宋朝这位科学家发现潮汐的原理比牛顿早了六百年

Posted 2022-12-25 潮汐

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宋朝这位科学家发现潮汐的原理比牛顿早了六百年

潮汐是由于月球和太阳对海水的引力，和地球自转相互配合而形成，在海洋上表现为海水涨落、进退的一种自然现象，也是海水运动的主要形式。

由于潮汐对于沿海人民的生产、生活有着重要意义，我们的祖先很早就认识了潮汐现象，很早就有了关于潮汐的文字记载。古代称白天为「朝」，晚上为「夕」；于是就把白天发生的海水涨落称为「潮」，而把晚上的海水涨落叫做「汐」，合称为「潮汐」。

古时候的人们对潮汐这一自然现象不了解，因而做出了许多荒诞的解释，多数人迷信神灵，有的把海潮说成是「天河激流」，有的则认为是海神夜叉的威力……但燕肃认为这些说法极不可信。

为了揭开这一自然现象之谜，在廉州任职的时候，燕肃就开始观察雷州半岛一带的海潮状况。

到宁波、绍兴时又长期观察了东海的海潮变化，还研究了钱塘江潮涌（按：钱塘江潮因其潮差起落特别明显，被誉为「天下第一潮」）的形成原因和规律。他利用在沿海州县做官的机会，在各地进行观察、试验，并对各地海潮进行了分析、比较，燕肃先后用了10年的时间，足迹遍及东南沿海，他也曾到过广东、浙江等地进行实地观测。终于在干兴元年（1022年）写出了著名的论著《海潮论》，并绘制《海潮图》。可惜图已失传，论文则保留在宋王明清所撰的《挥麈录》中。

《海潮论》首先对形成海潮的原因作了论述。它指出：元气总是一呼一吸的，天随着元气的呼吸而一涨一缩，而潮汐也随之涨落进退。由于太阳是所有阳性事物的本源，而阴性事物又是从阳性事物中产生的，因此，潮汐也从属于太阳。由于月亮是太阴的精华，而水又属于阴性事物这一类，所以潮汐便随月亮的运行而变化。这样一来，潮汐也就是依阴而附阳，随日应月的一种自然现象。因此，潮差在朔望日（按：农历初一与15日）时最大，在上、下弦日（按：农历初八与23三日）时最小，及至下一次朔望日时又变到最大，这也就是潮汐所以显得时大时小的原因。

在这里，燕肃用中国传统的阴阳五行说来立论，当然是不科学的方法，但他已经认识到日月的吸引是形成海潮的原因，并且指出一个月之中朔望日时潮大，上下弦日时潮小，以科学的角度来说，其论点也是正确的。

近代牛顿用严格的数学方法，得出了「万有引力」与太阳和行星，以及行星和卫星运动有关的结论，并透过月亮的引力在地球表面上的差异（即引潮力）解释了潮汐现象。潮汐是由太阳和月球对地球的引力，与地球自转所产生离心力的合力作用产生的结果。因为太阳的引潮力比月球引潮力小得多，所以太阳引起的潮汐通常不易单独观测到，它只是增强或减弱太阴潮（由月球引力产生的海潮），从而造成大潮和小潮。

在朔日和望日时，月球、太阳和地球的位置几乎在同一直线上，太阴潮与太阳潮彼此重叠相加，因此导致潮的起落特别大。在上下弦时，月球与太阳呈现九十度，太阴潮被太阳潮抵消一部分，所以潮的起落较小。由此可见，古人应用元气学说解释潮汐的成因，与现代的万有引力有着异曲同工之妙。

潮汐现象在垂直方向上表现为潮位的升降，而在水平方向上则表现为潮流的进退，两者是一个现象的两个侧面，它们都是由同一规律所控制的结果。这与地震的发生所产生的纵波和横波有着惊人的相似。

再者，在《海潮论》中，燕肃还对钱塘江潮作了解释。钱塘江潮高浪涌，声若雷鸣，号称世界奇观。沿海的江河入海很多，为何只有钱塘江入海口的海潮特别大呢？前人未能作出科学的回答，而燕肃在《海潮论》中抓住了泥沙堆积、河床升高这个关键问题，第一个以较科学角度的解释了钱塘江潮。另外，燕肃还根据自己的海潮理论，用生动的绘画天赋绘制了《海潮图》。

透过详尽细致的观察，燕肃绘制了宁波的潮汐表和《海潮图》，《海潮论》中有相当一部分就是由详细的宁波潮汐表组成的。燕肃的理论对海潮的形成原因作了详细的论述，对宁波沿海每日潮候推算，达到了当时最高的精确度，潮汐起落的时间会逐日推迟，具体在时间上可能出现快慢进退的小差异，但整个潮水的涨落和大小，是不会错过固定时间的。这一精确的时刻值，令西方学者惊讶。

《海潮论》和《海潮图》的问世，不仅是理论上的重大突破，更重要的是对当时的渔业生产和海上交通提供了重要资料，有力的促进了社会经济发展，造福国家人民。

作为明州知州，燕肃用自己的研究成果，科学指导、促进了明州当时的渔业生产和浙江东部地区的水路交通、水利建设，对明州经济繁荣和社会发展作出了重大贡献。燕肃还将自己的研究成果刻在石碑上，以便在百姓中广泛传播。