关于中国近代科学先驱徐寿的Nature文章，经过考证，可能并非算为第一篇中国人的文章，因为这是一篇来信。但他关于声学的研究是实在的。这篇文章将简要介绍他的传奇经历。
撰文 | 铸雪
他少负不羁之才，却连秀才也不曾考中；他制造了中国第一台蒸汽机和第一艘轮船，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……
他就是中国近代科学的先驱和启蒙者，清末科学家、翻译家徐寿。
徐寿（1818.2.26~1884.9.24）
字生元，号雪村，江苏无锡人，清末科学家
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一封来自上海的投稿
1880年冬，英国知名学术期刊《自然》杂志的编辑斯通博士（Dr. W. H. Stone）收到了一封千里之外的来信，寄信人是来自上海的“John Fryer”。这封信原本是寄给爱尔兰物理学家丁达尔（John Tyndall，也译作“延德尔”）的私人信件，但寄信人认为信中所述的现象值得被引起更广泛的关注，所以他依照当时的学术惯例将信的副本寄给了《自然》杂志的编辑。
John Fryer，中文名傅兰雅，英国肯特郡海斯人，翻译家。长期供职于江南制造局，翻译西方书籍达129部，是在华外国人中翻译西方书籍最多的一位。清政府曾授予傅兰雅三品官衔。丨图片来源：wikipedia
文章作者提到了自己的同事徐寿对于丁达尔所著《声学》一书的质疑。丁达尔在书中提到，无论其是双侧开口管还是单侧闭口管，吹奏时的振动数，在一定时间内均与管长成反比。换言之，管长与吹奏频率成反比，故将管长截去一半可以使音阶提高八度，或曰使频率翻倍。上述结论即经典声学理论中的伯努利定律。然而徐寿的实验却显示上述结论存在一个很大的缺陷，即将弦、开口管和闭口管混为一谈。
丁达尔在《声学》一书中对于管乐发生原理的讲解。书中给出的结论是，“In both stopped and open pipes the number of vibrations executed in a given time is inversely proportional to the length of the pipe”。而这也正是徐寿提出质疑的地方。丨图片来源：纽约公共图书馆
徐寿的实验十分简单，他首先取一支长9英寸的开口铜管，对准一端的管口吹气，记录下产生的音调。然后将铜管截掉一半，然后用同样的动作朝余下的4.5英寸铜管吹气，发现不能发出高八度的音。然而，如果再截短半英寸，余下的4英寸铜管就可以准确地发出高八度的音。通过截取不同长度、不同直径的乐管做实验，发现结果惊人的一致。也就是说，截取原管长的4/9，即可以使乐管准确地发出高八度的声音。徐寿同时研究了西洋键孔竖笛，发现其设计亦符合上述比例。
开口管（如长笛，上图）和闭口管（如单簧管，下图）发声原理的对比。其中蓝色曲线代表空气柱的振动，红色曲线代表管内的气压变化。丨图片来源：www.phys.unsw.edu.au
虽然丁达尔未有复函，但信中的内容却得到了《自然》杂志的积极回应。《自然》杂志的编辑斯通博士表示徐寿的观察“perfectly correct”，稿件全文以《声学在中国》为题发表在《自然》杂志第23期，同时发表的还有编者按语和斯通博士的回复。
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。
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特立独行的科学奇才
尽管傅兰雅作为主笔完成了英文稿件的撰写，但信中的内容主要是翻译了清末科学家徐寿于1880年8月发表在《格致汇编》上的论文《考证律昌说》。
徐寿像丨图片来源：上海格致中学
徐寿（1818.2.26~1884.9.24），字生元，号雪村，江苏无锡人，清末科学家。徐寿幼时丧父，但母亲对他的要求十分严格。徐寿自幼聪颖，不但饱读诗书，对于书中内容还颇有独特见解。徐寿所处的时代，西学东渐的浪潮方兴未艾，但是科举考试依然是众多寒门学子上升的捷径。只是善于思辨的徐寿无法适应旧式的科举考试，以至于少负不羁之才的他甚至连秀才也没考中。在徐寿看来，八股文“无裨实用”，转而学习“经世致用”的学问。
清康熙二十四年状元陆肯堂殿试对策卷。明清科举考试要求考生完成所谓的“八股文”，文章题目取自四书五经，考生需“代圣人立言”。文章由破题、承题、起讲、入题、起股、中股、后股、束股八部分组成。丨图片来源：央广网
17岁时，徐寿的母亲去世。此时的徐寿生计无着，一度靠维修农具、乐器等维生。一次偶然的机会，他结识了晚清诗人华翼纶。华翼纶颇有爱才之心，遂邀徐寿至家中，并介绍给自己的长子华蘅芳和次子华世芳。不久，徐寿与华蘅芳一起来到上海，拜访了近代著名科学家李善兰。
清末数学家李善兰（左）与华蘅芳（右）。李善兰（1810~1882），字壬叔，号秋纫，中国近代数学的先驱。一生译著颇丰，并直接引进了大量数学符号，创译了诸如代数、常数、函数、级数、微分等数学名词。华蘅芳（1833~1902），字若汀，清末数学家。曾与徐寿共同研制中国第一台蒸气机和中国第一艘轮船“黄鹄号”。丨图片来源：wikipedia
上海之旅二人收获颇丰。徐寿不仅购买了以《博物新编》为代表的大量国外科技译作，同时采购了一批实验仪器。徐寿的涉猎十分广泛，“凡数学、律吕、几何、重学、化学、矿产、汽机、医学、光学、电学，靡不究原竟委”。自上海回乡之后，不仅亲自演算，还根据书上所述步骤动手实验。遇到手头没有的仪器，徐寿便亲自动手制作。据记载，徐寿曾制作指南针、象限仪等多种工具，甚至还制作过结构颇为复杂的自鸣钟。
自鸣钟模型。自鸣钟一种能定时自动报时的机械。因为不仅要保证报时的精度，所以制作自鸣钟对于工匠的技艺提出了很高的要求。丨图片来源：科学网
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“天下第一巧匠”
1860年，太平军的兵锋已经波及到了江浙地区，身处无锡的徐寿也被迫离开家乡。此时正值两江总督曾国藩驻扎安庆，在江苏巡抚薛焕的举荐下，徐寿、华蘅芳两人入职安庆内军械所，专办制造事宜。在曾国藩的支持下，徐寿等人花费四年时间，研制出我国第一艘机动轮船“黄鹄号”。
蒸汽机设计图。晚清舰船专家龚振麟曾制造过小型的“轮船”，然而由于当时并没有自主研制蒸汽机的技术，所以还需要人力推动叶轮。丨图片来源：HBTV
“黄鹄号”。据上海《字林西报》报道，“黄鹄号”长55尺，载重25吨；蒸汽机为双联卧式蒸汽机复机，单式汽缸，倾斜装置；锅炉为苏格兰式回烟烟管汽锅，长11尺，直径2尺6寸。这艘轮船除了“用于主轴、锅炉及汽缸配件之铁”，其它一切器材，包括“雌雄螺旋、螺丝钉、活塞、气压计等，均由徐氏父子之亲自监制，并无外洋模型及外人之助”。丨图片来源：HBTV
“黄鹄号”的成功令国人为之振奋，曾国藩在日记中如是写道：“窃喜洋人之智巧我国亦能为之，彼不能傲我以其所不知矣！”大喜过望的同治皇帝御赐徐寿“天下第一巧匠”的悬额以资鼓励。
“天下第一巧匠”悬额。据说徐寿每每念起自己所造轮船本就是西方常见之物，总不免感到汗颜。所以他从未悬挂此匾额，也不曾以此为傲。丨图片来源：知乎
“黄鹄号”建成后，徐寿等又开始制造大型兵舰，并于1868年建成中国第一艘明轮兵船“惠吉号”。该船全长185尺，宽27.2尺，吃水8尺，马力392匹，载重600吨，配炮9门，航速约9节。曾国藩称赞该船“坚致灵便，可以涉历重洋”。
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另起学管以习翻译
“黄鹄号”建造成功后不久，徐寿便上书曾国藩，建议开煤炼铁、自造火炮、操练水师、翻译西书。然而曾国藩却回信斥责“来禀所陈，似多出于揣度之词，不得要领”，并要求徐寿专心制造轮船，勿要妄论其它实务。
徐寿见无法得到曾国藩的支持，于是转而求助于江南制造总局会办冯俊光和沈宝靖。冯俊光等人很支持徐寿的想法，于是在江南制造总局设立了翻译馆。翻译馆先后聘请中外学者59人参加译书，其中外国学者包括傅兰雅(John Fryer)、伟烈亚力(Alexander Wylie)、玛高温(Daniel Jerome MacGown)、卫理(Edward T. Williams)、藤田丰八等，一大批中国学者如华蘅芳、李凤苞、赵元益、徐建寅等也参与其中。
徐建寅、华蘅芳、徐寿（上图中自左至右）。江南机器制造总局的翻译馆1868年奏请创办，翌年正式成立。翻译馆为世界先进科学技术的在中国的传播立下了汗马功劳。翻译馆旧址现位于江南造船（集团）有限责任公司，原建筑结构仍保持完好。丨图片来源：中国国家地理
徐寿等人与外国学者合作，先后完成了《汽机发轫》《金石识别》《运规约指》等图书的翻译，赢得广泛好评。曾国藩也一改往日的态度，盛赞“该局员等殚精竭虑，创此宏观，实属著有成效”。
部分徐寿主持翻译的图书。根据1909年翻译馆《江南制造局译书提要》统计，翻译馆先后共译书160种，是近代中国译书最多、影响力最大的翻译机构。其中《谈天》《地学浅释》《佐治刍言》《西国近事汇编》等在当时都颇具影响力。丨图片来源：知乎
徐寿本人也参与了众多图书的翻译工作，其中化学类图书的翻译较为系统，堪称中国近代化学的启蒙者。当时化学知识在国内传播最大的障碍乃是化学元素的翻译。有人主张将化学元素符号的字母音译转写为汉字，如将“锂”译作“梨”；有人主张直接将化学元素对应单词直接音译，如将“锰”译为“孟葛尼斯”；还有人主张应结合元素的性质，如将“氢”译作“轻”等等。混乱的翻译不仅让人莫衷一是，也影响了人们对于相关资料的理解，极大阻碍了化学知识的传播。
徐寿合译的《化学鉴原》，其中很多元素的翻译一直沿用至今。
相传，徐寿翻译过程中还受到了明朝皇室家谱的启发。朱元璋建立明朝后，要求后辈取名时首字依照辈份，末字遵循“木火土金水”五行相生的顺序。随着皇室子孙越来越多，不得已启用了众多生僻甚至生造的汉字。在《化学鉴原》一书中，徐寿如是写道：“西国质名，字多音繁，翻译华文，不能尽叶。今惟以一字为原质之名，取罗马文之音首，译一华字，首音不合，则用次音，并加偏旁，以别其类，而读仍本音。”
元素周期表丨图片来源：baike.baidu.com
徐寿以形声法为主要方式，辅以元素的性质。对于金银铜铁等国人熟悉的元素沿用前制，金属多采用金部（如钾、钙、钠、镁、铝等），固态非金属则采用石部（如硼、碳、硅、磷、硫等），气体元素则采用气部（氢、氦、氮、氧、氟等）。据统计，《化学鉴原》 中，有51个元素的中文名称系徐寿首创。徐寿这种通过造字翻译化学元素的方法，受到了业界的广泛认同。
江南制造总局翻译馆的译著不仅在国内影响很大，日本等周边国家也特地派人来华求购，这也是中日在科学名词上彼此相通的重要原因之一。
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致知在格物，物格而后知至
社会的进步，不仅仅依赖于新的技术，更依赖于不拘一格的人才。徐寿很早便意识到了这一点。1874年，英国驻上海领事麦华佗常以创办一家兼具阅览室和展览馆职能的机构。当时身为筹办机构董事会的成员，徐寿、傅兰雅建议不仅仅要创办一个阅览室，还要办成一所新式讲堂，以培养科技人才。
筹办书院，最大的障碍在于资金短缺。为此徐寿东奔西走，上书北洋大臣李鸿章、南洋大臣李伯羲，得到财政拨款2,000两白银。同时他又联系上海道台冯焌光，获得捐赠白银2,000两。再加上其他中外人士的捐赠，共筹募到白银5,000两。1876年6月22日，学校落成，取名“格致书院”，英文定名为“The Chinese Polytechnic Institution and Reading Room”，以“格物致知，求实求是”为校训。
上海市格致中学，前身即为格致书院，位于上海市广西北路66号。丨图片来源：wikipedia
就在开办格致书院的同年，徐寿又与傅兰雅共同创办了中国近代第一份综合性中文科学期刊《格致汇编》。《格致汇编》旨在向大众普及科学基础知识，对西方科学技术在近代中国的传播具有极为重要意义。徐寿在《格致汇编序》中指出了创办《格致汇编》的初衷：“此《汇编》之意, 欲将西方格致之学，广行于中华, 令中士之人不无裨益。”
《格致汇编》丨图片来源：知乎
《格致汇编》的栏目每期都会刊发数篇译文，然后是三个固定栏目：“算学奇题”“互相问答”“格致杂说”。以徐寿为代表的众多近代科学家为刊物撰写稿件、编译文章。值得一提的是，前文提到的论文《Acoustics in China》，即傅兰雅将徐寿《考证律吕说》一文译为英文后向《自然》杂志投稿。
徐寿将自己生命的最后十年全部奉献给了格致书院。1884年，徐寿逝世，葬于今无锡市梅园公墓。程培芳在《徐雪村先生序》中称赞徐寿“奇杰士”。徐寿曾指出“格致之理必藉制器以显，而制器之学原以格致为楷”。格物而后致知，也是徐寿一生波澜壮阔的写照。
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本文经授权转载自微信公众号“外研社科学出版 ”，愿题目为《不会做八股文的他，却是第一位在国际顶级学术期刊Nature发表论文的中国人》。
