之感不能动大巨也。(《论衡·感虚篇》)熯薪燃釜，火猛则汤热，火微则汤冷。(《论衡·谴告篇》)
这些叙述，暗含着热量大小以及与其发生热传递的外界系统的关系。热的能量太小，不足于影响或改变巨大的外界系统的温度。王充的这些科学思想，在科学史上是罕见的。
传教士进入中国之后，17世纪下半叶温度计才从西方传入中国。
第四节 与热有关的发明创造
西汉《淮南万毕术》中记载了鸡蛋壳在大风中飞扬的事：“艾火令鸡子飞”。东汉高诱注释说： “取鸡子去其汁，燃艾火，纳空卵中，疾风因举之飞。”(《太平御览》卷九二八)据此推知，将鸡蛋内蛋汁吸尽(大概
尚需烘干蛋壳)，通过其一端小孔将燃烧着的艾草插入壳内，在疾风下高举蛋壳，蛋壳将自行飞扬。这可能是燃烧着的艾草使壳内温度升高，加热壳内气体，并将气体从小孔排出，整个蛋壳比重减小，加之疾风影响，因而在空中飞扬。可以说，这是热气球升空的一个最古老的游戏。
有人认为，即使蛋壳内全部空气排净，所获得的浮力也不可能使蛋壳上升；甚至仅有壳衣，也不能自行上升。这可能是他们没有注意到文献记载的“疾风”的影响，大概也没有烘干蛋壳。研究中国科学技术史的英国学者李约瑟博士就此有关的问题说：17世纪的欧洲人，欢度复活节时，曾作过蛋壳升空的游戏。其方法极简单，但要有点诀窍。吸尽蛋汁，烘干蛋壳，然后由小孔注入少许水，并以蜡封小孔。这样的蛋壳在炎日下逐渐呈不稳状态，逐渐变轻，并终于飘浮起来，飘浮极短时间后即行落下。这是因为壳内水份蒸发，气体膨胀。待小孔封蜡经日晒融化，小孔成为排气孔，壳内蒸气适足使壳体升空一个短时间。待蒸气排尽，空气再渗入，蛋壳即落下。
如果加热空气，造成气流，并以此气流推动轮轴旋转，古代人按此原>理制造的玩具称为“走马灯”。
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图6-2 走马灯
上元节玩灯笼，可能起于隋唐时期。其中，“走马灯者，剪纸为轮，以烛嘘之，则车驰马骤、团团不休。烛 灭则顿止矣”(《燕京岁时记》)。(图6-2)它的制作方法是，在一个方形或圆形灯笼中，插一根铁丝当立轴，轴上方装一纸质叶轮。立轴中央装二根交叉细铁丝，在铁丝每一端贴上人、马一类剪纸。当灯笼内点燃灯烛后，热气上升，形成气流，推动叶轮旋转，于是剪纸随立轴旋转。剪纸的影子投射在灯笼纸罩上。从外表看，就成
藏书网“车驰马骤、团团不休”。
走马灯又称“马骑灯”，在宋代盛行。宋代市上有专卖灯笼的店铺。宋代的小说笔记对此描述甚多。周密说：“沙戏影灯，马骑人物，旋转如飞”(《武林旧事》卷二《灯品》)。姜夔作诗道：“纷纷铁骑小回旋，幻出曹公大战年；若使英雄知底事，不教儿女戏灯前。”(《白石道人诗集》卷下《观灯口号十首之七》)从原理上看，走马灯是现代燃气轮机的始祖。
与走马灯相类似的发明物还有宋9９ｌib?代“仙音烛”，秦汉年间的“青玉灯”。
据宋代陶谷记载，仙音烛“其状如高层露台，杂宝为之，花鸟皆玲珑。台上安烛。烛既燃矣，乃玲珑皆动，丁当清妙。烛尽响绝，莫测其理”(《清异录》卷下《器具》)。陶谷记载不够详备。仙音烛大概是，一个高层蜡烛台，内装有各种小巧玲珑的玩器，其间必装有似走马灯一样的轮轴、叶轮、铁丝。烛火燃烧时，铁丝拨动轻小玲珑玩物，发出叮噹响声。烛火灭，就没有热气流推动叶轮旋轴，于是音响停止。
青玉灯首次记载于《西京杂记》：“高祖初入咸阳宫，周行库府，金玉珍宝，不可称言。其尤惊异者有青玉五枝灯，高七尺五寸，作蟠螭〔panchi盘吃〕以口衔灯。灯燃鳞甲皆动，焕炳若列星而盈室。”(《西京杂记》卷三)这显然是，由于热气流推动了作为灯台用的蟠螭的鳞甲，晃动的鳞甲在灯光下闪闪发亮。可能正是这些较早的发明物，启发了宋代人制作各式各样的走马灯。
宋代诗人陆游(公元1125—1210年)曾记述一种“省油灯”，颇有意义。省油灯原是“夹灯盏也。一端作小窍注清冷水于其中，每夕一易之。寻常灯盏为火所灼而燥，故速干。此灯不然，其省油几半”(《老学庵笔记》卷十)。
省油灯不是普通的灯，而是夹层的。在夹层中空处，注入清凉水，就避免了灯盏本身被灯火加热后而灯油急速蒸发的缺点，从而达到“省油几半”的目的。这种冷却法在现代工业中常被称为水套冷却。省油灯是水套冷却的鼻祖。据陆
99liｂ.游说，省油灯的发明“已三百年”。可见，中国人在公元9世纪初期就发现了这种冷却法并制造了具有现代工业意义的发明物。
与热学有关的发明或发现还有许多。我 4eec." >们不一一列举了。
第一节 “莫能破”
古希腊和古罗马人认为组成物质的本原是原子。他们
..以原子论来解释世界物质的运动变化。“原子”一词的希腊文本意是“不可分”。根据它的本意，中国人关于物质“原子”的思想出现得还要早。
甲骨文中，“小”字只作三点，表示物的微细之意。这个字的造形原意是，两边各一点成“八”字，是分的意思。把中间一点分了又分，剩下不能再分的微点，便是“小”的形象。《说文解字》写道：“小，物之微也，从八，见而分之。”由此可见，“不可分”即“原子”的观念出现于殷商时期。孔子之孙子思(公元前483—前402年)的著作《中庸》写道：“语大，天下莫能载焉；语小，天下莫能破焉。”这意思是：我们所说的“大”，是指无边无际的宇宙，世界上没有别的东西可以包容它；我们所说的“小”，是不能再分的物质微点，世界上没有任何人可bbr>以把它再分割。《中庸》所说“莫能破”，即今日俗语“不可分”。子思和古希腊德谟克里特(公元前460—前371年)几乎同时提出“原子”思想。
遗憾的是，虽然《中庸》是儒家的一部经典，但是，在它成书后的千余年间几乎没有人理睬它所说的“莫能破”的观念。从子思以后，一代一代的儒家弟子都像他们的不祧〔tiao挑〕之祖孔子一样，把注意力集中在研究社会伦理道德上，对于他们的先师本来就很少的自然哲学的闪光并不过问。直到宋代，理学大师朱熹(公元1130—1200年)，才对“莫能破”作出进一步阐发。朱熹说：
莫能破，是极其小而言之。今以一发之微，尚有可破而为二者。所谓莫能破，则足见其小。注中谓其小无内，亦是说其至小无去处了。
莫能载，是无外；莫能破，是无内。谓如物有至小而尚可破作两边者，是中着得一物在。若云无内，则是至小，更不容破了。(《四书朱子大全·中庸》第十二章)
朱熹对“莫能破”这一原子概念解释得何等清楚！可惜，朱熹也仅仅停留在解释字意上，而没有用“莫能破”解释物质运动和自然现象中的任何问题。朱熹如此，朱熹的继承者也如此。又过了几百年，当西方传教士把近代科学连同古希腊的原子论带入中国时，中国人才想起了自己祖先的“莫能破”概念。此后就把西方的“原子”一词译成“莫能破”或“莫破”。
“无内”是战国时期名家提出的，也是辩者惠施的名言：“惠施……历物之意曰：至大无外，谓之大一；至小无内，谓之小一。”(《庄子·天下篇》)惠施在历数“物”的大小时提出“无外”和“无内”的概念，并把它们
藏书网分别命名为“大一”和“小一”。其意思基本上和子思的“大”、“小”概念相同。
战国时期墨家还提出了“端”的概念，他们说：“非半不新〔kan砍〕则不动，说在端。”(《墨经·经下》)分割物体一直分到没有所谓半个(“非半”)的，不能再砍开的一个物质实体，就是“端”。墨家还以分割或砍木棍的例子，教导人们如何分法才会得到“不可分”的“端”。看来，“端”也是“原子”的概念。
春秋战国时期，诸子蜂起、百家争鸣。其中不少学派的自然哲学中都主张物质有不可分的实体存在。但是，这个思想在后世没有得到发展，更没有形成如同古希腊哲人的原子论。应当说，原子思想只是一种不可分的、不连续的物质观念；还有一种物质观，它认为物质是无限可分的、连续的。前者在中国虽然十分薄弱，但后者却得到了充分的发展。战国时期另一位辩者公孙龙说：“一尺之棰，日取其半，永世不竭。”(《庄子·天下篇》)这正是物质无限可分的、连续的观念。这种观念集中体现在古代的“元气”论上。
第二节 元气说的思想特点
“元气说”在中国历史上得到长期持续的发展，它描述了一幅丰富多彩的物理世界的图景。
许多自然现象被古代人看成是“气”的作用。甲骨文中的“气”字像一股上升的气流。云雨变化是“地气上为云，天气下为雨”(《黄帝内经·素问·阴阳应象大论》)的天地之“气”的作用。煮水做饭，见一股气滚滚上升；射进黑暗土屋中的一缕阳光，人们看到其中尘灰像野马似的不停地翻滚运动；甚至刮风也被看成是大地“噫〔yi一〕气”(《庄子·逍遥游》或《庄子·齐物论》)。人们更从呼吸中感到气的存在。这些生活实例使人们想象宇宙中各种气：“气有六：阴、阳、风、雨、晦
、明”，自然界“有六气，降则生五味，发则成五色，徵则成五音。”(《左传》昭公元年)这些可能是中国古代关于宇宙万物是由“气”组成的思想来源。
战国时期，宋钘〔jian肩〕 (
藏书网约公元前360—前290年)、尹文(约公元前350—前285年)等人就提出了宇宙万物统一于“气”的学说：
凡物之精，比则为生。下生五谷，上列为星；流于天体之间，谓之鬼神；藏于胸中，谓之圣人；是故名气。杲〔gao稿〕乎如登于天，杳〔yao窈〕乎如入于渊，淖〔nao闹〕乎如在大海，卒乎如在于屺〔qi起〕。(《管子·内业》)
这意思是，万物是由各种精气结合而产生的。在地面生出五谷，在天上分布出许多星，流动在天地之间的叫作鬼神，在心中藏着就成圣人，所以叫它“气”。它有时光明照耀，好像升在天上；有时隐而不见，好像没入深渊；有时滋润柔和，好像在海里；有时高不可攀，好像在山上。从这个叙述中，我们看到构成宇宙万物的“气”存在于天上、地下、天地之间，甚至人心中。它具有光明、黑暗、滋润以及运动等性质。后来，元气说又加入了 href='1306/im'>《易经》中阴与阳的概念。“气有阴阳”，同一种气就有两种不同特性。气成为阴与阳两方面对立统一的物质实体，更便于解释自然界的各种物理的或化学的、医学的、生物的运动现象。
那么，元气究竟是什么？
从物理学观点看，元
气是最微细的物质。王充说：“元气，天体之精微也”，“气若云烟”(《论衡·四纬篇》)；王夫之说：“气弥沦无涯而希微不形。”(《张子正蒙注·太和篇》)所谓“希微不形”，即听不见、摸不着、看不到的微小物质实体。由此看来，“气”似乎是一种不连续的物质微粒。
从古代人关于元气的更多的论述来看，元气又是一种连续形态的物质。元气充满宇宙，贯一切实，盈一切虚。王充说：“天去人高远，其气莽苍无端末”，“天地，含气之自然也。”(《论衡·变动篇》)张载说：“太虚即气”，“太虚者，气之体。”(《正蒙·太和篇》)原来认为虚无的空间，在元气说中成为气存在的基本形式，“太虚”成为物质和空间二者共有的概念：“气之聚散于太虚，犹冰凝释于水，知太虚即
?9９liｂ.气，则无无。”(同上)，王夫之更明确地说，“凡虚空皆气也”，“虚空者，气之量”，“则人见虚空而不见气”(同上)。在古希腊的原子论中，物质是由原子和空虚构成的，空间是虚无的，因此超距作用是普遍存在的；而在中国的元气说中，空虚并不存在。不存在真空，自然界弥漫着一种连续形态的称为气的物质，一切作用都由气在其间作为中介。这是中国古代物理学思想的最大特点。
从以上两方bbr>.面分析看来，元气是物理学上连续与不连续两种形态统一的物质形式。古希腊和古罗马的思想家无法理解这样的物质形态。甚至直到19世纪，近代科学已相当成熟并发展的时代，欧洲的科学家和思想家也只能承认物质或者是连续的，或者是不连续的，而不能想象这二者统一的物质形态。
古代人关于气和物二者关系的论述是如此精彩、独到，以至当代物理学家无不感到惊讶！宋代张载(公元1020—1077年)说：
太虚不能无气，气不能不聚而为万物，万物不能不散而为太虚。循是出入，是皆不得已而然也。
其聚其散，变化之客形尔。
气聚，则离明得施而有形；不聚，则离明不得施而无形。方其聚也，安得不谓之客；方其散也，安得遽〔ju俱〕谓之无。(《正蒙·太和篇》)
在张载看来，物质性的气总是发生或聚或散的运动变化。它聚合或凝缩，就产生使感官可觉察(即“离明得施”)的有形物质；有形物的消散或离析就成为感官不可觉察(即“离明不得施”)的气，复归于无形的太虚之中。
正如我们在前面几章中所叙述的一样，古代人以元气说解释他们所观察到的一切物理现象。元气说在科学思想上的深刻性，今日又使近代科学在这里找到了它的某些渊源。正因为这样，在最近半个世纪里，人们或者将它比喻为“力”，或者将它比喻为“微波”与“放射能”，或者认为它类似于“场”、“量子场”。可见，元气说在近代科学思想史上具有不可低估的影响。
第三节 物质世界的波动性
波动形式的运动，在物理学中占有重要篇章。在古代中国人看来，整个世界都处在不停地波动形式的运动和变化之中。
波动的思想大概最早见之于《易》。它以阴阳对立的观点描述世界的运动。阴与阳“变动不居，周流六虚，上下无常，刚柔相易”。表征阴阳的最突出的属性刚与柔“相推而生变化”，“变化者，进退之象也”(《易·系辞》)。而进退变化的最主要表现形式是上下消长、盛衰起伏，并且随时间不断地向前流行，即《易·杂卦》所谓的“损益盈虚，与时偕行”。《易》的这些描述只有想象为自然界的波动才是可以理解的。
后来人们对这思想的发挥使波动的概念更加清楚。《易纬·乾凿度》写道：“阳变而进，阴变而退”；“阳动而进，阴动而退”。王充说：“阳极反阴，阴极反阳。”(《论衡·顺鼓篇》)直到17世纪，毛奇龄(公元1623—1716年)还说：“阳动则阴息，阴动则阳息，阴阳动静，互相推迁。”(《太极图说遗议》)从这些记述中，我们可以想象到，气的阴与阳两个方面，一进一退，一动一静，阴阳交错，动静推迁，正好构成了一幅波动的世界图景。
历史上许多典籍说明了古代中国人的波动观念。《内经·素问》写道：
动静相召，上下相临，阴阳相错，而变化生也。
高下相召，升降相因，而变作也。
在这里，物质气的相反形态(阴与阳)，及其相反的运动形态(动静、升降)、相反的位形(上下、高低)都统一在运动变化之
中。表面看来，不过是一种往复式机械运动，但“临”与“错”的观念只有波动图形才能恰切表示出来。
对于这种波动的方向和路径，古代人也有种种说法。《淮南子·诠言训》说：
阳气起于东北尽于西南，阴气起于西南尽于东北。
汉代董仲舒说：
阳以南方为位，以北方为休；阴以北方为位，以南方为休。(《春秋繁露·阴阳位》)
这种方向、路径图恰如今天的波动图，只要把波动中的向上运动看作“阳”的运动，波峰看作“阳”盛“阴”休(或藏)的位置，而把向下运动看作“阴”的运动，波谷看作“阴”盛“阳”休(或藏)的位置就可以了。这就像晋初刘智在《
论天》中所说的，“阴阳相承，彼隆此衰”(《全上古三代秦汉三国六朝文·全晋文》卷三九)，阴与阳一隆起一衰落、彼此接续相承地运动，正是波动的简明扼要的说明。
我们再看看朱熹的有关论述。他写道：
太极理也，动静气也。气行则理也行，二者常相依，而未尝相离也。当初元无一物，只有此理。有此理便会动而生阳，静而生阴，静极复动，动极复静，循环流转。其实理无穷，气亦与之无穷，自有天地，便是这事物在这里流转，一日有一日之运，一月有一月之运，一岁有一岁之运，只是这个事物滚将去。(《朱子全书·理气·太极》卷四九)
我们暂且不顾朱熹关于理与太极的概念是什么，就他所说，在天地形成过程中及其形成以后，理与气都处在动静循环流转之中，并且像车轮滚动一样年年月月地往前滚将去，从这点看，他的世界波动图是很清楚明了的。朱熹还说：
气运从来一盛又一衰，一衰了又一盛，只管凭地循环去，无有衰而不盛者。(同上)
气一盛一衰地往前循环运动，不正是??一种波吗？
虽然我们不能更多地叙述中国古代的物理世界图景的许多细节，但从以上简略分析中可以看出，在古代中国人心目中，世界充满了称之为“气”的物质，宇宙天体、万物和人本身都是由这种“气”构成的；气有阴阳两性，它是连续的与不连续的统一的物质形态；在气组成的物质世界里，既没有空虚或绝对的真空，也不存在超距作用；气的凝结聚合成为肉眼可见的有形物体，物体的消散离析就复归为肉眼不可见的无形的气；由气组成的整个物理世界总是处在流动、运动和变化之中，而波动是其主要的运动形式，各种相互作用都以波的形式传递。古代人以这样的物理世界图解释了几乎全部他们所知的物理现象与相互作用。
古代人的这种物理世界图在科学史或思想史上的价值是不言而喻的。在经典物理学时期，人们或者主张微粒说，或者主张波动说，二者不可兼容。现代物理学既不认为物质世界仅有粒子组成，也不认为只是一种波或场，而是这二者的统一。从本世纪以前的物理学来看，古希腊和西方人的原子论占有经典时期的一半，古代中国人的元气说占有另一半。值得指出的是，古代中国人的物理世界却更接近于现代物理学的观点。这正是近几十年来，探讨科学思想史的学者们纷纷从中国古代典籍中寻找现代科学的思想渊源的原因所在。
最后，我们要特别指出，元气说纯属哲学思辨和猜测，它不是自然科学，也不是物理学。元气说的概念，虽然有许多思想光辉，和现代的科学观念有一些类似性，但它又有许多局限性。人们对“气”这一物质是不可能作出科学藏书网的量度和实验，人们对于它的物理属性(如质量、动量、密度、能量等)也一无所知，它是一种纯粹的假想的物质；古代人以气解释的一切自然现象，都是直观的、朴素的思辨性质，缺乏严格的科学论证。从历史的辩证的观点看来，我们既要把握“气”这一古代概念的思想光辉，又要认清其思辨猜测的局限性。这样，我们才不致于或者把它与现代科学相提并论，误以为中国古代就有现代科学；或者把它视为一堆空话，让历史上的思想闪光在我们这一代还默默地流逝。
辅文图片
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孔子作欹器注水实验图(明刻本《孔子家语图》绘)
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西汉透光镜
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战国宴乐渔猎铜壶拓片
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