第一章 “電”“磁”話古

第一節 中國古代的電學

一、“雷”“電”訓詁

中國是世界文明古國之一，也是世界上首先對“電”現象進行觀察、認識和描述的國家之一。

和世界上許多國家一樣，我們的祖先首先是從雷鳴電閃中注意到電現象的存在，并以原始的文字把觀察現象描述、記錄下來。

“雷”字在古漢語中有兩種含義：一是指空中雷電所發出的聲音，即雷鳴；另一種是指空中帶電的云所引起的放電現象，包括雷鳴和電閃。《說文解字集注》·電下段注“古義霆雷不別，許（指《說文解字》的著者許慎，公元30—124）意則統言之謂之雷。自其振物言之謂之震，自其余聲言之謂之霆，自其光耀言之謂之電?！?/p>

“雷”字最早出現在公元前14世紀至公元前11世紀的殷墟甲骨文中。甲骨文“雷”（見圖1-1）的中間符號表示閃電，四周符號代表小鼓發出的聲音。在金文及一些甲骨文中，“雷”字則由4個或2個“田”字和代表閃電的符號組成，字形中的“田”不是“田野”的意思，它和《詩經·周頌·有瞽》篇中的“應田縣鼓”中的“田”的意義相同，“田”是“申柬”（小鼓）的借用字，即“田”代表小鼓，也就是說“雷聲如打鼓”的意思。后來又加上“雨”頭，即“雷”代表“雨中的鼓音”。以后在篆文中，四面小鼓（田）減少為三面，并省去了代表閃電的字符。到了楷書時代，三面小鼓（田）變為一面（田），成為現今通用的字形。

“雷”字的主要演變過程見圖1-1。

至于“電”字，其產生和演變的過程就稍為復雜一些。

“電”字的本義，在古代實指空中雷電所產生的耀光，即“閃電”?！抖Y記·月令》：“雷乃發聲，始電”；遼·希麟《續一切經音義》卷7·雷電，《玉篇》云：“閃電也釋名曰電”；《呂氏春秋·貴生》：“故雷則揜耳，電則揜目”（“揜”即掩，遮蓋意）；《漢書·禮樂志》：“雷震震，電耀耀”（雷聲隆隆，電光閃閃）；《論衡·雷虛》：“盛夏之時，雷電迅疾”。從以上各句看出，“電”字都是指閃電。

迄今為止，在甲骨文中尚未發現“電”字，只有“電”的本字“申”和“神”。

甲骨文中多處出現“申”字。在徐中舒著《甲骨文大字典》中就收有13個“申”字，這13個字盡管字形不盡相同，但許多都呈“電耀曲折”形。漢·許慎（公元30—124）著《說文解字·蟲部》：“籀文虹，從申。申，電也?！币徽Z道破，“申”字是古“電”字之一。

“申”的古字有兩種基本字形。其中一種在甲骨文、金文中呈“電耀曲折”形（圖1-2），它是“電”的古字之一。

“神”是“電”字的另一個古字。方述鑫著《甲骨金文字典》在解釋“神”字時說“甲骨文中的申字或從申的電字都是電耀曲折形狀，先民以申（電）的威力而為神奇，所以用‘申’（電）表示神?！鼻濉ね羧蕢郏?875—1936）著《金石大字典》稱“甲骨文的‘神’字為古‘電’字?！薄稘h語大字典》卷4·神，“甲骨文、金文‘神’字或作‘申’，不從‘示’?！?/p>

從上面記述可知，甲骨文中的“申”“神”字可以是古“電”字，也就是說，中國大約在3000多年前的甲骨文中就有了“電”字。

商周時期（公元前16世紀—公元前7世紀）我國進入青銅時代，銘刻或鑄在青銅器上的金文不僅有“電”字的古字“申”和“神”，而且在公元前9世紀周孝王時青銅器番生簋上出現了“電”字（圖1-3）。從圖1-3可以看出，“‘電’，從雨，從申”（《說文解字》），是由“雨”字和“申”字復合而成。在稍后的楚國帛書中也有了“電”字，仍“從雨，從申”。以后在篆文、楷書中，“申”變形為“電”，成為“電”字。近人在“電”的簡化字中去掉“雨”，成為“電”，實恢復“電”的古字“申”也?！半姟弊值幕狙葑円妶D1-4。

應該說明的是，古代的“電”字是指閃電。到了近代，隨著近代自然科學傳入中國，近代電學引入中國。1851年前后，中國首先將英文“electricity”譯為“電”，簡寫為“電”，賦予“電”字以新的內涵，“電”的研究和利用也逐漸在中國大地上展開。

二、中國古代對“雷”“電”的觀察和描述

中國古代文字中有關“雷”和“電”的觀察、描述、探索的記載非常豐富，甲骨文、金文中就有許多有關“雷”“電”的記錄，以后各種古代文獻中有關“雷”“電”的資料也很豐富。

《詩經·小雅·采芑》：“戎車啴啴，啴啴，如霆如雷”（排山倒海軍容振，勢如雷霆動乾坤）。

《詩經·小雅·十月之交》：“燁燁震電，不寧不全”（電光閃閃，雷聲隆??；國家不安，國事不善）。

《禮記·月令》：“雷而發聲，始電”“是月也，日夜分，雷而發聲。”

春秋管仲（？—公元前645）著《管子·七臣七注》：“天冬雷，地冬霆，草木落而秋榮?！?/p>

中國古代著名古籍《周易》中，有“震”（）卦，其卦象均與“雷”“電”有關，說明先民已將“雷”“電”現象用于卦卜和預測中；在《易彖·噬磕》中有“剛柔分動而明，雷電合而章。”

在中國古代四大奇書之一的《山海經》中，不但有“雷神”插圖，在《山海經·海內東經》中還記述有“雷澤中有雷神，龍身而人頭，鼓其腹。”

梁·任昉著《述異記》引古代儒生說法：“盤古氏泣為江河，氣為風，聲為雷，目瞳為電?！?/p>

《焦氏易林·豫》：“雷行相逐，無有休息”；《焦氏易林·解》·豐：“雷鼓東行?！?/p>

西漢劉安（公元前179—公元前122）《淮南子·原道訓》：“電以為鞭策，雷以為車輪?！?/p>

西漢著名文學家楊雄（公元前53—公元18）著《河東賦》：“奮電鞭，駿雷輜。”

東漢著名唯物主義哲學家王充（公元27—約公元97）《論衡》中有許多關于“雷”“電”的記載，如“盛夏之時，雷電迅疾”“當雷之時，電光時現”“懼雷電妄擊”“千里不同風，百里不同雷”“云雨至則雷電擊”“圖畫之工圖雷之狀，累累如連鼓之行”“雷電發時，龍隨而起……雷龍同類，感氣相致”等，提出了雷電與云、雷與電有依存關系。

這些記載都是有關“雷”“電”現象的生動描述。漢代以降，中國古代文獻中有關“雷”“電”的描述更為豐富，不勝枚舉。例如，明代宰相張居正（1525—1582）對球形閃電進行了仔細觀察，在其著作中，對球形閃電火球的大小、形狀、顏色、出現時間等都作了詳細描述。

此外，在中國古代，以雷電為題的詩、詞也非常豐富。如唐昭宗《詠雷》云：“祗解劈牛兼劈樹，不能誅惡復誅兇”；晚唐五代詩人韓偓《雷公》云：“聞人倚柱笑雷公，又向深山劈怪松。必若有蘇天下意，何如驚起武侯龍”；杜甫“昏昏閶闔閉氛祲，十月荊南雷怒號”；陸游“電掣光如畫，雷轟意未平”等。

除了大量的文字記載外，中國古代先民還有許多與“雷”“電”有關的器物和神靈。早在殷商時代的文物中已有云雷紋飾，在漢代畫像磚中也有雷神出現，敦煌出土唐代文物中更有《其解夢及電經一卷》，其旁還繪有一身執弓射箭的電神。在民間，更有雷公、電母、雷祖、雷獸、雷公廟、雷公石、雷器等。圖1-5為民間雷公、電母像。

在中國古代大量有關“雷”“電”記載的文獻中，還有一些涉及雷電性能、電學知識的珍貴記錄。

南朝·梁·蕭子顯（489—537）著《南齊書·五行志》：“永明十年二月庚戍，夜，南方有電光，因聞雷聲隆隆相續”，這是電光快于雷聲（光速大于聲速）的記述；又，“雷震會稽陰恒山保林寺，剎上四破，電光燒塔下佛面，而窗戶不異也”，這是雷電只通過導電物（敷有金屬粉的佛面），而不通過絕緣物（木窗）的記述。

特別值得一提的是，我們祖先通過對雷電現象的長期觀察、思考和實踐，在世界上首先發明和應用了用于建筑物的避雷裝置。據唐代王叡著《灸轂子雜錄》記載，漢武帝時，未央宮及柏梁臺遭雷擊失火，方士“勇之”向漢武帝建議，在宮殿屋脊兩頭安裝銅“鴟魚”來防止雷電引起的天火。以后2000多年，中國古建筑屋脊上多安裝這一類金屬瓦飾，指向天空。雷雨時，金屬瓦飾連同淋濕的屋檐、墻壁（起導電接地作用）可以起避雷的作用。例如，三國時代（220—280），中國一些古建筑物上裝設有銅鐵制的“葫蘆串”。另外，如北京天壇祈年殿等的風寶銅圓頂；青海塔爾寺和西藏布達拉宮由金頂、金屬屋面構成的消雷裝置；某些古塔由塔頂金屬剎和金屬索（一頭與金屬剎相連，一頭連到塔旁水井中或地中）組成的避雷裝置；湖北武當山的金殿（銅殿）（圖1-6）屹立山峰500年不遭雷擊，其原因就在于金殿是一座全銅建筑，頂部設計十分精巧，屋面平緩，脊飾上翹，起到了避雷作用。尤其是“雷公柱”的應用，中國許多古建筑的屋脊兩頭都設有龍頭，龍頭上仰，龍口吐出一條曲折的金屬舌頭，伸向天空，舌棍連著一根鐵絲，鐵絲直通地下。這種“雷公柱”曾令17世紀來華的傳教士驚訝不已。1688年，法國旅行家卡·戴馬甘蘭在所著The New Things of China（《中國新事》）一書中記載了中國古代建筑物上的避雷裝置。它的避雷原理與美國著名科學家富蘭克林（B．Franklin，1706—1790）1752年發明的避雷針的原理完全一樣，但時間要早得多，而且設計精妙，真可謂融科學和藝術于一爐的佳作。

關于雷電的成因，我們祖先也進行過探討。曾子（公元前505—公元前436）認為：“陰陽兩氣俱則雷，交則電”；莊子（約公元前369—公元前256）在《莊子》一書中指出：“木與木相摩則然，金與火相守則流，陰陽錯行……于是乎有霆”（霆即劈雷）；《淮南子·墜形勝》認為：“陰陽相薄為雷，激揚為電”；《淮南子·原道訓》·高誘注：“電，激氣也；雷，轉氣也”；許慎《說文解字》：“電，陰陽激耀也”“雷，陰陽薄動，雷云生物者也”；宋朝陸佃（1042—1102）在其著《埤雅》中，對電的解釋是：“雷與電同氣”“蓋陰陽暴格，分爭激射，有火生焉，其光為電，其聲為雷”；明代宰相劉基（劉伯溫，1311—1375）說得更明確：“雷者，天氣之郁而激而發也。陽氣困于陰，必迫，迫極而進，進而聲為雷，光為電?！?/p>

當然，上面這些對“雷”“電”成因的解釋主要是從哲學上進行闡述，并未觸及電的本質，解釋也不盡科學。但是，古人試圖用構成宇宙的基本要素“陰”“陽”來解釋“雷”“電”成因，是否也表達了他們對“雷”及“電”本質進行探索、窮源的希望和努力呢？另外，我們的祖先已將雷鳴、閃電現象聯系起來，把它們視為一種自然現象的兩種表現形式，這不能不說是在雷電認識上的一大進步。

三、中國古代對摩擦電的觀察和描述

中國古代對摩擦電的觀察記錄首見于西漢末年《春秋緯·考異郵》中的記述：“瑇瑁吸”（瑇瑁即玳瑁，即細小物體）。東漢王充在《論衡·亂龍篇》中也記載“禮畫雷樽，象雷之形。雷樽不聞能致雷，土龍安能而動雨？頓牟掇芥，慈石引針，皆以其真是，不假他類”（祭禮中使用畫有雷形圖紋的酒杯，并沒有聽說就能引起打雷，那么土龍怎么能引起下雨呢？玳瑁能吸引小物體，磁石能吸引鐵針，這些都屬于它們本身的性質，不用借助其他東西）。王充的這段話是中國古代電、磁科學史中的重要文獻，它揭示了四個重要內容：①中國古代對“雷”已有一定認識，并用雷紋（西周青銅器上已有雷紋）進行裝飾；②記載了玳瑁摩擦后可以吸引毫芥之物，這是對靜電現象的明確描述（書中“頓牟”是外來語，是玳瑁的音譯）；③記載了磁鐵吸引鐵針的現象；④文中指出“頓牟掇芥”和“慈石引針”都是自然現象，并將兩者并提，說明古人已注意到兩者的相似性和可比性。

另外，三國時吳國人虞翻年發現：“虎魄（即琥珀）不取腐芥”；南北朝時名醫陶弘景（456—536）在《名醫別錄》中指出：“琥珀惟以手心摩熱拾芥為真”。說明當時已有許多人知道琥珀這類物質摩擦后可以吸引細小物體。

三國—西晉時人張華（232—300）在所著《博物志》中記述：“今人梳頭、脫著衣時，有隨梳、解結有光者，也有咤聲”，這是對靜電放電產生的放光發聲的直觀描述。

明代都邛在《三馀贅筆》中記述：“吳綾為裳，暗室中力持，以手摩之良久，火星直出”，這是絲綢（吳綾）摩擦生電發光實驗的記錄。

由于摩擦電一般不太明顯，古人對它的記載還只是一些現象的點滴描述，沒有進一步對摩擦電進行實驗、探索，更談不上利用了。