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第七节《崇祯历书》明初以来，据《大统历》推算所作的天象预报，就已多次不准。崇祯二年五月乙酉朔（1629 年6 月21 日）日食，钦天监的预报又发生显著错误，而礼部侍郎徐光启依据欧洲天文学方法所作的预报却符合天象，因而崇祯帝对钦天监进行了严厉的批评。此后，管辖钦天监的礼部奏请开局改历，并得到朱由检的批准，从明初就一直未断的改历呼吁总算成为现实。同年七月，礼部决定在北京宣武门内首善书院开设历局，命徐光启督修历法。
徐光启深知，西方天文学的许多内容是中国“古所未闻”的，“惟西历有之。而舍此数法，则交食凌犯，终无密合之理”①，所以改历“宜取其法，参互考订，使与大统法会同归一”②。于是，他制定了一个以西法为基础的改历方案。在他领导下，历局从翻译西方天文学资料起步，力图系统地和全面地引进西方天文学的成就，当时还聘用了意大利龙华民、罗雅各，瑞士邓玉函，德国汤若望等人，与历局的中国天文学家一道译书，编译或节译哥白尼、第谷、伽利略、开普勒等欧洲著名天文学家的著作。这是历局的中心工作。其结果是从崇祯二年到崇祯七年（1629—1634）历经六年，完成了卷帙浩繁的《崇祯历书》。徐光启于崇祯六年去世，经他定稿的有105 卷，其余32卷最后审定人为李天经。此外，历局人员在制造观测仪器，天象推算和实际观测方面也做了不少工作。
《崇祯历书》是较全面介绍欧洲古典天文学的重要著作。全书共46 种，137 卷，分节次六目和基本五目。节次六目分别为日躔、恒星、月离、日月交合、五纬星和五星凌犯；基本五目分别为法原、法数、法算、法器和会通。其中以讲述天文学基础理论法原所占篇幅最大，有40 卷之多，法数为天文用表，法算为天文学计算必备的数学知识，如三角学、几何学等，法器为天文仪器及其使用方法，会通为中西度量单位换算表。
《崇祯历书》采用的是丹麦天文学家第谷所创立的宇宙体系和几何学的计算方法。其中引入了明确的地球概念和地理经纬度概念，引入了球面天文学，以及视差、蒙气差等重要天文概念和相应的计算方法。它还采用了西方较精确的天文数据和通行的一些度量单位，如一周天分为360°，度以下用60 进位制等。这部书也有不少错误和缺点，如第谷体系是对托勒密地心说和哥白尼日心说的折衷体系，在当时欧洲并不先进，其维护地静观，否认天体自转，以及对岁差现象的解释等，也都是错误的。
《崇祯历书》贯彻了徐光启以西法为基础的设想，基本上纳入了“熔彼方之材质，入大统之型模”①的规范。尽管此书大量内容为西方体系，但最后仍落实到编历问题上，并未突破《大统历》的框架。实际上，所谓“入大统之型模”，就是以历法服务于皇家，将天文学研究仅仅局限于编修历法这项具体应用上，而难以使之真正成为探索天体运动、变化及其规律的科学。总的来说，《崇祯历书》是汉化西方天文学的产物。其中虽然有很多新天文学知识，但由于传授者的保留和扭曲，以及接受者的被动和因循，这些新知识① 《明史》卷三一《历志一》。
② 《明史》卷三一《历志一》。
① 《徐光启集》卷八《历书总目表》，中华书局1963 年版。
在中国并没有产生像在西方那样的革命力量。但无论如何，《崇祯历书》的编成仍然是明代天文学发展所取得的伟大成就。
此外，《崇祯历书》内容的重大变化，也引起了保守派的攻击。他们以其“未入大统之型模”为借口，以不符合祖制为大棒，力阻《崇祯历书》的颁行，使得优柔寡断的崇祯皇帝始终拿不定主意。崇祯十六年（1643）八月，他终于下定颁发新历的决心，但这时明朝政权已面临崩溃边缘，再也无力顾及历法的事情了。入清后，汤若望将《崇祯历书》改订为100 余卷，改称《西洋新法历书》，得以刊行。
第五十七章物理学明代的物理学在某些方面，如声学，有突出的成就。但物理学同其他传统科学一样，发展十分缓慢。明末西方传教士来华，西方近代物理学知识也开始传入。
第一节力学材料力学知识宋应星在《天工开物》中叙述了测量弓的弹力的方法：“凡试弓力，以足踏弦就地，秤钩搭挂弓腰，弦满之时，推移秤锤所压，则知多少。”①这里涉及到力与形变的关系及其测量方法。
风力与水力的利用我国古代很早就知道在航行中利用风力和水力。宋应星在《天工开物》中指出：“凡风篷尺寸，其则一视全舟横身，过则有患，不及则力软”，“凡风篷之力，其末一叶敌其本三叶。调匀和畅，顺风则绝顶张篷，行疾奔马。若风力洊至，则以次减下。狂甚则只带一两叶而已”，“凡风从横来，名曰抢风。顺水行舟，则挂篷之玄游走。或一抢向东，止寸平过，甚至却退数十丈。未及岸时，捩舵转篷，一抢向西，借贷水力，兼带风力轧下，则顷刻十余里”①。这里宋应星述及了帆的宽度与受风力的关系、帆的顶部与底部受力的大小，以及船在顺风和侧向风（甚至逆风）时的航向和张帆方向。宋应星还指出：“凡舵尺寸，与船腹切齐。若长一寸，则遇浅之时船腹已过，其梢尾舵使胶住，设风狂力劲，则寸木为难不可言。舵短一寸，则转动力怯，回头不捷。。。舵上所操柄名曰关门棒，欲船北则南向捩转，欲船南则北向捩转。”②论述了舵的长短对舵力大小、舵的方向对船航行方向的影响。从这些文字中可知，当时对于作用力和反作用力的大小和方向、船的受力状况与变化等已有充分的认识，因此能操作自如，安全航行。
比重的概念及其应用程大位在《算法统宗》卷一中，列出了金、银、玉、铅、铜、铁、石等七种物质的“轻重率”（即比重），“谓诸物皆见方一寸，其轻重不同如此”。程大位所列数值系引自《孙子算经》卷上，但由于历代度量衡的变迁，数值已不准确。
在比重的应用方面，明代基本上沿袭宋元时代制盐工业发展而创造的测卤法，即用莲子检验盐卤浓度的方法。陆容在《菽园杂记》中记曰：“。。以重三分莲子试之。先将小竹筒装卤，入莲子于中。若浮而横倒者，则卤极咸，乃可煮烧；若立浮于面者，稍淡；若沉而不起者，全淡，俱弃不用。”①方以智在《物理小识》中写道：“卤积则能载物，故淘土为巨器，泛中流必无沉溺。姚宽曰：煮海试卤者，杓卤而置莲子数枚，三浮五沉者淡；七八浮① 《天工开物》卷十五《佳兵》。
① 《天工开物》卷九《舟车·漕舫》。
② 《天工开物》卷九《舟车·漕舫》。
① 《菽园杂记》卷十二。
则淳卤矣。取其浮而直。闽人以鸡子、桃仁试之。饭豆亦可试也。”②他补充了一种用“饭豆”测试的方法。另外，方以智还记述了在冶炼多种金属混合其中的矿石时，由于比重的不同，“重者在下，浮土在上，以次分焉”③。对虹吸现象的进一步认识明代，人们对虹吸现象的认识已深入一步。徐光启述及“过山龙”（即虹吸管）的引水条件是“必上水高于下水，则可为之，至平则止”，在流水中“必须上流高于下流”④。徐霞客在游历云南鸡足山时，曾推断寺庙里喷泉的高度，“此必别有一水，其高与此并”⑤。方以智也认为，过山龙“其来处何高，则所激之高可与之比。或故使之瀑下，就以筒承瀑，则水激而上。上既出，则流通而不止矣”⑥。
传入的西方力学知识明末传入我国的西方近代力学和机械学知识，主要集中在邓玉函（J。Terrenz，1576—1630）口授、王徵笔述并绘图的《远西奇器图说录最》（1627）中。该书共三卷。第一卷六十一款，叙述力学基本知识与原理。包括地心引力，重心，各种几何图形重心的求法，重心与稳定性的关系，各种物体的比重，浮力等。第二卷九十二款，叙述各种简单机械的原理与计算，包括杠杆、滑轮、螺旋、斜面等一般知识。第三卷介绍各种实用机械，共五十四幅图说。该书汇总了从阿基米德到十六世纪初的西方力学和机械学知识，并且其中有些内容引用了伽利略的著述①。
② 《物理小识》卷七《金石类·盐》。
③ 《物理小识》卷七《金石类·分金炉》。
④ 《农政全书》卷十七《灌溉图谱》。
⑤ 《徐霞客游记》卷七上《滇游日记》。
⑥ 《物理小识》卷八《器用类·转水法》。
① 参阅严敦杰：《伽利略的工作早期在中国的传布》，载《科学史集刊》第七期（1964），第8—27 页。第二节声学对声的认识及应用宋应星在《论气》中写道：“气本浑沦之物，。。及夫冲之有声焉，飞矢是也；界之有声焉，跃鞭是也；振之有声焉，弹弦是也；辟之有声焉，裂缯是也；合之有声焉，鼓掌是也；持物击物，气随所持之物而逼及于所击之物有声焉，挥椎是也。”②说明一切声现象都离不开气的因素，声音的产生是因为物体的振动或急速运动对空气的冲击。他还写道：“物之冲气也，如其激水然。气与水，同一易动之物。以石投水，水面迎石之位，一拳而止，而其文（纹）浪以次而开，至纵横寻丈而犹未歇。其荡气也，亦犹是焉，特微渺而不得闻耳。”①在此宋应星明确地用水波与声波相比较，认为声音传播过程中空气的振动与水波的振动类似。当然他那个时代还不可能知道声波是纵波而水波是横波的差别。
方以智曾进行声波共鸣现象的观察和实验，他说：“《梦溪笔谈》曰：今有琵琶，以管色奏双调，