千年前古人就提出潮汐跟月亮有關 與當代科學結論接近

2020-12-06 江蘇頻道

一年四季,潮汐的表現不同。

海潮漲退塑造了豐富的海洋景觀。

餘靖畫像

時間走到公元1000年,大宋韶州曲江縣(今韶關),一個名叫餘靖的男孩子出生了。這是個格外聰明的孩子,飽學的舅舅黃仲通從小就親自帶著他讀書,不久又把他送到鄉賢王式處,正式啟蒙。很快,「神童」的大名便不脛而走。

餘靖並不是那種埋首書齋的學生,有了一定的基礎之後,他徒步西遊, 尋師千裡, 志學十年,「歷代史記、雜家小說、陰陽律歷, 外暨浮屠、老子之書,無所不通」。終於化繭成蝶,在1024年考中進士,飛躍龍門。學者評價:餘靖一生入仕四十年, 以學問起家, 以敢言知名,與範仲淹、歐陽修等人輔佐仁宗,提綱振紀。餘靖的才能是多方面的。我們今天要講的,是作為科技工作者的他。

虎門實測 修正了前賢的觀點

春江潮水連海平,海上明月共潮生。對於潮漲潮退,古人和我們一樣,覺得好看又好奇。但潮汐是怎麼形成的,要搞清楚可不容易。而餘靖的貢獻,就在於根據實測確認了潮汐的形成主要與月亮有關,也即「月亮起潮論」,並將之寫入自己的《海潮圖序》中。這篇800來字的短文,因此成為中國科技史上一篇極為重要的文獻。

古代稱白天的河海湧水為「潮」,晚上的稱為「汐」,合稱為「潮汐」。今天我們習慣上把海面垂直方向漲落稱為潮汐,而海水在水平方向的流動稱為潮流。早期人們對潮汐形成的猜測有很多,「或言如橐籥翕張,或言如人氣呼吸,或雲海鰌出處」——有的說是海裡有巨大的風箱鼓動,有的說是與人的呼吸類似,還有的說是由於巨魚的定期出入。餘靖認為這些都是傳說,不足為憑。

唐代著名潮汐學家盧肇曾作《海潮賦》,影響很大,認為「日入海而潮生,月離日而潮大」,也即潮汐的漲退是因為太陽影響所致。餘靖也不認可這個觀點,且有些不留情面地指出,這種觀點「自謂極天人之論,世莫敢非」,其實是一種「出於胸臆」的主觀猜測,「予嘗東至海門,南至武山,旦夕候潮之進退,弦望視潮之消息,乃知盧氏之說出於胸臆,所謂蓋有不知而作者也」。他說自己之所以敢質疑盧肇的說法,是因為自己的結論建立在實地觀測的基礎上。他曾親自到通州海門(今屬上海)和廣州武山(在今虎門附近),觀測海水進退與月球運動關係,得出這樣的結論:「潮之進退,海非增減,蓋月之所臨,則水往從之。日月右轉,而天左旋,一日一周,臨於四極。故月臨卯酉,則水漲乎東西;月臨子午,則潮平乎南北。彼竭此盈,往來不絕,皆繋於月,不繋於日。」潮汐的漲退並不是因為海水有所增減,而是因為月亮的位置變化,影響了水的流向,這和太陽是沒什麼關係的。

研究者指出,餘靖的這一論點,已成為後世論潮的名言,被廣泛引用。科學地說明了月亮的運轉與海潮的關係,不但與近代萬有引力學說大體吻合, 而且與近代以一個太陰日(24小時50 分鐘)為潮汐周期的論證亦基本一致。

千年前觀測結果與當代科學結論接近

接下來,餘靖對潮大潮小,以及潮汐到來之時間進行了分析。餘靖說:「夫晝夜之運,日東行一度,月行十三度有奇。故太陰西沒之期,常緩於日三刻有奇。潮之日緩其期,率亦如是。自朔至望,常緩一夜潮;自望至晦,復緩一夜潮。若因日之入海,激而為潮,則何故緩不及期。常三刻有奇乎?」簡要概括就是:潮汐的漲退時間和月亮每日、每月的顯隱規律是一致的。如果用太陽的顯隱來套的話,就合不上了。這也說明不可能是太陽造成潮汐變化。一月之內,潮來潮去,乃因月行差(指月球運行的度次,即月球在白道上的位置)的「疾」與「遲」的問題。這些現象都與月日之間的距離沒有必然的聯繫。

對於潮汐與季節的關係, 餘靖也加以了分析。他說,一年四季,潮汐的表現不同,「春夏晝潮常大,秋冬夜潮常大」,如同朔望之潮一樣,「故潮之極漲,常在春秋之中;濤之極大,常在朔望之後。」其原因實由月之「盈虛消息」,月亮之運行的結果,這是客觀存在的規律性。

餘靖還指出,不同的地理位置,造成的潮汐影響也不同。比如,東海之潮與南海之潮的潮平時間各不相同。

實際上,我們現在知道,太陽引力對潮汐的形成也有不小的影響。只是由於月亮距離地球很近(約38萬公裡),太陽很遠(約1.5億公裡),所以儘管太陽比月亮的質量大得多,但對潮汐的作用卻小得多。因此我們肉眼能觀測到的潮漲潮退,主要表現為與月亮的運行相合。但1000多年前就能得出前文所述的結論,還是很了不起了。

科學精神源於積累和開放

研究者指出,1000多年以前就能取得這樣準確的結論,難怪有學者把餘靖稱為傑出的潮汐學家。這些情況的掌握和觀點的形成,是餘靖經過多年、在多個地點的觀察之結果。有學者認為,我國在潮汐形成的理論探討過程中,當以餘靖提出的觀點為轉折。他正確地指出潮汐是以月亮作用力為主而引起的,這個觀點影響後世。並為地方海塘建設、治潮防災和海洋貿易等起到了指導作用,有效地促進了生產活動。

餘靖關於潮汐的理論建立在中國古代豐富的相關領域知識積累之上。研究者言,現見中國古籍最早對海洋潮汐現象做出科學解釋的,是東漢王充。他在《論衡·書虛》篇中提出「濤之起也,隨月盛衰」,對潮汐和月亮的關係進行了論述。西晉楊泉,唐朝竇叔蒙和封演,宋代張君房、燕肅、餘靖、沈括,元末明初史伯璇等,堅持發展了王充的理論。東晉葛洪和唐代盧肇,則引進了太陽在潮汐中的作用。

英國科技史家李約瑟指出:「在十一世紀中,即在文藝復興時期以前,他們(指中國)在潮汐理論方面一直比歐洲人先進得多」。餘靖的研究,可稱是古代中國海洋文化光輝燦爛的一頁。

餘靖是中國古代一位極富唯物主義精神的學者、思想家,其強調經驗觀測之研究方法對後世也有較大影響。這種精神在潮汐學領域之外也表現得很明顯。1044年,宋名寺開寶寺塔遭「天火」焚毀,朝廷欲迎「舍利」以供奉,餘靖從無神論的立場出發,對此進行了批判。他認為「天火」乃自然現象,是由於避雷技術落後,導致木塔遭雷擊而引起大火,大火燒毀木塔。這本是一場自然火災,並非神異。至於舍利為什麼不會被火燒壞,那是因為它在塔下土中,火力不能到達。其發出的光芒,也應該如一些水晶、珍珠等夜間放光一樣,理解為自然現象。

研究者指出,餘靖的科學精神,得益於其開放、包容的心態和學風。他曾多次作為宋王朝代表出使遼國,在促進兩國的交往,維護和平方面做出了卓越貢獻。史載他能以契丹語作詩,這在重視華夷之辨的中原政權知識分子群體中是比較突出的。

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