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方法上都被誉为近代自然科学的先驱。
罗吉尔·培根本人在物理学上做的实验不多。他学习了阿拉伯物理学家
阿勒·哈增的光学著作，花了很多钱从事光学实验。他叙述了光的反射定律
和一般折射现象；他懂得反射镜、透镜并且谈到望远镜；他还提出了一种虹
的理论。这位“万能博士”还叙述了许多机械发明，谈到了魔术镜、取火镜、
火药、希腊火、磁石、人造金、点金石等。
牛津大学的威廉·奥卡姆（约1300—1347）继续了罗吉尔·培根对经院
哲学的批判。奥卡姆反对经院哲学任意臆造抽象的观念和实体，提出了著名
的“奥卡姆剃刀”予以批判：“不要增加超过需要的实体。”这是现代人反
对不必要的假设的先声，使人们对直接感官知觉更加重视。奥卡姆的名言打
破了人们对抽象观念的信仰，促使人们从事直接观察与实验研究，推动了近
代归纳科学的兴起。
中世纪时期主要是近代物理学方法的萌芽时期，物理学本身的成就虽然
并不突出，但也取得了一些有意思的成果。皮埃尔·德·马里古特约在1269
年写了一本描述磁力实验的书。他了解到异性磁极相互吸引，同性磁极相互
排斥；一根磁针断为两半时，每一小段又变成一根小磁针；铁与磁石摩擦可
以磁化；他用磁石做成一个圆球，用短铁丝研究它的磁性，从而发现了磁子
午圈；他还描述了两种不同构造的罗盘。
14世纪中叶，巴黎大学校长琼·布里丹（约1300—1360）为解释物体受
力后之所以继续运动，他提出了一个新理论——“冲力理论”。“冲力说”
的早期代表是6世纪亚历山大里亚的一个学者约翰·斐劳波诺斯。他认为上
帝创世之初就赋予天体一种不随时间消逝“冲力”，这种冲力可以维持物体
永远运动下去。后来，牛津大学的威廉·奥卡姆根据磁棒可以使一块铁动起
来而不碰到它，认为真空是可以存在的，从而支持冲力说。
布里丹认为，加到箭或抛射体上的动力是加到物体本身的身上，而不是
加在空气上。这个冲力 （而不是空气的推动力）如果没有外力作用，能使物
体永远保持匀速运动。在自由落体的情形下，由于自然重力使原有冲力逐步
获得增量，所以冲力是逐次增大的。当我们上投物体的时候 （如抛射体），
传给物体的冲力因空气阻力和自然重力而逐渐减小。天体接受上帝给予的冲
力后，就无需天上其他因素作用而保持其运转。布里丹把冲力定义为“物体
的质量与速度的乘积”，这是最早的动量概念。
布里丹应用“冲力说”，把天体运动和地面上物体的运动合在一起；冲
力暗含着力改变运动而不单是维持运动的想法；冲力概念把作用力从媒质转
移到运动物体上，从而又使人能考虑没有媒质的真空。这三点使布里丹成为
现代动力学的奠基人之一。
巴黎学派的另一位代表是尼古拉·奥雷斯姆。我们已在数学史中提到了
他的图线原理。他创立的用图解方法表示运动的方法 （参看第二章图），是
把几何学引进物理学的一个重要步骤，特别是为变量的研究提供了数学方
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法。他所证明的在匀加速运动中以平均速度求路程的方法，和伽里略在分析
自由落体的运动时的方法，在原理上是一致的。奥雷斯姆1326年任纳瓦拉学
院院长，1377年任里苏的主教，他也是冲力说的有力支持者。
中世纪欧洲物理学家在几何光学方面树立了比较坚实的基础。因为欧洲
人可以直接从古希腊人和阿拉伯人的著作中吸收光学知识，所以到1200年，
光学上的一些基本定律如直线行进、反射定律、折射定律都为欧洲人熟知。
还有关于球面镜和抛物面镜的知识，球面像差，针孔照像机，透镜的用途，
眼睛的功能，大气折射现象，放大视象，这些都从阿拉伯人那里传到了欧洲。
欧洲的物理学家继续把光学推向前进。除了前面提到的罗吉尔·培根在
光学上所取得的进展，欧洲物理学家还根据光被透镜折射的知识，定出了一
些透镜的焦距，研究了透镜的组合，提出用透镜组合放大视像的意见。他们
改进了解释虹彩的理论。13世纪中叶，玻璃镜的制造完善了。从1299年起
有了眼镜。维特罗观察到光在折射下的散射现象（他让白光通过六角形晶体，
产生出有色光）。他又引导光通过一碗水来研究彩虹，注意到光通过一碗水
射出后出现彩虹中的颜色。由于欧洲物理学家的努力，光学成为一门重要的
物理科学。
中世纪欧洲的物理学成就虽然不多，而且当时的学术工作有很多缺点：
思想不分明，神秘主义，教条主义，以及咬文嚼字地引述权威著作。但是，
做实验和用归纳法来获得一般原理和科学规律，开始成为知识的重要来源。
这无疑是欧洲物理学家为经典物理学的诞生做出的重要贡献。
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3。中国物理学
早在中国的战国时代，物理学就取得了辉煌的成就，在力学、声学、光
学等方面都颇有建树。隋唐宋元时期，封建制度日益巩固，科学技术向着为
宫庭服务的方向发展。再加上隋唐确立了科举制度，科举制度造成科学技术
与士大夫阶层脱离，使理论科学的研究主要落在少数僧侣、道士和隐士的身
上。由于这支队伍力量薄弱，科学研究明显后继无力。在物理学方面尤甚。
已经出现的理论和著作陆续被人遗忘和散佚，已经开始的研究只好中途作
罢。因此这一时期的物理学已经是强弩之末。直到明朝，西方近代科学传入
之后，物理学的研究才重新方兴未艾。不过，由于中国古代积累了丰富的物
理学知识，也由于当时少数物理学家沈括、赵友钦等人的艰辛努力，隋、唐、
宋、元时期，物理学的许多学科在世界上仍是领先的，在声学、电磁学和光
学方面均结出了丰硕的成果。
（1）声学
早在古代中国就有很丰富的声学知识。其中，关于物体发声和传播的研
究、声音成因的解释，以及乐器的制造和声律学的探讨都有详细的记载。北
宋科学家沈括则在共振实验和共鸣现象上作了深入的研究。
沈括（1031—1095）字存中，北宋政治家、科学家，浙江吴兴（今属浙
江杭州）人。他博学多才，成就卓著。《宋史》说他“于天文、方志、律历、
音乐、医药、卜算，无所不通，皆有所论著”。其中有好些创见，至今仍为
全世界学者称道。堪称中国历史上，同时也是世界历史上稀有的通才。他的
著作有40种，其中 《梦溪笔谈》26卷，《补笔谈》2卷，《续笔谈》1卷。
这些都是他晚年定居梦溪园以后，采用笔记体的形式写成。 《笔谈》记录了
他一生积累的各种知识分条，共609条。按照李约瑟教授的辑录，其中207
条属于自然科学知识，包括物理、化学、天文历法、算学、气象、地质学及
矿物学等14种，因此《笔谈》是中国科学史上一部重要著作。李约瑟把这本
书称为“中国科学史上的坐标”。
《笔谈》详尽记述了大量科学史料，从许多侧面反映了当时的科技水平。
如灌钢的锻造法，冷锻成色的检验法，所制透镜及其他铜镜的特异性能，指
南针的装置法等，都达到了当时世界最高水平。《笔谈》还记录了许多平民
科学家的创造发明，如发明活字印刷术的毕升、建筑工程师喻诰、天文学家
卫朴、水利工程师高超等人，都有详细的记载。《笔谈》也是这位大科学家
毕生观察思考和研究结果的记录。这些成果在科技史上有许多占有重要地
位，如关于地层地质结构的形成的认识、垛积公式、会圆术、中草药和医方
的考证等，都是很了不起的科学成就。《笔谈》中在物理学方面涉及的内容
主要有声学、光学和磁学等方面。
沈括的《梦溪笔谈》有两卷专讲音律。他的一个朋友家中有一个琵琶，
放在空荡荡的房间里。用笛吹奏双调的时候，琵琶也跟着发音。这使人非常
惊讶。那人把琵琶当成宝贝，敬若神明。沈括知道后大不以为然，指出这只
不过是共鸣现象。他为了显示共振现象，剪了一些小纸人放在弦上，每弦一
个，然后开始演奏。除了本身被弹奏的弦线以外，另一根与它音调有共振关
系的弦也会振动起来。它上面那个小纸人频频跳动，而其他弦上的纸人却安
然不动。沈括还进而证实，只要声调高低一样，相应的弦照振不误。沈括设
计的纸人演示共振实验，是世界上同类实验中最早的一个。
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（2）电学和磁学
中国古代电学、磁学的知识十分丰富。早在先秦、两汉年间，就有摩擦
起电、雷电以及尖端放电的记载。
到了唐代，人们在实践中找到了防止雷击的办法。唐代王睿在《炙壳子》
中记载道：汉代古建筑柏梁遭火灾，有一个搞巫术的人提出把瓦做成鱼尾形
状 （叫做“鸱吻”或“蚩吻”）后，放在屋顶上可以防止雷电引起天火。有
人解释说，这是在仰起的“鸱尾”中吐出一根金属长舌向着天空，舌根和一
根着地的细长铁丝相连。这种记载如果属实，说明当时人们已经在实践中应
用避雷针了。
从雷电对物质作用的观察中，中国古代实际上已区分了导体和绝缘体。
沈括在《梦溪笔谈》中记载了内侍李舜举家被雷击时“金石皆铄，而草木无
一毁者。”沈括通过雷电对金石、草木作用的不同效果，实际上已经看到了
导体与绝缘体的区别。
中国古代在磁学方面也成绩斐然。春秋时期，磁石吸铁的知识已相当普
遍。到东汉时已发明了“司南”，即指南针的雏形。《论衡》中记载“司南
之杓，投之于地，其柢指南”。
到了宋代，沈括在《梦溪笔谈》中第437条记载了指南针。这时，指南
器已由司南勺、指南鱼发展为针形，成为一种更简便、更有实用价值的指南
仪器。它和现代磁针的形式已极为接近。《梦溪笔谈》中记载的使用天然磁
石摩擦铁（钢）针使其磁化的人工磁化方法，直到19世纪现代电磁铁出现以
前，几乎所有磁针都是这样制成的。
在使用指南针的过程中，人们还认识了磁偏角。沈括说指南针不是指向
正南，而是“常微偏东”。寇宗姡Щ顾担骸俺Ｆ弧保创牌窃�0°至
15°之间。欧洲大约到13世纪才知道磁偏角，当时还误以为是指南针构造的
缺点造成的。
指南针是中国举世闻名的“四大发明”之一。指南针一经发明，很快被
应用于航海。南宋时又发明了罗经盘，或称为地螺、针盘等。指南针在航海
中的地位更加重要了。
中国的指南针由海路传入阿拉伯，大约在1180年由阿拉伯传入欧洲。指
南针的出现大大促进了航海技术的发展。
（3）光学
宋末元初卓越的科学家赵友钦在光学方面很有成就。赵友钦又名敬，字
子恭，号缘督，鄱阳 （今江西鄱阳）人。有关赵友钦生平事迹的史料很少，
生卒年月也不详。仅有《革象新书》（5卷）流传下来，使我们得以了解一
点这位科学家的贡献。
《革象新书》第5卷首篇“小罅光景”中详细记载了赵友钦所做的光学
实验。实验是在一个两层楼房中进行。一楼分为左右两室，楼下两室各挖一
个直径为4尺的圆阱，阱上盖有木板，板上各有一小孔，阱中各放插有一千
多只蜡烛的圆板作为光源。
赵友钦通过这个实验对一系列几何光学问题进行了具体的观测和研究。
最后他作出了结论：1。孔相当大时，屏上所产生的像与孔的形状相同；2。孔
相当小时，屏上所生的像和光源的形状相同，但方向相反（即蜡烛的光在东，
像在西），这就是小孔成象。赵友钦说这个结论“断乎无可疑者’。象这样
严谨的大型实验，在14世纪中叶时，世界上还是绝无仅有的。赵友钦通过实
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验还得到：照度随着光源的强度增加而增加，随距离的增加而减小。而西方
在400年后，才由德国科学家兰伯特 （1728—1777）得出了照度和距离平方
成反比的定律。
沈括在研究凹面镜成像实验中也总结出规律。他指出，当手指在焦点之
内，所成的像是一个正立的虚像；当手指渐渐远离镜面，移至焦点时，成像
在无穷远，即“无所见”了；当手指移至焦点之外，就成为倒立的实像了。
沈括发现了焦点，并把它看作是正像和倒像的分界点，这是一个十分重要的
进展。
（4）力学与热学
隋、唐、宋、元时期，中国应用力学知识已经达到了一个很高的水平。
北宋著名科学家苏颂 （1020—1101）和韩公廉（生卒年不详）于1088
年制作了一座杰出的天文计时仪器——水运仪象台。这座复杂的大型仪器采
用了民间使用的水车、筒车 （“升水轮”）、桔槔、凸轮和天平秤杆等机械
原理，把观测、演示和报时设备集中成一个整体，成为一部自动化的天文钟。
这是世界上最古老的天文钟，在国际上受到极高的评价，这反映出当时中国
力学知识已经有相当高的水平。
此外，宋代有许多关于浮力的记载，宋代还有人应用大气压力来制造虹
吸管和唧筒。北宋曾公亮在《武经总要》中，具体记述了如何用竹筒制成大
型虹吸管，把被高山阻隔的泉水引过来的装置。这说明，当时中国的流体力
学也已有一定的水准。
这一时期，热学知识的应用也很普遍。在烧制陶器和冶炼金属的过程中，
都需要大量的热学知识。尤其火药的发明，使中国古代在热的动力应用方面
居于世界领先的地位。
中世纪时期的中国物理学由于始终缺乏稳定的理论研究队伍，而且由于
人们偏重物理学的实际应用，对自然界的理论研究缺乏兴趣。因此，这一时
期中国虽然在学术上长期处于世界领先地位，但缺乏系统性和连贯性，更没
有形成完善的科学体系。中国物理学表面的辉煌下潜伏着严重的危机。自宋、
元以后，中国整个物理学逐渐走向衰退，远远落后于西方的近代物理学。
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四、化学
1。阿拉伯炼金术
中世纪的化学，是以炼丹术和炼金术这两种原始的形式存在。炼丹术与
炼金术的主要区别在于：炼金术以乞求财富为目的，着眼于点石成金，故又
称点金术；炼丹术虽然也要炼制黄金、白银，但目的不是为了财富，而是为
了获得金丹，一种长生不老之药。中世纪时期，炼丹术在中国颇为盛行，而
炼金术主要流行于阿拉伯和欧洲地区。
阿拉伯在炼金术方面名声很大。阿拉伯人有700多年的炼金术史。他们
的工作中心先是在伊拉克，随后迁至西班牙。阿拉伯人把炼金术发展为化学，
并促进了中世纪后期欧洲化学的诞生。
阿拉伯炼金术大约兴于公元8世纪，它的渊源主要来自希腊炼金术。公
元640年，阿拉伯人征服了埃及，使阿拉伯民族接触到希腊文明。在他们统
治下的希腊、叙利亚和波斯的学者们积极地把希腊的书籍翻译成阿拉伯文，
其中就有关于炼金术的著作。到公元8世纪，中国的炼丹术也传到阿拉伯，
阿拉伯的炼金术研究从此又有了一个新的发展。
炼金术在阿拉伯发展很快。公元8世纪，出现了一批阿拉伯化学家。他
们不仅懂得亚历山大学者们的知识，而且有所发展。为此他们摒弃希腊拉丁
语源的“化学”（英文为chemistry）一词，创造了“炼金术”（英文为alchemy）
这一名称。
阿拉伯炼金术的早期代表人物是贾比尔·伊本·海扬（721—815）。他
曾在公元8世纪时名噪一时，著作有《物性大典》、《七十书》、