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  • 17世纪以来物理学在中国的发展

    《17世纪以来物理学在中国的发展》是高等教育出版社出版的书籍,作者是杨新城。本书主要讲述了17世纪以来物理学在中国传播和发展。

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    目录

    正文/17世纪以来物理学在中国的发展 编辑

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      明末到清末的传播
      20世纪中的发展
      物理学教育
      物理学研究工作的开展
      中国科学社
      中国物理学会
      20世纪中国物理学家的成就
      ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
      从明万历年间(16世纪末叶)起,欧洲传教士来华,同时带来了西方科学知识。西学东渐,使近代科学在中国萌芽。传教士不仅携有书籍,而且还有器物。有许多传教士以传播西方科学知识为媒介,来结交中国学者,取得朝野的信赖。万历十年(1582),意大利神父利玛窦受耶稣会的派遣来华传教,带来了一些天文仪器、自鸣钟、三棱镜等。比利时传教士金尼阁于万历三十八年(1610)和四十八年(1620)两度来华,第二次来华时受罗马教皇的馈赠,携有书籍7000余册,其中包括一些科学书籍。传教士中有的还确实具有较丰富的学识。如天启元年(1621)来华的德国传教士邓玉函就是与伽利略同为意大利林赛研究院成员。西方科学知识的传入,引起了中国学者的重视,中西学者陆续共同译著了许多书籍。在物理学方面,由邓玉函口述,王徵笔录而成的《远西奇器图说》,于天启七年(1627)刊行,就是较早的一种。该书主要描述了一些器械,第一卷“重解”则是专述力学的,包括有地心引力、 重心、 比重、浮力等许多力学的基本原理和知识;据考证,其中不少内容引自伽利略的著述,这是近代力学知识传入中国的开始。西方物理学的知识也反映在中国学者的一些著作中,如方以智的《物理小识》(“物理”是指“事物之常理”)。来华欧人也有用中文著书在中国刊行的。如天启六年(1626)德国传教士汤若望著有《远镜说》,这是一部论述望远镜的专著(有人认为此书实是一欧洲人著作的译本),那时仅在伽利略制作望远镜之后十几年。望远镜也在这时传入中国。比利时传教士南怀仁于清康熙十三年(1674)著有《灵台仪象志》,这是一部天文学著作,也包含有一些物理学知识。
      到了清道光年间(19世纪30、40年代),中国研究西方科学技术的学者增多,有关物理学方面的著译也多了起来。郑复光在道光十五年(1835)写成《镜镜痴》,于道光二十六年(1846)刊行;他融会了中国原有的光学知识和西方传入的光学知识,在这部著作中详细地讨论了几何光学的基本原理和许多光学仪器的理论和制作方法,是中国近代物理学史中的一部重要著作。由英国人艾约瑟口述,张福禧笔录的《光论》,全面地介绍当时西方的光学知识,是一部比较系统的光学专著。李善兰与英国人伟烈亚力合译英国天文学家侯失勒(今译J.赫歇耳)的《天文学纲要》,定名为《谈天》,于咸丰九年(1859)刊行,其中有许多力学知识,第一次把万有引力定律介绍到中国来。艾约瑟与李善兰合译英国物理学家胡威立的《初等力学教程》,定名为《重学》,于同治五年(1866)刊行,这是译成中文的第一部力学专著,在中国很有影响。在这时期,李善兰还与伟烈亚力、英国人J.傅兰雅合译了奈端(即1.牛顿)的《数理格致》(即《自然哲学的数学原理》)中的前3卷,惜当时未能刊行。
      咸丰(19世纪60年代)以后,兴起了洋务运动。主张“中学为体,西学为用”的洋务派为了培养洋务人员而引进西学,相继举办了一些以汲取西方科学知识为主的文教机构。同治元年(1862)清政府开办京师的同文馆,既是教学机构,也编译西书,后来成为影响最大的一个文教机构。同文馆成立后,各地相继仿效。同治二年(1863)上海开办广方言馆,同治三年(1864)广州开办同文馆,光绪十八年(1893)湖北开办自强学堂。洋务派为效西方之法制造坚船利炮,开设一些制造局,这些制造局也开展翻译西方科学技术书籍的工作。如同治四年(1865)开办的上海江南制造局,同治五年(1866)开办的福建船政局等。傅兰雅口译、徐建寅等笔录的田大里(即J.廷德耳)著作《声学》,就是由江南制造局刊印的。中国学者徐寿与伟烈亚力、傅兰雅等人于光绪元年(1875)在上海创办格致书院,以培育人才和翻译出版西书为宗旨。还有外人开办的编译出版机构,如英国人麦都思于道光二十三年(1843)在上海开设墨海书馆,外国传教士于光绪十三年(1887)在上海建立广学会〔原名基督教普及学识传播会,光绪三十一年(1905)改为广学会〕等。其后,中国人开设的美华书馆、文明书局、商务印书馆也都出版了一些西方科学技术著作。据统计,自咸丰到清末期间(1853~1911),共出版了西方科学著作468种,其中理化类有98种。光绪二年到十八年(1876~1892),由傅兰雅主持,格致书院还发行过中国第一个专门介绍西方科学技术的刊物《格致汇编》(先是月刊,后改季刊),其中包含有不少物理学的内容。中国出版的第一部物理学教科书是日本饭盛挺造编纂,藤田丰八翻译、王季烈重编的《物理学》,分上中下三篇,光绪二十六年到二十九年(1900~1903)由江南制造局先后刊行。中国第一个制造科学仪器的科学仪器馆于光绪二十七年(1901)成立于上海。
      19世纪下半叶,传入中国的西方近代物理学知识日益增多,有一些知识的传入还是很及时的。如德国物理学家W.K.伦琴1895年发现了X射线,1899年(光绪二十五年)傅兰雅口译、王季烈笔录的《通物电光》四卷(当时译X 射线为“通物电光”,此书著者为美国人莫年登,原文不详),在江南制造局出版,仅相隔4年。不过这时期所传入的物理学知识基本上是一些实用性的知识,许多书籍大都属于教科书类型。对理论部分,尤其是较新的理论内容的介绍还较少。然而从此中国有了一批了解近代物理学知识的学者,近代物理学在中国开始发展起来。
      20世纪上半叶,中国外患内战,灾难深重。在这样的社会环境中,中国科学家克服了种种困难,排除干扰,为现代科学在中国的发展奠立了基础。其间涌现出不少有作为的物理学家,他们在物理学领域中作出了贡献,而且历尽艰辛,在国内草创事业,使物理学和物理学教育在中国具有一定的规模。中华人民共和国成立后,国家昌盛,科学事业得以蓬勃发展;中国的物理学队伍迅速扩大,物理学的各分支学科陆续建立和发展,物理学工作者有了较好的条件开展物理学前沿的研究工作,在应用方面的研究,对国家的经济建设和国防建设作出了有益的贡献。中国物理学家的多方面成就,在国际学术界中赢得了很好的声誉。
      物理学教育的发展 20世纪初,清政府被迫实施新政,兴办学堂,系统的科学知识才正式列为课程。光绪二十九年(1903),清政府规定在小学设理化课;高等学堂分政艺两科,艺科所设课程中有力学、物性、声学、热学、光学、电学和磁学等物理学的内容。辛亥革命后,官办和私办的各级学校增多,物理学知识也得到比较广泛的传播。为了培训师资,北京、南京、武昌、广州等地的高等师范学堂先后设立数理化部,1920~1921年南京高等师范学校首先建立物理实验室。这是中国自己培养物理学工作者的开端。
      20世纪初期,有识之士倡导科学教育救国,出国求学者大量增加,其中不少是专学物理的,清末最早的留学生中有何育杰、夏元瑮、李耀邦、张贻惠、胡刚复、梅贻琦、赵元任等;民国初年有叶企孙、颜任光、丁燮林(即丁西林)、李书华、饶毓泰等;以后有吴有训、严济慈、周培源等。他们大都对当时物理学前沿的基础研究有所建树。他们回国以后,觉察到在中国发展物理学,需要培养大批人才,又限于当时中国的社会现实条件,继续进行研究工作有困难,所以大部分人以从事教学工作为主,又成为教育家。正是由于他们的辛勤努力,五四运动以后,中国物理学教育发展加快,中国物理学队伍逐渐形成。
      1918年北京大学设立物理学系,这是中国第一个大学物理学系,随后南京高等师范学校(后来的东南大学)、1925年清华大学、1928年交通大学等相继设立物理学系。颜任光、丁燮林、李书华、胡刚复、饶毓泰、叶企孙、吴有训等回国后,分别主持这几个学校物理学系的教学工作。他们充实课程内容,增设近代物理的课程,建立实验室,改革教学方法,理论和实验并重,教学质量显著提高。这些学校的物理学系都享有盛名。
      其后,国内大学毕业的和留学的回国人数不断增加,师资得到了充实。到30年代中期,设立物理学系或数理系的高等学校已超过30所,其中有的教学内容相当广泛。如清华大学的物理学系开设的物理学理论和实验课程有37门,还建立了普通物理、热学、光学、电学和近代物理5个实验室。到30年代,物理学家们逐渐根据自己的学识和所积累的教学经验,用中文编写出物理学教材,改变了长期以来使用英文教科书的局面。如萨本栋编著了《普通物理学》和《普通物理实验》,严济慈和李晓舫合编了《理论力学》等,这些工作对物理学在中国的传播起了有益的作用。
      抗日战争期间,战区各校辗转内迁,历经艰苦,仪器设备大量散失,但仍努力坚持教学。如北京大学、清华大学和南开大学迁到昆明联合组成西南联合大学,中央大学和交通大学迁到重庆,浙江大学迁到贵州。虽然此时生活、教学和实验条件极差,却始终坚持教学、开展学术活动,而教师阵容还有所加强。在此期间培育出的学生中后来多人成为优秀的物理学家,如李政道、杨振宁、黄昆、朱光亚、林家翘等。
      中华人民共和国成立后,为适应国家建设的需要,增设了许多高等学校,其中各综合大学和师范院校等均设有物理学系,目前已有269所院校设有物理学系。一些院校中还设有与物理相关的应用物理、技术物理、工程物理、地球物理、无线电电子学等系。
      早期的物理学家又是教育家,如胡刚复先后在11所高等学校中筹建物理学系或理学院或任教,培育出像吴有训、严济慈、赵忠尧和吴健雄这样的实验物理学家。饶毓泰、叶企孙、吴有训、严济慈等人的教育业绩,也备受推崇。
      物理学研究工作的发展 中国专门的物理学研究机构在20年代后期逐渐建立。
      1928年6月国家创办中央研究院。同年 11月在上海建立了物理研究所,丁燮林担任所长,开展物理学的研究工作。当时尽管经费有限,还是先后建立起标准室、检验室和其他几个实验室,并在南京紫金山建立地磁台。此外又设立了一所设备较好的物理仪器工场,能够制造一些实验用的仪器设备以及中学物理教学仪器。当时开展了磁学及地磁测量、光谱学和无线电等方面的专门实验研究工作。
      1929年9月在北平建立了北平研究院,李书华创办了该院的物理研究所,由严济慈任所长,开展感光材料、光谱、水晶压电现象、水晶浸蚀图像、重力加速度与经纬度测量等研究工作。北平研究院与中法大学合作,建立了镭学研究所,由严济慈兼任所长,主要进行放射性和X射线学的研究。
      抗日战争期间,科研机构内迁,设备和图书大量散失。两个研究院的物理研究所均迁到昆明,后来中央研究院物理研究所又迁到桂林和四川北碚。在艰难的岁月中,物理学家们仍尽力进行一些理论研究,同时注意若干应用性的工作,如制造光学仪器、显微镜,在云南进行物理探矿等。
      抗日战争胜利后,中央研究院物理所迁回上海,1948年又迁往南京,先后建立起金属物理、光学、原子核物理和无线电等实验室,还有恒温室和金工场。镭学研究所在1948年改组,分为结晶学实验室(在上海)和原子能研究所(在北平)。前者由陆学善主持,主要用X射线研究物质结构和与晶体结构有关的内容。后者由钱三强担任所长,主要开展核物理和原子物理的研究。
      20年代末,国家批准有条件的大学设立研究部,在教学的同时开展科学研究工作。如清华大学于1929年成立研究院,试办物理研究所。到1935年,该物理研究所扩建为理科研究所,所下面设研究部,物理学部由物理学系负责,在短期内建立了X 射线、无线电、光学、磁学等研究室。吴有训的《单原子气体所散射之 X射线》论文就是这时在清华大学完成的,1930年9月发表在英国《自然》周刊上,这是中国物理学家把国内的研究成果在国外杂志上最早发表的论文之一。以后设立物理学研究部的学校还有燕京大学、北京大学、中山大学、武汉大学等。
      抗日战争期间,西南联合大学组成后,恢复了研究部。1939年清华大学恢复物理学研究部,还新开办了5个特种研究所其中无线电研究所和金属研究所是和物理有关的,无线电研究所所长是任之恭,金属研究所所长是吴有训。
      中华人民共和国成立后,1949年11月在中央研究院和北平研究院的基础上成立了中国科学院,原来两院所属的四个物理方面的研究机构调整为两个研究所:应用物理研究所设在上海,由严济慈担任所长,后改为物理研究所;近代物理研究所设在北京,由吴有训担任所长,后改为原子能研究所。随着科学事业的发展和国家的需要,到现在,中国科学院所属物理方面的研究所已增加到12个,在北京有物理研究所、高能物理研究所、理论物理研究所、声学研究所、低温技术实验中心,在上海有上海原子核研究所,在合肥有等离子体物理研究所、固体物理研究所,在长春有长春物理研究所,在武汉有武汉物理研究所,在兰州有近代物理研究所,在乌鲁木齐有新疆物理研究所。此外,还有侧重技术方面的电子学研究所、半导体物理研究所、应用物理研究所等。至于光学一门又成为一个大系统,在长春、上海、西安、四川等地建立了光学精密机械研究所。它们都担负着各方面多种研究任务。
      这些研究所建立后,陆续开辟了许多新的研究领域,如半导体物理、激光物理、低温物理、高压物理、水声学、空间物理、等离子体物理、生物物理、非晶态物理、表面物理等,添置了相应的现代实验设备,如反应堆、加速器和托卡马克已在运转,对撞机以及同步辐射实验室也正在建造中。
      中华人民共和国成立以来,大学的科学研究工作有很大发展,陆续新建了很多研究所和研究室,其中如北京大学的固体物理研究所、理论物理研究所,南开大学的光学研究所,复旦大学的现代物理研究所、电光源研究所,吉林大学的原子物理与分子物理研究所,四川大学的原子核科学技术研究所,南京大学的声学研究所,兰州大学的原子核物理研究所等就都是属于物理学方面的。80年代以来,高校普遍设立研究生院,培养攻读硕士和博士学位的研究生,其中包括培养物理学领域的研究生。在产业系统、国防系统以及各省、市、自治区的数以百计的科学技术研究机构中,也不乏涉及物理学方面的研究工作。
      中国科学社 20世纪初期,中国科学事业正处于草创阶段,当时在美国康奈尔大学留学的任鸿隽、杨铨、胡达(胡明复)、赵元任、秉志等人于1914年发起、于1915年成立了中国科学社,以“联络同志,研究学术,以共图中国科学之发达”为宗旨。经十几年的努力,中国科学社发展成为全国性的科学机构,开展学术活动,出版定期刊物《科学》和《科学画报》,还组建了明复图书馆和中国科学图书仪器公司,对中国科学事业的发展起了促进作用。它的活动中部分是物理学方面的,如曾邀请P.朗之万和N.玻尔等著名的物理学家来中国访问,《科学》月刊对当时物理学中相对论、量子论、量子力学等新成果作过介绍。
      中国物理学会 30年代初,在研究所、高等学校以及其他机构中已有很多物理学工作者,中国科学社这样的综合性组织,已不能满足物理学专业的特殊要求,于是1932年成立了中国物理学会,以推动物理学的发展和普及物理学知识,第一任会长为李书华。中华人民共和国成立之后,物理学会举行过三次全国会员代表大会,陆续建立了许多分支和边缘学科的学会和专业委员会以及地方物理学会,广泛开展各种活动,促进学术交流。
      20世纪中国物理学家的成就 几十年来,先后几代中国物理学家(国内的和在国外的)勤奋钻研,勇于探索,为当代物理学的发展作出了贡献,有的还在当时处于领先地位。他们的共同努力,促进了物理学以及相关的科学技术在中国的发展。
      他们的主要成就中有:李耀邦在1914年以R.A.密立根的方法利用固体球粒测定值;胡刚复在1918年对X射线放射机制的研究,对推测原子结构有重要意义;叶企孙在1921年与人合作测定普朗克常数,得出当时最精确的数值,沿用了16年之久;吴有训在1925年对康普顿效应的系统研究,是对A.H.康普顿的发现有力的支持;严济慈关于压电晶体和光谱学的研究;周培源关于广义相对论和流体力学、特别是湍流理论的研究;王守竸于1927年把量子力学的概念成功地运用于研究氢分子和转动量子化的问题;赵忠尧在20年代末对硬γ射线的反常吸收的研究,发现了后来被称为湮没辐射的现象,为正电子的发现作了有益的工作;钱临照关于水晶压电现象的研究;任之恭关于微波的研究;饶毓泰关于原子和分子光谱的研究;吴大猷关于分子光谱的研究;王淦昌提出验证中微子存在的实验方案和任何粒子都有反粒子相对应的观点;钱三强和何泽慧在40年代末证明铀的三分裂和四分裂现象;张文裕在40年代创制了多丝火花计数器,发现了μ子原子,并直接证明了μ子的弱作用,对研究原子核结构有启示;胡宁、朱洪元和周光召等关于基本粒子的研究;彭桓武对介子理论和用辐射阻尼理论对宇宙线的研究;黄昆对固体物理学,特别是点阵动力学的研究;萨本栋关于电路分析的研究;王竹溪和张宗燧关于统计物理学的研究;葛庭燧关于金属物理,尤其是内耗实验和理论的研究。
      在抗日战争期间,许多中国物理学家为了国家存亡,直接间接地为抗战贡献了力量,如1932年在上海为中国军队轰击日本军舰日夜侦察,中国军队取得了重创“出云号”旗舰的战果,在天津为沦陷区游击队制造武器和炸药,在西南参与军工生产,为军队制造通信、航空、光学器材等。
      中华人民共和国成立后,中国物理学家在物理学的前沿研究工作中取得了不少成就,在中国原子弹、氢弹、人造卫星和洲际导弹的研制中,发挥了积极作用。他们的成就赢得了国际上的地位。中国物理学家与国际学术界的交往日益增多,已有多次物理学的国际会议在中国举行,如1980年在广东从化举行的广州粒子物理理论讨论会,1982年在上海举行的第三次格鲁斯曼广义相对论天体物理会议等。中国物理学家黄昆和周光召当选为A.萨拉姆所创建的第三世界科学院院士。

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