中国古代对雷电现象的认识

第五章中国古代对雷电现象的认识、武当金顶
雷火炼殿与应县木塔避雷之谜
第一节中国古代对雷电现象的认识
一中国古代对“雷”、“电”的解读
大自然中的雷电现象早就引起了我国先民们的关注和研究，远在公元前一千多年殷商时期的甲骨卜辞中，就已经出现了“雷”字。

“雷”字最上面一横表示天，最长的一竖表示雨，里面的小点也是雨；下面的“田”字表示田野，由于当时实行的是“井田制”，所以写成了“田”。

而整个“雷”字则表示下雨时，在田野上空发出的雷声。

在西周时期的青铜器上，就已经出现了“電”字，“電”字的上面是个“雨”字，下面是个“电”字，整个“電”字不但表示了人们在田野上空所见到的强烈闪光的形状，而且还表示了只有在下雨时才能够看到这种闪光。

虽然这里的“电”字是专指闪电。

但是它已经向我们传递了这样一个科技信息，即我国古代的先民们不但用文字的形式，形象地描画了闪电，而且还明确表示了它的出现与下雨有关。

二中国古代关于雷电现象的记录与解释
1.对雷电形成原因的认识
在汉代以前的书籍中，我国就已对许多发生过的雷电现象进行了记载，并对其形成的原因及其本质进行了探讨，先后提出过多种不同的解释。

西汉时期的淮南王刘安在《淮南子·坠训形》中就有“阴阳相薄为雷，激抇为电”之说，意即阴阳二气的彼此相互碰撞而产生了雷；当阴阳二气彼此碰撞后分开时则产生了电。

东汉的王充在《论衡·雷虚篇》中也用类似的观点来解释雷电的成因。

他指出：
“盛夏之时，太阳用事，阴气乘之。

阴阳分争，则相校轸。

校轸则激射。

”
这段话意思是说夏天阳气占支配地位，阴气与它相争，于是便发生碰撞、摩擦、爆炸和激射，从而形成雷电。

他还用水浇在冶炼的炉火中为例，形象地说明雷电的形成过程：
“试以一斗水灌冶铸之火，气激弊裂,若雷之音矣。

……天地为炉，大矣；阳气为火，猛矣；云雨为水，多矣；分争激射，安得不迅。

”
王充十分形象地将天地比作一个大熔炉，太阳为炉中之火，云雨就是浇灌在炉火上的水，水火相互作用引起的轰鸣声，那就是雷。

王充还用具体的实例来说明雷电就是火，驳斥了当时盛行的雷电为“天公发怒”之说。

他指出：“雷者，火也。

以人中雷而死，即询其身，中火则须(须)发烧燋，中身则皮肤灼燌，临其尸上闻火气，一验也。

道术之家，以为雷烧石色赤，投于井中，石燋井寒，激声大鸣，若雷之状，二验也。

人伤与寒，寒气入腹，腹中素暖，温寒分争，激气雷鸣，三验也。

当雷之时，电光时见，大若火之耀，四验也。

当雷之击，时或燔人室屋及地草木，五验也。

夫论雷之为火有五验，言雷为天怒无一效。

”
华东师范大学教授袁运开先生认为：“这一段约两千年前的话用验尸，投石，肠胃病，电闪，雷击等物质现象说明雷电的本质，批驳迷信，写得实在精彩！特别是能把对各种物质现象的观察联系起来思考，并作出概括，反驳缪论，实属不易。

就方法讲，他既采用了观察，模拟的手法，又运用了归纳，综合的手法，虽然并并不象今天这样完备，但从科学史的角度来看，也确实是很可贵的。

至于其观察和结论，受当时客观条件的限制，当然是存在许多问题的。

”
唐代以后人们关于雷电现象的成因又有了新的认识。

唐代的孔颖达在《左传·疏》中说：“电是雷光”。

宋代的陆细在《埤雅》里讲：“电，阴阳激耀，与雷同气发而光者也”。

他认为阴阳二气相激，“其光为电，其声为雷。

”于是出现了雷电。

他还用铁与石相击所产生的火星与声响来比喻雷和电。

宋代周密的《齐东野语》则认为阴气凝聚，阳气被包围在当中，一下子爆炸开来，于是就“光发而声随之。

”对于雷电的巨大威力，宋代朱熹的解释更有趣，他说雷电是“阴阳之气，闭结之极，忽然迸散出。

”用现在的物理语言表示，这就是说当阴阳二气的能量积累达到一定的极限值时，这些能量便会在极短的时间内爆发，于是就见到了闪电和听到了雷声。

元末明初的刘伯温在其著作《刘文正公集》中说：“雷何物也？曰雷者，天气之郁而激发也，阴气团于阳，必迫，迫极而迸，迸而声为雷，光为电。

”
这段话基本上是对前人关于雷电成因所作出的一系列解释的归纳性总结。

2.对导电体与绝缘体的认识
对雷击过程中出现的一些现象，我国古代的学者们也曾作过详细的记载，并
提出了他们通过仔细观察后所得出的分析结果。

从南北朝中期（公元490年），开始，一直到明末清初（公元1644年前后），这方面的记载屡见不鲜。

例如公元490年编撰的《南齐书·五行志》中就有记载：
“雷震会稽山阴恒山保林寺，刹上四破，电火烧塔下佛面，而窗户不弄也。

”
用今天的电学知识来分析，落雷时，云层与地面之间放电，佛面一般涂有金粉，是一层导体，强大电流通过时将产生高温使其发热以致熔化。

木制的窗户其绝缘性能一般都比较好，尤其是刷过油漆的窗户，如不遭受雨淋，一般不会遭受雷击而能保持原样。

北宋的沈括对上述类似现象的记载更为详细，他在《梦溪笔谈·神奇》中说：
“内侍李舜举家曾为暴雷所震。

其堂之西屋，雷火自窗间出，赫然出檐。

人以为堂屋已焚，皆出避之。

及雷止，其舍宛然，墙壁窗纸皆黔。

有一木格，其中杂贮诸，其漆器银扣者，银悉熔流在地，漆器曾不焦灼。

有一宝刀，极坚钢，就刀室中熔为汁，而室亦俨然。

人必谓火当先焚草木，然后流金石。

今乃金石皆铄而草木无一毁者，非人情所测也。

佛书言，‘龙火得水而炽，人火得水而灭’，此理信然。

”
这段话记述了内侍李舜举家的房屋在遭受暴雷雷击以后，房屋各处都保持原样，只有墙壁和窗纸都变黑了，屋内木架上放置的各种器皿，其中有镶银的漆器，银全部熔化流在地面上，而漆器却没有被烧焦。

有一把质地很坚硬的钢刀，在刀鞘中熔为钢水，但刀鞘却保持原样。

于是沈括就用佛家的“龙火”与“人火”来解释这一奇特现象。

这里所谓的“龙火”实指雷火，意思是说雷火因为有水而更“炽”。

其实，唐代的王冰在注释《素问》时，就有“龙火得水而炽”之语。

沈括通过雷电对金石和草木作用的不同效果，实际上已经描述了导体与绝缘体之间的区别。

南宋初年的庄绰在《鸡肋篇》里，曾记载了他在南雄州所看到的一次雷袭击后的情形：
“大雷破树者数处，而福慧寺普贤像亦裂，所乘狮子凡金所饰与像面皆销上释，而其余采色如故。

”
“与沈所书，若相符也。

”
庄绰认为，他所看到的雷击情况基本上与沈括在《梦溪笔谈》中所记载的雷击情形相一致：
明末成书的《艮斋笔记》中的亦有此类记载：
“崇祯十六年夏，一夕大雨，霹雳起奉先殿中，殿门俱开。

门前白石为雷火所燔，有燔龙痕。

门上金铺，龙爪印其上。

爪所着处，金皆熔化”。

明末的方以智根据这些记载，得出了这样的结论：
“雷火所及，金石销熔，而漆器不坏。

”
这比前人讲得就更加明确了。

但是，如果在某种意义上说，这是我国古代对导电体与绝缘体概念的最初认识，编者认为这还谈不上。

第二节中国古代的避雷技术
一中国古代关于尖端放电现象的记载
关于尖端放电的现象，早在西汉末年，人们就已经开始对它进行观察记录了。

《汉书·西域传》中就有“元始中（公元3年）…矛端生火”的记载。

即金属制成的长矛尖端，在一定条件下有放电现象。

晋代《搜神记》中亦有类似的记载。

王充在《论衡·龙虚篇》中，曾对当时流行的“龙无尺木以升天”之说进行了解释：
“短书言：‘龙无尺木无以升天’，……短书之家，世俗之人也。

见雷电发时，龙随而起，当雷电树木击之时，龙适与雷电俱在树木之侧，雷电去，龙随而上。

故谓从树木中升天也。

实者，雷龙同类，感气相致。

”
这里的“龙”为何物？王充引用了儒家之说：“龙者，云之类。

”所谓的“龙无尺木无以升天”现象，实际上就是下雨打雷时，雷电形成过程中的尖端放电现象。

王充对“龙无尺木无以升天”现象的解释，虽然不符合科学道理，但是，他的记载至少证明了我国至迟在东汉时期，就已经观察到雷雨过程中的尖端放电现象，这比西方要早1600多年。

二中国古代的避雷技术
我国早在战国时期就可能知道雷击是可以避免的，根据古代文献记载，其时已经出现了用大青石建造的“避雷室”。

刘宋朝的盛弘之在《荆州记》中对此作过描述：
“湖阳县，春秋蓼国樊重只国也。

重母畏雷，为母立石室以避之，悉以文石为阶砌，至今犹存。

”
戴念祖先生对此认为：“自然，古代人并不知道绝缘避雷的道理。

他们建造石室，仅以为大青石坚固，不易为雷所劈裂罢了。

”但它表明，其时我国已经能采用适当的措施来躲避雷击了。

人们都认为世界上最早的避雷针是美国人富兰克林于1760年在费城安装的。

富兰克林在科学上的探索精神令人钦佩，1752年6月，他以雷雨中放风筝的实验，弄清了雷电的本质，就是物理学发展史上的一件大事。

但避雷针是否为他所首创，则值得商榷。

因为有不少史料表明，中国早在富兰克林之前就已经有了与其相类似的避雷装置。

因为，称得上避雷针的东西必须是：
第一，建造它的事先目的在于防雷；
第二，它的上端应该是金属制成的尖端状物；
第三，金属尖端状物应有导体把它和大地相连接。

在中国古代的建筑物上有这样的避雷装置吗？答案是完全肯定的：有！在中国古代的许多史籍中有颇多宫殿遭“灾”的记录。

《左传》说：“人火曰火，天火曰灾”。

天火即雷火，故而古籍中所谓的“灾”，常专指由雷击引起的火灾。

《汉书·五行志》中记有“文帝七年六月癸酉，未央宫东阙灾”“太初元年,柏梁台灾”等数十条这样的记录。

在柏梁台“灾”后重建时，有个名叫“男之”的广东方士（古籍作“越巫”或“粤巫”）向汉武帝提出在屋顶设“鸱尾”的防“灾”方法。

宋代的庞元音在《文昌杂录》中曾论述过此事：
“鸱尾，东海有鱼虬，喷浪则雨降，尾以鸱，因以为名。

汉百梁台灾，越巫上厌胜之法，遂设鸱鱼之象于屋脊”。

但也有人认为“鸱鱼”二字实为“蚩尾”之误。

唐代苏鹗在《苏氏演义》中说：
“蚩尾，海兽也。

汉武帝柏梁台灾，有上疏者云，蚩尾，水之精，能避火灾，可置之殿堂”。

宋代黄朝英在《湘素杂记》中则把“蚩尾”和传说中曾和黄帝争天下的“蚩尤氏”相联系。

他在该文中说：
“蚩尾既是水兽，即蚩尤是也。

蚩尤铜头铁额，牛角牛耳，兽之形也”，他认为屋脊上的“蚩尾”，就是按神话中的蚩尤“铜头铁额，牛角牛耳”这一形象做的。

所以最早的“蚩尾”，实际上就是在屋脊上按装一些由铜铁所制，状如牛角一样的金属尖端刺向天空的装置。

经过长达数千年的变化，所谓“鸱吻”、“鸱尾”或“蚩尾”的外形已有多种。

有变为龙形物以铁制龙舌或龙须，龙尾刺向天空的；也有成鸟鹊或雄鸡状；也有如《湘素杂记》所说：
“自唐以来，旧寺观殿宇尚有为飞鱼尾上指者”。

虽然，这些安装在屋脊上的装饰物的外形都不尽相同，但是，它们都有几条铁制尖端物刺向天空，这就是它们共同特点（也有直接用一把剑的）。

因此，这些装置都与“尖端放电”有关，尽管当时的人们并不知道它的真正科学道理。

在中国古代的许多建筑物上，屋顶上都设置有各种动物形状的瓦饰（见图5—1），尤其是那些昂首向上伸舌并涂有一层金属涂料的吻兽（一般都连接有金属条与地
相通），实际上已经起到了避雷的作用。

在一些古塔上，它的尖顶通常被涂以一层金属涂料，有的塔顶就是用金属材
料制成的。

例如，江苏高淳县固城湖西北有一
“保圣寺塔”，首建于三国时吴赤鸟二年即公元
239年,总高31.5米。

塔顶就有四米高的铁制古
刹，是由覆钵、相轮、宝葫芦等几部分组成。

该塔长期来虽多次损坏，却未遭雷击，看来塔
顶铁刹也起了避雷的作用。

当然，它的尖端未
接地，不是合格的避雷针，但在大雨淋湿塔身
后，金属的尖端与大地间自然也就导电，起到
了避雷作用。

这是古人预先采取的防雷措施
吗？由于缺少佐证，编者不能妄加论断。

但是，
在我国古代的许多高大殿宇的建筑群中，常有
所谓的“雷公柱”之类的设置，而这些设置通
常是采用一些容易导电的材料直达地下，这实
际上就是最原始的“避雷针”。

唐代的武则天为了能镇住五台山图5—1中国古代的避雷装置
上作恶的所谓“五百毒龙”，曾在五台山的五个“台顶”上建立铁塔。

日本僧人圆仁在他的游记中对此事曾作过记载。

圆仁和尚于唐文宗开成三年（公元838年）来华探求佛学真谛，写有《入唐求法巡礼行记》，其中记有他于开成五年（公元840年）夏上五台山求法的见闻。

他多次提到五台山以前由于“毒龙”作怪而多雷电：
“五台山，万山之中心也，五百毒龙潜山而吐纳风云。

四时八节，不辍雷雹频降”。

他看到了武则天在山顶龙池附近所建的镇龙铁塔。

在游中台台面南的“求雨院”之后，他在《入唐求法巡礼行记》中记载道：
“顶上南有三铁塔，其一形似覆钟，周围四抱许。

中间一塔四角，高一丈许。

在南边者团圆，高八尺许。

武婆天子镇五台所建也”。

“镇龙”怎么与“避雷”相联系呢？从传统的中国五行八卦学说来看，八卦中“震”卦为“雷”。

八卦与方位相结合时，则有“南离、北坎、东震、西兑”的规定，又有“南属朱雀，北属玄武（龟蛇），东属青龙，西属白虎”之说。

古人认为“雷从龙”，即雷和龙是分不开的。

为了避免建筑物为雷电所毁，因此就要采取“镇龙”的措施，名为“镇龙”，实为“防雷”。

明初朱元璋推翻元朝定鼎金陵之后，曾派大臣到北京去捣毁元帝的旧宫。

参
与此事的工部侍郎萧询后来写有《故宫遗事》一书，记录了他当时在北京的见闻。

据该书记载，他在北京万寿山顶的广寒殿旁曾亲眼见到了金章宗所立的“镇龙铁杆”：
“广寒殿旁有铁杆高数丈，上置金葫芦三，引铁练以系之。

此系金章宗所立，以镇其下龙潭”。

金章宗是南宋与金对峙时中国境内少数民族所建立的政权——金王朝的皇帝，于公元1190年至1209年在位。

他当皇帝时，每年四月到八月，都要到较凉爽的位于琼花岛上万寿山顶（包括广寒殿在内）的太宁宫去避暑。

由于夏天多雷，金章宗在“广寒殿”避暑时，就不能不考虑位于山顶建筑物的防雷问题。

他所立的铁杆，上端的“金葫芦”成尖端状，铁杆又使金葫芦和大地相通；因而所谓的“镇龙”，实际就是“避雷”。

萧询所见到的就是为“广寒殿”免遭雷击而建造的“镇龙铁杆”，可以说是世界上最早的“避雷针”。

越巫勇之向汉武帝提出在屋脊上设置“蚩尾”或“鸱尾”的事先目的就是“避雷”。

他当时有没有让金属尖端和大地间以铜铁类的导体相连接，这有待于进一步考证。

但后来确实有能工巧匠让“鸱尾”接地，成为真正的避雷针的。

十七世纪来华的一个外国传教士安文思（1609—1677年）在他的著作《中国的十二大奇迹》一书中对此曾有明确的记载：
“用琉璃瓦作成的屋顶犹如玻璃镜一样闪亮。

屋角以动物头上角须的形式直指天空，这些动物是以该帝国中最受尊崇的龙装饰的。

屋顶的形状类似于汉代人曾经居住过的帐蓬。

帐篷固定在一个矛状物上，它们的各个角度是向上弯曲而指向天空。

现在以砖瓦砌成的屋顶仍然模仿汉代人的建筑物。

巨兽的舌头指向天空，其腹内穿过，金属条一端插入地里。

这样，当闪电落在屋上或皇宫时，闪电就被龙舌引向金属条通路，并且直奔地下而消散，因而不致伤害任何人。

”
安文思在中国生活了37年，他所记载的情况不但非常重要，而且也是真实可信的。

戴念祖先生对此评价说：“当时在整个欧洲尚未产生任何避雷或建造避雷针的思想或概念。

安文思的记述也不可能是他的想象或创造，尤其是通过哪条金属通路，雷电可以被引向地下而消散的观念，无疑是当时中国人的看法。

可以说，避雷针的想法和设计思想渊于中国。

”
安文思的记述虽比金章宗在广寒殿两侧建造“镇龙铁杆”的年代要迟得多，但它的建立时间却仍然要比富兰克林发明的避雷针早数百年。

第三节武当山金顶雷火殿炼雷之谜
一武当山金顶雷火殿炼之谜
湖北省武当山是我国著名的道教圣地之一，位于湖北省丹江口市境内，其主峰叫天柱峰，海拔1612米。

在天柱峰绝顶之上屹立着一座光耀百里的铜制房屋—金殿（见图5—2）。

因此人们又把天柱峰称之为金顶。

金殿为铜铸鎏金，殿高5.54米，宽4.4米，进深3.15米。

殿平面为三间，圆柱做宝装莲花，重檐起脊，脊背上装饰有吻兽，有龙、凤、鱼、马、狮等。

下设宝装莲花柱基。

殿基用调花花岗石砌成，殿内神案、供器、几案均为铜铸鎏金。

殿中间供奉的真武大帝为铜质金像。

图5—2 湖北武当山天柱峰金殿
武当山金殿建于明代永乐时期，它是在北京浇铸成功后，由水路运抵天柱峰顶组装的，完工时间不会迟于1417年初。

殿内真武大帝铜像的安装要迟一些，是在金殿组装成功的第二年即1418年。

它也是由水路运抵天柱峰顶的。

天柱峰顶的金殿建成之后，就出现了一种非常奇特的现象：每当雷雨交加时，
金殿周围就会出现盆大的火球，来回滚动；雨过天晴后，大殿光亮如新，象被洗过一样，这就是人们所称道的“雷火殿炼”奇观。

据武当山道长回忆，在清末民初时每年还可以见到几次“雷火殿炼”奇观。

并且在每次出现“雷火殿炼”奇观前，还有另外两大奇观要先后出现，这就是“祖师出汗”和“海马吐雾”。

“祖师”就是殿中间供奉的真武大帝铜像，每当降大雨之前，殿中的真武大帝铜像就会象人一样热得汗流浃背。

接着就是“海马吐雾”。

即金殿顶上的海马有时会从口中吐出串串白雾，并咴咴地对天长啸。

此时殿中的道士得赶快离开金顶，因为此处不久就会有大雨来临。

其时金殿周围电闪雷鸣，无数盆大的火球在金殿四周滚动激荡，令人惊心动魄。

雨过天晴之后，大殿金光灿烂，象被洗过一样。

道士们认为，这是天帝为了保持金殿的圣洁，派风伯、雨师、雷公、电母前来洗炼金殿，因而把此奇观称之为“雷火殿炼”。

二雷火炼殿之迷的解读
武当山金顶的“祖师出汗”、“海马吐雾”和“雷火殿炼”这三大奇观，从物理学的角度就可以得到很好的解释。

1.祖师出汗
“祖师出汗”原是一个物理学问题。

下雨之前，空气中的湿度较大，金殿内空气所含水蒸汽较多，在大气压突变的影响下，过多
的水蒸汽遇冷后会凝结为小水珠而布满在祖师铜
像上。

虽然金殿建在海拔1612米的山顶之上，不
可能没有风，但由于金殿铸件精密，铆接严实，
金殿内密不透风，殿内空气无法流动，这才形成
了“祖师出汗”这一奇观。

2.海马吐雾
“海马吐雾”奇观是我国明代建筑师与能工巧
匠的杰作。

道教把海马神化为天马，铸其形象安
装在金殿的脊顶上，取其“天马行空”之意（见图
5—3）。

由于这海马的内部是空的，并与金殿内部
相通。

雷雨前，由于天气闷热，且金殿内密不通
风，使得金殿内湿度很大的气体膨胀，殿内暖气图5—3 金殿屋脊上的海马
流便由海马口中吐出，与外界冷空气相遇而凝结成水雾，看上去就好象是从海马
口中吐出来的雾一样。

那海马口中发出的长啸声，是气流与马口之间相互摩擦所产生的。

3.雷火殿炼
“雷火殿炼”是自然界雷电现象的正常反映，由于武当山金顶一带气候多变，使得云层中容易带有大量的电荷，而金殿又屹立在天柱峰顶，并且还是一座庞大的导电体。

当带有大量电荷的云层与金殿顶部形成巨大的电势差时，就会使空气电离，产生电弧光，这就是闪电。

同时强大的电弧使周围的空气剧烈膨胀而爆炸，使得电弧发生形变而成为火球，在金殿周围滚动，并发出巨大声响。

这就是产生“雷火殿炼”奇观的真正原因。

由于金殿只有一个正门，又无其它可通风之处，雷火殿炼”时，如果真的有人在金殿内，也不会有什么危险，因为他会受到静电屏蔽的保护。

民国以后，武当山金顶的“雷火殿炼”奇观不仅不再重显，相反，民国初年在金顶修建的父母殿却遭到了雷击，金殿本身的须弥座也多次被雷击坏。

为什么会出现这种现象？专家们对此进行了大量的考察与研究。

从明朝永乐十五年金殿建成到清朝末年的近五百年中，金顶上只有一座金殿，没有其它的建筑物。

从历史资料中也没有查阅到金殿遭雷击破坏的记载。

金顶遭雷击而使其上面的建筑物受到破坏的情况，是从民国以后才出现的。

专家们分析后认为，其主要原因是民国初年在金顶上修建的父母殿和其他一些附属建筑物，破坏了金顶与金殿的整体性，使得原有的放电通道和金殿脊饰的避雷作用得不到充分发挥。

后来安装的避雷针以及所采取的避雷措施则从根本上破坏了近五百年的“雷火殿炼”奇观。

第四节山西应县木塔避雷之谜
山西应县木塔建在应县佛宫寺内，真名叫释迦塔，是辽代皇帝耶律宗真下令修建的。

塔完工于1056年，距今已有900多年的历史，是世界上现存最高的木结构建筑。

塔的平面成八角形，底层副阶（外廓）前檐柱对边约25米，木塔塔身为八角九层，外观是五层（塔内有四个暗层）六檐，从底面到塔顶高67.13米（见图5—4）。

这座木塔经受了近千年的风雨雷电以及严重地震的考验，至今还屹立在雁北平原，这无论是在建筑史上还是在材料科学上都是一个奇迹。

对于木塔的避雷之谜，开始并不为人们所注重，后来因国家确定木塔为国家级保护文物，这才使避雷问题得到了充分的暴露，即木塔要不要安装避雷针？按照国家规定的文物保护条例，象应县木塔这样高的建筑物，肯定要安装避雷针或。