谈及中国科技史,我们必定会想到李约瑟,李约瑟曾经发出疑问,“尽管中国古代对人类科技发展做出了很多重要贡献,但为什么科学和工业革命没有在近代的中国发生?
这个疑问被称之为李约瑟难题,

很多专家认为这是因为中国科学讲究的是经验科学,而非实证科学,比如中医中药的使用,我们并没有去细究其中的成分,而是根据经验来判断。
但是鲜为人知的是,在800多年前,有一位中国古代的科学家却自己制造仪器设备,在世界物理史上最早对小孔成像进行了大规模的实验研究。
正确地解释了几何光学问题。
比物理天文学家伽里略之研究早200年。

他就是宋太祖的十二世孙赵友钦。
赵友钦生活在宋末元初,改朝换代之际,他这个前朝皇室的后裔境遇可想而知,为避免受到新王朝的迫害,他浪迹江湖,迷恋道家。
筑观星台于浙江龙游的鸡鸣山,

当时他经常会带着一个小仆人,或是泛舟江海湖泊,或是骑马往来于衢婺山水间。

他所著《革象新书》。
是我国科学史上的重要典籍。
其中32个专题,就是他实证研究取得的32个成果。
这本书在清代康熙年间被收入四库全书。

让我们来看看他的具体科学贡献。
首先就是著名的光学实验——小罅光景,用今天的话来说就是小孔成像。
他以楼房为实验室,分别在楼下两个房间的地面上挖两个直径为四尺多的圆井,(此尺寸为当时的尺度,下同)
右井深四尺,左井深八尺。

根据实验需要,在左井中可另放一张四尺高的桌子。
作两块直径为四尺的圆板,每块板上密插着1000多支点燃的蜡烛,放入井底(或桌面上)作为光源。
在两个井口分别用中心开孔的板加以遮盖。
以楼板为固定的像屏。

这样的实验室很前卫的,蜡烛放在井内,烛焰比较稳定;光源被封闭在圆井中,光线只能从板孔中穿出,这样使得观察比较容易,另外,在地下深挖圆中,增加了光源与像屏之间的距离,使调节范围扩大。
具有可对比性,可变化物距,也可以(连续地)变化像距。
值得称道的是这个实验光源可以变化!
若一支烛的光源为1烛光,则总的光强度为1000烛光。

最后他运用光线直进和光的独立传播这两个几何光学基本原理对实验现象作了正确解释。
这在当时的时代是空前的科学研究成果!
赵友钦另外一项重大突破是用模拟实验解释了月的盈亏现象。
在《革象新书》中这样记载,他将一个黑漆球挂在屋檐下,比作月球,反射太阳光。
黑漆球总是半个球亮半个球暗。
人从不同位置去看黑球,看到黑球反光部分的形状不一样。
他通过这个模拟实验,形象地解释了月的盈亏现象。

此外,他准确地估算出了太阳大,月球小。
这在当时也是一个重大创举。
因为古人一直认为太阳和月亮大小一样。
赵友钦运用视觉理论,找出了问题,因为从日食角度分析,古人逐渐认识到月亮离地近,太阳离地远,但这中间人们忽视了一个问题:因为日月的视直径大小一样,如果月在日内,它们就不可能等大,这就与日月等大观念产生了矛盾。
他的判断是正确的。

赵友钦还对圆周率进行了研究。
他分析了历代圆周率的近似值,并提出了外圆内接正四边形起算圆周率的方法,由圆内接正方形算起,逐次由四边求八边,八边求十六边,求到16384边,获得近似值为3.141592,验正了祖冲之π值估计的正确性。

在《革象新书》中,赵友钦还提出了中天观测法以求恒星赤经差,这在天文学史上是个创举。
他设计了一套成熟的实验模式,与近代子午观测的原理是一致的。
值得一提的是赵友钦有两位徒孙,一位是大名鼎鼎的武当派张三丰,另外一名是月庭和尚,他是明太祖朱元璋的第一位天文学老师,据史料记载朱元璋在金华为他建过观星楼,并虚心向他学习天文学知识。

当然作为道家之人,赵友钦平时还会炼丹,闲时还会注释周易。
作为皇室后裔,赵友钦可能是不幸的,但作为一名科学家,他的人生是幸运的。

他远离政治风云,淡泊功名,寄情山水,眺望星空,在鸡鸣山中进行着自己热爱的科学研究,记录下一位中国人的实证科学研究的心得。
也为我们留下了不朽的科学财富。
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