律七音共八十四调更细分之逸调至多偶见其应便以为奇耳。智（方以智）按洛钟西应即此理也。今和琴瑟者分门内外外弹仙翁则内弦亦动如定三弦子为梅花调以小纸每弦帖之旁吹笛中梅花调一字此弦之纸亦动。曹师夔鑢磬不应钟犹之茂先（张华）知铜山崩也。声音之和足感异类。岂诬也哉！”2他还记述了一种原始的隔声技术：“私铸者匿于湖（地洞）中人犹闻其锯锉之声乃以瓮为甃累而墙之其口向内则外过者不闻其声。何也？声为瓮所收也。”3与隔音消声相反在音乐演奏中常常为了增强效果而需要共鸣装置。文震亨写道：“古人有于平屋中埋一缸缸悬铜钟以琴声者然。不如层楼之下盖上有楼板则声不散；其下空旷清幽则声透彻；或于乔木、修竹、岩洞、石室之下地境清绝更为雅称耳。”4具有声学特性的建筑驰名中外的北京明代建筑物天坛其中的回音壁、三音石和圜丘具有奇妙的声学效果。“回音壁”是一道圆形的围墙高约6米半径约32。5米。围墙内有三座建筑物北面一座皇穹宇距离围墙最近处约2。5米。整个围墙整齐光滑是良好的声反射体。围墙的弧形使得当入射角小于22°时声波可被围墙连续反射而不受皇穹宇的散射。因此如果一人贴近围墙讲话而相距较远的另一人如也贴近墙壁则可听得很清楚。“三音石”是位于回音壁中心的一块石板人若站在此处击掌可听到三次甚至多达五六次回响。2《论气》气声二。
1《论气》气声七。
2《物理小识》卷一《天类·同声相应之征》。
3《物理小识》卷一《天类·隔声》。
这是因为声音等距离地传到围墙后被反射回到中心于是听到第一次回声；然后声波再次传到围墙再次被反射回来又听到第二次回声；如此往返直到声波能量衰耗殆尽。“圜丘”是一座由青石和大理石砌成的圆形平台高出地面约5米半径约11。5米。平台中心略高向四周略有倾斜。除东南西北四个出入口外四周全部围有青石栏杆。人若在圜丘中央大叫一声听到的声音比平时要响亮。这是由于声波被栏杆反射到稍有倾斜的台面上再从台面上反射到人耳与原来的声音混合在一起的缘故。
朱载堉创建十二平均律朱载堉创建的“新法密率”是我国古代最杰出的科学现之一。这也是世界上次提出的十二平均律的数理理论为现代键盘乐器（如钢琴等）的创制奠定了基础。
朱载堉的“新法密率”理论及其计算方法在他的《律历融通》、《律学新说》和《律吕精义》等书中均有阐述。“新法密率”的主要科学贡献：一是创造了以弦律为主的十二平均律；二是采用“异径管律”的方法提出了解决管口校正的新途径。
朱载堉把八度分成十二个半音运用等比生律使得任何相邻两律间的频率比都相等从而获得各律音高间隔的等程性成功地解决了旋宫转调的问题。其用数学公式可表示为式中表示在一个八度音程中十二个半音的任意一个音的弦长。这样新法密率实际上就是以为比例因子的十二平均律。
ttnnn＋1212=5946=2t12；；〃〃朱载堉在明十二平均律的同时还提出“异径管律”。这就是以管定律时各律管的内径须随律管长度而异。他利用这种不同管径的特点来达到缩小空气柱与管长不一致的问题。他研究得出在一个八度音程中按音高次序排列的十二个律管的管径构成了以为比率的等比数列。用数学公式可表示为2412422ddnn＋=。第三节光学传统的光学研究及记载关于针孔成像和面镜成像的问题方以智1的研究和记述基本上与宋代沈括的研究和记述类似。
关于色散现象李时珍1、方以智等均有观察与记述。方以智指出：“凡宝石面凸则光成一条有数棱者则必有一面五色。如峨嵋放光石六面也；水晶压纸三面也；烧料三面水晶亦五色；峡日射飞泉成五色；人于回墙间向日喷水亦成五色。故知虹■之彩、星月之晕、五色之云皆同此理。”2他列举了数种晶体的色散及虹霓现象等认为这些自然界的普遍现象有着相同的道理。可以说这是对我国古代色散知识的一个总结性记录。
至于透光镜在郎瑛的《七修类稿》中记载：“映日则背花俱见。凡突处其影皆空。”3方以智对此亦有研究：“世有日中见镜背盘龙入室则隐者人不解其故以为异宝。此假作者先以精铜少剂铸镜凿龙或花其背复熔倍锡之铜剂填之磨使平又以铅盖其面日中照之则龙文尽出。博物如沈存中（沈括）犹讶透光之奇。吾衍（吾丘衍）始明之。”4对于透光镜的铸造方法方以智与元代吾丘衍的见解相似。
传入的西方光学知识明末西方近代光学知识开始传入我国。如利玛窦曾用三棱镜表演色散现象。阳玛诺（emmanue1diaz1574—1659）在《天问略》（1615）中最早提到光学望远镜他说：“近世西洋精于历法一名士务测日月星辰奥理而衰其目力尫赢则造创一巧器以助之。”此处“精于历法一名士”实指伽利略他于16o9年制望远镜并用以观测月面、金星、土星、木星、星团、银河等天体。汤若望（damsnetbe111592—1666）所著《远镜说》（1626）是在我国最早介绍望远镜的专著。该书先列举了利用望远镜仰观月亮、金星、太阳、木星、土星和宿天诸星及直视远处山川江河、树林村落、海上行舟和室中诸远物的情形然后介绍了伽利略望远镜的结构和用法在天文观测及战争中的功用还介绍了眼镜、凸透镜和凹透镜的制造、使用及成像原理光的折射现象凸透镜与凹透镜组合使用的成像原理、造法、用法及注意事项等。总之该书从功效、原理、结构和使用等方面介绍伽利略式望远镜并附有光路图（尽管是错误的）及整架望远镜的外形图。估计望远镜实物当在此前后传入我国。
明末薄钰曾成功地把“千里镜”（望远镜）应用于战争观察敌方所1《物理小识》卷八《器用类·阳燧倒影》。
1《本草纲目》卷八《金石部·玉类》。
2《物理小识》卷八《器用类·阳燧倒影》。
3《七修类稿》续稿卷七《奇谑类》。
4《物理小识》卷八《器用类·镜背纹》。
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在和炮弹落点1。明代已有关于眼镜传入我国的记载见于郎瑛的《七修类稿》卷六《事物类》及张宁的《方洲杂录》。它们主要是远视眼镜由6路经甘肃、陕西或海路从广东输入因稀少而昂贵被视为珍品。
1参阅《吴县志》卷七五下《列传·艺术二》。
第四节电和磁指南针和罗盘广泛应用于航海明代的造船航海技术是较先进的。十五世纪初郑和率领船队七次航海下西洋。航海罗盘的使用是远航成功的重要技术保证之一。随同郑和远航的巩珍曾记载当时航海“皆斫木为盘书刻干支浮针于水指向行舟”1。可见当时普遍使用罗盘指示航行。“至嘉靖间遇倭夷之乱始传倭中法以针入盘中贴纸方位其上不拘何方子午必向南北谓之旱罗经”2。“近年吴、越、闽、广屡遭倭变倭船尾率用旱针盘以辨海道。获之仿其制天下人始多旱针盘。但其针用磁石煮制气过不灵不若水针盘之细密也”3。说明自明中叶开始从日本传入有支轴指南针的旱罗经应用于航海。在张燮的《东西洋考》卷九“西洋针路篇”和“东洋针路篇”中就分别叙述了从南中国海至南洋和从澎湖至菲律宾、婆罗洲及台湾等地所应采取的针位方向。
摩擦起电现象张居正曾记载他亲身经历的现象：“凡貂裘及绮丽之服皆有光。余每于冬月盛寒时衣上常有火光振之进炸有声如花火之状。人以为皮裘丽服温暖外为寒气所逼故搏击而有光理或当尔。”1冬季空气干燥皮毛丝绸容易摩擦产生静电。与张居正几乎同时都邛也记载了：“吴绫为裳暗室中力持曳以手摩之良久火星星出。”2但是在那个时代对电的本质尚无了解。
1《西洋番国志》自序。
2李豫亨：《青鸟绪言》。
3李豫亨：《推篷寤语》。
1《张文忠公全集》文集第十一。
2《三余赘笔》“吴绫出火”。
第五十八章化学第一节《道藏》中的炼丹术著作中国古代炼丹家在长期的和大量的炼丹实践中取得了许多重要的化学成就。他们的工作多记录在历代的炼丹著作里并辑入《道藏》以传世。可惜的是自唐开元《三洞琼纲》到宋、金、元三代递修本《道藏》在元代几乎毁损无遗。永乐四年（14o6）明成祖朱棣命第四十三代天师张宇初纂修《道藏》但未能刊刻。直到明英宗正统九年（1444）方始刻板印行并诏邵以正督校重加订正增所未备。《正统道藏》共53o5卷按三洞四辅十二类分编以《千字文》为函目从“天”字至“英”字分装四百八十函。万历三十五年（16o7）明神宗朱翊钧又命第五十代天师张国祥续刻道藏。《续道藏》共一百八十卷从“杜”字至“缨”字分装三十二函。据统计正续《道藏》共收道书一千四百七十六种其中与炼丹术有关的著作有一百多种。这些著作如《抱朴子》内外篇、《云笈七签》、《黄帝九鼎神丹经诀》、《太清丹经要诀》、《三十六水法》、《诸家神品丹法》、《真元妙道要略》、《庚道集》、《铅汞甲庚至宝集成》、《太清石壁记》、《丹房须知》、《金石簿五九数诀》等都保存了大量的炼丹史料是研究中国古代化学的宝贵文献。这些书大多隐晦难懂研究难度很大虽然陈国符《道藏源流考》及其他一些学者的论著做了不少开创性的工作但未获解决的问题比比皆是。著名化学家卢嘉锡曾指出：“李博士（指英国著名科学史家李约瑟博士）用四册书的篇幅阐述中国炼丹术展史从古代丹药一直讲到合成胰岛素并与阿拉伯、拜占庭和欧洲的炼金术作了对比内容相当精彩。他的工作展示了中国古代炼丹术在早期化学和早期生物化学方面的成就同时也表明这个课题疑蕴尚多仍然是值得化学史家深入掘的‘富矿’。”1正续《道藏》所收绝大多数都是明代以前的炼丹术著作。实际上就化学史而言明代的一些炼丹术著作如陈竹泉《黄白直指》、《铅汞奥旨》、《琴火重光》李文炳《黄白镜》等也都有一定的研究价值。但总的来说由于炼丹术本身的局限性并随着所谓“仙丹”、“灵药”对人体健康的危害及江湖术士点化金银的骗术为更广泛的人们所认识中国古代炼丹术经过一千余年的展到了明代已接近尾声它作为原始形式的化学的使命也即将在人们的批判和嘲讽声中终结了。
1卢嘉锡：《李约瑟〈中国科学技术史〉中译本序》见《中国科学技术史》第一卷科学出版社、上海古籍出版社199o年版。
第二节本草学中的化学知识明代炼丹术虽已彻底衰落了但炼丹术的制药化学成就和实验技术仍为医药学家继承和扬进一步丰富了中国古代医药学和医药化学的宝库。刘文泰等编纂的《本草品汇精要》和李时珍《本草纲目》是明代本草学的杰出代表尤其是后者它不仅是中国古代的一部医药学巨著同时又是一部包括各门自然科学的内容丰富的博物学全书其中也包括大量的化学知识。如《本草纲目》所载二百七十六种无机药物绝大部分载于金石部其中有非金属元素、金属单质、合金和多种矿物及无机化合物。而无机化合物中则有氧化物、氢氧化物、硫化物、氯化物、硼酸盐、碳酸盐、硅酸盐、硝酸盐和硫酸盐等。
《本草纲目》对药物的来源、性质和鉴别方法大多有明白的记述。从现代化学知识来看其中多数是相当确切的。例如关于金的来源和纯度的鉴别书中指出：“金有山金、沙金二种。其色七青、八黄、九紫、十赤以赤为足色也”“［金］和银者性柔试石则色青；和铜者性硬试石则有声”。并在此基础上进一步提出了什么是伪金、伪银：“水银金、丹砂金、雄黄金并药点成者皆假金也”“水银银、草砂银、雄黄银皆以药制成者皆假银也。”值得指出的是这种根据在试金石上的擦痕颜色与标准样品颜色相比较而估量金的纯度（成色）和真假的方法在地质矿物鉴定中至今仍在沿用。关于各种矾类的鉴别《本草纲目》中也载有十分简便的方法。如石胆“涂于铁及铜上烧之红者真也”“其状如赤石脂有金星者为铁矾”绿矾“色绿、味酸烧之则赤”等等。
《本草纲目》还记载了许多重要无机药物的合成方法。如关于水银霜（轻粉hg2c12）的制备其中写道：“用水银一两白矾二两食盐一两同研不见星铺于铁器内以小乌盆覆之。筛灶灰、盐水和、封固盆口以炭打二柱香取开则粉升于