《格致汇编》中物理学仪器的引入

高 海，吕仕儒

（山西大同大学物理与电子科学学院，山西大同 030009）

《格致汇编》中物理学仪器的引入

高 海，吕仕儒

（山西大同大学物理与电子科学学院，山西大同 030009）

《格致汇编》是中国近代最早的以传播科学知识为宗旨的科学期刊，在科学仪器方面，特别是物理学仪器，文中介绍了计算器具、气象仪表、望远镜、量热仪表、测绘器具、光学和力学仪器等多种类型，是中文期刊首次系统的科学实验仪器的系列报道。

格致汇编；物理学；仪器

自然科学特别是物理学，在近代观察方法就从自然观察为主发展为以仪器观测为主，强调以系统的实验数据去归纳定律，建立理论。物理学是一门实验科学,物理学的发展离不开部实验科学的发展,没有科学实验和仪器,就没有物理学的发展。实验是人类有目的地在变革自然的过程中认识自然的一种手段，是人类发挥高度智慧的一种特殊的实践活动。要进行实验，就必须要用到科学仪器。

傅兰雅创办的《格致汇编》是中国近代第一份科学普及期刊，是一份以介绍科学知识为中心内容的科学刊物，在刊登的文章中也介绍了科学仪器，开创了在当时封闭、落后的中国进行科学启蒙、普及现代科学知识的先河。

《格致汇编》关于科学仪器的介绍主要集中在《格致释器》，一共刊出10部,分别是《测候器》、《化学器》、《重学器》、《水学器（静水、动水）》、《气学器》、《照像器》、《显微器》、《望远器》和《测绘器》。为当时的人们进行科学实验提供了参考，推动了我国实验科学及物理学的发展，是晚清介绍西方科学仪器的重要文献。

发展我国近代科技和近代物理，首先要有先进的仪器设备。西方近代仪器系统引入我国，首推《格致汇编》长篇连载《格致释器》一文。梁启超评论道：“详言某学需用某器，显之以图，系之以说，言明用法，列其价值”，因而称它们是“专门名家者最便之书”[1]。清末徐维则在《增版东西学书录·卷三》给予了很高的评价：“英国傅兰雅辑，译如测候、化学、重学、水学、照像、测绘诸器无不具载，有图有说，并列用法价值，而根数比例之法亦可窥其大，较其书已散见各类，新学者宜亟读之。”[2]

傅兰雅在第三年第一卷《格致释器总论》中这样写到：“窃思能足人智，善人术者莫格致若也。然格致所论为事物之理，设不以器为重，则格致虚而无用。惟以制器是尚，则人可得极大之益，而格致始成有裨实用之学矣”[3]。所以，他有计划地“将各类之器，汇集成编，逐次刊印。俾阅者明器以用器，因器以制器，至能推广变化，可以运用无穷”[3]。现在重点探讨一下《水学器（静水、动水）》、《气学器》、《照像器》、《显微器》、《望远器》和《量光力器图说》。

《水学器（静水、动水）》连载于第五年的秋冬两卷中，摘译自J.J.Griffin的《科学技艺》（Scientific Handcraft）一书，主要介绍了流体力学常用的仪器，该仪器也是英国格里芬格致行的产品。全文分为静水学器和动水学器两章，静水学是介绍“水或他流质能平之性，与静时所显之压力”，动水学是介绍“流质流动时之形性”。在静水学器中一开始，用7幅插图验证了相通之器水必各处等高的理论。先是同种流质，后来又说明了异类流质。接着用仪器说明了流质压力各向相等，以及流质向下压力与高及底面积有关。在介绍流质向上压力之器的时候，引出了压水箱和压水柜，详细说明了他们的原理和用法。在最后，提出了重率的概念，介绍了验证阿基米德浮力定律所需要的装置。在动水学器中，解释了微管吸力、也就是现在所说的表面张力，接着说明了液体的压力和高度的关系。第四、五、六、七图说明了在戏法中用到的双层漏斗和双层水壶，剖析了在戏法中所用的障眼法。接下来介绍了虹吸管、起水筒、喷水源和水轮。最后，文中对水学器进行了总结，“水学一门乃格致粗学，其事易明、其理易解、其法易试、其器亦简而不繁。学者观之固觉奇趣，推而行之更有裨于实用”。

《气学器》刊载于第五年的冬季卷中，摘译自J.J.Griffin的《科学技艺》（Scientific Handcraft）一书，主要介绍了气体实验常用的仪器，该仪器还是英国格里芬格致行的产品。全文一共用了56幅插图，分了四种类型进行了介绍。第一，试空气重与阻力之器，空气为有重有积之物，其积可量，其重亦可称。文中的仪器，不但可以称出空气的重量，还可以演示空气所受的阻力；第二，试空气涨力之器，由紧密而自松疏者谓之涨力；第三，试空气压力之器；最后，测空气压力之器。

《照像器》连载于第六年的春夏两卷中，主要介绍了照相的器材，该器材是英国伯明罕兰卡司他公司的产品，全文一共用了70幅插图。全文分为镜箱、箱袋、通方镜箱、精新镜箱、全套镜箱、表式镜箱、最新镜箱、妇女镜箱、全副照像器、镜箱零件、照像药料、照像干片、晒框、观影匣、点像架、缩放箱、镁光灯、洗像盆、轧像轮、镜箱夹、照像镜、山水镜、速照镜、大角度镜、新法镜、小角度镜、最大角度镜、跑马镜、快门、红玻璃灯、火油红灯、家用镜箱、换片暗匣、手拖照像器、双眼镜箱、放像灯、影戏灯几个部分，几乎涉及了照相所用器材的各个方面。在照像器中，以镜箱为首要，照镜次之、而暗匣、红灯、显影盘与快门等法亦所当论。在文章的写法上，“不期咬文嚼字，意以顺为明，辞以简为尚，雅俗共赏，一览而知”。文中明确说明：“如徒有器而无法，则一生仅为初学不能入奥。若已明其法而能祥慎用其各器，则必能入妙入神出人头地。”在文章的结尾处进行了总结，“以上所释各器仅约略要，说于照像之理法几不题及。因另有《照像略法》及《照像干片法》二书已论及之也。凡习练照像者阅该二书，可明照像之理法。阅此释器可知，各器之价值，以便自行采择，不致为狡者所愚。再有二说可为奉劝：一、凡照像事内须细心勿躁，按部就班，先练熟一事再习次事，先照书内之法毫不悖谬后再自试变法以求新理，务以细心干净为不可少之事，无论器料如何精良，如不能细心洁净，总难作成上等工夫。二、须知照像之理法器料，原欲成上等像，令观者悦目，不独使照者得功出名，犹能致照像之工艺视为上品、文雅、取乐之事。总之，学照像者，如有文雅之心必于其工内显出。”

《显微器》刊载于第六年的秋季卷中，主要介绍了显微器的用途，和在使用中应该注意的问题，系据伦敦Waltonamp;Sons公司所出各式显微镜产品说明书的翻译。文章一开始就说显微镜有益于常人，可有以下四个方面：一、能视及万物中最华丽雅趣之微体；二、教习幼学，现以显微镜为不可少之器；三、凡格致学内考求新物新理新法，亦以显微镜为不可少；四、显微镜于制造工艺内亦有大益。在购买显微镜时须审慎，要购买上等光学器家所造，各个镜片要清晰。常人多以显微镜为玩物，为畅心取乐之用。显微镜在增人智慧方面远胜于他物，可以助人目即人目所不能见之微体，此镜能使之显明。显微镜常用的零件有小玻片、增光镜、回光镜、微虫笼、正影镜、画形器、助画器、量微尺、积光镜、回光管和黑点镜。接下来用了8幅插图，详细说明了显微器的构造。

《远镜说》刊载于第六年的冬季卷中，主要介绍了各式望远镜的原理、构造和用途，一共用了16幅插图。远镜可以视远处为近处，大者功在观天，故又名天文镜，小者可以视远，俗名千里镜。格致家所考格致器内最大趣益者莫如远镜，无论大小，善用者皆得开心益智增广见闻。在文中特别指出购买望远镜应该注意：一、物镜须查其合法与否，以玻璃明净质匀为要；二、镜面如应揩净，可以用极软之布或丝绸；三、揩时易极慎，如有微尘，先于镜边轻拭小区，再从此推揩，苟有尘沙，则已推开而镜不损；四、凡物镜目镜为二镜相合者不可拆开。五、欲查验目镜亦必先看玻璃明净与否，又看其二镜有无泡痕。

关于望远镜和显微器梁启超有很高的评价：“凡人之所见所闻，皆与一身成比例，凡大于身千倍以上，或小于身千倍以上者，其形其声即未从闻未从见矣。西人声、光两学，实为世界上加无限力量。有远镜则恒星、五纬之大皆能见之，有显微镜则蝇目虱舌之小皆能见之。此皆光学家巧夺造化之事。《格致汇编》中有《显微镜远镜说》一书，其法尚新可读”[4]，清末徐维则在《增版东西学书录·卷三》中说到：“自有微远二镜，实为世界上加无限力量，此“专言其功用新奇可读。”[5]

《量光力器图说》刊载于第四年的七、八、九卷中，专门介绍英国物理学家克鲁克斯（William Crookes，1832-1919）发明的辐射计。该文一共六章，叙述了克鲁克斯在进行真空实验时发明辐射计的经过、原理、种类及其应用等。全文共六章，依次为《论源流》、《杆能转动之由》、《论光力与量光之器有相关》、《话枢量光力学器》、《各式量光力器》和《量光力学器之用》。

在第一章中，一开始介绍了此器为英国著名格致家克鲁克斯所发明。有一天，他将重玻璃器用精细天平称之，把天平放在铁箱内，并抽尽箱内的空气，则所得玻璃器的重量为真空内的重量。如果所称物体的热度较外空气与砝码的热度更大，则其重量往往有差异，好像是地心力改变的缘故。用许多方法考究这个差异的根源，在试验此事的时候，偶然得到一新理，是以前格致家所不知道的，即有极轻的物悬于真空内，令遇日光，则光力能令其顺光而退。文中一共用了三幅插图，三种方法进行了论述，最后得到杆转动是因为受到光或者热或者光与热的和的作用。在第二章中，介绍了很难鉴别杆转动是因为受到热还是受到光，因为光与热最相近，不能分别其性。光可以引起温度的变化，光可以分为七色，每色产生的力都不相同。从文中可知，热与光两事不能依其性情而分，为了避免混淆，所以将太阳、烛火等所发一切光线都称为合光力。在第三章中，做了一个试验，凭借蚕丝的扭力而查物体面的色与其受光的关系。最后得出：通草面加黑灰则所受到的推力为白色通草所受推力的五倍半，他们所受到的推力还和相距的平方成反比，与烛火的光亮成正比。在第四章中谈到克鲁克斯改进的一种量光力器，和现在中学物理实验中用的量光力器是一样的。在第五章中谈到，如果明白上述的道理，可以任意改变其器，作各事之用。例如，克鲁克斯在1876年四月初五，在英国大博物会讲论其道理，就有数种量光力器，送给人们观看。量光力器可以用煅过的千层纸、或用易传热的材料，如金类箔等为材料。也可以用通草片为材料。还介绍了它们之间的特点。特别的还有一种量光力器，其上有热空气，其下有冰，根据上下热度的不同而转动。在第六章中，说明了量光力器的用处，此器为近年所设，因此他的用途还没有完全考究至尽。根据此器可以量烛火等光，记其转数，则能知光之全力。照相家用此器大有益处，因照相最好在黄色的房间内，在此房的窗户上，可以放置此器，就可以知道房内的光是否有碍于照相的效果。把此器放在需要照相人的面前，可以看到光线是否充足。测候家用此器也有用处，将量光力器置于高房屋或高山上，用通电气的线通到测候家的房屋内，则能记各国在平原或在山上若干高处的光数。各国的冷热有两个原因，一为直收太阳的光数；二为常吹的风和沿海岸流行的水。寒暑表不能分辨其热从何而来，而用量光力器量日光的力，则能知本处一年的热若干分借日光，若干分借别事。量光力器为气体分子运动论提供了一个新的证据，麦克斯韦本人在此基础上建立了有关辐射作用的理论。克鲁克斯于1875年发明了量光力器，而傅兰雅在六年后，把他的理论介绍到中国，这也反映了《格致汇编》对某些知识的传播还是很及时的，在当时也引起了很大的反响。清末徐维则在《增版东西学书录·卷三》中说到：“书中论量光与光力之理并言造器之法，精乎此於测算之学又加一等功力矣。”[5]

在物理学发展的过程中，物理学家们用科学仪器，发现了最根本、最单纯的科学概念，扫开了人们长久的困惑和含糊，开辟了对自然界的崭新认识。

[1]孙邦华.寓华传播西学的又一尝试──傅兰雅在上海所编《格致汇编》述论[J].华东师范大学学报(哲学社会科学版)，1994，(5)：58-68．

[2]王韬，顾燮光.近代译书目[M].北京：国家图书馆，2003：181．

[3]傅兰雅.格致释器总论 [J].格致汇编，1880，3（1）：1．

[4]熊月之.西学东渐与晚清社会[M].上海：上海人民出版社，1995：425．

[5]王韬，顾燮光.近代译书目[M].北京：国家图书馆，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

山西大同大学校级科研项目[2011Q8]

高海(1982-)，男，山西应县人，硕士,讲师,研究方向：科学技术史。

〔责任编辑 王东〕