正文 沉李浮瓜(2 / 2)

浮力的另一個利用方式——利用物體的沉浮原理估測液體的密度,在我國的宋、元時代已經開始。根據有關文獻記載,密度的測定主要是和古代的製鹽業密切聯係的,即由於估測鹽水的需要,發展了液體密度的測量技術,為曬鹽業提供了條件。

11世紀,姚寬在台州做官時,為了檢查鹽商是否舞弊,他首創了一種簡單的估測鹽水密度的方法。選用體積大體相同,而質量不同的蓮子10粒,當把蓮子放在鹽水中時,如果這些浮沉子——蓮子有5粒以上浮起,說明鹽水是最濃的;如果有三四粒蓮子浮起,說明此鹽水是濃鹽水;如果不足3粒蓮子浮起,說明此鹽水是稀鹽水。

到了元代,經進一步改進,製造了便於攜帶的簡單裝置。取4個蓮子,分別用4種不同濃度的鹽水浸泡,放在一個竹筒內,便成為簡單的測定鹽水濃度的裝置。如果要測某種鹽水的濃度,隻要把待測鹽水的一小部分裝入筒內,觀察各類蓮子浮起的情況,便可以估測鹽水的濃度。

到了明代,測定鹽水濃度的方法進一步簡化,選一粒輕重合適的蓮子,放在竹筒內,當把待測的鹽水放入竹筒中時,如果蓮子浮在水麵上成橫倒形,則鹽水最濃;如果成垂直形,則鹽水次濃;如果蓮子沉而下浮,則鹽水不濃。我國古代這種簡單估測鹽水濃度的方法,與現代密度計的原理相似,這說明我國古代對浮力的研究與應用已經相當深入了。

墨子大約生活在公元前480年至公元前397年。他死後100多年在希臘誕生的阿基米得(Archimedes,約公元前287~前212),才對浮力原理進行了明確的表述。那麼為什麼中國古人沒有發現浮力原理呢?

我們就曹衝稱象這個故事來說,當時顯然已經知道:如果稱象和稱石頭時排出的水相等(反映在船下沉的程度上),兩次的船和所載之物的總重量也相等。這個結論是很自然的:試想如果把同一頭大象稱兩次,很容易觀察到兩次排出的水量相等。既然是同一頭象,重量當然是相等的。由此可見所稱之物的重量跟水量有固定的比例?那麼,稱不同的東西,隻要排出水量相等,兩個東西的重量也應該相等。我們古代的智者所能走到的就是這一步。

古人所沒有做到的一步是,所稱之物的重量究竟跟排水量(排水重量)的關係如何?更具體地說,是什麼樣的一個比例。也就是說,如果排水量跟所稱之物的重量有固定的關係,更精確地說,有固定的比例,假設是一個常量C,那麼,應該有這樣的公式:“所稱之物重”=Cד排水重量”。要求出這個C,就需要做試驗,稱一下排出水的重量,然後跟所稱之物的重量比較一下。古人沒有(至少是記載中沒有)去做這個實驗。阿基米得做了,而且實驗的結果是C為1,即浮力(平衡物體下沉的力)正好等於排出水的重量。

中國古代智者沒有做到的另一步是,沒有想到沉下去的東西是否也同樣受到浮力的作用。而這一點阿基米得在洗澡時感悟到了,並且又進一步做了實驗去證實。在這裏,阿基米得充分利用了類推思維,把浮在水麵上的物體受到的浮力作用,推廣到了作用於沉下去的物體上。

這兩個差別反映了什麼問題呢?反映了中國古代智者缺乏追求“普遍性”、“普遍規律”的衝動,而停留在對個別現象的觀察上。“常量”是個普遍性的數量。把浮力推廣到也能作用於沉到水下的東西,那也是一種對普遍性的追求。

此外,第一個差別也說明了古代智者缺乏對“精確性”的追求,停留在排水量跟所稱之物的重量具有某種相關性的水平上,而沒有把這種相關性進一步量化。

普遍性和精確性,這都是科學的基本特點。缺乏追求普遍性和精確性的衝動,自然產生不了科學。

沉李浮瓜,這個成語背後的故事啟示了我們,科學往往是對常識的追根尋底的思考和推廣。