第六节西方天文学的传入1583年意大利耶稣会士利玛窦来华传教。他与李之藻合写的《浑盖通宪图说》是早期传入中国的欧洲天文知识。此书分两卷。第一卷主要是讲星盘的构造、原理及其中坐标网的绘制方法第二卷主要讲星盘的使用方法另有一篇介绍浑象的专文。在这本书中有不少对中国天文学家来说是新鲜的内容如第一次传入完整的黄道坐标系即没有考虑黄极的黄道坐标；明确晨昏蒙影的严格意义但将晨昏蒙影的原因归之于日大地小则是不正确的；讲述了中国古代极少论及的五星远近问题并给出了数量结果；传入西方星等划分的概念但将星的亮度差别仅归之于星大小不同是不全面的此外还讨论了地理经度的测量等。
利玛窦和李之藻合写的《经天该》一书是以西方星图为依据、《步天歌》为体裁的认星七言款词其中包含了中西星名的对照工作。《经天该》的歌词颇为上口例如关于猎户座的歌词为：“参宿七星明烛宵两肩两足三为腰。参伐下垂三四点玉井四星右足交。玉井下方曰军井屏星二点井南标。四颗厕星屏左立屎星一点厕下抛。丈人子孙各连二老人最巨南望遥。”
利玛窦在十七世纪初还与徐光启合作将《几何原本》前六卷译成汉文。
这是传教士进入中国后翻译的第一部科学著作译自利玛窦的老师德国数学家克拉维斯对欧几里得原书的注释本。西方早期天文学关于行星运动的讨论多以几何为工具《几何原本》的传入对学习了解西方天文学是十分重要的。另一位耶稣会士熊三拔依据星盘原理制成专门测量太阳经纬度的简平仪徐光启的译著《简平仪说》就讲述了这种仪器及其使用方法。例如根据测得的太阳赤经与赤纬怎样定时间与地理纬度等。书中论述大地为球形的内容也是新鲜的知识。阳玛诺编写的《天问略》则对各种各样的天文问题逐条作了回答。在这本问答体裁的书中介绍了托勒密的地心体系太阳在黄道上的运动月相成因交食及交食深浅的原因伽利略明的望远镜及其新现等等。虽然这本书有浓重的宗教色彩但许多天文学内容为中国过去完全不知道的。
德国传教士汤若望与中国钦天监官员李祖白合译的《远镜说》在介绍伽利略及其现方面比《天问略》更详细。这些在欧洲也属于崭新的天文学知识传入中国并不算晚只是传播范围很小影响还很有限。但当时一些接触到这些新天文学知识的人已经开始进行初步的研究和消化。如万历四十年（1612）左右王英明著《历体略》三卷其中既有中国传统天文学知识也介绍了西方天文学知识尤为可贵的是他对外来知识并不生吞活剥如不承认有上帝居住的第十二重天也不承认有两重岁差天融进了自己的见解。天启年间（1621—1627）6仲玉著《日月星晷式》是最早利用欧几里得几何作图法解决天球坐标在不同平面上投影的一本著作。
传教士进入中国之际正是中国天文科学的饥渴时期。当时接触到西方天文知识的中国知识分子希望通过介绍新天文知识弥补明代“大伤元气”的天文学以便为中国天文学的继续展开辟出一条新路。这一愿望在明末改历工作中得到了一定程度的实现。
第七节《崇祯历书》明初以来据《大统历》推算所作的天象预报就已多次不准。崇祯二年五月乙酉朔（1629年6月21日）日食钦天监的预报又生显著错误而礼部侍郎徐光启依据欧洲天文学方法所作的预报却符合天象因而崇祯帝对钦天监进行了严厉的批评。此后管辖钦天监的礼部奏请开局改历并得到朱由检的批准从明初就一直未断的改历呼吁总算成为现实。同年七月礼部决定在北京宣武门内善书院开设历局命徐光启督修历法。
徐光启深知西方天文学的许多内容是中国“古所未闻”的“惟西历有之。而舍此数法则交食凌犯终无密合之理”1所以改历“宜取其法参互考订使与大统法会同归一”2。于是他制定了一个以西法为基础的改历方案。在他领导下历局从翻译西方天文学资料起步力图系统地和全面地引进西方天文学的成就当时还聘用了意大利龙华民、罗雅各瑞士邓玉函德国汤若望等人与历局的中国天文学家一道译书编译或节译哥白尼、第谷、伽利略、开普勒等欧洲著名天文学家的著作。这是历局的中心工作。其结果是从崇祯二年到崇祯七年（1629—1634）历经六年完成了卷帙浩繁的《崇祯历书》。徐光启于崇祯六年去世经他定稿的有1o5卷其余32卷最后审定人为李天经。此外历局人员在制造观测仪器天象推算和实际观测方面也做了不少工作。
《崇祯历书》是较全面介绍欧洲古典天文学的重要著作。全书共46种137卷分节次六目和基本五目。节次六目分别为日躔、恒星、月离、日月交合、五纬星和五星凌犯；基本五目分别为法原、法数、法算、法器和会通。其中以讲述天文学基础理论法原所占篇幅最大有4o卷之多法数为天文用表法算为天文学计算必备的数学知识如三角学、几何学等法器为天文仪器及其使用方法会通为中西度量单位换算表。
《崇祯历书》采用的是丹麦天文学家第谷所创立的宇宙体系和几何学的计算方法。其中引入了明确的地球概念和地理经纬度概念引入了球面天文学以及视差、蒙气差等重要天文概念和相应的计算方法。它还采用了西方较精确的天文数据和通行的一些度量单位如一周天分为36o°度以下用6o进位制等。这部书也有不少错误和缺点如第谷体系是对托勒密地心说和哥白尼日心说的折衷体系在当时欧洲并不先进其维护地静观否认天体自转以及对岁差现象的解释等也都是错误的。
《崇祯历书》贯彻了徐光启以西法为基础的设想基本上纳入了“熔彼方之材质入大统之型模”1的规范。尽管此书大量内容为西方体系但最后仍落实到编历问题上并未突破《大统历》的框架。实际上所谓“入大统之型模”就是以历法服务于皇家将天文学研究仅仅局限于编修历法这项具体应用上而难以使之真正成为探索天体运动、变化及其规律的科学。总的来说《崇祯历书》是汉化西方天文学的产物。其中虽然有很多新天文学知识但由于传授者的保留和扭曲以及接受者的被动和因循这些新知识1《明史》卷三一《历志一》。
2《明史》卷三一《历志一》。
1《徐光启集》卷八《历书总目表》中华书局1963年版。
在中国并没有产生像在西方那样的革命力量。但无论如何《崇祯历书》的编成仍然是明代天文学展所取得的伟大成就。
此外《崇祯历书》内容的重大变化也引起了保守派的攻击。他们以其“未入大统之型模”为借口以不符合祖制为大棒力阻《崇祯历书》的颁行使得优柔寡断的崇祯皇帝始终拿不定主意。崇祯十六年（1643）八月他终于下定颁新历的决心但这时明朝政权已面临崩溃边缘再也无力顾及历法的事情了。入清后汤若望将《崇祯历书》改订为1oo余卷改称《西洋新法历书》得以刊行。
第五十七章物理学明代的物理学在某些方面如声学有突出的成就。但物理学同其他传统科学一样展十分缓慢。明末西方传教士来华西方近代物理学知识也开始传入。
第一节力学材料力学知识宋应星在《天工开物》中叙述了测量弓的弹力的方法：“凡试弓力以足踏弦就地秤钩搭挂弓腰弦满之时推移秤锤所压则知多少。”1这里涉及到力与形变的关系及其测量方法。
风力与水力的利用我国古代很早就知道在航行中利用风力和水力。宋应星在《天工开物》中指出：“凡风篷尺寸其则一视全舟横身过则有患不及则力软”“凡风篷之力其末一叶敌其本三叶。调匀和畅顺风则绝顶张篷行疾奔马。若风力洊至则以次减下。狂甚则只带一两叶而已”“凡风从横来名曰抢风。顺水行舟则挂篷之玄游走。或一抢向东止寸平过甚至却退数十丈。未及岸时捩舵转篷一抢向西借贷水力兼带风力轧下则顷刻十余里”1。这里宋应星述及了帆的宽度与受风力的关系、帆的顶部与底部受力的大小以及船在顺风和侧向风（甚至逆风）时的航向和张帆方向。宋应星还指出：“凡舵尺寸与船腹切齐。若长一寸则遇浅之时船腹已过其梢尾舵使胶住设风狂力劲则寸木为难不可言。舵短一寸则转动力怯回头不捷舵上所操柄名曰关门棒欲船北则南向捩转欲船南则北向捩转。”2论述了舵的长短对舵力大小、舵的方向对船航行方向的影响。从这些文字中可知当时对于作用力和反作用力的大小和方向、船的受力状况与变化等已有充分的认识因此能操作自如安全航行。
比重的概念及其应用程大位在《算法统宗》卷一中列出了金、银、玉、铅、铜、铁、石等七种物质的“轻重率”（即比重）“谓诸物皆见方一寸其轻重不同如此”。程大位所列数值系引自《孙子算经》卷上但由于历代度量衡的变迁数值已不准确。
在比重的应用方面明代基本上沿袭宋元时代制盐工业展而创造的测卤法即用莲子检验盐卤浓度的方法。6容在《菽园杂记》中记曰：“以重三分莲子试之。先将小竹筒装卤入莲子于中。若浮而横倒者则卤极咸乃可煮烧；若立浮于面者稍淡；若沉而不起者全淡俱弃不用。”1方以智在《物理小识》中写道：“卤积则能载物故淘土为巨器泛中流必无沉溺。姚宽曰：煮海试卤者杓卤而置莲子数枚三浮五沉者淡；七八浮1《天工开物》卷十五《佳兵》。
1《天工开物》卷九《舟车·漕舫》。
2《天工开物》卷九《舟车·漕舫》。
1《菽园杂记》卷十二。
则淳卤矣。取其浮而直。闽人以鸡子、桃仁试之。饭豆亦可试也。”2他补充了一种用“饭豆”测试的方法。另外方以智还记述了在冶炼多种金属混合其中的矿石时由于比重的不同“重者在下浮土在上以次分焉”3。对虹吸现象的进一步认识明代人们对虹吸现象的认识已深入一步。徐光启述及“过山龙”（即虹吸管）的引水条件是“必上水高于下水则可为之至平则止”在流水中“必须上流高于下流”4。徐霞客在游历云南鸡足山时曾推断寺庙里喷泉的高度“此必别有一水其高与此并”5。方以智也认为过山龙“其来处何高则所激之高可与之比。或故使之瀑下就以筒承瀑则水激而上。上既出则流通而不止矣”6。
传入的西方力学知识明末传入我国的西方近代力学和机械学知识主要集中在邓玉函（z1576—163o）口授、王徵笔述并绘图的《远西奇器图说录最》（1627）中。该书共三卷。第一卷六十一款叙述力学基本知识与原理。包括地心引力重心各种几何图形重心的求法重心与稳定性的关系各种物体的比重浮力等。第二卷九十二款叙述各种简单机械的原理与计算包括杠杆、滑轮、螺旋、斜面等一般知识。第三卷介绍各种实用机械共五十四幅图说。该书汇总了从阿基米德到十六世纪初的西方力学和机械学知识并且其中有些内容引用了伽利略的著述1。
2《物理小识》卷七《金石类·盐》。
3《物理小识》卷七《金石类·分金炉》。
4《农政全书》卷十七《灌溉图谱》。
5《徐霞客游记》卷七上《滇游日记》。
6《物理小识》卷八《器用类·转水法》。
1参阅严敦杰：《伽利略的工作早期在中国的传布》载《科学史集刊》第七期（1964）第8—27页。第二节声学对声的认识及应用宋应星在《论气》中写道：“气本浑沦之物及夫冲之有声焉飞矢是也；界之有声焉跃鞭是也；振之有声焉弹弦是也；辟之有声焉裂缯是也；合之有声焉鼓掌是也；持物击物气随所持之物而逼及于所击之物有声焉挥椎是也。”2说明一切声现象都离不开气的因素声音的产生是因为物体的振动或急运动对空气的冲击。他还写道：“物之冲气也如其激水然。气与水同一易动之物。以石投水水面迎石之位一拳而止而其文（纹）浪以次而开至纵横寻丈而犹未歇。其荡气也亦犹是焉特微渺而不得闻耳。”1在此宋应星明确地用水波与声波相比较认为声音传播过程中空气的振动与水波的振动类似。当然他那个时代还不可能知道声波是纵波而水波是横波的差别。
方以智曾进行声波共鸣现象的观察和实验他说：“《梦溪笔谈》曰：今有琵琶以管色奏双调则琵琶有声应之以为异物。殊不知乃常理。二十八调但有声同者即应若遍二十八调而不应则是逸调也。古法一律七音共八十四调更细分之逸调至多偶见其应便以�
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