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一千年前他提出潮汐跟月亮有关
来源: 广州日报    时间: 2017-10-30 10:55

  一年四季,潮汐的表现不同。

  海潮涨退塑造了丰富的海洋景观。

  余靖画像

  广州,史上的那些个第一

  时间走到公元1000年,大宋韶州曲江县(今韶关),一个名叫余靖的男孩子出生了。这是个格外聪明的孩子,饱学的舅舅黄仲通从小就亲自带着他读书,不久又把他送到乡贤王式处,正式启蒙。很快,“神童”的大名便不胫而走。

  余靖并不是那种埋首书斋的学生,有了一定的基础之后,他徒步西游, 寻师千里, 志学十年,“历代史记、杂家小说、阴阳律历, 外暨浮屠、老子之书,无所不通”。终于化茧成蝶,在1024年考中进士,飞跃龙门。学者评价:余靖一生入仕四十年, 以学问起家, 以敢言知名,与范仲淹、欧阳修等人辅佐仁宗,提纲振纪。余靖的才能是多方面的。我们今天要讲的,是作为科技工作者的他。

  虎门实测 修正了前贤的观点

  春江潮水连海平,海上明月共潮生。对于潮涨潮退,古人和我们一样,觉得好看又好奇。但潮汐是怎么形成的,要搞清楚可不容易。而余靖的贡献,就在于根据实测确认了潮汐的形成主要与月亮有关,也即“月亮起潮论”,并将之写入自己的《海潮图序》中。这篇800来字的短文,因此成为中国科技史上一篇极为重要的文献。

  古代称白天的河海涌水为“潮”,晚上的称为“汐”,合称为“潮汐”。今天我们习惯上把海面垂直方向涨落称为潮汐,而海水在水平方向的流动称为潮流。早期人们对潮汐形成的猜测有很多,“或言如橐籥翕张,或言如人气呼吸,或云海鰌出处”——有的说是海里有巨大的风箱鼓动,有的说是与人的呼吸类似,还有的说是由于巨鱼的定期出入。余靖认为这些都是传说,不足为凭。

  唐代著名潮汐学家卢肇曾作《海潮赋》,影响很大,认为“日入海而潮生,月离日而潮大”,也即潮汐的涨退是因为太阳影响所致。余靖也不认可这个观点,且有些不留情面地指出,这种观点“自谓极天人之论,世莫敢非”,其实是一种“出于胸臆”的主观猜测,“予尝东至海门,南至武山,旦夕候潮之进退,弦望视潮之消息,乃知卢氏之说出于胸臆,所谓盖有不知而作者也”。他说自己之所以敢质疑卢肇的说法,是因为自己的结论建立在实地观测的基础上。他曾亲自到通州海门(今属上海)和广州武山(在今虎门附近),观测海水进退与月球运动关系,得出这样的结论:“潮之进退,海非增减,盖月之所临,则水往从之。日月右转,而天左旋,一日一周,临于四极。故月临卯酉,则水涨乎东西;月临子午,则潮平乎南北。彼竭此盈,往来不绝,皆繋于月,不繋于日。”潮汐的涨退并不是因为海水有所增减,而是因为月亮的位置变化,影响了水的流向,这和太阳是没什么关系的。

  研究者指出,余靖的这一论点,已成为后世论潮的名言,被广泛引用。科学地说明了月亮的运转与海潮的关系,不但与近代万有引力学说大体吻合, 而且与近代以一个太阴日(24小时50 分钟)为潮汐周期的论证亦基本一致。

  千年前观测结果与当代科学结论接近

  接下来,余靖对潮大潮小,以及潮汐到来之时间进行了分析。余靖说:“夫昼夜之运,日东行一度,月行十三度有奇。故太阴西没之期,常缓于日三刻有奇。潮之日缓其期,率亦如是。自朔至望,常缓一夜潮;自望至晦,复缓一夜潮。若因日之入海,激而为潮,则何故缓不及期。常三刻有奇乎?”简要概括就是:潮汐的涨退时间和月亮每日、每月的显隐规律是一致的。如果用太阳的显隐来套的话,就合不上了。这也说明不可能是太阳造成潮汐变化。一月之内,潮来潮去,乃因月行差(指月球运行的度次,即月球在白道上的位置)的“疾”与“迟”的问题。这些现象都与月日之间的距离没有必然的联系。

  对于潮汐与季节的关系, 余靖也加以了分析。他说,一年四季,潮汐的表现不同,“春夏昼潮常大,秋冬夜潮常大”,如同朔望之潮一样,“故潮之极涨,常在春秋之中;涛之极大,常在朔望之后。”其原因实由月之“盈虚消息”,月亮之运行的结果,这是客观存在的规律性。

  余靖还指出,不同的地理位置,造成的潮汐影响也不同。比如,东海之潮与南海之潮的潮平时间各不相同。

  实际上,我们现在知道,太阳引力对潮汐的形成也有不小的影响。只是由于月亮距离地球很近(约38万公里),太阳很远(约1.5亿公里),所以尽管太阳比月亮的质量大得多,但对潮汐的作用却小得多。因此我们肉眼能观测到的潮涨潮退,主要表现为与月亮的运行相合。但1000多年前就能得出前文所述的结论,还是很了不起了。

  科学精神源于积累和开放

  研究者指出,1000多年以前就能取得这样准确的结论,难怪有学者把余靖称为杰出的潮汐学家。这些情况的掌握和观点的形成,是余靖经过多年、在多个地点的观察之结果。有学者认为,我国在潮汐形成的理论探讨过程中,当以余靖提出的观点为转折。他正确地指出潮汐是以月亮作用力为主而引起的,这个观点影响后世。并为地方海塘建设、治潮防灾和海洋贸易等起到了指导作用,有效地促进了生产活动。

  余靖关于潮汐的理论建立在中国古代丰富的相关领域知识积累之上。研究者言,现见中国古籍最早对海洋潮汐现象做出科学解释的,是东汉王充。他在《论衡·书虚》篇中提出“涛之起也,随月盛衰”,对潮汐和月亮的关系进行了论述。西晋杨泉,唐朝窦叔蒙和封演,宋代张君房、燕肃、余靖、沈括,元末明初史伯璇等,坚持发展了王充的理论。东晋葛洪和唐代卢肇,则引进了太阳在潮汐中的作用。

  英国科技史家李约瑟指出:“在十一世纪中,即在文艺复兴时期以前,他们(指中国)在潮汐理论方面一直比欧洲人先进得多”。余靖的研究,可称是古代中国海洋文化光辉灿烂的一页。

  余靖是中国古代一位极富唯物主义精神的学者、思想家,其强调经验观测之研究方法对后世也有较大影响。这种精神在潮汐学领域之外也表现得很明显。1044年,宋名寺开宝寺塔遭“天火”焚毁,朝廷欲迎“舍利”以供奉,余靖从无神论的立场出发,对此进行了批判。他认为“天火”乃自然现象,是由于避雷技术落后,导致木塔遭雷击而引起大火,大火烧毁木塔。这本是一场自然火灾,并非神异。至于舍利为什么不会被火烧坏,那是因为它在塔下土中,火力不能到达。其发出的光芒,也应该如一些水晶、珍珠等夜间放光一样,理解为自然现象。

  研究者指出,余靖的科学精神,得益于其开放、包容的心态和学风。他曾多次作为宋王朝代表出使辽国,在促进两国的交往,维护和平方面做出了卓越贡献。史载他能以契丹语作诗,这在重视华夷之辨的中原政权知识分子群体中是比较突出的。

  文:图/广州日报全媒体记者卜松竹

(责任编辑:魏晓航)
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