中国古代物理学-共振现象

　　当一个物体发声振动时另一个物体也随之振动，这种现象称为共振。凡是共振的两个物体，它们的固有频率或者相同，或者成简单的整数比，如1/1，1/2，2/3。在古代典籍中有大量的关于共振现象的记述，并把这种现象解释为“同声相应”(《易·乾》)或“声比则应”(《吕氏春秋·恃君览·召类》)。这个解释与现代的科学定义几乎完全相同。

　　公元前4到3世纪，《庄子》一书最早记下了瑟的各弦间发生的共振现象：

　　为之调瑟，废(放置之意)于一堂，废于一室。鼓宫宫动，鼓角角动。音律同矣。夫改调一弦，于五音无当也，鼓之，二十五弦皆动。(《庄子·杂篇·徐无鬼》)

　　这里描述的瑟有25根弦。宫、商、角、徵〔古音zhi止〕，羽是古代人使用的音阶阶名，相当于现在的do、re、mi、sol、la。当在高堂明室中放上一具瑟，进行调音时，人们发现，弹动某一弦的宫音，别的宫音弦也动；弹动某一弦的角音，别的角音弦也动。这是因为它们的音相同的缘故。如果改调一弦，使它发出的音和五音中的任何一声都不相当；再弹这根弦时，瑟上二十五弦都会动。我们知道，这条弦虽然弹不出一个准确的乐音，但它的许许多多的泛音中总有那么几个音和瑟的二十五弦的音相当或成简单比例。这就是它会与瑟的二十五弦都共振的道理。

　　《庄子》的这段文字肯定是调瑟实验的忠实记录。它不仅指出基音的共振现象，而且发现了基音和泛音的共振现象。这后一个发现在声学史上是了不起的成就。

　　宋代的沈括曾作演示共振的实验：先将琴或瑟的各弦按平常演奏需要调好，然后剪一些小小的纸人夹在各弦上。当你弹动不夹纸人的某一弦线时，凡是与它共振的弦线，其纸人就发生跳跃颤动(《梦溪笔谈·补笔谈·乐律》)。这个实验比西方同类实验要早几个世纪。

　　如果说发现共振现象只是观察认真的证明，那么，发现消除共振的方法无疑是科学才智的伟大体现。据史籍记载，晋代张华(公元232—300年)对共振现象作出了正确的解释，并提出了消除共振的方法：

　　晋中朝有人蓄铜澡盘，晨夕恒鸣如人叩。乃问张华，华曰：“此盘与洛阳钟宫商相谐，宫中朝暮撞钟，故声相应。可错令轻，则韵乖，鸣自止也。”如其言，后不复鸣。(《异苑》卷2)

　　铜澡盘，即铜盘，类似古代敲击乐器方响。西晋国都在洛阳。原来，朝廷内的钟声与这个铜盘的音高一致。因此，每夕敲钟，铜盘即共振发响。张华提出，用锉刀在铜盘周围稍微锉一点，就不会发生共振了。铜盘的主人照此去做，果然铜盘不再鸣响。

　　还有一个有趣的故事：唐朝时期，洛阳某寺内一僧人房中挂着一种乐器——磬，它经常自鸣作响。该僧人因此惊恐成疾，求医无治。他有一个朋友叫曹绍夔〔kui葵〕，是朝中管音乐的官员，闻讯此事，特去看望僧人。这时正好听见寺内敲钟声，磬也作响。于是曹绍夔说：你明天设盛宴招待，我将为你除去心疾。第二天酒足饭饱之后，只见曹绍夔掏出怀中铁锉，在磬上锉磨数处，磬再也不作响了。僧人甚觉奇怪，问他所以然。曹说：“此磬与钟律合，故击彼应此。”僧大喜，其病也随之痊愈。(《刘宾客嘉话录》)

　　无论是铜盘还是石质的磬，只要稍稍锉去一点点，就改变了它们的固有频率。因此，它们就不再和钟声共振鸣响。这些故事，表明古代中国人具有丰富的声学知识。