广义与多元:新时期的中国物理学史研究 ——第19届全国物理学史年会侧记

  • 张梦
  • 创建于 2017-07-11
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 2017年5月13、14日,时值山西大学建校115周年之际,由中国科学技术史学会物理学史专业委员会主办,山西大学科学技术史研究所承办的“第19届全国物理学史学术年会”在山西大学隆重召开。会议邀请到我国资深科学史家、物理学史学科创建者之一的戴念祖研究员和美籍华裔物理学家、科技史家、美国物理学会会员 ( Fellow)、圣迭戈加州大学(University of California at San Diego) 程贞一教授。来自台湾长庚大学、中国科学院、清华大学、北京大学、中国科学技术大学、首都师范大学、东华大学、内蒙古师范大学等40所高校和中国科学技术出版社、《科学》杂志社等3所出版机构的80余名代表出席了本次会议。

会议开幕式由中国科学技术史学会物理学史专业委员会主任、首都师范大学物理系李艳平教授主持。她首先宣布了此次大会开幕,并介绍了在主席台就坐的来自中国科学技术大学的中国科学技术史学会常务理事胡化凯教授、戴念祖研究员、程贞一教授、山西大学副校长兼山西大学科学技术史研究所所长高策教授和来自台湾科学史委员的刘昭民教授。随后高策教授代表山西大学致欢迎辞,向参会代表简要介绍了山西大学的建校史和山西特有的历史文化资源,指出我国历代长城、木构建筑遗存只有在山西才能看到其完整序列;戴念祖研究员在致辞中肯定了山西大学近年在地方科技史研究中关于古戏台声学的研究工作,并再次指明地方科技史研究的方向;程贞一教授在致辞中举例说明中国科技史研究的重要性,如中国传统文化中的阴阳观念为阐释“波-粒二象性”理论的哲学基础,促进了爱因斯坦 “光” 理论的提出乃至当代量子力学的研究,但目前学界对中国科学技术史的重视和研究还远远不够。
此次会议共做了5个大会报告和45个分组报告。
 
一、大会报告
 
大会报告由中国科学院自然科学史研究所韩琦研究员和东华大学杨小明教授主持。做大会报告的专家共有5位,分别是胡化凯教授、高策教授、清华大学社会科学学院科学技术与社会研究所刘兵教授、程贞一教授和北京大学物理学院秦克诚教授。
胡化凯教授率先为大家报告了“中国古代物理认识活动的特点”。他通过研究算学家对机械运动现象的关注、医家对火的燃烧现象及性质的关注、道士对金属镜组合成像现象的观察、炼丹家及医家对一些天然晶体的色散现象的观察、天文气象占卜家对一些大气光学现象的关注、医家及炼丹家对磁石吸铁现象的关注、堪舆家对磁针的指向性的关注,认为这些对各种物理现象感兴趣的人群积累了丰富的相关物理现象的资料,他们是相关物理现象的运用者,而不是这些现象的研究者。他们只关注现象、重视应用,而对这些现象背后隐藏的原因和道理则缺乏探究的兴趣。这种特点,使得古代的物理认识(除个别领域外)只能长期停留在零散的经验积累水平上(除个别领域外),无法发展成有一定理论深度的知识体系。
高策教授以“杨-米尔斯规范场的早期历史探微”为主题,从概念诞生、历史溯源和理论建立三个方面对杨-米尔斯规范理论的早期发展历史进行深入梳理和详细介绍。他以“1954年2月普林斯顿,杨振宁与泡利(Wolfgang Pauli) 的一次讨论”和“据说泡利曾给戴森(Freeman Dyson)写过一封关于讨论规范场内容的一封信”为主要事例,阐述了泡利对规范场的态度,并引用杨振宁在《六十八年心路》一书中“为什么泡利没有发表他在1954年计算的规范场理论,而米尔斯(RobertL Mills)和我却发表了”的问题,同时指出杨振宁本人说明了其中的原因“在于价值判断非常不同”。在报告的最后部分,高策教授以杨振宁荣获的1993年富兰克林奖和1994年美国鲍尔奖官方文告对杨振宁的科学贡献赞誉,结束了本场报告。
刘兵教授做了“核心素养、物理学史与高中物理课标新修订”的报告,其研究背景是原高中物理课标的三维目标,即“知识与技能”、“过程与方法”和“情感、态度与价值观”,在实际教学中遇到一些问题,于是响应国家号召在高中新课标修订中加入发展学生核心素养的内容。刘兵教授首先从“人文底蕴”“科学精神”和“实践创新”这三个素养阐释其概念及内涵;其次探讨物理学科核心素养的四个方面,即“物理观念”“科学思维”“科学探究”和“科学态度与责任”;再次探讨高中物理新课标修订后的课程结构;第四例举了高中物理新课标修订版在课程内容中涉及科学史的部分例举(分为必修部分和选修部分);最后从科学史的角度对高中物理新课标修订版提出一些讨论,讨论的内容分别是:1、直接涉及科学史内容的多少?2、修订版课标的主要目标是什么?3、物理课不是科学史课;4、科学史在物理课中的功能;5、关心科学史话题在物理教学中延伸的可能性问题。
程贞一教授在“从出土音乐文物中探寻三分损益率”的报告中首先展示了宋徽宗赵佶的《十八学士图》。(见图1) 
图1  《十八学士图》
从图中管弦合奏的场景看,笛子、箫、笙、琴、箜篌、琵琶等乐器合奏必为同律,此声学原理即为《尚书·虞书》中所载之“同律度量衡”。合奏使用之五声音阶古人早在商代就已掌握,殷商出土的编磬的实测频率数据可证。至于五声音阶之三分损益的推导方法,则早见于《管子·地员》,其后《吕氏春秋》中载其推演十二律之法。曾侯乙编钟的频率测量,从文物的角度证实了十二律其时已经熟练掌握,且黄钟率421.3 Hz与国际标准率440Hz非常接近。十二律可构成六十种调式,“一律而生五音,十二律而为六十音”。三分损益律所构成的调式,其所有全音之间的频率比为9/8(204音分),所有半音之间的频率比为256/243(90音分),为“自然”律制,今天依然被公认为为最悦耳的旋律进行,与以等程律为乐律基础的西洋大小调相比,其调式也较丰富。
    秦克诚教授向大家介绍其大作《邮票上的物理学史》写作和出版中的故事。此书曾于1998年6月到2004年12月在《大学物理》连载,获全国大学物理教学优秀论文一等奖(2002年);2005年由清华大学出版社出版,共66节,使用了2400张邮票,获“科学时报读书杯”科学文化·科学普及最佳创意奖(2005年)和第三届吴大猷科学普及著作金籖奖(2006年);2014年又在高等教育出版社出版其增订版,书名为《方寸格致》,共70节,使用了4000张邮票。2005年6月杨振宁先生为本书题词:“这是一本极好的物理学史,印刷极精美。它也展示了长期精心策划研究所能创建的美好成果”。
 
二、分组报告
 
分组报告的主题有“中国物理学史研究”、“西方物理学史研究”和“物理学史与物理教育研究”。
1.西方物理学史研究
西方物理学史研究共设两个分会场。
第一分会场由山西大学科学技术史研究所厚宇德教授主持,山西大学科学技术史研究所贺天平教授评议。山西大学科学技术史研究所厚宇德教授以《杨振宁与科学技术史研究》为题,基于对杨振宁相关著述的研究和访谈研究其投身科学史领域的初衷及杨振宁对科学史的独到观点;焦作大学基础科学系吕增建教授以《在科学与神学之间——论伽利略的科学思想与宗教信仰》为题,从伽利略的科学家和宗教徒双重身份,以其在天文学领域从对神学敬仰的角度去解释科学真实的发现,阐释其信仰与理性的协调;中国科学院大学人文学院博士研究生吴培熠以《猎奇、普及与规范化:X-ray中译名的本土化历程》为题,阐释“X射线”作为X-ray的规范中文译名的变迁过程中知识、大众和科学家群体在科学传播和本土化过程中的不同地位和作用;天津师范大学教育学院张瑞云以《让·佩兰——原子论之争的调停者》为题,详述了法国科学家佩兰实测得到NA值的过程及止息“原子论之争”的意义;内蒙古师范大学科学技术史研究院白泉做了《牛顿力学传入日本为题——以<暦象新書>为中心研究》的报告;临沂社会科学院人学研究所周文臣做了《后公理化时代的理论结构问题——以牛顿力学和量子力学为例》的报告,他通过分析爱因斯坦的科学实践中的思维结构,给出了一个类似公理化但非公理化的理论结构模型及其形式结构;山西大学科学技术史研究所刘欣应用SPSS13.0数理统计软件对华人杰出物理科学家群体的年龄结构、性别比例、出生地域、受教育及出国留学经历、归国时间及工作单位、学科领域等情况进行计量分析,得出一些益于物理学发展的特征;三明学院机电工程学院王宗篪等以《超导与诺贝尔奖》为题介绍了超导研究史何超导的应用。
第二分会场由首都师范大学初等教育学院白欣副教授主持,东华大学人文学院陶培培副教授评议。白欣副教授做了《相对论在日本的早期传播者——石原纯》的报告,以此回顾日本半个世纪前实现物理学突破的过程中理论物理学家们经历的波折;东华大学人文学院陶培培以《中世纪磁学的两条路径之比较》为题,介绍了经院自然哲学传统和实验两条涉及磁学的路径,以展现中世纪磁学的特点;内蒙古师范大学科学技术史研究院包晶晶对《形性学要》的初步研究,表明《形性学要》是中国人最早自主翻译的物理学书籍,体现了国人对物理学的理解和选择;内蒙古师范大学科学技术史研究院李国峰以《光谱实验的演进——从法拉第到塞曼》为题,论述了塞曼在法拉第基础上的创新性研究及其意义;山西大学音乐学院李睿以《弦线驻波视域下的音乐理论与实践刍议》为题,通过激光实测模拟测量,探讨演奏时弦线振动的物理原理、数学特征及其噪声出现时弦线的振动状态;山西大学物理电子工程学院王晓勇以一个实验者的角度重新审视“奥斯特实验”,认为奥斯特是在“电磁力沿导线径向分布”这一假说的基础上于1820年4月发现了电磁效应,与奥斯特公布的研究实验相违背;山东师范大学物理与电子科学学院高嵩做了《 从以太概念的变更看物理概念的构建》的报告,认为以太概念的变化为物理概念构建的范例,对其研究需还原其历史语境,判断科学问题正确与否的标准受研究者认知结构和研究内容契合度的影响较大;中国科学院大学人文学院苏湛以《从计算模型理论看法拉第力线模型的数学化》为题,介绍其尝试用计算模型理论分析麦克斯韦的《论法拉第的力线》一文,并结合案例对计算模型理论的潜力与目前仍存在的局限做出讨论。
2.中国物理学史研究
中国物理学史研究也共设两个分会场。
第一分会场由东华大学人文学院杨小明教授主持,中国科技大学科技史与科技考古系丁兆君副教授评议。台湾长庚大学通识中心邱韵如副教授首先做了《探讨《远镜说》的两幅星图》的报告,她通过比较研究汤若望《远镜说》里观宿天诸星的两幅星图与伽利略《星际信使》里的四幅星图,探讨中国古籍的科学绘图等问题;东华大学人文学院杨小明教授做了《论《物理小识》光学的公理化特征》的报告,认为《物理小识》的光学其实多是声学的类比,因而自成一定的体系,不能完全用现代的波动光学去硬性比照;中国科技大学科技史与科技考古系丁兆君副教授以《20世纪上半叶留学归国的物理学先驱及其学术谱系初探》为题分3个阶段梳理20世纪上半叶留学归国的物理学家立足于本土开展物理学教学与研究的宏观历程,着重讨论各学术“大本营”的建设与人才培养工作,厘清中国物理学“前谱系”与学术谱系的区别与联系及各自的初步发展;内蒙古师范大学科学技术史研究院聂馥玲教授做了《民国汉译《科学大纲》与通俗爱因斯坦理论》的报告,介绍了译自英国生物学家、博物学家兼科普作家约翰·汤姆森(John Thomson,1861-1933)主编的The Outline of Science(1922),并由科学社成员竺可桢、任鸿隽、秉志、胡先骕、胡刚复、胡明复等21位著名的科学家翻译,王云五作序并翻译了绪言,1923年由商务印书馆出版的《科学大纲》是难得的通俗相对论的科普读物,也是难得的近现代物理学史的文献资料;山西大学音乐学院姜峰和高乐乐分别以《清代朔平府戏台声学技术初探》和《清代平定府戏台声学技术初探》为题,介绍了清代朔平府平定府古戏台遗存的分布、形制特征;黑龙江大学哲学学院吕厚均教授以《北京天坛四音石声学现象机理揭示与仿真研究》为题,介绍了他们团队采用模拟仿真和实验研究,发现天坛皇穹宇回音壁并不是一个理想的圆,找到了天坛四音石声学现象四个回声的反射界面,绘出了四音石击掌回波的声脉冲响应图,首次揭开了天坛四音石现象形成的声学机理;黑龙江大学光纤所张金涛以《北京天坛皇穹宇回音建筑声学现象机理模拟仿真研究》为题,介绍了其运用三维建模软件Google SketchUp和建筑声学声场仿真软件Odeon,在全刚性界面条件下,对天坛皇穹宇回音建筑内的一音石、二音石、三音石、四音石、回音壁以及对话石声学现象进行三维计算机模拟仿真研究;山西大学科学技术史研究所杨阳副教授以《山西古戏台声学研究》为题,认为古戏台形制、结构等形式上的“完善”合乎其内在的声学发展逻辑,古戏台利用直达声、 反射声和混响声的声学技术可助“声”,而利用空腔共振的声学技术不仅可助“声”,还可助 “音”,甚至助“乐”、助“调”;贵州师范大学马克思主义学院雷志华副教授以《铜奔马姿势的研究》为题,通过英国著名摄影师迈布里奇拍摄的赛马步法的照片对奔马及其蹄下飞鸟展开讨论,指出铜奔马塑造了真实准确、四肢腾空的奔跑姿势,飞鸟起支撑马身和保持其平衡的作用,同时也以此显示奔马正处于四足腾空的状态。
第二分会场由中国科学院大学科学技术史系刘晓副教授主持,中国科学院自然科学史研究所黄兴助理研究员评议。首都师范大学周文业教授以《中国近现代物理学家传略及研究》为题,介绍了近现代物理学史中173位物理学家的生平履历,并进行了50多项详细的统计分析;台湾研究院科学史委员会委员刘昭民以《我国古代热气流之应用史》为题,介绍了从西汉以来走马灯的发展史,认为西汉机械制造家丁媛最早制作类似走马灯的九层博山香炉和其时古人制造的走马灯,为世界上最早利用热气流旋转的装置,乃近代燃气轮机的始祖,其后宋人将此技术用于元宵节庆典,清末敦礼臣认为古人未能将此技术利用发明轮船、火车,甚为可惜;李艳平教授以《物理学家温毓庆的经历与成就》为题,依据温毓庆的博士论文等历史资料,梳理温毓庆早期的无线电研究、归国后的教学工作和无线电管理工作及其密码学的研究历程;内蒙古师范大学科学技术史研究院仪德刚教授做了《“仪”字考释》的报告, 介绍其借助出土实物和实践考察重新印证“仪”字作为瞄准装置的语义演变,并阐释了部分中国古代抛体运动知识;中国科学院大学科学技术史系刘晓副教授以《杨澄中戴传曾与利物浦大学物理系》为题,基于一首文献研究,认为利物浦大学物理系作为战后英国物理学的重要中心,曾与剑桥大学、布里斯托尔大学在核乳胶、加速器方面存在紧密的合作,期间杨澄中、戴传曾参与了最前沿的研究工作,致使他俩的研究成果成为中英核科学交流的重要组成部分;中国科学院自然科学史研究所 黄兴助理研究员做了《北宋《武经总要》指南鱼制作技术实证研究》的报告,通过实验表明,铁片式指南鱼是由夹持铁片的铁钳通过热剩磁效应磁化,可达地磁场的100倍级别,地磁场在此过程中未起到实质作用;河南中医药大学姬永亮做了《《中国科学技术史·年表卷》汉代至元代部考证》的报告,介绍了他对《中国科学技术史·年表卷》当中记载的某些历史事件和引文考证的结果;内蒙古师范大学科学技术史研究院林海河以《以意度文 文同义殊——《墨经》“荆”条释读述评》为题,对《墨经》“荆”条的各种释读进行科学梳理、评述;内蒙古师范大学科学技术史研究院张波以《《墨经》中“力”之研究》为题,对《墨经》中涉及“力”的条目在其历史语境下逐一分析,以追溯“力”这一科学概念产生的源流。
3. 物理学史与物理教育研究
该会场由南京师范大学仲扣庄教授主持,中国科学技术出版社王晓义编辑评议。中国科学技术出版社王晓义编辑以《从物理学史图书出版看物理学史研究状况》为题做了报告,对国内目前物理学史研究现状进行了述评;天津师范大学教师教育学院刘鑫做了《物理学史上的悬赏征解案例及其对教育的启示》的报告,他分析总结了物理学史上三个重要的悬赏征解案例对科学创新的积极作用,介绍将其“复制”在学校教育管理中激励、引导学生创新中遇到的评价问题和人才短缺问题;内蒙古师范大学科学技术史研究院张林做了《科学社团与20世纪30年代大学物理教材的“中国化”》的报告,介绍了科学社团在物理教材“中国化”的过程中审查了物理名词,独立编译了一批物理著作,并参与商务印书馆版“大学丛书”物理教材的出版,对中国近代物理学的发展起到了重要作用;长治学院科普研究所郝瑞宇教授以《物理学史在高校二阶科技传播中的作用》为题,重点讲述物理学家的科学思想、研究方法及科学故事等在高校二阶科技传播中的功能、价值、意义和作用;云南师范大学物理与电子信息学院王祥委做了《五套高中物理教材物理学史的呈现比较研究》的报告,他从物理学史的呈现方式和内容选择两方面对五套教材中物理学史的呈现进行比较研究,并提出一些可行性建议;云南师范大学物理与电子信息学院段娟娟做了《中美高中物理教材物理学史的呈现比较研究》的报告,就五套新课标高中物理教材和美国高中物理教材《物理:原理与问题》进行比较研究,并提出修改意见。
 
三、报告选题特点
 
对传统科技史问题研究走向纵深。如胡化凯教授对中国古代物理认识活动特点的研究;刘晓对杨澄中戴传曾与利物浦大学物理系的研究;刘昭民对我国热气流的应用史的研究、白欣对相对论在日本的早期传播者石原纯的研究;邱韵如对《远镜说》的两幅星图的研究;黄兴对《武经总要》指南鱼制作技术实证研究;陈印政从文革时期光纤通信研究探讨政治与科技的互动;陶培培对中世纪磁学的两条路径之比较研究;吕增建对伽利略的科学思想与宗教信仰的研究等。
此次年会议题中首次加入物理学史与物理教育研究,可谓亮点。物理学史研究是物理教育的重要基础,物理教育是物理学史研究成果的重要应用方式。物理学家的研究历程、研究方法、科学精神可以激发中学生对物理学兴趣。此次全国物理学史年会专门设置物理学史与物理教育研究议题,得到了众位学者的支持。以刘兵教授的报告为代表,共有8位代表进行此议题的报告。在5月14日全体理事会议期间,大家依旧热议刘兵教授提出的问题,即物理学史教育在新修订的高中物理课标中怎么提升中学生的核心素养?
鉴于当代华人物理学家的杰出成就,这批科学家的科学研究历程引发诸多学者关注。如高策教授对杨振宁先生的重要成果“杨-米尔斯规范场”的历史进行了探讨;李艳平教授就物理学家温毓庆的经历与成就进行了报告;山西大学科学技术史研究所厚宇德教授对杨振宁投身科学史的动机和态度做了报告;首都师范大学周文业教授对中国近代173为物理学家进行研究;中国科技大学科技史与科技考古系丁兆君副教授对20世纪上半叶留学归国的物理学家及其学术谱系进行系统研究;山西大学科学技术史研究所刘欣对华人杰出物理科学家群体特征进行计量分析。
地方科技史料的挖掘。对于地方高校的科学技术史研究而言,挖掘当地特色文化遗产中的科技问题不失为一条研究“捷径”。例如,中国古塔、古戏台中蕴含着大量的科学技术,其中的声学问题近年引发诸多学者关注,成为科技史研究的富矿。吕厚均等对北京天坛四音石声学现象及机理进行系统研究;张金涛等对北京天坛皇穹宇回声建筑声学现象机理进行模拟仿真研究;山西大学科学技术史研究所杨阳对山西古戏台的声学技术进行系列追问;山西大学音乐学院姜锋和高乐乐分别对清代朔平府和平定州古戏台遗存的声学技术进行了初步调查研究。
 
四、余 论
 
相比2015年在内蒙古师范大学举办的第18届物理学史年会而言,此次参会代表连同山西大学科学技术史研究所的服务团队已逾百人,可见我国物理学史研究的兴盛。此次年会召开时值山西大学建校115周年校庆,会议期间参会代表参观了山西大学校史馆,显示出对山西大学校史和西方传教士在山西的科学活动的浓厚兴趣;与会代表还参观了山西大学科学技术史研究所传统工艺复原实验室,表达了对传统工艺复原研究不失为科学史研究成果转化的一种方式的认同。
 
             (杨阳,山西大学科学技术史研究所;
             白欣,首都师范大学初等教育学院)