《格致匯編》中物理學儀器的引入

高 海，呂仕儒

（山西大同大學物理與電子科學學院，山西大同 030009）

《格致匯編》中物理學儀器的引入

高 海，呂仕儒

（山西大同大學物理與電子科學學院，山西大同 030009）

《格致匯編》是中國近代最早的以傳播科學知識為宗旨的科學期刊，在科學儀器方面，特別是物理學儀器，文中介紹了計算器具、氣象儀表、望遠鏡、量熱儀表、測繪器具、光學和力學儀器等多種類型，是中文期刊首次系統(tǒng)的科學實驗儀器的系列報道。

格致匯編；物理學；儀器

自然科學特別是物理學，在近代觀察方法就從自然觀察為主發(fā)展為以儀器觀測為主，強調(diào)以系統(tǒng)的實驗數(shù)據(jù)去歸納定律，建立理論。物理學是一門實驗科學,物理學的發(fā)展離不開部實驗科學的發(fā)展,沒有科學實驗和儀器,就沒有物理學的發(fā)展。實驗是人類有目的地在變革自然的過程中認識自然的一種手段，是人類發(fā)揮高度智慧的一種特殊的實踐活動。要進行實驗，就必須要用到科學儀器。

傅蘭雅創(chuàng)辦的《格致匯編》是中國近代第一份科學普及期刊，是一份以介紹科學知識為中心內(nèi)容的科學刊物，在刊登的文章中也介紹了科學儀器，開創(chuàng)了在當時封閉、落后的中國進行科學啟蒙、普及現(xiàn)代科學知識的先河。

《格致匯編》關(guān)于科學儀器的介紹主要集中在《格致釋器》，一共刊出10部,分別是《測候器》、《化學器》、《重學器》、《水學器（靜水、動水）》、《氣學器》、《照像器》、《顯微器》、《望遠器》和《測繪器》。為當時的人們進行科學實驗提供了參考，推動了我國實驗科學及物理學的發(fā)展，是晚清介紹西方科學儀器的重要文獻。

發(fā)展我國近代科技和近代物理，首先要有先進的儀器設(shè)備。西方近代儀器系統(tǒng)引入我國，首推《格致匯編》長篇連載《格致釋器》一文。梁啟超評論道：“詳言某學需用某器，顯之以圖，系之以說，言明用法，列其價值”，因而稱它們是“專門名家者最便之書”[1]。清末徐維則在《增版東西學書錄·卷三》給予了很高的評價：“英國傅蘭雅輯，譯如測候、化學、重學、水學、照像、測繪諸器無不具載，有圖有說，并列用法價值，而根數(shù)比例之法亦可窺其大，較其書已散見各類，新學者宜亟讀之?！盵2]

傅蘭雅在第三年第一卷《格致釋器總論》中這樣寫到：“竊思能足人智，善人術(shù)者莫格致若也。然格致所論為事物之理，設(shè)不以器為重，則格致虛而無用。惟以制器是尚，則人可得極大之益，而格致始成有裨實用之學矣”[3]。所以，他有計劃地“將各類之器，匯集成編，逐次刊印。俾閱者明器以用器，因器以制器，至能推廣變化，可以運用無窮”[3]?，F(xiàn)在重點探討一下《水學器（靜水、動水）》、《氣學器》、《照像器》、《顯微器》、《望遠器》和《量光力器圖說》。

《水學器（靜水、動水）》連載于第五年的秋冬兩卷中，摘譯自J.J.Griffin的《科學技藝》（Scientific Handcraft）一書，主要介紹了流體力學常用的儀器，該儀器也是英國格里芬格致行的產(chǎn)品。全文分為靜水學器和動水學器兩章，靜水學是介紹“水或他流質(zhì)能平之性，與靜時所顯之壓力”，動水學是介紹“流質(zhì)流動時之形性”。在靜水學器中一開始，用7幅插圖驗證了相通之器水必各處等高的理論。先是同種流質(zhì)，后來又說明了異類流質(zhì)。接著用儀器說明了流質(zhì)壓力各向相等，以及流質(zhì)向下壓力與高及底面積有關(guān)。在介紹流質(zhì)向上壓力之器的時候，引出了壓水箱和壓水柜，詳細說明了他們的原理和用法。在最后，提出了重率的概念，介紹了驗證阿基米德浮力定律所需要的裝置。在動水學器中，解釋了微管吸力、也就是現(xiàn)在所說的表面張力，接著說明了液體的壓力和高度的關(guān)系。第四、五、六、七圖說明了在戲法中用到的雙層漏斗和雙層水壺，剖析了在戲法中所用的障眼法。接下來介紹了虹吸管、起水筒、噴水源和水輪。最后，文中對水學器進行了總結(jié)，“水學一門乃格致粗學，其事易明、其理易解、其法易試、其器亦簡而不繁。學者觀之固覺奇趣，推而行之更有裨于實用”。

《氣學器》刊載于第五年的冬季卷中，摘譯自J.J.Griffin的《科學技藝》（Scientific Handcraft）一書，主要介紹了氣體實驗常用的儀器，該儀器還是英國格里芬格致行的產(chǎn)品。全文一共用了56幅插圖，分了四種類型進行了介紹。第一，試空氣重與阻力之器，空氣為有重有積之物，其積可量，其重亦可稱。文中的儀器，不但可以稱出空氣的重量，還可以演示空氣所受的阻力；第二，試空氣漲力之器，由緊密而自松疏者謂之漲力；第三，試空氣壓力之器；最后，測空氣壓力之器。

《照像器》連載于第六年的春夏兩卷中，主要介紹了照相的器材，該器材是英國伯明罕蘭卡司他公司的產(chǎn)品，全文一共用了70幅插圖。全文分為鏡箱、箱袋、通方鏡箱、精新鏡箱、全套鏡箱、表式鏡箱、最新鏡箱、婦女鏡箱、全副照像器、鏡箱零件、照像藥料、照像干片、曬框、觀影匣、點像架、縮放箱、鎂光燈、洗像盆、軋像輪、鏡箱夾、照像鏡、山水鏡、速照鏡、大角度鏡、新法鏡、小角度鏡、最大角度鏡、跑馬鏡、快門、紅玻璃燈、火油紅燈、家用鏡箱、換片暗匣、手拖照像器、雙眼鏡箱、放像燈、影戲燈幾個部分，幾乎涉及了照相所用器材的各個方面。在照像器中，以鏡箱為首要，照鏡次之、而暗匣、紅燈、顯影盤與快門等法亦所當論。在文章的寫法上，“不期咬文嚼字，意以順為明，辭以簡為尚，雅俗共賞，一覽而知”。文中明確說明：“如徒有器而無法，則一生僅為初學不能入奧。若已明其法而能祥慎用其各器，則必能入妙入神出人頭地?！痹谖恼碌慕Y(jié)尾處進行了總結(jié)，“以上所釋各器僅約略要，說于照像之理法幾不題及。因另有《照像略法》及《照像干片法》二書已論及之也。凡習練照像者閱該二書，可明照像之理法。閱此釋器可知，各器之價值，以便自行采擇，不致為狡者所愚。再有二說可為奉勸：一、凡照像事內(nèi)須細心勿躁，按部就班，先練熟一事再習次事，先照書內(nèi)之法毫不悖謬后再自試變法以求新理，務(wù)以細心干凈為不可少之事，無論器料如何精良，如不能細心潔凈，總難作成上等工夫。二、須知照像之理法器料，原欲成上等像，令觀者悅目，不獨使照者得功出名，猶能致照像之工藝視為上品、文雅、取樂之事。總之，學照像者，如有文雅之心必于其工內(nèi)顯出?！?/p>

《顯微器》刊載于第六年的秋季卷中，主要介紹了顯微器的用途，和在使用中應(yīng)該注意的問題，系據(jù)倫敦Waltonamp;Sons公司所出各式顯微鏡產(chǎn)品說明書的翻譯。文章一開始就說顯微鏡有益于常人，可有以下四個方面：一、能視及萬物中最華麗雅趣之微體；二、教習幼學，現(xiàn)以顯微鏡為不可少之器；三、凡格致學內(nèi)考求新物新理新法，亦以顯微鏡為不可少；四、顯微鏡于制造工藝內(nèi)亦有大益。在購買顯微鏡時須審慎，要購買上等光學器家所造，各個鏡片要清晰。常人多以顯微鏡為玩物，為暢心取樂之用。顯微鏡在增人智慧方面遠勝于他物，可以助人目即人目所不能見之微體，此鏡能使之顯明。顯微鏡常用的零件有小玻片、增光鏡、回光鏡、微蟲籠、正影鏡、畫形器、助畫器、量微尺、積光鏡、回光管和黑點鏡。接下來用了8幅插圖，詳細說明了顯微器的構(gòu)造。

《遠鏡說》刊載于第六年的冬季卷中，主要介紹了各式望遠鏡的原理、構(gòu)造和用途，一共用了16幅插圖。遠鏡可以視遠處為近處，大者功在觀天，故又名天文鏡，小者可以視遠，俗名千里鏡。格致家所考格致器內(nèi)最大趣益者莫如遠鏡，無論大小，善用者皆得開心益智增廣見聞。在文中特別指出購買望遠鏡應(yīng)該注意：一、物鏡須查其合法與否，以玻璃明凈質(zhì)勻為要；二、鏡面如應(yīng)揩凈，可以用極軟之布或絲綢；三、揩時易極慎，如有微塵，先于鏡邊輕拭小區(qū)，再從此推揩，茍有塵沙，則已推開而鏡不損；四、凡物鏡目鏡為二鏡相合者不可拆開。五、欲查驗目鏡亦必先看玻璃明凈與否，又看其二鏡有無泡痕。

關(guān)于望遠鏡和顯微器梁啟超有很高的評價：“凡人之所見所聞，皆與一身成比例，凡大于身千倍以上，或小于身千倍以上者，其形其聲即未從聞未從見矣。西人聲、光兩學，實為世界上加無限力量。有遠鏡則恒星、五緯之大皆能見之，有顯微鏡則蠅目虱舌之小皆能見之。此皆光學家巧奪造化之事?！陡裰聟R編》中有《顯微鏡遠鏡說》一書，其法尚新可讀”[4]，清末徐維則在《增版東西學書錄·卷三》中說到：“自有微遠二鏡，實為世界上加無限力量，此“專言其功用新奇可讀?！盵5]

《量光力器圖說》刊載于第四年的七、八、九卷中，專門介紹英國物理學家克魯克斯（William Crookes，1832-1919）發(fā)明的輻射計。該文一共六章，敘述了克魯克斯在進行真空實驗時發(fā)明輻射計的經(jīng)過、原理、種類及其應(yīng)用等。全文共六章，依次為《論源流》、《桿能轉(zhuǎn)動之由》、《論光力與量光之器有相關(guān)》、《話樞量光力學器》、《各式量光力器》和《量光力學器之用》。

在第一章中，一開始介紹了此器為英國著名格致家克魯克斯所發(fā)明。有一天，他將重玻璃器用精細天平稱之，把天平放在鐵箱內(nèi)，并抽盡箱內(nèi)的空氣，則所得玻璃器的重量為真空內(nèi)的重量。如果所稱物體的熱度較外空氣與砝碼的熱度更大，則其重量往往有差異，好像是地心力改變的緣故。用許多方法考究這個差異的根源，在試驗此事的時候，偶然得到一新理，是以前格致家所不知道的，即有極輕的物懸于真空內(nèi)，令遇日光，則光力能令其順光而退。文中一共用了三幅插圖，三種方法進行了論述，最后得到桿轉(zhuǎn)動是因為受到光或者熱或者光與熱的和的作用。在第二章中，介紹了很難鑒別桿轉(zhuǎn)動是因為受到熱還是受到光，因為光與熱最相近，不能分別其性。光可以引起溫度的變化，光可以分為七色，每色產(chǎn)生的力都不相同。從文中可知，熱與光兩事不能依其性情而分，為了避免混淆，所以將太陽、燭火等所發(fā)一切光線都稱為合光力。在第三章中，做了一個試驗，憑借蠶絲的扭力而查物體面的色與其受光的關(guān)系。最后得出：通草面加黑灰則所受到的推力為白色通草所受推力的五倍半，他們所受到的推力還和相距的平方成反比，與燭火的光亮成正比。在第四章中談到克魯克斯改進的一種量光力器，和現(xiàn)在中學物理實驗中用的量光力器是一樣的。在第五章中談到，如果明白上述的道理，可以任意改變其器，作各事之用。例如，克魯克斯在1876年四月初五，在英國大博物會講論其道理，就有數(shù)種量光力器，送給人們觀看。量光力器可以用煅過的千層紙、或用易傳熱的材料，如金類箔等為材料。也可以用通草片為材料。還介紹了它們之間的特點。特別的還有一種量光力器，其上有熱空氣，其下有冰，根據(jù)上下熱度的不同而轉(zhuǎn)動。在第六章中，說明了量光力器的用處，此器為近年所設(shè)，因此他的用途還沒有完全考究至盡。根據(jù)此器可以量燭火等光，記其轉(zhuǎn)數(shù)，則能知光之全力。照相家用此器大有益處，因照相最好在黃色的房間內(nèi)，在此房的窗戶上，可以放置此器，就可以知道房內(nèi)的光是否有礙于照相的效果。把此器放在需要照相人的面前，可以看到光線是否充足。測候家用此器也有用處，將量光力器置于高房屋或高山上，用通電氣的線通到測候家的房屋內(nèi)，則能記各國在平原或在山上若干高處的光數(shù)。各國的冷熱有兩個原因，一為直收太陽的光數(shù)；二為常吹的風和沿海岸流行的水。寒暑表不能分辨其熱從何而來，而用量光力器量日光的力，則能知本處一年的熱若干分借日光，若干分借別事。量光力器為氣體分子運動論提供了一個新的證據(jù)，麥克斯韋本人在此基礎(chǔ)上建立了有關(guān)輻射作用的理論?？唆斂怂褂?875年發(fā)明了量光力器，而傅蘭雅在六年后，把他的理論介紹到中國，這也反映了《格致匯編》對某些知識的傳播還是很及時的，在當時也引起了很大的反響。清末徐維則在《增版東西學書錄·卷三》中說到：“書中論量光與光力之理并言造器之法，精乎此於測算之學又加一等功力矣。”[5]

在物理學發(fā)展的過程中，物理學家們用科學儀器，發(fā)現(xiàn)了最根本、最單純的科學概念，掃開了人們長久的困惑和含糊，開辟了對自然界的嶄新認識。

[1]孫邦華.寓華傳播西學的又一嘗試──傅蘭雅在上海所編《格致匯編》述論[J].華東師范大學學報(哲學社會科學版)，1994，(5)：58-68．

[2]王韜，顧燮光.近代譯書目[M].北京：國家圖書館，2003：181．

[3]傅蘭雅.格致釋器總論 [J].格致匯編，1880，3（1）：1．

[4]熊月之.西學東漸與晚清社會[M].上海：上海人民出版社，1995：425．

[5]王韜，顧燮光.近代譯書目[M].北京：國家圖書館，2003：210．

The Introduction of Physics Instruments in the Chinese Scientific and Industrial Magazine

GAO Hai,LV Shi-ru

(School of Physical and Electronic Science,Shanxi Datong University,Datong Shanxi,037009)

“The Chinese Scientific and Industrial Magazine”is the earlist scientific journals in modern China,the porpose of which is to spread scientific knowledge.About scientific instruments,especially physics instruments,is the first time of series reports about scientific experiment instruments in Chinese periodical.The calculating utensils,meteorological instruments,telescope,heat quantity meter,surveying and mapping instruments,variety of types such as optical and mechanical equipment are introduced in this paper.

Chinese Scientific and Industrial Magazine;physics;instruments

N09

A

1674-0874(2016)01-0093-04

2015-12-16

山西大同大學校級科研項目[2011Q8]

高海(1982-)，男，山西應(yīng)縣人，碩士,講師,研究方向：科學技術(shù)史。

〔責任編輯 王東〕