（一）西洋科学入华

    （1）光学

    眼镜与折射原理

    眼镜在中国不是古已有之的东西，大约在元明之际传入中国。在清初以前，眼镜有三个汉文名称，一曰“叆叇”，应是阿拉伯’ainak的音译。明代张宁于《方洲杂言》中记载，作者曾在京城的胡姓指挥家中“见其宗伯公所得宣庙赐物，如钱大者二，其形色绝似云母石，类世之硝子，而质甚薄，以金相轮廓而衍之为柄，纽制其末，合则为一，歧则为二，如市肆中等子匣。老人目昏，不辨细字，张此物于双目，字明、大加倍”。后来作者又在“孙景章参政所，再见一具，试之果然”。孙景章称，“以良马易得于西域贾胡满剌。似闻其名为‘优逮’”。上文中在京城胡指挥家中所见“宣庙赐物”，应是宣德年间郑和下西洋时所得西洋奇珍异物中的一件，由宣德皇帝赐给其臣下。而孙参政家中见到的那件“优逮”，就是“叆叇”的异译。一部分中国人最初是从回回商贾那里得知眼镜的，所以用回回名称。

    一曰“单照”，清代顾震涛的《吴门表隐》记道：“前明只有单照，以手持而用之。”道光《苏州府志》提到：“单照明时已有，旧传是西洋遗法。”这大约是一种手持观物的老式眼镜。这个名称后来随手持式眼镜的淘汰而消失。

    另一个就是现代的名称“眼镜”，这个名称起于明代。明茅瑞征所编《华夷译语》中之《回回馆译语》中“器用门”（序号第1360词）为“踒乃克，眼镜”，足证明代已有眼镜这个词(踒乃克，为阿拉伯语’aink的对音，与上文提到的“优逮”为同名异译)。成书于1818年的清代黄芝著《粤小记》说：“眼镜出西洋，以玻璃为之，名‘叆叇’。明末国人携到粤，仿其式，易以水晶，呼为眼镜，遂遍天下，见《五方杂记》。”

    西方眼镜的输入促进了我国配镜业的发展，亦产生出一批我国自己的磨镜技工。孙云球是其中著名的一位，他约生于1630年，约卒于1662年，他的老师是利玛窦的学生（乾隆本《虎阜志》卷6）。他能用水晶磨制近视及远视镜片，又采取“随目对镜”的方法，以保证镜片度数与眼睛吻合。孙云球还制造出望远镜。他曾将望远镜架设在虎丘山上，可看清苏州城里的楼台塔院以及天平、灵岩诸山，被赞为神技。孙云球制造的光学仪器达70种，有“存目镜”、“察微镜”、“万花镜”、“多面镜”、“夜明镜”、“幻容镜”、“鸳镜”等，均“巧妙不可思议”。孙云球曾著有《镜史》，使磨镜和光学仪器的知识得以流传，可惜这部书已经不存（参见王锦光、洪震环：《中国光学史》，湖南教育出版社1986年版，第157—159页）。

    西洋光学知识的系统传入与耶稣会士有直接关系。1579年到达澳门的意大利传教士罗明坚和其他一些在中国沿海活动的外国商人曾把三棱镜带入中国，展示光的合成原理，引起目击者的好奇。较早入华的意大利传教士利玛窦，1601年进宫贡献的礼品中包括有三棱镜，他曾用以表演色散原理。

    这一时期传入的光学知识中，以透镜原理最为重要。在西洋传教士的著作中，有南怀仁的《光向异验理推》，但未见传世。南怀仁主编的《灵台仪象志》第4卷中，介绍了光学知识，例如色散、折射等。他把光的传播介质分为“易通光之体”和“难通光之体”，即今之“光疏媒质”和“光密媒质”；他还引入了“顶线”，即法线的概念。南怀仁叙述光的折射原理的目的在于计算星体位置的大气折射修正值。他指出“日月诸星之光，若从易通光之体，而入难通光之体，则所透之光，必离顶线而涣散矣。”他在《崇祯历书》中，已经引入了这种修正值。南怀仁根据《崇祯历书》的方法，列出从1—90度的“差表”，给出了星体的实际位置和实测位置的高度角之差。《灵台仪象志》中还附有光线从空气进入水中、玻璃中，以及从水中进入玻璃中偏射“差表”。但书中未给出折射定律的公式，“差表”所列数据不是通过计算而是测量所得的近似数据。

    望远镜与显微镜

    明清之际传入中国的光学仪器中以用折射原理制成的望远镜最为重要。1615年葡萄牙传教士阳玛诺（Emmanuel Diaz， 1574—1659）撰《天问略》，在书末介绍了“近世西洋精于历法”的一位“名士”，“创造一巧器”，用以观天之事。阳玛诺虽未提到这位“名士”名字，甚至连他发明的“巧器”是什么，以及用什么原理制成的也未言及，但研究科学史的学者都知道这位“名士”就是伽利诺，而所谓用以观天之事的“巧器”就是望远镜。这时上距伽利略创制望远镜不过6年而已，可见地理大发现以后，科学信息传播的速度已经相当快。

    在传世的西洋传教士的著作中，德国传教士汤若望写于1626年的著作《远镜说》最早向中国人介绍了伽利略式望远镜的制法和用法，绘制了简图，其中还有分解图描绘巨蟹座和猎户座星云中的许多星辰，并特别注重于望远镜在战争中的用途。其第一部分“利用”，介绍了望远镜的仰视和平视的景况，讲解了“中高镜”和“中洼镜”，即凸、凹两种透镜成像的基本原理。其第二部分“原由”，叙述了光线折射现象，绘有光路图，介绍了凸、凹透镜配合使用的原理，指出两利透镜“彼此相济，视物至大而且明也。”其第三部分，说明以凸透镜为“筒口镜”，即物镜，以凹透镜为“靠眼镜”，即目镜，镜筒则数统套合，使用时伸缩调节。这部书对我国后来的光学发展和望远镜的制造很有启发。但书中文字语焉不详，特别是光路图的错误，对后世有不良影响。

    传教士介绍的西洋光学知识惊动了当时的中国科学界。明代刘侗、于奕正的《帝京景物略》，记载了折叠式望远镜的传入情况：“大西洋奉耶稣教利玛窦，自欧罗巴国航海九万里入中国，神宗命给廪，赐第此邸。……其国俗工奇器……远镜，状如尺许竹笋，抽而出，出五尺许，节节玻璃，眼光过此，则视小大，视远近。”

    中国科学家和工匠除了对西洋人的技巧感到惊异以外，也开始动手仿制应用西洋科学知识的光学器械。1629年徐光启曾奏请拨工料制造望远镜三架。在伽利略开始用望远镜观察天象后仅22年，于1631年徐光启也已经使用望远镜来观察日食。他究竟用的是自制的望远镜，还是传教士带入的，尚不得而知。继徐光启之后，以李天经为首的“历局”也造过望远镜。

    除了明朝官方支持的这些仿制西洋光学仪器活动以外，明清之际民间也有许多科学家和工匠从事望远镜的研制。1631年苏州吴江的薄玉已将望远镜安装在自制的铜炮上。这是世界上第一架炮兵望远镜。

    上述所介绍的望远镜都是折射式的。1668年英国牛顿制成了第一架反射式望远镜。这种新型望远镜传入中国较晚，清初已有仿制品，被称为“摄光知里镜”。成书于1759年的《皇朝礼器图式》描写道：“本朝制摄光千里镜，桶长一尺三分，接铜管二寸六分。镜凡四重，管端小孔，内施显微镜，相接处施玻璃镜。皆凸向外。桶中施大铜镜，凹向外，以摄影。镜内有小圆孔。近桶端施小铜镜，凹向内。周隙通光，注之大镜，而纳其形。桶外为钢铤螺施贯入，进退之，以视远近之用。承以直柱三尺，高一尺一寸五分。”

    光学家郑复光深入钻研了《远镜说》中的原理和结构，写了一部《镜镜痴》，其中介绍了三类望远镜：“窥桶远镜”、“观象远镜”、“游览远镜”，逐一说明了其构造、原理、用法、维护，并对《远镜说》里的“用镜”部分之各条作了笺注，还介绍了反射式望远镜。

    显微镜很可能与望远镜同时输入我国。张汝霖、印光任所撰《澳门记略·澳番篇》云：“有显微镜，见花须之明，背负其子，子有三四，见蝇虱，毛黑色，长至寸许，若可数。”

    中国工匠孙云球制造过“存目镜”，据说使用时能“百倍光明，无微不瞩”。他还造过一种“察微镜”。这两种仪器究竟是不是显微镜，因资料缺乏，尚不能肯定。但与孙云球大致同时的另一位中国光学家却制造过“显微镜”。据《镜镜痴》记载，有一种“通光显微镜”，以平面镜与一枚凸透镜组成，适于观察，减轻目力负担。

    （2）天文地理之术

    《赤道南北两总星图》和《崇祯历书》

    在中国第一历史档案馆里保存着一份明末徐光启主持测绘的星图，共分成八个条幅：赤道南北星图各三条幅，徐光启的《赤道南北两总星图叙》一条幅和德国传教士汤若望的《赤道南北两总星图说》一条幅。这份星图是我国目前传世最早，包括有南极区在内的大型全天星图。它继承了我国古代星图的内容，又吸收了当时欧洲天文学的成果，成为后来清代绘制星图的先声，标志着我国星图发展史上划时代的进步。

    崇祯二年（1629年）七月，徐光启奉命修改历法，于同年九月组织历局，其成员除了钦天监部分人员外，还包括一些传教士，汤若望即为其中之一。在这次改历中，徐光启组织传教士大规模地翻译、介绍了欧洲的天文学知识，编译书籍137卷。后来徐光启的接班人李天经择其要者，编出一部天文学丛书，即《崇祯历书》。此书曾于明末刊行。清初汤若望又加以修定，以《西洋新法历书》的名称刊行。这就是清代沿用200多年的时宪历的基础。

    根据徐光启的序言我们得知，在此之前他已经绘制过几幅星图，但缺点是尺寸过小，图像与星象不甚吻合，亦不便于查阅，后在德国传教士汤若望的指导下，重新开始绘制。《西洋新法历书》提到崇祯四年（1631年）徐光启进呈过《恒星总图》和《恒星历表》，这应当就是徐光启所提到的他在这幅星图之前曾经绘制过其小幅星图的事。这幅《赤道南北两总星图》的绘制工作当始于崇祯四年之后。崇祯七年，徐光启的继任李天经曾向朝廷进呈过“恒星屏障”一架。这个“恒星屏障”应当就是徐光启所主持绘制的星图。所以说，这幅星图应刻成于崇祯七年。

    赤道南、北两幅星图的中心都绘有一个直径约2厘米的小圈，内注“赤极”，即北天极和南天极。两幅图面上都贯有一条很宽的白带，即银河，带中除了画有星外，还布满了均匀的黑点，表示银河是由无数星星组成的。凡我国固有的星宿，则用黄色直线连接起来，标明星官的名称，大致与我国古代星表、星图吻合，也有些出入。北半天凡外国的星宿，则恒星间不连直线，也不标星宿名称。南极附近天空的星宿，我国古代没有记载，在此星图上标出星宿组合，并译出西方星座名称。星的图面大小表示其亮度，共分六等。《西洋新法历书》星表共有1365颗星，而这份星图中共有1812颗星，比《西洋新法历书》多477颗。汤若望在其星图说明中说，有些新测出的星已经标在星图上，尚未来得及置入星表，应该就是指这种情况。这些星虽然绘入星图，却未给出坐标，因此论证比较困难。

    值得注意的是，《西洋新法历书》星表上缺漏了约460个我国传统上已经有命名的星和星宿，但缺漏的星中有一部分在星图上得到补充。这说明徐光启与汤若望一起绘制星图时，所依据的《西洋新法历表》中的诸星及其数据，并非钦天监在中国根据西洋新法实测所得，而是根据传教士所带来的某种星表加以推算而来。实际上汤若望等人所依据的资料就是第谷于1602年于丹麦和布拉格刊出的星表。当然第谷的星表并不是汤若望所参考的唯一资料。因为第谷星表只有768颗星，与《西洋新法历书》相差597颗。汤若望的其他资料是什么，尚有待于进一步探讨（卢央、薄树人、刘金沂、王健民：《明〈赤道南北两总星图〉简介》，藏中国社会科学院考古研究所编《中国古代天文文物论集》，文物出版社1989年版，第401—408页）。

    这件中外天文学家合作绘成的星图，开启了17世纪以后我国以吸收西方天文学成就为标志的新阶段。现今所存我国明以后的星图中，都可以明显感到《赤道南北两总星图》的影响，如福建莆田的天后宫星图、内蒙古呼和浩特寺院蒙古文石刻天文图等。《崇祯历书》在宇宙理论方面采用第谷体系，即行星围绕太阳转，太阳又和月亮、恒星绕着地球转。在计算方法上，用的是托勒密的本轮、均轮系统。这些理论在当时的欧洲已经过时，其方法也是错误的，但它毕竟使中国科学家接触了西洋科学体系，特别是明确了大地是球形的观念，并以经纬度划分球面，引进了南天极的星图，采用了周圆为360度的体系，60进位制，使中国天文学不再是世界天文学发展史上的一支孤军，而走上与西方天文学全面结合的道路。

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