李政道：中國古代的物理學

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◎李政道

中國古代的物理學與世界古代的物理學很相像，都以天體物理學為基礎。“物理”這兩個字的使用最早可能是杜甫。杜甫在公元758年寫的一首詩中有這樣兩句：

細推物理須行樂，
何用浮名絆此生

杜甫這兩句話，現在應用仍很正確。杜甫對“物理”用了“細”和“推”兩個字，“細”就是要仔細觀察，“推“就是要推理，所以這兩個字，一個是實驗，一個是理論，每一個字的份量都很重，如果要取兩個字來描寫物理實驗和理論，很難有比“細”和“推”用得更恰當的字來說明研究物理的方法，也可以說是科學研究的方法。杜甫是詩人，怎麼對“物理”有如此深刻的理解呢？杜甫當時還是工部侍郎，實際上相當於現在的計委副主任，大家稱他杜工部。可見在中國古代文化中，科學與文學藝術是密切相關的。

中國臺灣“中央研究院”現保存有一片甲骨，其上所刻甲骨文的內容是世界上第一次關於新星(Nova）的觀察記錄。所謂新星是與太陽相似的一顆恒星，一顆恒星的一生可以有幾次突然變成新星的經歷，每次它能夠在幾天，或者是一個月左右忽然亮度增加一萬至十萬倍。在另一片甲骨上，記錄著一星期之後，那顆新星的亮度減少很多。這兩片甲骨上的甲骨文是世界上對新星最早的記錄。

除新星外，還有超新星（supernova）。超新星的亮度是太陽的1010倍。像太陽這樣的星，當它的氫核完全變成氦核時，就變成中子星，這個中子星直徑只有幾千米。所以像太陽這樣大的星一下子變成幾千米大，就要變成超新星了。關於超新星，全世界最早、最完整的記錄也在中國，是1056宋朝時發現的。宋朝的天文記錄已經很詳細，每天有記錄,記錄中說，當超新星剛出現的時候，大如雞蛋，然後它的亮度一天天慢慢變小。從記錄中可以推出現在的蟹狀星雲是哪個時候哪顆超新星演變產生的。這顆超新星的壽命差不多是一年。

我想介紹一下中國古代對於天體構造的看法。中國很早就推測地是圓的，天也是圓的。這是詩人屈原推測的。屈原在他的《天問》裏寫著：

九天之際，安放安屬？
隅隈多有，誰知其數？
東西南北，其修孰多？
南北順橢，其衍幾何？

屈原用解析推理的方法，也就是“細推”了地是圓的。當時沒有實驗的證明，是推理出來的。屈原充分運用了詩人的想象力和解析思考能力，那是公元前5世紀。得到了這樣重要的結論：天像蛋殼，地像蛋黃，兩者都可以轉，所以中國從古代開始，天體的運行軌道就有黃道、赤道兩個道。屈原接著推測，地的形狀可能偏離完美的球形，可能是橢球形。他問：“東西南北，其修孰多？南北順橢，其衍幾何？”屈原問，赤道圓周比通過南北兩極的圓周，哪個更長。南北順橢圓的長度到底多長。但是屈原並沒有回答這個問題，因為他那時不知道，我們現在才知道地球的赤道直徑和極直徑差得很小，可是那個時候他問這個問題是相當了不起的。

發稿：2002年2月26日    更新：2002年12月24日