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在光學(xué)方面,為說明光是沿直線傳播的這一性質(zhì),沈括在紙窗上開了一個(gè)小孔,使窗外的飛鳥和樓塔的影子成像于室內(nèi)的紙屏上面進(jìn)行實(shí)驗(yàn),指出了物、孔、像三者之間的直線關(guān)系。此外,沈括還運(yùn)用光的直線傳播原理形象地說明了月相的變化規(guī)律和日月食的成因,對(duì)凹面鏡成像、凹凸鏡的放大和縮小作用作了通俗生動(dòng)的論述。
在聲學(xué)方面,他最早做了共振的實(shí)驗(yàn):剪了一個(gè)紙人放在少宮或少商弦上,彈動(dòng)宮弦或商弦時(shí),在相應(yīng)的少宮或少商弦上的紙人就會(huì)跳動(dòng)起來,而彈其他弦時(shí),紙人則不動(dòng)。用兩只琴(或瑟),將紙人放在一只琴的弦上,彈動(dòng)另一只琴時(shí),相應(yīng)的弦上的紙人就會(huì)跳動(dòng)。在西方,直到15世紀(jì),意大利人才開始做共振實(shí)驗(yàn)。
在天文歷法方面,沈括積極主張改革歷法,提出了采用陽歷的設(shè)想。800年后,這種歷法被采用,就是現(xiàn)在通用的太陽歷,當(dāng)今世界,大多數(shù)國(guó)家都采用了他所預(yù)言的歷法。沈括還主張使用與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)關(guān)系密切的十二氣歷。這種歷法更符合天文實(shí)際,有利于農(nóng)事的安排,比現(xiàn)行的公歷——格列高里歷還要合理。
在地理、地質(zhì)方面,他利用流水侵蝕的學(xué)說和對(duì)海陸變遷的科學(xué)解釋,提出了華北平原成因的理論。他根據(jù)在延安發(fā)現(xiàn)的竹根化石的事實(shí),推測(cè)古今氣候的變化。他提出石油可以用來照明和制墨,并預(yù)言石油他日必將大行于天下,而“石油”一詞更是他首先使用的。
《夢(mèng)溪筆談》集古代、特別是北宋時(shí)期科學(xué)成就之大成,是我國(guó)和世界古代科學(xué)史上的重要科技著作,被李約瑟譽(yù)為“中國(guó)科學(xué)史上的坐標(biāo)”,而沈括也被李約瑟稱為“中國(guó)整部科學(xué)史中最卓越的人物”。
化學(xué)化工
煉丹術(shù)
公元前200年~400年中國(guó)煉丹術(shù)興起。魏伯陽的《周易參同契》和葛洪的《抱樸子》記錄了汞、鉛、金、硫等元素和數(shù)十種藥物的性狀與配制。公元750年中國(guó)煉丹術(shù)傳人阿拉伯地區(qū)。
在中國(guó)的奴隸社會(huì)轉(zhuǎn)入封建社會(huì)時(shí)期,生產(chǎn)普遍獲得了發(fā)展,其中釀造、制陶、采礦、冶金等工業(yè)都迅速發(fā)展起來。由于生產(chǎn)的發(fā)展,統(tǒng)治階級(jí)不僅希望提高物質(zhì)享受,而且希望長(zhǎng)生不死,在這樣的時(shí)代背景下,煉丹術(shù)就應(yīng)運(yùn)而生了。
東漢前煉丹術(shù)有兩個(gè)不同傳統(tǒng):一是致力尋找長(zhǎng)生不老藥;二是試造黃金。到了東漢,煉丹術(shù)得到進(jìn)一步發(fā)展,兩個(gè)傳統(tǒng)匯合為一,出現(xiàn)了著名的煉丹術(shù)家魏伯陽,著書《周易參同契》以闡明長(zhǎng)生不死之說。繼后,晉代煉丹術(shù)家陶弘景著書《真誥》,葛洪著有《神仙傳》、《抱樸子內(nèi)篇》、《抱樸子外篇》、《肘后備急方》四書。唐代,煉丹術(shù)跟道教結(jié)合起來而進(jìn)入全盛時(shí)期,當(dāng)時(shí)的煉丹術(shù)家孫思邈,著作《丹房訣要》。
這些煉丹術(shù)著作都有不少化學(xué)知識(shí),據(jù)統(tǒng)計(jì)共有化學(xué)藥物60多種,還有許多關(guān)于分解反應(yīng)、化合反應(yīng)和置換反應(yīng)等化學(xué)變化的記載。如魏伯陽的著作中載有硫與汞化合生成硫化汞、汞和鉛化合可得鉛汞齊;葛洪則認(rèn)為一切物質(zhì)都是可以變化的,他在收集、研究各種藥方為民治病的同時(shí),進(jìn)行大量煉丹術(shù)實(shí)驗(yàn),熟悉了許多物質(zhì)的組成和一些比較簡(jiǎn)單的化學(xué)反應(yīng),對(duì)世界煉金術(shù)的影響極大。
煉丹術(shù)家雖然發(fā)現(xiàn)了不少化學(xué)知識(shí),也提出了一些對(duì)化學(xué)有影響的煉丹理論,對(duì)化學(xué)發(fā)展有重要貢獻(xiàn),但由于他們的思想方法不甚科學(xué),不是根據(jù)物質(zhì)現(xiàn)象的分析研究去發(fā)現(xiàn)物質(zhì)變化的規(guī)律,而是把某些物質(zhì)的性質(zhì)或現(xiàn)象,加以主觀推論作為煉長(zhǎng)生不死之藥的依據(jù),因而注定了煉丹術(shù)必將逐漸衰亡。
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