17世紀以來物理學在中國的發展

17世紀以來物理學在中國的發展

《17世紀以來物理學在中國的發展》是高等教育出版社出版的書籍,作者是楊新城。本書主要講述了17世紀以來物理學在中國傳播和發展。

基本介紹

  • 中文名:17世紀以來物理學在中國的發展
  • 明末到:清末的傳播
  • 物理學教育:的發展
  • 物理學:研究工作的開展
正文,

正文

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明末到清末的傳播
20世紀中的發展
物理學教育
物理學研究工作的開展
中國科學社
中國物理學會
20世紀中國物理學家的成就
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從明萬曆年間(16世紀末葉)起,歐洲傳教士來華,同時帶來了西方科學知識。西學東漸,使近代科學在中國萌芽。傳教士不僅攜有書籍,而且還有器物。有許多傳教士以傳播西方科學知識為媒介,來結交中國學者,取得朝野的信賴。萬曆十年(1582),義大利神父利瑪竇受耶穌會的派遣來華傳教,帶來了一些天文儀器、自鳴鐘、三稜鏡等。比利時傳教士金尼閣於萬曆三十八年(1610)和四十八年(1620)兩度來華,第二次來華時受羅馬教皇的饋贈,攜有書籍7000餘冊,其中包括一些科學書籍。傳教士中有的還確實具有較豐富的學識。如天啟元年(1621)來華的德國傳教士鄧玉函就是與伽利略同為義大利林賽研究院成員。西方科學知識的傳入,引起了中國學者的重視,中西學者陸續共同譯著了許多書籍。在物理學方面,由鄧玉函口述,王徵筆錄而成的《遠西奇器圖說》,於天啟七年(1627)刊行,就是較早的一種。該書主要描述了一些器械,第一卷“重解”則是專述力學的,包括有地心引力、 重心、 比重、浮力等許多力學的基本原理和知識;據考證,其中不少內容引自伽利略的著述,這是近代力學知識傳入中國的開始。西方物理學的知識也反映在中國學者的一些著作中,如方以智的《物理小識》(“物理”是指“事物之常理”)。來華歐人也有用中文著書在中國刊行的。如天啟六年(1626)德國傳教士湯若望著有《遠鏡說》,這是一部論述望遠鏡的專著(有人認為此書實是一歐洲人著作的譯本),那時僅在伽利略製作望遠鏡之後十幾年。望遠鏡也在這時傳入中國。比利時傳教士南懷仁於清康熙十三年(1674)著有《靈台儀象志》,這是一部天文學著作,也包含有一些物理學知識。
到了清道光年間(19世紀30、40年代),中國研究西方科學技術的學者增多,有關物理學方面的著譯也多了起來。鄭復光在道光十五年(1835)寫成《鏡鏡痴》,於道光二十六年(1846)刊行;他融會了中國原有的光學知識和西方傳入的光學知識,在這部著作中詳細地討論了幾何光學的基本原理和許多光學儀器的理論和製作方法,是中國近代物理學史中的一部重要著作。由英國人艾約瑟口述,張福禧筆錄的《光論》,全面地介紹當時西方的光學知識,是一部比較系統的光學專著。李善蘭與英國人偉烈亞力合譯英國天文學家侯失勒(今譯J.赫歇耳)的《天文學綱要》,定名為《談天》,於鹹豐九年(1859)刊行,其中有許多力學知識,第一次把萬有引力定律介紹到中國來。艾約瑟與李善蘭合譯英國物理學家胡威立的《初等力學教程》,定名為《重學》,於同治五年(1866)刊行,這是譯成中文的第一部力學專著,在中國很有影響。在這時期,李善蘭還與偉烈亞力、英國人J.傅蘭雅合譯了奈端(即1.牛頓)的《數理格致》(即《自然哲學的數學原理》)中的前3卷,惜當時未能刊行。
鹹豐(19世紀60年代)以後,興起了洋務運動。主張“中學為體,西學為用”的洋務派為了培養洋務人員而引進西學,相繼舉辦了一些以汲取西方科學知識為主的文教機構。同治元年(1862)清政府開辦京師的同文館,既是教學機構,也編譯西書,後來成為影響最大的一個文教機構。同文館成立後,各地相繼仿效。同治二年(1863)上海開辦廣方言館,同治三年(1864)廣州開辦同文館,光緒十八年(1893)湖北開辦自強學堂。洋務派為效西方之法製造堅船利炮,開設一些製造局,這些製造局也開展翻譯西方科學技術書籍的工作。如同治四年(1865)開辦的上海江南製造局,同治五年(1866)開辦的福建船政局等。傅蘭雅口譯、徐建寅等筆錄的田大里(即J.廷德耳)著作《聲學》,就是由江南製造局刊印的。中國學者徐壽與偉烈亞力、傅蘭雅等人於光緒元年(1875)在上海創辦格致書院,以培育人才和翻譯出版西書為宗旨。還有外人開辦的編譯出版機構,如英國人麥都思於道光二十三年(1843)在上海開設墨海書館,外國傳教士於光緒十三年(1887)在上海建立廣學會〔原名基督教普及學識傳播會,光緒三十一年(1905)改為廣學會〕等。其後,中國人開設的美華書館、文明書局、商務印書館也都出版了一些西方科學技術著作。據統計,自鹹豐到清末期間(1853~1911),共出版了西方科學著作468種,其中理化類有98種。光緒二年到十八年(1876~1892),由傅蘭雅主持,格致書院還發行過中國第一個專門介紹西方科學技術的刊物《格致彙編》(先是月刊,後改季刊),其中包含有不少物理學的內容。中國出版的第一部物理學教科書是日本飯盛挺造編纂,藤田豐八翻譯、王季烈重編的《物理學》,分上中下三篇,光緒二十六年到二十九年(1900~1903)由江南製造局先後刊行。中國第一個製造科學儀器的科學儀器館於光緒二十七年(1901)成立於上海。
19世紀下半葉,傳入中國的西方近代物理學知識日益增多,有一些知識的傳入還是很及時的。如德國物理學家W.K.倫琴1895年發現了X射線,1899年(光緒二十五年)傅蘭雅口譯、王季烈筆錄的《通物電光》四卷(當時譯X 射線為“通物電光”,此書著者為美國人莫年登,原文不詳),在江南製造局出版,僅相隔4年。不過這時期所傳入的物理學知識基本上是一些實用性的知識,許多書籍大都屬於教科書類型。對理論部分,尤其是較新的理論內容的介紹還較少。然而從此中國有了一批了解近代物理學知識的學者,近代物理學在中國開始發展起來。
20世紀上半葉,中國外患內戰,災難深重。在這樣的社會環境中,中國科學家克服了種種困難,排除干擾,為現代科學在中國的發展奠立了基礎。其間湧現出不少有作為的物理學家,他們在物理學領域中作出了貢獻,而且歷盡艱辛,在國內草創事業,使物理學和物理學教育在中國具有一定的規模。中華人民共和國成立後,國家昌盛,科學事業得以蓬勃發展;中國的物理學隊伍迅速擴大,物理學的各分支學科陸續建立和發展,物理學工作者有了較好的條件開展物理學前沿的研究工作,在套用方面的研究,對國家的經濟建設和國防建設作出了有益的貢獻。中國物理學家的多方面成就,在國際學術界中贏得了很好的聲譽。
物理學教育的發展 20世紀初,清政府被迫實施新政,興辦學堂,系統的科學知識才正式列為課程。光緒二十九年(1903),清政府規定在國小設理化課;高等學堂分政藝兩科,藝科所設課程中有力學、物性、聲學、熱學、光學、電學和磁學等物理學的內容。辛亥革命後,官辦和私辦的各級學校增多,物理學知識也得到比較廣泛的傳播。為了培訓師資,北京、南京、武昌、廣州等地的高等師範學堂先後設立數理化部,1920~1921年南京高等師範學校首先建立物理實驗室。這是中國自己培養物理學工作者的開端。
20世紀初期,有識之士倡導科學教育救國,出國求學者大量增加,其中不少是專學物理的,清末最早的留學生中有何育傑、夏元瑮、李耀邦、張貽惠、胡剛復、梅貽琦、趙元任等;民國初年有葉企孫、顏任光、丁燮林(即丁西林)、李書華、饒毓泰等;以後有吳有訓、嚴濟慈、周培源等。他們大都對當時物理學前沿的基礎研究有所建樹。他們回國以後,覺察到在中國發展物理學,需要培養大批人才,又限於當時中國的社會現實條件,繼續進行研究工作有困難,所以大部分人以從事教學工作為主,又成為教育家。正是由於他們的辛勤努力,五四運動以後,中國物理學教育發展加快,中國物理學隊伍逐漸形成。
1918年北京大學設立物理學系,這是中國第一個大學物理學系,隨後南京高等師範學校(後來的東南大學)、1925年清華大學、1928年交通大學等相繼設立物理學系。顏任光、丁燮林、李書華、胡剛復、饒毓泰、葉企孫、吳有訓等回國後,分別主持這幾個學校物理學系的教學工作。他們充實課程內容,增設近代物理的課程,建立實驗室,改革教學方法,理論和實驗並重,教學質量顯著提高。這些學校的物理學系都享有盛名。
其後,國內大學畢業的和留學的回國人數不斷增加,師資得到了充實。到30年代中期,設立物理學系或數理系的高等學校已超過30所,其中有的教學內容相當廣泛。如清華大學的物理學系開設的物理學理論和實驗課程有37門,還建立了普通物理、熱學、光學、電學和近代物理5個實驗室。到30年代,物理學家們逐漸根據自己的學識和所積累的教學經驗,用中文編寫出物理學教材,改變了長期以來使用英文教科書的局面。如薩本棟編著了《普通物理學》和《普通物理實驗》,嚴濟慈和李曉舫合編了《理論力學》等,這些工作對物理學在中國的傳播起了有益的作用。
抗日戰爭期間,戰區各校輾轉內遷,歷經艱苦,儀器設備大量散失,但仍努力堅持教學。如北京大學、清華大學和南開大學遷到昆明聯合組成西南聯合大學,中央大學和交通大學遷到重慶,浙江大學遷到貴州。雖然此時生活、教學和實驗條件極差,卻始終堅持教學、開展學術活動,而教師陣容還有所加強。在此期間培育出的學生中後來多人成為優秀的物理學家,如李政道、楊振寧、黃昆、朱光亞、林家翹等。
中華人民共和國成立後,為適應國家建設的需要,增設了許多高等學校,其中各綜合大學和師範院校等均設有物理學系,目前已有269所院校設有物理學系。一些院校中還設有與物理相關的套用物理、技術物理、工程物理、地球物理、無線電電子學等系。
早期的物理學家又是教育家,如胡剛復先後在11所高等學校中籌建物理學系或理學院或任教,培育出像吳有訓、嚴濟慈、趙忠堯和吳健雄這樣的實驗物理學家。饒毓泰、葉企孫、吳有訓、嚴濟慈等人的教育業績,也備受推崇。
物理學研究工作的發展 中國專門的物理學研究機構在20年代後期逐漸建立。
1928年6月國家創辦中央研究院。同年 11月在上海建立了物理研究所,丁燮林擔任所長,開展物理學的研究工作。當時儘管經費有限,還是先後建立起標準室、檢驗室和其他幾個實驗室,並在南京紫金山建立地磁台。此外又設立了一所設備較好的物理儀器工場,能夠製造一些實驗用的儀器設備以及中學物理教學儀器。當時開展了磁學及地磁測量、光譜學和無線電等方面的專門實驗研究工作。
1929年9月在北平建立了北平研究院,李書華創辦了該院的物理研究所,由嚴濟慈任所長,開展感光材料、光譜、水晶壓電現象、水晶浸蝕圖像、重力加速度與經緯度測量等研究工作。北平研究院與中法大學合作,建立了鐳學研究所,由嚴濟慈兼任所長,主要進行放射性和X射線學的研究。
抗日戰爭期間,科研機構內遷,設備和圖書大量散失。兩個研究院的物理研究所均遷到昆明,後來中央研究院物理研究所又遷到桂林和四川北碚。在艱難的歲月中,物理學家們仍盡力進行一些理論研究,同時注意若干套用性的工作,如製造光學儀器、顯微鏡,在雲南進行物理探礦等。
抗日戰爭勝利後,中央研究院物理所遷回上海,1948年又遷往南京,先後建立起金屬物理、光學、原子核物理和無線電等實驗室,還有恆溫室和金工場。鐳學研究所在1948年改組,分為結晶學實驗室(在上海)和原子能研究所(在北平)。前者由陸學善主持,主要用X射線研究物質結構和與晶體結構有關的內容。後者由錢三強擔任所長,主要開展核物理和原子物理的研究。
20年代末,國家批准有條件的大學設立研究部,在教學的同時開展科學研究工作。如清華大學於1929年成立研究院,試辦物理研究所。到1935年,該物理研究所擴建為理科研究所,所下面設研究部,物理學部由物理學系負責,在短期內建立了X 射線、無線電、光學、磁學等研究室。吳有訓的《單原子氣體所散射之 X射線》論文就是這時在清華大學完成的,1930年9月發表在英國《自然》周刊上,這是中國物理學家把國內的研究成果在國外雜誌上最早發表的論文之一。以後設立物理學研究部的學校還有燕京大學、北京大學、中山大學、武漢大學等。
抗日戰爭期間,西南聯合大學組成後,恢復了研究部。1939年清華大學恢復物理學研究部,還新開辦了5個特種研究所其中無線電研究所和金屬研究所是和物理有關的,無線電研究所所長是任之恭,金屬研究所所長是吳有訓。
中華人民共和國成立後,1949年11月在中央研究院和北平研究院的基礎上成立了中國科學院,原來兩院所屬的四個物理方面的研究機構調整為兩個研究所:套用物理研究所設在上海,由嚴濟慈擔任所長,後改為物理研究所;近代物理研究所設在北京,由吳有訓擔任所長,後改為原子能研究所。隨著科學事業的發展和國家的需要,到現在,中國科學院所屬物理方面的研究所已增加到12個,在北京有物理研究所、高能物理研究所、理論物理研究所、聲學研究所、低溫技術實驗中心,在上海有上海原子核研究所,在合肥有電漿物理研究所、固體物理研究所,在長春有長春物理研究所,在武漢有武漢物理研究所,在蘭州有近代物理研究所,在烏魯木齊有新疆物理研究所。此外,還有側重技術方面的電子學研究所、半導體物理研究所、套用物理研究所等。至於光學一門又成為一個大系統,在長春、上海、西安、四川等地建立了光學精密機械研究所。它們都擔負著各方面多種研究任務。
這些研究所建立後,陸續開闢了許多新的研究領域,如半導體物理、雷射物理、低溫物理、高壓物理、水聲學、空間物理、電漿物理、生物物理、非晶態物理、表面物理等,添置了相應的現代實驗設備,如反應堆、加速器和托卡馬克已在運轉,對撞機以及同步輻射實驗室也正在建造中。
中華人民共和國成立以來,大學的科學研究工作有很大發展,陸續新建了很多研究所和研究室,其中如北京大學的固體物理研究所、理論物理研究所,南開大學的光學研究所,復旦大學的現代物理研究所、電光源研究所,吉林大學的原子物理與分子物理研究所,四川大學的原子核科學技術研究所,南京大學的聲學研究所,蘭州大學的原子核物理研究所等就都是屬於物理學方面的。80年代以來,高校普遍設立研究生院,培養攻讀碩士和博士學位的研究生,其中包括培養物理學領域的研究生。在產業系統、國防系統以及各省、市、自治區的數以百計的科學技術研究機構中,也不乏涉及物理學方面的研究工作。
中國科學社 20世紀初期,中國科學事業正處於草創階段,當時在美國康奈爾大學留學的任鴻雋、楊銓、胡達(胡明復)、趙元任、秉志等人於1914年發起、於1915年成立了中國科學社,以“聯絡同志,研究學術,以共圖中國科學之發達”為宗旨。經十幾年的努力,中國科學社發展成為全國性的科學機構,開展學術活動,出版定期刊物《科學》和《科學畫報》,還組建了明復圖書館和中國科學圖書儀器公司,對中國科學事業的發展起了促進作用。它的活動中部分是物理學方面的,如曾邀請P.朗之萬和N.玻爾等著名的物理學家來中國訪問,《科學》月刊對當時物理學中相對論、量子論、量子力學等新成果作過介紹。
中國物理學會 30年代初,在研究所、高等學校以及其他機構中已有很多物理學工作者,中國科學社這樣的綜合性組織,已不能滿足物理學專業的特殊要求,於是1932年成立了中國物理學會,以推動物理學的發展和普及物理學知識,第一任會長為李書華。中華人民共和國成立之後,物理學會舉行過三次全國會員代表大會,陸續建立了許多分支和邊緣學科的學會和專業委員會以及地方物理學會,廣泛開展各種活動,促進學術交流。
20世紀中國物理學家的成就 幾十年來,先後幾代中國物理學家(國內的和在國外的)勤奮鑽研,勇於探索,為當代物理學的發展作出了貢獻,有的還在當時處於領先地位。他們的共同努力,促進了物理學以及相關的科學技術在中國的發展。
他們的主要成就中有:李耀邦在1914年以R.A.密立根的方法利用固體球粒測定值;胡剛復在1918年對X射線放射機制的研究,對推測原子結構有重要意義;葉企孫在1921年與人合作測定普朗克常數,得出當時最精確的數值,沿用了16年之久;吳有訓在1925年對康普頓效應的系統研究,是對A.H.康普頓的發現有力的支持;嚴濟慈關於壓電晶體和光譜學的研究;周培源關於廣義相對論和流體力學、特別是湍流理論的研究;王守竸於1927年把量子力學的概念成功地運用於研究氫分子和轉動量子化的問題;趙忠堯在20年代末對硬γ射線的反常吸收的研究,發現了後來被稱為湮沒輻射的現象,為正電子的發現作了有益的工作;錢臨照關於水晶壓電現象的研究;任之恭關於微波的研究;饒毓泰關於原子和分子光譜的研究;吳大猷關於分子光譜的研究;王淦昌提出驗證中微子存在的實驗方案和任何粒子都有反粒子相對應的觀點;錢三強和何澤慧在40年代末證明鈾的三分裂和四分裂現象;張文裕在40年代創製了多絲火花計數器,發現了μ子原子,並直接證明了μ子的弱作用,對研究原子核結構有啟示;胡寧、朱洪元和周光召等關於基本粒子的研究;彭桓武對介子理論和用輻射阻尼理論對宇宙線的研究;黃昆對固體物理學,特別是點陣動力學的研究;薩本棟關於電路分析的研究;王竹溪和張宗燧關於統計物理學的研究;葛庭燧關於金屬物理,尤其是內耗實驗和理論的研究。
在抗日戰爭期間,許多中國物理學家為了國家存亡,直接間接地為抗戰貢獻了力量,如1932年在上海為中國軍隊轟擊日本軍艦日夜偵察,中國軍隊取得了重創“出雲號”旗艦的戰果,在天津為淪陷區游擊隊製造武器和炸藥,在西南參與軍工生產,為軍隊製造通信、航空、光學器材等。
中華人民共和國成立後,中國物理學家在物理學的前沿研究工作中取得了不少成就,在中國核子彈、氫彈、人造衛星和洲際飛彈的研製中,發揮了積極作用。他們的成就贏得了國際上的地位。中國物理學家與國際學術界的交往日益增多,已有多次物理學的國際會議在中國舉行,如1980年在廣東從化舉行的廣州粒子物理理論討論會,1982年在上海舉行的第三次格魯斯曼廣義相對論天體物理會議等。中國物理學家黃昆和周光召當選為A.薩拉姆所創建的第三世界科學院院士。

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