100多年前，这位中国科学奇才已经在《自然》上发论文

在《自然》杂志发表论文是全球科研人追求的目标。你知道吗？早在百余年前的清朝晚期，我们中国人就已经在《自然》上发表过论文→

撰文/李鹏 编辑/刘昭

新媒体编辑/李云凤

创刊于1869年的《自然》杂志是世界上最早的国际性、综合性科学技术期刊。能够在上面发表科研论文，历来都是全球科研人孜孜以求的梦想。很多人大概不会想到，早在100多年前的清朝晚期，我们中国人就已经在《自然》上发表过第一篇论文。

这个中国人是谁呢？他就是启蒙了整个中国近代科学的徐寿。徐寿集科学家、翻译家于一身，制造了中国第一艘轮船，是同治皇帝钦点的“天下第一巧匠”；他翻译了元素周期表，创办了中国近代第一所教授科学技术的学校，发行了中国第一种科学技术期刊……他既是中国传统工匠的谢幕者，也是近代科技知识分子的开路人，被称之为“晚清科技总设计师”。

▲徐寿 (图片来源/wiki)

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喜欢亲自验证的“老毛病”让他有了大发现

1874年的一天，时任上海江南制造局总办兼江南制造翻译馆翻译委员的徐寿，看到儿子徐建寅和英国传教士傅兰雅(John Fryer)合译的《声学》一书，这是著名物理学家、英国皇家学会会员约翰·丁铎尔所著的关于声学的书籍，于是就随手翻阅起来。

翻译出来的《声学》全书8卷2册，约8万字，插图169幅，详尽地描述了声学基本理论和实验内容。徐寿是个喜欢琢磨的人，也喜欢对一些科学技术知识亲自动手检验。《声学》这部书介绍了发声、传声和成音的原理，谈到了弦音、管音、钟磬之音，还讲到了摩擦震荡会产生声音。徐寿自幼就喜欢音乐，余暇之余，他不是吹奏就是把弄乐器。因此，这本书很快就引起了徐寿的兴趣。

读到第214页管音部分时，一条定律引起了徐寿的注意：“有底管、无底管发出声音的震动数，在一定时间内，皆与管的长度成反比……”也就是说在一定时间内，任何八度音阶必是吹奏震动数的两倍，因此开口管必须准确地截去一半，才能发出高八度音。

真的是这样吗？徐寿喜欢亲自验证的“老毛病”又犯了。他动手做了一支9寸开口的铜管，吹出了某一个音调，后截去铜管的一半，再吹时却并不能吹出高八度的音。经过多次实验，他发现只有再将这余下的4.5寸铜管截去半寸，才能准确地吹出高八度的音。这也就是说，两支相差八度音的开口管的长度比例不是2：1，而是9：4。

有底管、无底管发出声音的震动数，并不与管的长度成反比，而是9：4的比例。为了确保结论的正确性，他又用不同长度、不同直径的乐管做试验，结果都一样。

因此，他认为西方的研究结论应该是搞错了。这个发现让徐寿很兴奋，于是他将其写入了论文《考证律吕说》中，并发表在1880年第7期的科学期刊《格致汇编》上，他在文中写到，“惟声出于实体者正半相应，故将其全体半之，而其声仍与全体相应也。至于空积所出之声，则正半不应，故将同径之管半之，其声不与全体相应，而成九与四之比例”。

▲1868年设立的江南机器造制总局翻译馆的翻译处（从右至左：徐寿、华蘅芳、徐建寅），为清朝官办的翻译出版机构，简称翻译馆，附设于江南机器制造总局，是近代中国第一个由政府创办的翻译西书机构 (图片来源/视觉中国)

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《自然》杂志发文，尘封了100多年

《格致汇编》是我国近代最早的科学杂志，1876年2月在格致书院创刊，由傅兰雅担任主编。律吕是我国古代乐律学的统称，是研究律制构成与应用的科学，律管研究更是律学研究中的难题。

中国古代一向采用弦音和管音相合的方式确定音律，“以弦定律，以管定音”。律管即管式高音标准器，历来受到特别重视。然而，现代物理学实验表明，弦振动和管振动的方式不同，弦律和管律是有区别的。在数千年的历史长河中，中国传统音乐一直没有纠正这种错误的认知。徐寿对律管研究已达数十年，通过自己的研究和当时非常简陋的现代科学实验的方式，他对弦音和管音相合论持否定态度。

在《考证律吕说》中，徐寿彻底否定了中国延续千年的“管弦结合论”。他甚至指出，明代朱载堉缩小管内径的结论，“理虽近似，尚未密合”。并且他认为，《声学》第214页管音部分定律恰好与中国传统的弦音和管音相合论不谋而合。因此，这应该都是搞错了。

文章发表后，徐寿又找傅兰雅商量，希望他将自己的论文翻译后寄给《声学》的作者——丁铎尔，向他说明自己的实验结论。傅兰雅同意帮忙。1880年11月25日，翻译好的论文顺利寄出。不过，傅兰雅除了将这一实验和提出的问题写信寄给丁铎尔之外，还将徐寿的论文抄件寄给了《自然》编辑部，并写了一封信。尽管徐寿始终没有等到丁铎尔的回信，但《自然》杂志在收到论文和信件以后，于1881年3月10日改题为《声学在中国》将此文全文发表，以及编者按语和斯通博士的复信。

编者按语中说：“从中我们可以看到，以真正的现代科学矫正了一项古老的定律，已经非常出奇地在中国发生了。何况这是用最原始的器具来加以实现的。”

有研究者认为，徐寿在声学领域的成功研究，正是他的高深理论与高超实验技术相结合的成果。从而在中国近代科学史上书写了崭新的篇章。

▲STONE, W. Acoustics in China (声学在中国). Nature 23, 448–449 (1881) doi 10.1038/023448a0. 文章发表在《自然》杂志“News”栏目，按照当时的署名规范，作者项登记的是文章的编辑W. Stone

遗憾的是，徐寿并没有得到他的论文是否在《自然》上发表的消息。现有史料和迹象表明，徐寿不知其情。很多分析认为，根据常识和惯例，代寄稿件人傅兰雅应该会收到伦敦寄来徐寿论文的期刊和稿酬。但傅兰雅不告知徐寿，这是为什么？这到现在还是一桩悬案。

1987年，中国科学院自然科学史研究所王扬宗教授在国家图书馆（原北京图书馆）意外地发现英国《自然》杂志发表的徐寿论文《声学在中国》。直到这时，中国科学界才得以知晓，早在100多年以前，中国的科学家徐寿就已经在《自然》上发表科学论文了。

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“不务正业”，却成了科学奇才

徐寿1818年出生于手工业之乡江苏无锡，是个非常有个性的人，他的科举之路并不顺利，在旧式的“童子举”中，他竟连个秀才都没考上。一直没有取得功名的他最后干脆打了退堂鼓，甚至放出豪言“尝一应童子试，以为无裨实用，弃去”。大概意思是：“考了这么多年，还没考中，什么好处都没得到，也没学到什么实用的东西，我不学了。”

这并不是说徐寿颓废了，他给自己的人生换了一条跑道，将目光放到了当时的“经世之学”，也就是主张研究和解决实际的问题，讲求治国利民之道的学问。徐寿家境贫寒，在读书的同时，为了谋生，以及养活家人，他不得不一边务农，一边经商，通过贩卖粮食来赚取一些差价。

日子虽然辛苦，但是没有科举考试后的读书却很自由了。他阅读的书籍也从之前的四书五经扩大为：《诗经》《禹贡》《春秋》《汉书》《水经注》等，虽然一些书籍仍是文史范围，但是他的关注点已经变了。他在阅读古籍的时候，开始有意识的将书中的山川、物产、地理形态等等罗列出来，再和近代的地图比较，总结了很多地理的古今变迁。

徐寿所在的江苏无锡自古就是物产丰富的鱼米之乡，同时也是手工之乡，自古就有好手工的习俗。在这种氛围中，他也对手工艺的制作很有兴趣。史料曾对他这一爱好有所记载：“少好攻金之事，手制器械甚多。”

也是因为此，让他后来从古代的山川地理中脱离开来，转向当时更有实用价值的科学研究中，比如:数学、天文历法、物理、音律、医学、矿学等等。并且，他也开始学习从明代开始翻译的一些西方科学著作，渐渐的他对科学技术有了自己的认知，对西方工业革命以来的机械工艺也有了一些基本的了解。

▲徐寿、徐建寅和傅兰雅合作翻译的书籍 (图片来源/wiki)

后来，徐寿遇到了他一生的挚友华蘅芳，他也是我国近代著名的数学家和科学家。两人一起互相帮助，还特意到上海英国伦敦会传教士创办的墨海书馆，学习科学知识，也因此结识了当时的大学者李善兰。

在李善兰的帮助下，两人得以阅读、购买西方近代物理、动植物、矿物学等书籍，还购买了相关仪器，从这之后，徐寿便开始了自己的物理实验之路。为了学习光学，买不到三棱玻璃的他，就徒手把自己的水晶图章磨成三角形，用以观察七彩色谱。

徐寿有着强烈的好奇心，当别人都忙着种地读八股，他却整天琢磨一些奇奇怪怪的东西。就像学习光学一样，他一边学习理论知识一边进行可以尝试的一些实验。“这人有病，得治！”他身边的一些人说。然而正是这样，他初步掌握了不少重要的物理知识。而后他又通过自学、实验掌握了一些近代的化学知识。

就这样，中国近代的一位“科学奇才”产生了！

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自制蒸汽机轮船，给元素周期表中文命名

19世纪60年代中期，徐寿开始尝试研制蒸汽轮船。当时落后的晚清并没有蒸汽机的图纸和资料，唯一能用得上的就是西方近代科技书《博物新编》中的一张蒸汽机的简略图。为了更加了解蒸汽机，徐寿同华蘅芳常到江边观察外国小轮船，经过夜以继日地潜心研究。终于在3个月后，他们的研究有了些许成果——成功制成中国第一台蒸汽机。

这是一台小型的蒸汽机，气缸直径1寸7分，引擎转速每分钟只有240转。不久后，徐寿等人便将这台小型蒸汽机安装在一艘长约1米的木制小船上，但是实验效果并不理想，行驶500米后便停了下来，徐寿对这个结果难以接受，决定继续研究。经过一次失败，徐寿很快就弄清了故障原因,并用火管锅炉代替了原来的汽锅，解决了供气不足的问题。两个月后,这艘“小火轮”终于在安庆江面试航成功。

经过不懈的努力，中国第一艘蒸汽机轮船终于被成功研制出来。该船载重量25吨，长17米，排水量45吨。该船在长江下游试航时，在不到14小时内逆流行驶了225里，时速约16里；而返回时顺流仅用了8小时，时速约28里。

这艘轮船被命名为“黄鹄”，语出《战国策》中的“黄鹄因是以游乎江海，淹乎大沼”。这开启了我国近代造船业的先河。

▲“黄鹄”号是我国造船史上第一艘自制的汽机轮船 (图片来源/wiki)

1874年徐寿同傅兰雅在上海创办格致书院，聘请一些外国学者传授自然科学知识。与此同时，他也寻求更多外国学者的帮助，共同翻译了100多种自然科学方面的书籍，其中，大部分都是与西方化学相关的。其中在《化学鉴原》一书中，发表了我国第一张《中西名元素对照表》，当时共介绍63 个化学元素中文名称，由徐寿首创的有51个，依旧沿用至今的达36个。

徐寿命名元素周期表中文名到现在已经一个多世纪过去了,化学元素从60多种增加到100来种。但新发现元素的中文定名，依旧大体遵循徐寿当年运用的原则。徐寿也因此被称之为“中国近代化学之父”。

参考文献：

1.《中国传统工匠的谢幕者和近代科技知识分子的开路人，首个《Nature》发论文的中国人——徐寿》.新华每日电讯.2019-06-25

https://m.sohu.com/a/322742802_723051/

2.《在蒙昧的清末时期，徐寿是如何徒手造出中国第一艘机动军舰的？》.腾讯网

https://new.qq.com/omn/20200314/20200314A0DQ5O00.html

3.《徐寿为何被誉为晚清“第一巧匠”》.朱亚夫.陕西工人报.2018-05-29

4.《1881年徐寿论文：《声学在中国》》.徐泓 徐福彰 包正义.2012-09-28

http://www.shtong.gov.cn/node2/n189673/n86869/n87136/n87138/u1ai131009.html

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