Китайское слово «физика» («ули» – «законы вещей») впервые встречается в главе «Обозрение сокровенного» («Лань мин сюнь») ханьского трактата «Хуайнань-цзы»: «Янсуй добывает огонь от солнца, магнит притягивает железо, краб, [попав в] клей, портит его, а подсолнечник поворачивается за солнцем. [Отчего это происходит], будь хоть мудрецом, не объяснить! Ощущений глаз и ушей недостаточно для определения законов вещей, усилий сердца и мысли недостаточно для установления истины» (перевод Е. Померанцевой). Очевидно, что в древности понятие «законы вещей» включало в себя явления, относящиеся к оптике, магнетизму и биофизике. Но, судя по всему, этот термин подразумевал объяснение сути простых явлений, и его нельзя отождествлять с современной физикой. В последние годы эпохи Мин название науки «физика» (physics), пришедшей с Запада, переводилось как «гэусюэ» («наука о постижении сути вещей») или «гэчжисюэ» («наука о постижении природы вещей»). В 90-е гг. 19 в. в китайский язык из японских переводных учебников пришло слово «улисюэ», обозначающее физику в наши дни. Конечно, само по себе слово «физика» («законы вещей») в японском языке является заимствованием из китайского.
Историю китайской физики в общем можно разделить на три этапа: 1) этап развития традиционной физики с древних времён до конца эпохи Мин (17 в.); 2) этап постепенного завершения развития традиционной физики и распространения в Китае современной физики с конца эпохи Мин до конца эпохи Цин (1910); это период ознакомления Китая с современной физической наукой; 3) этап расцвета и развития современной физики в Китае с начала 20 в. Данный этап в свою очередь делится на начальный период до 1950 г. и на период становления и развития физической науки после 1950 г. Традиционная физика в Китае зародилась в древние времена, процесс её развития насчитывает несколько тысяч лет. Традиционная физика достигла многочисленных блестящих успехов в истории древней науки. На втором этапе в Китай прибыли иезуитские миссионеры, которые занялись распространением в Китае научных знаний Древней Греции, Древнего Рима и Раннего итальянского Возрождения. Однако современная физическая наука дошла до Китая только после Опиумной войны 1840-х годов. Европейские миссионеры распространяли в Китае знания и научные методы современной физики, во второй половине 19 в. в ходе Движения по усвоению заморских дел (Движение самоусиления, Янъуюньдун) было учреждено несколько современных школ, а в начале 20 в. Движение за новую культуру 4 мая ликвидировало некоторые антинаучные факторы, в результате чего в Китае постепенно утвердились основы современной физики и началось её развитие. Важнейшей чертой традиционной физики была эмпиричность, то есть физические знания брали начало в опытах и технических методах. Традиционными методами изучения истории традиционной физики являются сбор, упорядочение, анализ и интерпретация записей, касающихся физической науки, в документах или книгах прошедших эпох, также проводится немало имитационных испытаний или реконструкций физических исследований прошлого.
Основные достижения традиционной физики. В древности учёные и философы высказывали разные точки зрения относительно формирования и развития небесных тел, а также образования различных предметов. Хотя в древние эпохи идея о неделимом «атоме» была довольно слабо развитой, однако традиционной в Китае стала концепция неразрывной материи – «изначальной ци» («юаньци»). В некотором смысле когнитивная модель традиционной физики тесно связана с учением об «изначальной ци».
Знания о движении и механике. В доциньскую эпоху универсальное применение получили простые механизмы: рычаг, шкив, клин, скат, шестеренка. В эпоху Хань ремесленник Дин Хуань из Чанъаня создал круглую курительницу, которую можно было заворачивать в ткань и использовать для обогрева («бэйчжунсянлу»). Впоследствии это изобретение именовалось по-разному: «сюньцю» («благоухающий шар»), «дэнцю» («ламповый шар»), «сянцю» («шар-грелка с благовониями») и т.п. Курительница стала прототипом современного гироскопа.
В «Мо-цзин» изложено немало знаний по механике. Например, там обсуждаются основные принципы механического действия рычага, шкива и ската, приводятся верные определения тела в состоянии свободного падения, поступательного движения, вращательного движения, качения. Кроме того, в трактате были сформулированы понятия времени и пространства, обсуждалось соответствие времени и пространства процессу движения. Относительно вопроса пространства и времени в эпоху Мин Фан Ичжи высказал мысль: «Внутри пространства имеется время, внутри времени имеется пространство» («Предварительные сведения о принципах вещей» («Ули сяоши»), 2 часть).
Древние люди обладали достаточными знаниями касательно силы, а также отношения между силой и движением. «Мо-цзин» даёт следующее определение силе: «Сила – причина ускорения всех форм». В данном контексте слово «ускорение» («фэнь») близко к современному физическому термину «ускорение». В эпоху Вэй-Цзинь Лю Хуэй в комментарии к «Математике в девяти книгах» («Цзючжансуаньшу») употребил понятия «ицзили» («увеличение быстроты на один ли») и «цзяньчили» («уменьшение опоздания на один ли») для обозначения использующегося в современной физике термина «ускорение». В трактате «Записки об исследовании ремёсел» («Као гун цзи») были описаны сила трения качения и сила инерции. В главе «Искусство владычествовать» («Чжушусюнь») трактата «Хуайнань-цзы» приводится понятие равнодействующей сил, кроме того, даётся качественная характеристика отношению между силой, грузом и трением скольжения: «Те, кто поднимает тяжелые треножники, прилагают немного усилий, а побороть их нельзя. И даже если нужно эти треножники перенести, не дожидаются подмоги» (перевод Е. Померанцевой). В начале периода Чжаньго китайцы уже имели представление об эффектах бездействия внутренних сил механической системы. В главе «Гуаньсин» трактата «Ханьфэй-цзы» и в главе «Сяоли-пянь» трактата «Лунь хэн» («Взвешивание суждений») говорится, что люди не могут самостоятельно «поднимать тяжёлые предметы», а в случае, если «соберутся поднять их, не сумеют оторвать от земли». В главе «Каолиняо» («Изучение неба и земли») апокрифа «Шаншу», написанного в эпоху Хань, впервые формулируется механический принцип относительности: «Земля вечно пребывает в движении, но люди того не осознают. К примеру, человек, находящийся в лодке, недвижен и в то время, как плывёт лодка, не осознаёт её движения». В эпоху Пяти династий Ван Пу в ходе астрономических наблюдений обнаружил, как изменяется скорость движения планет. Он писал: «Планеты двигаются быстрее, когда они близко расположены к Солнцу, и медленнее, когда они далеко отстоят от Солнца» («Хронологические записи» («Ли чжи»), раздел династийной истории эпохи Пяти династий («Цзю У дай ши»).
С точки зрения гидромеханики в «Мо-цзине» ранее всего была изложена теория плавания тел. Мо Ди полагал, подобно тому, как на рынке за одну меру некоего товара берут пять мер другого товара, часть плавучего тела, находящаяся в воде, обеспечивает баланс всего тела. Он не обнаружил, что вес плавучего тела, находящегося в воде, равен объёму воды, который тело вытесняет. Однако фактически китайцы в древности уже в полной мере постигли теорию плавания тел.
С эпохи Хань китайцам были доступны знания о поверхностном натяжении жидкости. Для проведения экспериментов был изобретён сосуд, демонстрирующий поверхностное натяжение древесного масла. В эпоху Сун был открыт метод проведения опытов на удельный вес соляного раствора с помощью таких предметов, как семена лотоса и куриное яйцо. В эпоху Мин стало известно о разложении и сочетании компонентов тяжёлых жидкостей. В «Записках о путешествиях Сюй Сякэ» («Сюй Сякэюцзи») и в «Предварительных сведениях о принципах вещей» («Ули сяоши») Фан Ичжи говорится, что высота струи фонтана аналогична высоте источника. Особенно примечательны исследования Фан Ичжи и его ученика Цзе Сюаня, касающиеся распределения скорости в ламинарном течении. Учёные отметили, что «центральный поток неизменно быстрее бокового». Кроме того, они обнаружили, что скорости течения в различных точках вихреобразного радиального потока не равны между собой, но увеличиваются по мере приближения к центру водоворота. В эпоху Мин гидротехник Сюй Ючжэнь провёл эксперимент с пуском воды в резервуаре. При равных условиях пуск воды происходил быстрее через несколько меньших отверстий, чем через большее отверстие той же площади. Для водосбора и орошения в Китае со времён эпохи Хань использовался сифон, который назывался «каркающая ворона» («хэу») или «дракон, перелетающий через гору» («гошаньлун»). Ввиду этого начиная с эпохи Северных и Южных династий, руководствуясь идеей об «изначальной ци», китайцы много дискутировали относительно такого явления, как атмосферное давление.
Что касается знаний о твёрдых телах, в трактатах об изготовлении пилюль бессмертия и травниках минувших эпох содержатся записи о многочисленных камнях и кристаллах, даётся описание структуры формы, геометрической симметрии, термических и оптических свойств, методов распознавания и даже говорится о поддельном характере некоторых кристаллов. В трактате «Внешний комментарий к «Канону песен» господина Ханя» («Хань Ши вайчжуань») Хань Ина, составленном в эпоху Хань, впервые в мире была отмечена симметрия шестого порядка в кристалле снежинок.
С точки зрения знаний о механике материалов в «Мо-цзин» и в главе «Вопросы испытующего» («Танвэнь») трактата «Ле-цзы» обсуждаются вопросы разрыва и концентрации напряжения верёвки, при этом в «Мо-цзин» также даётся определение жёстким и мягким материалам. В «Записках об исследовании ремёсел» («Као гун цзи») изложено немало вопросов, касающихся материалов, в особенности – отношения между деформацией кожи и напряжением. Чжэн Сюань и танский учёный ЦзяГунъянь, основываясь на данных экспериментов с силой пуска стрелы из лука, в комментарии к главе «Мастер по производству луков» («Гунжэнь») «Записок об исследовании ремёсел» выдвинули закон упругости. Чжэнь Сюань отметил, что, когда каркас лука находится в пределе упругости, он «при добавлении одного даня растягивается на один чи». ЦзяГунъянь, объясняя теорию Чжэн Сюаня, писал, что каркас лука «при добавлении одного даня растягивается на один чи, двух даней – на два чи, трёх даней – на три чи». Тем самым была описана прямопропорциональная зависимость между деформационным сдвигом лука и внешней силой. В эпоху Сун генерал Ян Чэнсинь изготавливал луки и стрелы, в результате чего преобразовал закон эластичности Вэй Пи для арбалета и выдвинул новый метод измерения гибкости арбалета: «Нужно подвесить арбалет на перекладине так, чтобы с двух его концов свешивались грузы» (Цзян Шаоюй «Шиши лэйюань»; «История династии Сун – Жизнеописание Вэй Пи» («Сун Ши. Вэй Пи чжуань»)), тем самым было устранено нелинейное воздействие в процессе измерения жёсткости лука. В эпоху Сун в «Образцах строительства» («Инцзаофаши») Ли Цзе установил отношение высоты к ширине перекладины как 3:2. Он в общих чертах обдумал два аспекта: жёсткость и напряжённость.
Знания по оптике. В Древнем Китае выплавка стекла не была развита, поэтому традиционным стало производство зеркал из бронзы. Бронзовые зеркала появились в период культуры Цицзя (2800 – 2000 до н.э.). Изобретение вогнутого зеркала, которое помещалось на солнце для того, чтобы высекать огонь, относится к эпохе Западная Чжоу. В главе «Ле-ши» трактата «Записки об исследовании ремесёл» («Као гун цзи») описана пропорция сплава, использовавшегося для изготовления бронзового зеркала: «Ровным будет то зеркало, для которого возьмётся половина меди и половина олова». Огромным достижением трактата «Мо-цзин» является резюмирование знаний по оптике периодов Чуньцю и Чжаньго. Эти знания записаны в следующем порядке и сводятся к следующим восьми пунктам: 1) определение тени и разъяснение причин её формирования; 2) отношение между светом и тенью; 3) поступательный характер света и его доказательство посредством экспериментов с фотографическим ящичком с небольшими отверстиями; 4) особенности светового отражения; 5) определение размера тени в зависимости от взаимного расположения предмета и источника света; 6) получение изображения с помощью плоской линзы; 7) получение изображения с помощью вогнутой линзы; 8) получение изображения с помощью выпуклой линзы. В этих восьми пунктах рассматривались как тень, так и изображение, что в целом заложило основы геометрической оптики.
С эпохи Хань китайцы начали уделять внимание двойным линзам и получению изображения с их помощью. Несколько учёных из окружения правителя княжества Хуайнань Лю Аня создали оптический прибор по типу трубы. Даосская и буддийская школы мысли использовали методы получения изображения с помощью двойной линзы в деле проповедования даосского и буддийского учений. В начале эпохи Тан Лу Дэмин в комментарии к главе «Поднебесная» («Тянься») трактата «Чжуан-цзы» писал: «Зеркало отражается в другом зеркале, и другое зеркало также отражается в первом зеркале. Два зеркала стоят друг против друга и бесконечным образом повторно отражают друг друга».
В эпоху Хань китайцы также обладали знаниями относительно фокусного расстояния и фокусной позиции вогнутой линзы. В эпоху Сун Шэнь Ко нашёл закономерность получения изображения с помощью вогнутой линзы посредством метода геометрической оптики, который назывался «метод постижения вещей» («гэшу»). Также имеется немало записей о получении изображения с помощью цилиндрической линзы. В главе «Дела человеческие» («Цисусюнь») трактата «Хуайнань-цзы» сказано, что изображение, полученное на гладкой поверхности чаши, является овальным. Лю Чжоу отмечал, что «продольная [цилиндрическая] линза даёт длинное изображение, а поперечная – широкое» («Лю-цзы. Чжэншан»).
Учёные минувших эпох также интересовались получением изображения с помощью небольших отверстий. Шэнь Ко объяснял причину формирования в этом случае перевёрнутого изображения поступательной природой света и «последовательностью» прохождения через отверстия. В эпоху Юань Чжао Юцинь провёл эксперимент по получению изображения с помощью небольших отверстий посредством размещения более тысячи свечей на нескольких десятках опор в двухэтажном доме. Он установил различные источники света и ширмы на каждом из двух этажей и проделал в зажимных планках двухэтажного здания небольшие отверстия. Меняя размер и силу источника света, меняя контур и размер отверстий, а также меняя расстояние между источником света, отверстиями и ширмой, Чжао Юцинь сделал немало точных выводов относительно получения изображения с помощью небольших отверстий и вывел теоретическое понятие освещённости.
Хрусталь и хрустальные линзы неоднократно обнаруживались при раскопках. Не позднее эпохи Западная Цзинь китайцы уже умели добывать огонь с помощью линз. В эпоху Хань китайцы также овладели знаниями об изготовлении линз из льда и методах добычи огня с их помощью. В трактате «Всеобъемлющее искусство Хуайнани» («Хуайнаньваньбишу») сказано: «Следует вырезать круг из льда и обратить его к солнцу, и трава, что будет в его тени, загорится». С тех пор линзы из льда и способ получения огня с их помощью получили широкое распространение в Китае прошлых эпох. В эпохи Хань – Тан торговцы и посланники преподносили императорам «выпуклые зажигательные стёкла» («хочжу», «хоцичжу»), то есть стеклянные выпуклые линзы, использовавшиеся специально для высечения огня. В эпоху Мин Фан Ичжи узнал об отличии световых потоков, проходящих через вогнутые и выпуклые линзы: «Через вогнутое стекло свет преломляется впереди, через выпуклое стекло свет преломляется сзади».
Стоит упомянуть, что Тань Цяо из царства Южная Тан овладел знаниями по получению изображения с помощью четырёх видов линз, к которым относятся плоско-выпуклая линза, двояковыпуклая линза, плоско-вогнутая линза и вогнуто-выпуклая линза. Тан Цяо был учёным, обладавшим наибольшими знаниями о разновидностях линз и получении изображений с их помощью в Средние века. В эпохи Тан и Сун было изобретено увеличительное стекло. Лю Ци в «Записках о днях, свободных от трудов» («Сяжицзи») упоминал о распознавании неясностей в казённых бумагах во время расследования преступлений с помощью хрустального увеличительного стекла. Равным образом без использования увеличительного стекла в эпохи Тан и Сун невозможным было бы появление сложного по технике выполнения, детального искусства миниатюр. В эпоху Сун была изобретена особая комбинированная линза, а именно выпуклая линза, устанавливавшаяся на внутренней стороне донца винной чаши, причём поблизости от внешней зоны фокуса линзы располагались различные мелкие предметы: рыбы, цветы и т.д. Когда в чашу наливали водку-байцзюй, жидкость и выпуклая линза формировали комбинированную линзу, и человеческий глаз различал мнимые увеличенные изображения предметов внутри чаши.
В древности люди открыли различные виды холодного свечения: люминесценция, флюоресценция, свечение микроорганизмов и грибов, хемилюминесценция. Со времён Тан и Сун художники овладели техникой написания картин с использованием флюоресцентных материалов, благодаря чему создавалось ощущение, будто на картине «днём коровы щиплют траву за пределами загона, а по ночам возвращаются в загон на отдых» (сунский комментарий к «Неофициальной истории Сяншаня» («Сяншаньелу») Вэнь Ина).
В эпоху Восточная Хань Чжан Хэн разъяснял солнечные и лунные затмения с помощью тени солнца и луны. Шэнь Ко, Чжао Юцинь и другие учёные также объясняли явление затмений, проводя демонстрационный эксперимент с двумя или тремя маленькими мячами. Китайцы видели причину появления лунного света и смен фаз Луны в световом отражении. В эпоху Тан ДуаньЧэншу отмечал: «Луна по форме похожа на шарик. У него есть тень, а выпуклая сторона его освещается Солнцем» («Основа небесных принципов» («Тяньчжи») из сборника «Всякая всячина из Юяна» («Юянцзацзу»)). Сказанное ДуаньЧэнши намного опередило научное подтверждение его слов.
Создание «волшебных» линз относится к периоду Чжаньго. Они представляли собой плоские зеркала с разной степенью кривизны. Поскольку кривизна зеркальной поверхности соответствовала узорчатому рисунку на обратной стороне линзы, трансформации кривизны были незначительными, ввиду этого их невозможно было заметить невооружённым глазом. Подобного рода линзы попали в Японию, где стали называться «волшебными зеркалами». В 19 в. они дошли до Европы, вызвав интерес некоторых оптиков. Китайцы с эпохи Сун уделяли немало внимания производству линз и причинам их светопроницаемости. Самое раннее объяснение принадлежит Шэнь Ко: «Когда отливается зеркало, сначала остывают тонкие места. Лишь узоры на задней стороне зеркала отличны по толщине, и они остывают во вторую очередь, и тогда медь сильно сжимается. Пусть узоры расположены на задней стороне зеркала, но и на передней стороне они оставляют тайные следы, что обнаруживаются на свету» («Утварь и её применение» («Циюн») из «Записей бесед в Мэнси» («Мэнси би тань»). У Янь (также известен как УцюЯнь) в эпоху Юань, ЧжэнФугуан в эпоху Цин и другие учёные предоставляли собственные объяснения этого явления. Особенно стоит отметить, что ЧжэнФугуан, раскрыв высказанную Шэнь Ко идею «тайных следов» как «вогнуто-выпуклые отпечатки» и объяснив воздействие вогнутости и выпуклости поверхности на отражение света, сравнил водную поверхность («стоячей воды») с зеркальной. ЧжэнФугуан первым в мире дал научное объяснение принципу работы линз. Также он обратил внимание, что подобные явления возникают в процессе изготовления листового стекла. Это стало важным предостережением для специалистов по точным оптическим приборам того времени.
Что касается знаний о причинах формирования радуги, в эпоху Тан Кун Инда обозначал их следующим образом: «Радуга появляется как отражение солнечного света в каплях дождя» (комментарий Кун Инда к главе «Юэлин» («Смена сезонов») «Ли-цзи»). В эпохи Тан и Сун также проводился эксперимент по искусственному выявлению радуги «в брызгах воды на солнечном свету». В эпоху Сун ЧэнДачан представил явление разложения света в шариках льда и каплях росы: «Не сама роса окрашивается в эти цвета, но солнечные лучи придают воде окраску» («Яньфаньлу», девятая глава). Возможно, он предположил, что солнечный свет сам по себе вмещает в себя различные цвета спектра. В эпоху Сун Ян И отметил, что «горный хрусталь в солнечных лучах окрашивается в разные цвета» («Ян Вэнь-гун тань юань»). В эпоху Мин Фан Ичжи сделал следующий вывод: «Обычно поверхность самоцветов выпуклая, и свет, отражаясь от них, цвета не меняет, некоторые же камни образуют грани и на свету непременно окрасятся в разные цвета» («Предварительные сведения о принципах вещей» («Ули сяоши»), восьмая глава).
В древности китайцы полагали, что человеческий глаз различает предметы, опираясь на свет огня. Также они открыли такие явления, как дальтонизм, отрицательное зрение и хроматика.
Знания по акустике. Термин «акустика» впервые встречается в «Записках бесед из Мэнси» («Мэнси би тань») Шэнь Ко. Термин «вибрация», связанный с произнесением звука, впервые встречается в трактате «Записки об исследовании ремёсел» («Као гун цзи»). Понятия волн и колебаний можно увидеть в трактате «Взвешивание суждений» («Лунь Хэн») Ван Чуна. В главе «Фу-ши» трактата «Записки об исследовании ремёсел» сказано, что звук рождается за счёт колебаний предметов: «От величины колебания зависит чистота звука». В «Анталогии музыкальных трактатов» («Юэшуяолу»), составленной по высочайшему повелению императрицы У Цзэтянь, предполагалось, что источником звука являются структура колебаний и воздух, в зависимости от них мы и улавливаем звуки. В области классификации звуков древние китайцы также самостоятельно додумались до некоторых концепций.
В главе «Юэ-цзи» («О музыке») трактата «Ли-цзи» и других древних источниках даётся определение музыкальному звуку как обладающему «выраженными», «чётко прослеживаемыми» изменениями, то есть утверждается, что существует закономерность смены высоты звука и ритмическое звучание. Шумовые помехи определяются как «возмущение», «нарушение порядка звучания» («Переиздание словаря Юйпянь» («Юйпяньчунсю») в эпоху Сун ЧэньПэннянем и другими авторами).
Древние китайцы имели представление об отношении между физическими характеристиками струны или трубы и высотой звука, который они издают. Изготавливая такие язычковые музыкальные инструменты, как губной органчик-шэн, китайцы издавна оборудовали их «свободным язычком»: наносили на язычок немного воска или олова, чтобы контролировать колебания язычка. В 18 в. этот метод распространился в Европе, произведя революцию в европейском производстве язычковых инструментов. Что касается мембранных инструментов, китайцы умели воздействовать на их способность к звучанию посредством регулирования размера мембраны, длины акустического резонатора и натяжения мембраны. Относительно инструментов, издающих звук за счёт колебаний дощечек или пластин, их звук зависел от длины и толщины дощечки или пластины: «Чем тоньше пластина, тем тише издаваемый звук» (Шэнь Ко, «Записи бесед в Мэнси»). В главе «Цин-ши» («Мастер по изготовлению цинов») «Записок об исследовании ремёсел» не только определялось отношение между звучанием гонга-цина и его толщиной, но и приводились методы регулирования его звучания: «Если звук чересчур высок, нужно отшлифовать боковую часть гонга, если же звук чересчур низок, отшлифовать надлежит конец гонга». Что касается металлических пластин, таких как медные барабаны, метод регулирования их грохочущего звука во многом определялся продольными и поперечными узловыми линиями колебаний круглой пластины.
В эпоху Шан китайцы изготавливали колокола-бяньчжун, звучащие по принципу колебаний корпуса. В 10 в. до н.э. колокольные мастера могли произвести такой корпус колокола, который звучал на два тона, отстоящих друг от друга на терцию. Глава «Главный настройщик музыкальных инструментов» («Дяньтун») части «Блюститель весеннего приказа» («Чуньгуаньцзунбо») трактата «Чжоуские ритуалы» («Чжоули») и глава «Колокольный мастер» («Фу-ши») трактата «Записки об исследовании ремесёл» («Као гун цзи») являются самыми ранними в мире записями, касающимися отношения между формой корпуса колокола и его звучанием, знаний о колебательных движениях и стандартах проектирования колоколов. В эпоху Северная Сун была изготовлена чаша с орнаментом из рыб (или драконов), которая использовалась для демонстрации колебаний корпуса и стоячих волн, которые они вызывали на водной поверхности.
Дун Чжуншу говорил, что резонансные вибрации звука «проявляются сами собой» («Обильная роса летописи Чуньцю» («Чуньцюфаньлу»)). В эпоху Чжаньго в главе «Сюй Угуй» трактата «Чжуан-цзы» впервые в мире было описано явление резонанса при игре на цине и сэ. Впоследствии записи об этом стали обычным явлением. В эпоху Цзинь Чжан Хуа первым в мире открыл способы устранения резонанса. Когда он узнал о резонансе инструмента «медные тазы» («тунцзаопань», в настоящее время называется малыми тарелками), он сообщил, что «возможно, лин играется слишком легко, потому и звуки не мелодичны или же звучание и вовсе прекращается» (Лю Цзиншу «Сад удивительного» («И юань»)). Известна история о том, как в эпоху Тан ЦаоШаокуй, подпилив гонг-цин буддийского монаха, устранил резонанс.
Древние китайцы обнаружили немало примеров отражения и преломления звуковых волн. В «Предварительных сведениях о принципах вещей» («Ули сяоши») Фан Ичжи описал влияние градиента скорости ветра и градиента температуры на распространение звука.
Метод сокращения или увеличения на треть был сформулированным в древности математическим методом вычисления интервалов и звукорядов. Он включал в себя программу вычислений, предусматривавшую «прежде всего сокращение числа (умножение на 2/3), затем увеличение числа (умножение на 4/3), а на ступени жуйбинь повторное увеличение». Двенадцать ступеней звукоряда (12 люй), получавшиеся подобным методом, находились в пределах одной октавы. Вычислительный процесс сокращения и увеличения на треть представлен в таблице ниже. Начиная с первой ступени «хуанчжун» основным критерием служит длина хорды, методом снижения и увеличения третей можно рассчитать ступень «чжунлюй» и одиннадцать ступеней перед ней. Поскольку 1/3 или 2/3 являются неделимыми числами, то «чистая хуанчжун» выводится при умножении на 1,5 ступени «хуанчжун».
В эпоху Мин до девятого года Ваньли (1581) принц Чжу Цзайюй разработал равномерно темперированный двенадцатиступенный строй. В то время как он получил скорректированное число устьев открытых трубок, он равным образом установил двенадцать трубок-камертонов. Также он создал струнные и духовые инструменты, игравшие в соответствии с этим строем.
В доциньскую эпоху школа моистов впервые додумалась использовать в войсках реверберацию керамических сосудов, спрятанных под землёй, чтобы подслушивать звуки, издаваемые во вражеском лагере. В эпохи Тан и Сун военные специалисты называли этот метод «прослушивание кувшинов» или «прослушивание земли». В эпоху Мин Яо Гуансяо первым в мире соорудил звукоизоляционную камеру, используя керамические сосуды. В начале эпохи Мин в Храме Неба были построены алтарь для жертвоприношений и стена с акустическим эффектом. Впервые такое сооружение, как Пагода птичьего пения (Инъин та) храма Пуцзюсы в городе Юнцзи провинции Шаньси, было возведено в период правления династий Суй и Тан и перестроено в годы Цзяцзин эпохи Мин. В нём также использовались особенности отражения звуковых волн. Не позднее чем со времён династии Хань китайцы уже использовали методы ловли рыбы на звук. Рыбаки эпох Мин и Цин изобрели способ распознавания движения косяков рыб под водой с помощью бамбуковой трубки. Её функциональный класс напоминал современные гидролокаторы. Из различных музыкальных и речевых механизмов, изобретённых в прошлые эпохи, следует выделить устройство искусственно синтезированной речи, успешно изготовленное в эпоху Тан главным зодчим Ян Улянем. Он вырезал из дерева фигурки деревянных монахов, которые как бы просили милостыню, и, когда они доверху наполнялись деньгами, «внезапно открывался затвор, и монахи естественным образом произносили слова благодарности» (Чжан Хо, «Анекдоты двора и деревни» («Чаоецяньцзай»), 6 часть).
Электричество и магнетизм. В эпохи Цинь и Хань китайцы уже хорошо понимали явление электрической индукции, возникающее при трении янтаря и панциря черепахи. В эпоху Западная Цзинь Чжан Хуа обнаружил, что при расчёсывании волос лаковым гребнем, при снятии меховой или шёлковой одежды возникает вспышка статического электричества и звук электрического разряда («Заметки о множестве вещей» («Бо у чжи»)). В эпоху Тан ДуаньЧэнши заметил, что, если погладить кошку рукой, может возникнуть вспышка статического электричества («Всякая всячина из Юяна» («Юянцзацзи», часть вторая, глава 8). В эпоху Сун Чжан Банцзи и Го Туань независимо друг от друга описали явление электростатической индукции в случае с павлиньими и петушиными перьями. В эпоху Мин Чжан Цзючжэн и Ду Гун также независимо друг от друга открыли вспышки статического электричества в случае с собольей шубой и богатыми одеждами, а также при изготовлении шёлковой ткани. А Юй Фань уже в молодости знал, что янтарь «притягивает травинки».
Древние китайцы вовсе не предполагали, что все вышеизложенные явления электризации трением связаны с электричеством, но связывали с электричеством грозу. В главе «Чжуйсинсюнь» трактата «Хуайнань-цзы» гром и молния объединены с понятиями инь и ян, в связи с чем отмечается: «Инь и Ян, сближаясь и противоборствуя, производят гром, возбужденные, разражаются громовым раскатом» (перевод Е. Померанцевой). Наибольшее значение имеет предположение Ван Чуна: «Гром – это огонь». Данное предположение сделано на основе пяти аспектов: того, что удар грома [молнии] опаляет кожу, сжигает деревья и траву, сопровождается запахом гари, светом и треском. Начиная с эпохи Хань китайцы постоянно обнаруживали явления конвекционных электрических зарядов на остриях оружия, на гребнях крыш и шпилях башен. Во время отдельных наблюдений за ударами молнии, при которых оплавлялся металл, но не обжигалась лакированная деревянная утварь, Фан Ичжи сделал вывод: «Грозовой огонь оплавляет металл и камень, но лаковые изделия оставляет нетронутыми» («Предварительные сведения о принципах вещей» («Ули сяоши»), часть вторая). Это истоки современных знаний о проводниках и изолирующих телах.
Иероглиф «цы» (磁), обозначающий магнит (магнитный железняк, Fe3O4) в доциньскую эпоху писался как «慈» (что, помимо «магнита», также обозначает «милосердие», «любовь»), что иллюстрировало свойство магнита притягивать железо, как «мать призывает своих детей». Китайцы ещё давно обнаружили, что магнит притягивает железо. В эпохи Тан и Сун места, где добывался природный магнит, называли «цышань» («магнитные горы»), «цычжоу» («магнитные земли»). В травниках прошлых эпох стандартом различения сильных и слабых магнитов являлось количество притягиваемого ими железа. Явления магнетизма и электричества китайцы всегда ставили в один ряд, отмечая, что «магнит притягивает железо, а панцирь черепахи притягивает травинки». Они могли притягиваться друг к другу в результате неявной связи между их энергиями-«ци».
В трактате эпохи Хань «Всеобъемлющее искусство Хуайнани» («Хуайнаньвань би шу») и трактате эпохи Сун «Цзе ли пянь», написанном Чжуан Чо, были описаны искусственные магниты (например, шахматные фигурки, магнитный черпак). Железная стружка или тонкие иглы, полученные с помощью стального напильника, куриной кровью наклеивались на верхушку шахматной фигурки или на корпус черпака. После высыхания можно было продемонстрировать «состязание шахматных фигурок» или же в воде – «состязание черпаков». Расположив магниты рядом с этими шахматными фигурками, китайцы обнаружили два явления: «магнит притягивает фигурку» и «магнит отталкивает фигурку», то есть явления магнитного притяжения и отталкивания. В эпохи Хань и Цзинь путём наблюдения было выявлено дальнодействие, описанное как «полёт над магнитом» и «воздействие на расстоянии». Кроме того, люди знали о прерывании магнитного действия с помощью бумаги, меди и мускульной ткани. Совместно это называлось «неявная сила разделения». В начале эпохи Цин Лю Сяньтин в «Записках о Гуанъяне» первым в мире описал явление магнитного экранирования, то есть прекращения действия магнита за счёт окружения его железными предметами.
Самым ранним прибором для указания направления с помощью магнитных свойств была сынань. Компас получил известность в поздний период эпохи Тан. Изобретение компаса было большим достижением геомантов. В начале эпохи Северная Сун Ян Вэйдэ в первый год Цинли (1041) завершил рукопись «Инъюаньцзунлу», в которой описал компас и склонение магнитной стрелки. Шэнь Ко продолжил это описание в «Записях бесед в Мэнси» («Мэн си би тань»), где изложил принцип создания компаса специалистом-геомантом с помощью магнитной индукции, а также рассказал об открытии магнитного склонения: «Мастер шлифует магнитом острие иглы, и тогда она может указывать направление, обращаясь на юг. Однако же зачастую незначительно отклоняется к востоку, не указывая полностью южного направления». Также Шэнь Ко коснулся вопроса полярности компаса и изложил четыре способа его настройки: погружение в воду, подвешивание на нити, размещение на ногте или кромке чаши. После этого записи о компасе появлялись повсеместно и очень часто. Вскоре после распространения обычного компаса зародился и морской компас. В уезде Линьчуань провинции Цзянси при раскопках были найдены две «фарфоровых статуэтки бессмертных» из захоронения эпохи Сун, которые были погребены в земле на 4-й год Цинъюань (1198). В правой руке каждый из бессмертных держал морской компас. В 9 – 12 вв. сухопутный и морской компасы уже использовались геомантами-гадателями при определении местоположения захоронений и занятиях геомантиях. Самые ранние записи об использовании компаса для морской навигации относится к концу 11 в. – началу 12 в. и встречаются в книге Чжу Юя «Беседы о Пинчжоу» («Пинчжоу кэ тань»), завершённой в первый год Сюаньхэ эпохи Северная Сун (1119). С тех пор во время морских плаваний китайцы неизменно использовали компасную навигацию. Без изобретения морского компаса не были бы возможными крупномасштабные морские перевозки эпохи Юань и семь плаваний флотилии Чжэн Хэ в начале эпохи Мин. После выхода компаса в море его распространение по миру происходило так же быстро, как передвигается корабль.
Помимо создания магнитной стрелки по принципу магнитной индукции, ЦзэнГулян в книге «Главные положения военных канонов» («Уцзинцзунъяо») изложил способ изготовления компаса в форме рыбы с помощью использования геомагнитного поля и угла геомагнитного наклонения при закаливании стальных пластин. В эпоху Южная Сун ЧэньЮаньцзин в трактате «Ши линь гуанцзи» описал метод изготовления компаса в форме рыбы или черепахи за счёт установления стержневого магнита на деревянной пластине в форме рыбы или черепахи.
Знания по термодинамике. Древние китайцы уже обладали знаниями о получении огня трением деревянных дощечек и высечении огня ударами по дереву. Для добычи огня первым способом использовали специальные палочки и свёрла, вторым – точильные серпы. Особенно стоит отметить, что предки народности цзинпо изобрели специфический воспламенитель: его ствол изготавливался из рога коровы, толкатель – из дерева, на переднюю сторону стержня налеплялись полынные волокна. Во время высечения огня в одной руке держали ствол, другой рукой проталкивали в него толкатель и немедленно вытягивали стержень, в результате чего полынные волокна воспламенялись. Подув на полынные волокна, можно было сразу раздуть огонь. До 19 в. ни одна народность не могла в теории знать о термодинамическом процессе адиабатического сжатия. А на практике цзинпо изобрели орудие для высечения огня, соответствующее принципам адиабатического сжатия. Такого рода орудия в 18 в. через Юго-Восточную Азию попали в Европу. В Европе их называли поршневыми воспламенителями.
В доциньскую эпоху китайцы рассматривали тепло как материю. Они включили огонь в число пяти элементов. Однако немало учёных также полагало, что тепло или огонь являются результатом некоторого движения. В главе «Внешние вещи» («Вай у») трактата «Чжуан-цзы» говорится: «Когда дерево трут о дерево, оно загорается» (перевод В. Малявина). В «Книге превращений» («Хуашу») Тань Цяо сказано: «Соприкасаются движение и покой, что становится причиной превращения в огонь». Уже в эпоху ЦинЧжэнГуанцзу подчёркивал: «Огонь рождается в результате движения, причиной воспламенения является наличие дерева».
Примерно с 300 г. до н.э. китайцы использовали принцип расширения предметов при нагревании и сжатия при охлаждении, проводя каналы и дробя каменные глыбы. Начиная с эпохи Хань ремесленники соединяли друг с другом предметы разного размера в соответствии с принципом расширения при нагревании и сжатия при охлаждении.
Уже в доциньскую эпоху китайцы осознали, как выражаются различные агрегатные состояния воды (в дожде, росе, инее, снеге, льде) и как они связаны с температурой воздуха. Так в главе «Наставления в учении» («Гуаньсюэ пянь») трактата «Сюнь-цзы» сказано: «Лёд образуется из воды, но холоднее её» (перевод В. Феоктистова). Алхимики обладали знаниями об отношении между агрегатным состоянием ртути и температурой. В эпоху Хань были сделаны наблюдения, что иней и роса не падают с неба, а являются результатом того, что водяной пар, поднимаясь с земли, сталкивается с температурными изменениями. Лю Сян в трактате «Всеобщий принцип «Пятикнижия» («Уцзинтунъи») писал: «Под зимним ледяным ветром роса, поднимаясь с земли, застывает и принимает форму инея».
Традиция варить чай в качестве напитка позволила китайцам в эпоху Сун открыть явление последовательного кипения воды. ЦайСян и Су Ши в соответствии с видом пузырьков и звуком описывали воду на различных этапах кипения с различной температурой как «слепые глаза», «глаза краба», «свистящий ветер». Кроме того, китайцы в древности рассматривали температуру человеческого тела, в особенности подмышечную температуру, как критерий различения температуры окружающей среды и других предметов. Эти знания применялись в процессе приготовления сыра, приправ, при разведении шелковичных червей и обжиге чайных листьев.
Ван Чун дал немало эмпирических описаний явлению теплопроводности: «Муж, приближаясь к воде, замерзает, приближаясь к огню, согревается. Когда же он отдаляется [от воды или огня], [эффект этот] постепенно сходит на убыль. Отчего это происходит? По причине наличия воздуха существует и различие между [температурой на] далёком и близком расстоянии» (глава «Смена тёплого и холодного времён года» («Ханьвэньпянь»), трактат «Взвешивание суждений» («Лунь хэн»)).
Также имелось немало технических изобретений, связанных с принципами термодинамики, например, воздушный шар, фонарь со скачущими лошадьми (каруселью, которая приводилась в движение разогретым воздухом) и др. В эпоху Мин Фан Ичжи также писал: «Если воткнуть иголку в землю и пойдёт снег, снегом покроется вся земля, но лишь то место, [куда воткнули булавку], останется нетронутым» («Предварительные сведения о принципах вещей» («Ули сяоши»), часть вторая). Изобретение светильника, экономящего масло, в эпоху Сун связано с явлением теплопроводности. Это был своеобразный держатель и резервуар лампы. Через отверстия в держателе можно было подавать сырую воду, так, чтобы масло под влиянием лампы не испарялось. Согласно описанию из «Четвёртой записи» («Дин-чжи») «Записей И-цзяня» («И-цзяньчжи»), автором которых был Хун Май, «стеклянная бутыль», изобретённая ремесленниками в эпоху Сун, была прообразом современных термосов. Сначала ремесленники заливали в держатель бутыли металл, затем – небольшое количество ртути, наконец плотно закрывали промежуток между держателем и бутылью, благодаря чему достигался эффект устранения теплового излучения и теплоизоляции.
Распространение западной физики и завершение развития традиционной физики. Физические знания с Запада впервые проникли в Китай на десятый год Ваньли эпохи Мин (1582) благодаря иезуитскому миссионеру Маттео Риччи. Период с этого года до пятого года Юнчжэн (1727), когда император Юнчжэн обнародовал указ о депортации миссионеров, был первой кульминацией распространения западной физики в Китае. В этот период Китай главным образом познакомился с научными системами Древней Греции и Древнего Рима, включая систему Птолемея, учение о силе Архимеда, Евклидову геометрию, теорию четырёх элементов, а также такие изобретения, как часы, маятник, трёхгранная призма и подзорная труба. Несмотря на то что вышеперечисленные знания были единичными и разрозненными, научные методы, отличные от традиционных китайских, такие как логическая дедукция и построение графика, вызвали огромный интерес китайских учёных. Китайские учёные, восприняв пришедшие с Запада знания, а также совместив их с традиционной китайской научной системой, обеспечили китайской традиционной физике вплоть до закрытия страны перед Опиумными войнами большой скачок в развитии. Китайцы научились изготавливать очки, подзорные трубы, ремонтировать часы. Появились специалисты по производству оптических приборов: БаоЦзюэ, Сунь Юньцю, Хуан Люйчжуан и др. ЧжэнФугуан, комбинируя знания по традиционной и западной физике, не только спроектировал и создал более десяти видов оптических приборов, таких как очки, трёхгранная призма, подзорная труба, микроскоп и т.п., но и традиционными методами точно описал выгнуто-вогнутую линзу, фокус, фокусное расстояние и закономерности получения изображения с помощью компонента таких линз. Конечно, схема светового потока в этой линзе была нарисована неверно из-за ошибочного представления о нём миссионеров-иезуитов. ЦзоуБоци также создал немало устройств, таких как подзорные трубы и фотографические устройства. Он почти в одно время с европейцами составил карту с помощью фотографической съёмки и был первым человеком в мире, который сделал фотографический портрет через стекло. Книга ЦзоуБоци «Дополнение к искусству постижения сути вещей» («Гэшубу») была первым трудом на китайском языке, в котором математическими методами делались выводы по геометрической оптике. Он единолично вывел формулу получения изображения с помощью оптических линз и компонента оптических линз, расчётную формулу фокусного расстояния компонента линз, методом многочлена выразил отношение между каждым параметром микроскопической линзы и получением изображения и т.п.
После Опиумной войны 1840-х гг. начался второй кульминационный период распространения западной науки в Китае, который продлился до падения династии Цин. Также это был период подлинного знакомства китайцев с современной физической наукой. Миссионеры, которые в эти годы приезжали в Китай, преимущественно исповедовали протестантизм. Их научная подготовка была в некоторой степени выше, чем у иезуитов в предыдущий период. Миссионеры переводили на китайский язык западные научные труды, основывали церковные школы, составляли учебные пособия, выпускали газеты и печатные издания, создавали издательские структуры, даже образовывали научные общества. Все эти действия способствовали распространению в Китае современной науки и физики. Ли Шаньлань, работая по отдельности с английскими миссионерами А. Вайли и Дж. Эдкинсом, перевёл астрономический труд «Беседы по астрономии» («Тань тянь»), труд по механике «Механика» («Чжунсюэ»), а также труд по математике «Элементы аналитической геометрии, дифференциального и интегрального исчисления» («Дай вэйцзишэцзи»), что заложило базу для распространения в Китае классической физики и её математических методов. После перевода этих трёх книг Ли Шаньлань также перевёл первый том «Математических начал натуральной философии» И. Ньютона, состоявший из 14 глав. В предисловии к «Беседам по астрономии» Ли Шаньлань, обращаясь к современникам, объявил, что движение Земли вокруг Солнца, эллиптическая орбита и всемирное тяготение являются «постулатами, незыблемыми, как горы, и их изменение недопустимо». Ли Шаньлань заявил, что он «твёрдо придерживается теорий о движении Земли вокруг Солнца и об эллиптической орбите». Это была декларация нового научного мировоззрения, принимаемого прогрессивными учёными, представителем которых был Ли Шаньлань. Также это стало исторической вехой перехода китайцев от традиционной к новой науке в процессе изучения классической физики. Сверх того было переведено и издано несколько трудов по оптике и акустике, распространение которых ознаменовало конец традиционной физики, основанной на эмпирическом описании.
В 60 – 90-е гг. 19 в. расцвета достигло движение Самоусиления (Движение по усвоению заморских дел). Китайцы впервые в истории соприкоснулись с процессом машинного производства. Одновременно с этим основывались школы по новому образцу, в которых преподавались научные методы и знания по механике, акустике, оптике. Это содействовало распространению и развитию западной науки в Китае в этот период. После движения ста дней реформ (реформ года у-сюй, 1898) вслед за открытием школ нового образца и постепенной популяризацией новой системы образования физика стала обязательным учебным предметом в рамках школьного образования. Это заложило фундамент для зарождения в Китае современной физики в следующий период. Можно сказать, что на этом этапе взошли первые ростки китайской современной физики.
Зарождение и развитие современной физики в Китае. Первая половина 20 в. стала начальным периодом развития современной физики в Китая. Начиная с первого десятилетия 20 в. всё больше и больше китайских студентов обучались физике за границей: в Европе и Америке. После возвращения на родину большинство из них посвящали себя преподаванию физики в университетах. В 1912 г. Столичные учительские палаты были переименованы в Пекинский университет, в 1918 г. был учреждён физический факультет. После этого физические факультеты были основаны в Нанкинском высшем педагогическом училище (впоследствии переименовано в Юго-Восточный университет) в 1918 г., в университете Цинхуа и Яньцзинском университете в 1925 г., в Шанхайском университете коммуникаций (Цзяотун) и в Чжэцзянском университете в 1928 г. К 30-м гг. число высших учебных заведений, учредивших физический факультет или физико-математический факультет, превысило 30. В 1916 г., когда физический факультет Пекинского университета окончили три первых выпускника, в Китае появились собственные специалисты по физической науке. С середины 20-х гг. до 30-х гг. 20 в. физическим факультетом Пекинского университета заведовали Ван Шоуцзин и ЖаоЮйтай, физическим факультетом университета Цинхуа – Е Цисунь и У Юсюнь, а физический факультет Яньцзинского университета возглавлял Се Юймин. К тому времени студенты физических факультетов уже воспитывались как будущие выдающиеся учёные в различных областях физического знания. В 1929 г. при университете Цинхуа был основан исследовательский институт, куда производился набор сотрудников для проведения исследовательской работы. Затем подобные структуры появились в Яньцзинском университете, Пекинском университете, Центральном университете. В 1928 г. и 1929 г. соответственно были учреждены исследовательский институт при Академии Синика и Бэйпинский исследовательский институт. В 1932 г. было провозглашено создание Китайского физического общества. В 1933 г. была основана газета «Китайский вестник физики» («Чжунгоулисюэбао»). Это знаменовало зарождение китайской современной физики.
30-е гг. 20 в. стали золотым веком развития китайской физики. Однако в конце этого периода разразилась Вторая Мировая война и японские войска вторглись в Китай, из-за чего расцвет физической науки сошёл на нет. Учебные заведения и исследовательские структуры в районах боевых действий переходили из рук в руки, огромное количество аппаратуры и учебных материалов было утрачено, студенты и преподаватели сталкивались с многочисленными трудностями, условия обучения и проведения экспериментов были крайне неблагоприятными. Несмотря на это работники физических исследовательских институтов по-прежнему продолжали заниматься преподавательской деятельностью, проводили научную и исследовательскую работу. Например, в Юго-Восточном объединённом университете был восстановлен исследовательский отдел. В университете Цинхуа было учреждено 5 специальных исследовательских институтов, а исследовательские структуры, занимающиеся изучением связанных с физикой областей: радиоприёмников и металлов – сумели достичь незаурядных успехов. Выдающимися физиками, которые получили образование в этот период, были Ян Чжэньнин и Ли Чжэндао.
В первой половине периода становления китайской современной физики большей частью исследовательская работа велась за рубежом и информация о её достижениях также публиковалась в зарубежной прессе. Но и в самом Китае проводилась исследовательская работа, достойная упоминания, например, лабораторное исследование молекулярного и атомного спектра в Бэйпинском исследовательском институте под руководством ЯньЦзицы, изучение общей теории относительности и теории турбулентности Чжоу Пэйюанем, исследование спектра многоатомных молекул У Даю, исследование полупроводников ФаньСюйюнем, новый метод синтеза и исследование характеристик рентгеновского излучения при кристаллическом анализе Юй Жуйхуана, предложение Ван Ганьчана по обнаружению нейтрино и др.
Во второй половине 20 в. началось действительное развитие современной китайской физики. Несмотря на то что в 50-е – 70-е гг. преподавательская и исследовательская деятельность осуществлялась по советской модели, что делало её несколько монотонной и неестественной, а затем «Культурная революция» на десятилетие замедлила преподавательскую и научную работу, однако после 1978 г. физическая наука в довольно благоприятной академической атмосфере добилась небывалых результатов.
На базе двух первоначальных исследовательских институтов и кафедры изучения радия Бэйпинского исследовательского института, который были реорганизованы, появилась лаборатория кристаллографии (Шанхай) и кафедра исследования атомной энергии (Пекин). В 1950 г. они стали подчинёнными структурами Китайской академии наук. Первый институт в 1952 г. был преобразован в физический исследовательский институт, а второй в 1958 г. – в институт атомной энергии. Вслед за развитием научной сферы численность подведомственных Академии наук физических исследовательских институтов увеличилась до десяти с лишним. В Пекине это были физический институт, институт физики высоких энергий, акустический институт, институт теоретической физики, в Шанхае – институт технической физики, институт ядерных исследований, в Хэфэе – институт физики плазмы, институт физики твёрдых тел, в Чанчуне, Ухане и Урумчи также были учреждены собственные физические институты, в Ланьчжоу – институт современной физики. Кроме того, появились исследовательские структуры, занимающиеся технической стороной электроники, полупроводниками и прикладной физикой. Что касается оптики, из отдельных структур также развилась крупномасштабная система исследовательских учреждений. В разное время были основаны институты точной механики и оптики в Чанчуне, Шанхае, Сиане, Сычуани и в других местностях. Некоторые исследовательские институты занимались изучением перекрёстных областей и областей, тесно связанных с физикой, например, институт биофизики, физической химии и др.
Во второй половине 20 в. физики занимались исследованиями в области оптики, акустики, физики высоких энергий, физики ядра, физики плазмы, физики конденсатов, статистической физики и теории сложных систем, квантовой информатики, а также криогеники, физики высокого давления, физики пространства, биофизики. Во всех этих сферах был достигнут ряд успехов. Например, исследовательская группа под руководством Ван Ганьчана в 1959 г. в объединённом исследовательском институте ядерной физики в советском городе Дубна открыли гиперон сигма, в 1964 г. Ван Ганьчан также выступил с предложением лазерного инерцмиально-удерживаемого термоядерного синтеза. В 1988 г. учёные-физики соорудили Пекинский аппарат взаимодействия позитрона и негатрона, Пекинский спектрометр и лабораторию синхротронного излучения, в 2003 г. они были реконструированы и усовершенствованы. С помощью этого крупногабаритного экспериментального оборудования удалось достичь результатов в многообразных экспериментах, которые привлекли внимание международных научных кругов. В начале 21 в. были сооружены ускоритель тяжёлых ионов в Ланьчжоу и его охлаждающе-накопительное кольцо, синхротронная лаборатория в Хэфэе, источник синхротронного излучения третьего поколения в Шанхае. В настоящее время производятся работы по строительству реактора для экспериментов с нейтрино в заливе Дая и источника выброса нейтронов из ядер путём их расщепления в Дунгуане провинции Гуандун. Все эти сооружения являются эпохальными вехами в истории китайской физики. Они доступны для проведения физических экспериментов и исследования как китайским, так и зарубежным физикам. Китайские физики также играют прогрессивную роль в деле разработки проектов атомной бомбы, водородной бомбы, ракетных снарядов, противоракетных установок, пассажирских космических проектов, лунной программы и др.
Активность университетского образования в области физики и проведения физических исследований несравнима с ситуацией в первой половине 20 в. При университетах один за другим открывались связанные с физической наукой исследовательские институты и кафедры, примерами которых могут послужить институт физики твёрдых тел и институт теоретической физики Пекинского университета, институт оптических исследований Нанькайского университета, институт современной физики университета и институт электрических источников света Фудань, институт атомной и молекулярной физики Цзилиньского университета, технический исследовательский институт ядерной физики Сычуаньского университета, акустический институт Нанкинского университета, институт ядерной физики Ланьчжоуского университета и др. Более того, в 80-х гг. 20 в. Китайская академия наук и высшие учебные заведения повсеместно открыли курсы на получение научной степени, выпускниками которых стали многочисленные магистры и доктора наук, в том числе и в области физики. Они провели немало исследований как в Китае, так и за рубежом, результаты которых были опубликованы в китайских и иностранных научных изданиях. Что касается производства и системы предприятий, среди сотен научно-технических исследовательских учреждений национальной оборонной системы, а также различных провинций, городов и автономных районов имеется немало структур, занимающихся исследованиями в области физики.
До 1950 г. на протяжении 17 лет вышло 7 серий газеты «Китайский вестник физики» («Чжунгоулисюэбао»), что составляло 14 выпусков. В 1953 г. газета была переименована в «Вестник физики» («Ули сюэбао»), с 80-х гг. она стала ежемесячником, кроме того, выпускаются следующие профильные издания: «Китайская физическая оперативная газета» («Чжунгоулисюэкуайбао»), «Физика» («Ули»), «Прогресс физики» («Улисюэцзиньчжань»), «Университетская физика» («Дасюэули»), «Преподавание физики» («Ули цзяосюэ»), «Акустика» («Шэнсюэбао») и др. Также всевозможные периодические издания по физике выпускаются в различных китайских регионах, исследовательских институтах и университетах. Профильные комитеты, находящиеся в подчинении физического научного общества Китая, раз в год или в два года проводят всекитайские научные дискуссии по физике, после которого выходит в свет сборник научных статей. Кроме того, эти комитеты осуществляют академические обмены в Китае и за рубежом.
С 80-х гг. 20 в. небывалым образом активизировались академические обмены в области физики. В первой половине 20 столетия в Китай количество известных физиков, приезжавших в Китай читать лекции, исчислялось единицами. В 20-е гг. для того, чтобы пригласить в Китай А. Эйнштейна, были задействованы коллективные усилия различных китайских научных учреждений и всех университетов Пекина, однако в итоге этот визит так и не состоялся. В настоящее же время не только выпускники китайских физических факультетов и научные работники занимаются совместными исследованиями с иностранными коллегами в передовых мировых лабораториях и научных учреждениях, но и немало иностранных научных сотрудников работает в китайских открытых лабораториях и исследовательских учреждениях при университетах, а множество знаменитых учёных приезжает в Китай для проведения исследований и академических обменов. Кроме того, в Китае многократно проводились и проводятся крупномасштабные международные научные симпозиумы в области физики.
В то же время развитие физической науки на Тайване, в Гонконге и Макао, начавшись с нуля, также достигло определённых успехов.
