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1881年徐寿论文:《声学在中国》(徐泓 徐福彰 包正义 ) 2012/09/28

徐泓  徐福彰  包正义

 

一、引言

19世纪中叶以来,随着西方殖民主义对中国的入侵,包括科学技术在内的西方文化被带到国内。但是被带进来的大多数是有形的器物,至于这些器物的制造方法和理论知识,大多数西方人并不乐意向中国人介绍和传布。清廷高官和洋务派大员急于发展军火工业,却没有认识到基础科学的重要作用。而徐寿、徐建寅父子却担当起了这项历史重任。

1880年,那个年代,距今已有130年了。当时,中国近代科学正在形成中。

当时,徐寿在自然科学方面取得了一项极大的成功,那时,他以真正的现代科学实验结论,矫正了一项错的声学定律。时至今日,仍是令人惊叹不已。

1866年,徐寿、徐建寅由宁奉调上海参与创办江南制造局。与此同时,徐寿父子执着创办江南制造局翻译馆获得成功,于是徐寿、徐建寅和英国传教士傅兰雅合作。傅氏口译,徐氏笔译,翻译西方先进科学引入国内。遂翻译引进西方多学科的科学著作和书籍,内容广泛,涉及领域化学、物理、数学、天文、地理和生物学等。

二、近代物理学

徐寿父子翻译引进近代物理学在化学之后,近代物理学,如力学、光学、热学、电学、声学等。

徐寿(1818—1884)字雪村,无锡人,徐建寅(1845—1901)字仲虎,系徐寿次子。徐寿父子在中国近代科学上卓有建树。在中国近代科学史上占有显耀的地位。

《徐寿、徐建寅与中国近代科学引进》,载《出版史料》,2008年第1期,称:“徐寿、徐建寅堪称中国近代科学之父,中国近代科学技术近代化奠基人。”

1880年,我国近代物理学还在形成中。例如,声学、光学、力学、电学、热学,译书年代不尽一致,以致学科建立相隔时间较远。热学迟至1899年才刊印出版。《物体遇热改易记》(热学)、《电学》、《声学》是徐寿、徐建寅翻译引进。

在声学方面,《声学》原书名Sound,英国著名物理学家田大里所著,即著名物理学家约翰·丁铎尔(John Tydall 1820—1893),他是英国皇家学会会员,在19世纪60年代至80年代为英国科学家中心人物之一。

《声学》,1869年伦敦首版。徐建寅见到此书后,对声学产生浓厚兴趣,他对掌握书中的每个概念都没有问题。所以他希望尽快将该书翻译成中文。

《声学》由徐建寅和傅兰雅合译,1874年江南制造局刊印。全书8卷2册,约8万字,插图169幅,详尽地描述了声学基本理论和实验内容。书中分列总论、发声传声、论成音之理、论弦音、论钟磬之声、论管音、论摩荡生音、论交音浪与较音(不同波长和频率之声波干涉原理)、论音律相和。每卷结尾都有要点归纳和小结。

《声学》在国内影响很大,在刊印二十年后,学术界仍然评价很高。

《声学》和《电学》二书,在中国近代物理学的形成和发展方面起着开拓和创始作用。此乃物理学家徐建寅之贡献也。

三、对声学定律的矫正和突破

徐寿对复制古乐器的兴趣早有传闻,但他的成就绝不是复制古器归物。而是他对声学、对律管进行了数十年的研究。

程培芳,《徐雪村先生序》,《格致汇编》,光绪三年九月卷,首页称:

“无锡徐雪村先生奇杰士也。……幼娴贴括,习举业。思以为无裨实用,弃之。遂专究乎致知格物之学。潜心经济,讨论经史,旁及诸子百家。凡与格致有涉者,如数学、律吕、几何、重学、化学、矿学、医学、靡不穷源竟委焉。尝言格致之理必藉制器以显,而制器之学原以格致为楷,故于制器之学为尤精。”由此可见,徐寿于制器之学技艺精湛。

1880年,徐寿在江南制造局继续译书,在格致书院董事会任司库,继续研究声学。

是年,徐寿撰《声学在中国》论文寄出,翌年,英国《自然》杂志则全文发表。

中国古代一向以弦定律,以管定音。律管即管式高音标准器,历来受到特别重视。当用现代知识观察,弦振动和管振动的方式是不同的。所以说,弦律和管律两者是有区别的。

然而,这个古老问题在中国古代乐律史上没有解决。直到徐寿从事律管研究方有改观。徐寿对律管研究已达数十年,徐寿指出,“惟千载论乐之书,汗牛充栋,各具见解”徐寿又指出,明代朱载从缩小管内径的结论,“理虽近似,尚未密合”。

徐寿对传统的弦音和管音相合论,持否定态度。由此,徐寿进行科学试验。徐寿采用减小管的长度进行矫正,他用9寸的开口铜管进行实验,发现截去其一半,无法取得八度音。但再截取半寸,既能准确得到八度音。他用不同管径的铜管如法试验,都是得到同样的结果。徐寿对这项管口矫正重复实验取得同一结论,感到满意和高兴。

此后,当徐建寅翻译《声学》一书,呈现在徐寿桌上时,徐寿却观察到一个有趣的事情。《声学》书中称,“有底管无底管生音之动数皆与管长有反比例”。这个定律恰好与中国传统的弦音和管音相合论,不谋而合。而徐寿的实验结论,恰好与此相反。徐寿对自己实验结论深信不疑。于是徐寿撰写了一篇论文:遂请傅兰雅翻译,1880年6月1日译成英文,当天傅兰雅致函英文《声学》原著者,英国著名物理学家丁铎尔教授,说明实验结论。但是,当天写好的信没有寄出,直到1880年11月25日寄出。早在1880年8月,《格致汇编》已发表徐寿,声学论文《考证律昌说》。

寄信同时,傅兰雅把文章的抄件寄给英国《自然》杂志。虽然丁铎尔教授未有复函。然而《自然》杂志全文发表了《声学在中国》这篇徐寿论文,以及编者按语和斯通博士的复信。

《声学在中国》,英国《自然》杂志(NATURE)1881年3月10日,第448—449页,麦克米伦出版社公司伦敦、纽约出版。王扬宗教授(中国科学院自然科学史研究所)翻译,载《中国近代科学先驱徐寿父子研究》,清华大学出版社,1998年第16〜18页《声学在中国》文中称:

原编者按:“下面这封致丁铎尔教授的信是由写信人傅兰雅先生寄给我们发表的。从中我们可以看到,以真正的现代科学矫正了一项古老的定律,已经非常出奇地在中国发生了。何况这是用最原始的器具来加以实现的。”从此在声学上,一个古老的定律被停止,遂一项新的声学徐寿定律产生。声学文中写道:

致丁铎尔教授:“我的朋友徐寿先生提出了一些有关声学的令人感兴趣的事实,很值得注意。……希望你能就他极为感兴趣的问题给予满意的答复。”声学文中又写道:

徐寿所说如下:“若干年前,我曾设法考查这种差别的原因及其精确数据。一支开口的铜管,9英寸(注:9寸)长,用上唇抵住管口的一端,通过吹奏口吹之,便产生某一个音调。如截掉一半,再吹余下的4.5英寸(注4.5寸)铜管,则不能发出高8度的音。但是,如果再截去半英寸(注:半寸),留下4英寸(注:4寸)长的管,高八度的音就能准确地发出来。我取不同长度、不同直径的乐管做实验,结果相同。也就是说,4:9管长比总能发出准确性所差甚微的高八度或低八度的音。我看到一支西洋键孔竖笛,我注意到它发出高低八度音的原理亦是按上述比例。可是,我不明白,开口的乐管为何不遵循弦乐或有底管的乐管同一规律。”

“当我谈到丁铎尔教授《声学》的译文时,我惊奇地发现,古老的中国概念竟丝毫不差地仍然运用在那里。该书(第214页)说,有底管的乐管、无底管发出声音的吹奏震动数,在一定时间内,皆与管之长度成反比。根据这一条,就是说,由于在一定时间内,任何八度音阶必是吹奏震动数的两倍,因此开口管必须准确地载去一半才能发出高八度音。而这一点,恰恰被我的实验证明是错的。”

“我担心误解了这位英国教授的原意,因此希望他对此给予函复,以谋解决我的疑惑。……我自己已有一种解释这个问题的理论,但有待多加细思研究之后,方有足够的信心予以发展。同时,如果有哪位外国科学家能使我明白这一有趣而重要的问题,我将非常高兴。”

斯通博士复信中称:“很显然,伯努利理论与实际情况发生了偏差”,然后他又说,“这个鲜为人知的事实的证实,竟是来自那么遥远的(中国),而且是用那么简单的实验手段获得的,这是很有意思的。”

物理学家徐寿从事声学研究数十年,最先发表声学论文《考证律吕说》和《声学在中国》;又“以真正的现代科学矫正了一项古老的定律”,徐寿堪称中国声学之父。

戴维·莱特(美),《19世纪西方科学在中国:徐寿和徐建寅》,原载JRAS Series 3.5.1(1995) PP 49〜52,现载《徐寿父子研究》,第544页称:

“徐寿自己有关声学的研究,只有技艺高超的乐器制作人才能进行。”文中又说:

“不论乐器的制作或是科学仪器的制作,实际上都集中到他对科学的更深刻理解。科学原则是要器来展现的,而‘器’的制作又需要科学理论作指导。”

“正是高深学问与实用技能的这种不寻常的结合……也使他后来对自己对科学的理解能力有足够的信心,以致会去纠正一位有学问的英国教授在声学知识上的错误。”这里所言,即徐寿对一项声学定律的矫正和突破。

北京大学教授徐振亚,《徐寿》条目,载《中国大百科全书》第二版,中国大百科全书出版社,2009年,25〜327页称:

“徐寿自幼热爱乐器制造工艺,并研究声学原理。他用现代科学矫正了一项古老的声学定律的论文《考证律吕说》,发表于1880年《格致汇编》第五年七卷。1881年3月10日,此文以《声学在中国》为题,在英国著名《自然》杂志刊出。编者赞扬徐寿‘用简单的实验手段’,获得了‘非常出奇’的成果。徐寿论文的刊出,开创中国学者在西方杂志上发表论文的先例。”很显然,这是国人第一次在《自然》杂志上发表论文,也是国人第一次在国外刊物上发表论文。

现在再来观察1880年6月1日,傅兰雅写给《自然》杂志的信当天没寄出;1880年8月,《格致汇编》发表徐寿声学论文,《考证律吕说》;1880年11月25日,傅兰雅把前未寄之信和徐寿论文寄给《自然》杂志;1881年3月10日,国际著名英国《自然》杂志发表论文《声学在中国》。

据常识和惯例所言,代寄稿件人傅兰雅会收到伦敦寄来徐寿论文的期刊和稿酬。但现有史料和迹象表明,徐寿不知其情。傅兰雅不告知徐寿,为什么?还是别有用心者刻意隐瞒实情,以此,阻止中国社会和国人学科学的信心和热情。

试问,这种行为是个人恩怨,还是与中国利益有纷争,还是嫉妒心或是红眼病。

虽然历史尘封此项成就达100多年。幸好王扬宗教授在1987年在国家图书馆(原北京图书馆)意外地发现英国《自然》杂志发表《声学在中国》的徐寿论文。于是还原历史面目;于是这种肮脏行为暴露无异。于是这种下三赖所干的勾当,令人嗤之以鼻。它也成为人们茶余饭后间谈的笑料,也让人们浮想联翩。

四、结束语

综上所述,徐寿在声学领域的研究尤为令人瞩目。国际著名的英国《自然》杂志赞扬称,“以真正的现代科学矫正了一项古老的定律,已经非常出奇地在中国发生了。”这表明了一项新的定律取代了一项古老的声学定律,也表明声学徐寿定律的创立。居然没有引起朝野各界的关注。在那个年代,中国人对声学知识知者很少的情况下,对徐寿如此大的科学成就被忽视也难免了。

早在1880年8月,《格致汇编》已发表徐寿声学论文,《考证律吕说》称:

“敢告同志,所有正律半律之不应,实体空积之不同,可将心得之精微发明其理,那藉其理而制器,以器证理,以理明器,确有实而无疑义者,敬以重仪相酬。如有教言,函沪上格致书院徐雪村收启……惠教中如有引用之处,亦宜随文注明,以证实学,倘或掇拾陈言,而敷衍成文,与愚意不成相关者,不敢请教。”“然律管之尺寸,乃古圣人之制度,无取增损。其间惟郑世子载堉稍变其制,以黄钟为一尺,且用连比例而不用三分损益,至黄钟而仍得五寸,其管径不足同径而渐收小,盖欲使半律正律相应之意。理虽近似,尚未密合,此因不知空体所出之声,必小至八分容积之一,始能相应之理也。”

徐寿实验结论:“以真正的现代科学矫正了一项古老的声学定律”,表明了徐寿定律创立。徐寿定律的产生,表明了中国声学研究,已位列世界前沿。值此徐寿定律130周之际,则撰此文以示纪念。

徐寿在声学领域的研究成功,正是他的高深理论与高超实验技术相结合的成果。从而在中国近代科学史上书写崭新的篇章。与此同时,徐寿的声学研究亦走出国门,迈向世界,令国际学术界瞩目。

徐寿崇尚科学,崇尚实证,勤于学习,执着创新的精神,将会激励着有志从事科学事业、发奋图强、力求前进的人。