論墨子對(duì)物理學(xué)的貢獻(xiàn)

黃東陽(yáng)

論墨子對(duì)物理學(xué)的貢獻(xiàn)

黃東陽(yáng)

(西北農(nóng)林科技大學(xué)機(jī)械與電子工程學(xué)院，陜西楊凌712100)

墨子是中國(guó)歷史上著名的思想家、教育家和軍事家，同時(shí)，他也是中國(guó)歷史上最早的物理學(xué)家之一。墨子在時(shí)空觀、宇宙學(xué)、力學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)以及將物理應(yīng)用到機(jī)械方面都有跨越性的進(jìn)步和巨大的學(xué)術(shù)成就。以往對(duì)墨子的研究主要集中在哲學(xué)、人文、政治與軍事等方面，但是他對(duì)物理學(xué)所做出的巨大貢獻(xiàn)也不應(yīng)該被忽視。墨子身處春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，他對(duì)物理學(xué)的很多貢獻(xiàn)都在軍事上有所體現(xiàn)并且產(chǎn)生了巨大影響。

墨子；物理學(xué)；機(jī)械設(shè)計(jì)

墨子，名翟，戰(zhàn)國(guó)初年魯國(guó)人[1]，是中國(guó)歷史上著名的思想家、教育家和軍事家，同時(shí)，他也是中國(guó)歷史上最早的物理學(xué)家之一。墨子對(duì)科學(xué)尤其是物理學(xué)方面的研究，在當(dāng)時(shí)處于世界領(lǐng)先水平。他在時(shí)空觀、宇宙學(xué)、力學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)以及將物理應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計(jì)制造方面都有跨越性的進(jìn)步和巨大的學(xué)術(shù)成就，并且在很多科學(xué)問(wèn)題上領(lǐng)先西方幾百年。墨子的思想和成就主要記錄在戰(zhàn)國(guó)時(shí)期墨家著作的總集《墨子》中，而他的物理學(xué)成就主要記錄在《墨經(jīng)》中?！赌?jīng)》是《墨子》的一部分，有《經(jīng)上》、《經(jīng)下》、《經(jīng)說(shuō)上》和《經(jīng)說(shuō)下》四篇，共179條[2]。從《墨經(jīng)》中我們可以看出墨子對(duì)物理學(xué)的巨大貢獻(xiàn)。

1 時(shí)空觀

墨子對(duì)時(shí)間和空間有著深刻的認(rèn)識(shí)和精確的描述。《經(jīng)上》中有“久，彌異時(shí)也?！薄督?jīng)說(shuō)上》有“久：古今旦莫?！盵3]《經(jīng)上》中的這句話的意思是：時(shí)間，涵蓋不同的各個(gè)時(shí)段?！督?jīng)說(shuō)上》中的這句話的意思是：時(shí)間，包括古今也包括日夜。從這兩句話可以看出，墨子認(rèn)識(shí)到了時(shí)間這個(gè)概念的含義，并給其下了一個(gè)定義，即“彌異時(shí)也”?！督?jīng)上》中又有“宇，彌異所也?！薄督?jīng)說(shuō)上》又有“宇：東西家南北?！盵3]《經(jīng)上》中的這句話的意思是：空間，涵蓋不同的各個(gè)地點(diǎn)。《經(jīng)說(shuō)上》中的這句話可以理解為先以“家”為原點(diǎn)建立坐標(biāo)系，然后有了相對(duì)的東、西、南、北四個(gè)方向，而這句話的意思就是“空間，包括東、西、中、南、北?！睆倪@兩句話可以看出，墨子也認(rèn)識(shí)到了空間這個(gè)概念的含義，并給其下了一個(gè)定義，即“彌異所也”。從這四句話可以發(fā)現(xiàn)，墨子的時(shí)空觀已經(jīng)不僅僅是常人那種感性上的直觀感受，而更偏向于理性上的分析與描述，并且他的這種時(shí)空觀與我們今天所持的時(shí)空觀是相一致的?！澳拥臅r(shí)空觀是思想深刻、內(nèi)容豐富、耐人尋味的,即使在當(dāng)代仍然具有巨大的科學(xué)價(jià)值與廣泛持久的哲學(xué)意義?！盵4]

2 力學(xué)

2.1 力的定義

在《經(jīng)上》中，墨子給出了力的定義：“力，刑之所以?shī)^也?！薄督?jīng)說(shuō)上》中說(shuō)：“力：重之謂，下與重，奮也?！盵3]《經(jīng)上》中這句話的意思是：力，是物體加速的原因。其中，“奮”字應(yīng)理解為從靜到動(dòng)或從慢到快?！督?jīng)說(shuō)上》中這句話的意思是：重量，可以稱(chēng)作力，從下向上舉起重物就稱(chēng)作奮。從《經(jīng)上》中的這句話可以看出，墨子以分析物體加速的原因?yàn)槔f(shuō)明了力是什么，但他并沒(méi)有明確地把力和加速度聯(lián)系在一起。不過(guò)，他從物體狀態(tài)改變中尋找力的原因，實(shí)際上包含了加速度概念。

墨子的這一論述意義是極其深刻的。他這樣理解力也更符合實(shí)際。這與西方科學(xué)界在伽利略以后的觀點(diǎn)相一致，但是墨子提出這個(gè)觀點(diǎn)的時(shí)間要比伽利略早大約2000年。

2.2 杠桿原理

在《經(jīng)下》中還有關(guān)于杠桿原理的描述?！督?jīng)下》中有：“貞而不撓，說(shuō)在勝?！盵3]意思是：擔(dān)負(fù)重物而不曲折傾斜，原因在于能禁得起重力?！督?jīng)說(shuō)下》中有更為詳細(xì)的描述：“衡木加重焉而不撓，極勝重也。右校交繩，無(wú)加焉而撓，極不勝重也。衡加重于其一旁必捶，權(quán)重相若也。相衡則本短標(biāo)長(zhǎng)，兩加焉重相若，則標(biāo)必下，標(biāo)得權(quán)也?！盵3]這段話的意思是：秤桿鉤住重物而不傾斜，是因?yàn)槌永K處禁得起重力。如果把秤繩往秤砣一邊移動(dòng)一些，不再另加重物也會(huì)傾斜，因?yàn)槌永K處禁不起這重力。秤桿平衡時(shí)在任何一邊加重都會(huì)引起傾斜，因?yàn)槌禹群椭匚锏闹亓吭瓉?lái)是成比例的。秤桿平衡時(shí)，重物一邊的秤桿短而秤砣一邊的長(zhǎng)，兩邊同時(shí)加上同樣的重量，則秤砣一邊必要下垂，因?yàn)檫@邊是秤砣。這段話詳細(xì)描述了杠桿平衡與物體重量和力臂長(zhǎng)短之間的定性關(guān)系。這段話表明了同樣重量的物體加在較長(zhǎng)的力臂上比加在較短的力臂上對(duì)杠桿傾斜的方向影響更大，更描述了較輕物體加在力臂較長(zhǎng)一端而較重物體加在力臂較短一端可以使杠桿平衡，這基本上是大約200年后古希臘的阿基米德提出的杠桿原理的定性表述。

2.3 動(dòng)與止的定義

在《經(jīng)上》中，墨子給出了運(yùn)動(dòng)的定義：“動(dòng)，或從也?！薄督?jīng)說(shuō)上》中說(shuō)：“動(dòng)：偏祭從者，戶樞免瑟?！盵3]《經(jīng)上》中這句話的意思是：運(yùn)動(dòng)，是地域上發(fā)生了遷徙?！督?jīng)說(shuō)上》中對(duì)《經(jīng)上》中對(duì)運(yùn)動(dòng)的定義中的特殊情況進(jìn)行了詳細(xì)的解釋?zhuān)阂贿叞l(fā)生移動(dòng)的，比如說(shuō)門(mén)的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)開(kāi)關(guān)門(mén)?！督?jīng)上》中的這句話說(shuō)明了運(yùn)動(dòng)實(shí)際上是物體所在坐標(biāo)的變化。《經(jīng)說(shuō)上》中的這句話描述了一種轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律：物體上一點(diǎn)的坐標(biāo)不變，其他各點(diǎn)以定點(diǎn)為中心做圓周運(yùn)動(dòng)。緊接著在《經(jīng)上》中墨子又給出了靜止的定義：“止，以久也?！薄督?jīng)說(shuō)上》中又有：“止，無(wú)久之不止，當(dāng)牛非馬，若矢過(guò)楹。有久而不止，當(dāng)馬非馬，若人過(guò)梁。”[3]《經(jīng)上》中這句話的意思是：靜止，是一段時(shí)間內(nèi)處于某處?！督?jīng)說(shuō)上》中的這句話是說(shuō)：說(shuō)沒(méi)有時(shí)間不能談靜止，就像說(shuō)牛不是馬，是正確的。說(shuō)一段時(shí)間內(nèi)處于某處而不靜止，就像說(shuō)馬不是馬，錯(cuò)誤很明顯。這兩句話給出了一個(gè)靜止的定義，即某一段時(shí)間內(nèi)處于某個(gè)位置?？梢钥闯觯谶@里給出的動(dòng)與止的定義并不復(fù)雜，而是簡(jiǎn)潔明了并指出了它們的本質(zhì)，這種嚴(yán)謹(jǐn)?shù)亩x在當(dāng)時(shí)那個(gè)時(shí)代還是很難得的。

3 光學(xué)

3.1 光與影的關(guān)系

在《經(jīng)下》中有這樣一句：“景不徙，說(shuō)在改為?！盵3]即影子不移動(dòng)，而是改換。意思是說(shuō)影子是不運(yùn)動(dòng)的，我們看見(jiàn)影子好像在運(yùn)動(dòng)其實(shí)是影子在不斷的改換。墨子認(rèn)為，我們看到物體移動(dòng)影子也隨之移動(dòng)，但是并不是影子本身真正在移動(dòng)，當(dāng)物體下一個(gè)時(shí)刻移動(dòng)到下一個(gè)位置時(shí)，這時(shí)的影子已經(jīng)不是剛才那個(gè)影子了，而是新產(chǎn)生的影子。也就是說(shuō)，這個(gè)影子不是上一時(shí)刻的影子移動(dòng)過(guò)來(lái)的。《經(jīng)說(shuō)下》則對(duì)這件事的原因做了更進(jìn)一步的闡述，《經(jīng)說(shuō)下》中有“景：光至景亡，若在，盡古息?！盵3]這句話很好地說(shuō)明了影子的實(shí)質(zhì)是物體擋住光線使光線不能到達(dá)，所以這一片區(qū)域比周?chē)?，而光線照到這里影子就會(huì)消失。

3.2 重影和半影產(chǎn)生的原因

《經(jīng)下》中說(shuō)：“景二，說(shuō)在重?！薄督?jīng)說(shuō)下》說(shuō)：“二光夾一光，一光者景也?！盵3]《經(jīng)下》的這句話意思是：影子有兩個(gè)，是重影現(xiàn)象?！督?jīng)說(shuō)下》中的這句話對(duì)一種投影現(xiàn)象做了比較詳細(xì)的描述：兩束光線互相交叉地照向一個(gè)物體，這兩束光線在交叉處到物體的這一段距離里，夾有一束更明亮的光線，這一束光線實(shí)際上就是兩束光線的疊加，看起來(lái)像這一束光線照射物體產(chǎn)生了影子。事實(shí)上，這里所描述的現(xiàn)象中出現(xiàn)了兩種明暗程度不同的影子，看似那束更明亮的光線照射產(chǎn)生的影子是較暗的影子，外圍的影子與中間的影子相比略微明亮一些。這種現(xiàn)象是一個(gè)發(fā)光體照射一個(gè)遮光體在投影面上投影的現(xiàn)象。較暗的影子是由于遮光體完全遮擋發(fā)光體的光線而形成的，此處沒(méi)有此發(fā)光體的任何光線到達(dá)，在現(xiàn)代光學(xué)術(shù)語(yǔ)中叫做本影。略微明亮的影子處有此發(fā)光體的部分光線到達(dá)，故與較暗的影子的明暗程度不同，在現(xiàn)代光學(xué)術(shù)語(yǔ)中叫半影。事實(shí)上，較暗的影子也就是本影在這里所說(shuō)的這個(gè)現(xiàn)象里是完全黑暗的。

3.3 小孔成像現(xiàn)象

《經(jīng)下》與《經(jīng)說(shuō)下》中有對(duì)小孔成像現(xiàn)象的詳細(xì)介紹?！督?jīng)下》中說(shuō)：“景到，在午有端與景長(zhǎng)，說(shuō)在端?！盵3]意思是：影倒立，在光線交會(huì)處有一小孔，關(guān)于影像的大小，它與小孔有關(guān)?！督?jīng)說(shuō)下》中說(shuō)：“景：光之人煦若射。下者之人也高，高者之人也下。足敝下光，故成景于上；首敝上光，故成景于下。在遠(yuǎn)近有端，與于光，故景障內(nèi)也。”[3]這段話翻譯成現(xiàn)代漢語(yǔ)就是：影：光線照在人身上像射箭一樣直。在下部照射人的光透過(guò)小孔投射在高處，在上部照射人的光透過(guò)小孔投射在低處。腳遮蔽了下面的光，所以在上部成影；頭遮蔽了上面的光，所以在下部成影。在人的遠(yuǎn)處或近處有一小孔，光線經(jīng)過(guò)它，就能在投影面上形成倒影。

小孔成像現(xiàn)象間接證明了光的直線傳播原理。

3.4 鏡面成像

3.4.1 平面鏡成像方面

在《經(jīng)下》中有關(guān)于平面鏡成像現(xiàn)象的描述：“臨鑒而立，景到。多而若少，說(shuō)在寡區(qū)。”[3]這句話的意思是：面向鏡子，所成的像是左右相反的。兩相對(duì)鏡子之間角度越大則所成的像越少，這是因?yàn)槌上竦膮^(qū)域變少了。

3.4.2 凹面鏡成像

在《經(jīng)下》中有關(guān)于凹面鏡成像的描述：“鑒位，景一小而易，一大而正，說(shuō)在中外之內(nèi)?！盵3]這句話的意思是：凹面鏡成像有兩種情況，一是成小而到的像，一是成大而正的像，因?yàn)槲矬w分別在焦點(diǎn)之外和焦點(diǎn)之內(nèi)。

3.4.3 凸面鏡成像

在《經(jīng)下》中有關(guān)于凹面鏡成像的描述：“鑒團(tuán)，景一天，而必正，說(shuō)在得?！盵3]這句話的意思是：凸面鏡成像有兩種情況，大或小，而它們都是正像，像大小不同的原因是物體大小不同。

從對(duì)以上幾句的分析可以看出，《經(jīng)下》中對(duì)鏡面成像已經(jīng)有了比較系統(tǒng)的研究和描述，這是非常具有價(jià)值的工作。

4 聲學(xué)

除了上述幾個(gè)方面，墨子在聲學(xué)上也有重要的貢獻(xiàn)。例如在《備穴》中記載了墨子所說(shuō)的話：“令陶者為罌，容四十斗以上，固順之以薄革各革，置井中，使聰耳者伏罌而聽(tīng)之，審知穴之所在，鑿穴迎之?！盵3]這是墨子對(duì)怎樣防守?cái)橙送谘ǖ拦コ沁@個(gè)問(wèn)題的回答中的一句話。這句話的意思是：讓制陶工人燒制大腹小口的陶器，能裝四十斗以上的東西，用薄的生皮革封住口，放在井中，讓聽(tīng)力好的人貼在陶器口上聽(tīng)聲音，考察出穴道的方位，挖穴道迎上去。從這里可以看出，墨子發(fā)現(xiàn)了井和罌有放大作用，并把這個(gè)理論運(yùn)用到了實(shí)際中的防守城池中。墨子在這里所提供的這個(gè)防御方法其實(shí)是跟共振有關(guān)系的?？赡苣哟藭r(shí)并不清楚其中的原理，但是墨子通過(guò)對(duì)自然現(xiàn)象的細(xì)心觀察總結(jié)出了一套規(guī)律，這也是對(duì)聲學(xué)研究所作出的貢獻(xiàn)。

5 結(jié)語(yǔ)

總的來(lái)看，墨子在物理學(xué)領(lǐng)域內(nèi)提出了很多相當(dāng)于定義、定理和定律的表述?！凹瘮?shù)百條自然現(xiàn)象與思想之定義與定律于一書(shū),先秦諸子之著述中惟此墨經(jīng)而已矣?！盵5]在現(xiàn)代物理學(xué)中，科研人員一般把物理學(xué)分為力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)、電磁學(xué)、原子物理學(xué)等六個(gè)分支。如果用這種劃分方法來(lái)看，墨子在物理學(xué)尤其是力學(xué)（包括時(shí)空觀和宇宙學(xué)）、光學(xué)、聲學(xué)等三個(gè)分支中做出了很多非常具有前瞻性和建設(shè)性的貢獻(xiàn)，有些甚至領(lǐng)先西方大約2000年。“不特前所未有,當(dāng)時(shí)亦無(wú)與匹,可謂中國(guó)歷史上第一部自然科學(xué)著作,在世界自然科學(xué)發(fā)展史上有極崇高的地位。”[6]墨子善于觀察，并且注重理性思維，能從自然現(xiàn)象中推導(dǎo)出一系列的科學(xué)規(guī)律，并把它們加以總結(jié)和描述。墨子的科學(xué)思維是比較嚴(yán)謹(jǐn)和求實(shí)的，這也是他為什么能在物理學(xué)中做出這么多貢獻(xiàn)的原因之一。

總之，墨子不僅是中國(guó)歷史上著名的思想家、教育家和軍事家，同時(shí)也是中國(guó)歷史上最早的物理學(xué)家之一。從他對(duì)物理學(xué)的貢獻(xiàn)來(lái)看，他毫無(wú)疑問(wèn)可以稱(chēng)得上是他那個(gè)時(shí)代世界上最頂尖的物理學(xué)家?！霸谖釃?guó)古籍中,欲求與今世所謂科學(xué)精神相懸契者,墨經(jīng)而已矣?！盵7]目前對(duì)墨子的物理學(xué)理論方面的研究相比哲學(xué)、人文、政治與軍事等方面還是比較少的，但是墨子對(duì)物理學(xué)的巨大貢獻(xiàn)是不可否認(rèn)的。筆者認(rèn)為，墨子對(duì)物理學(xué)的研究直接或間接地提升了國(guó)民對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)水平，對(duì)保衛(wèi)國(guó)家防止外敵入侵起到了重要作用，同時(shí)也為后來(lái)的科學(xué)家提供了寶貴的借鑒。墨子可以說(shuō)是中國(guó)歷史上科學(xué)家的代表人物之一，他對(duì)物理學(xué)做出了影響深遠(yuǎn)的貢獻(xiàn)，稱(chēng)他為當(dāng)時(shí)全國(guó)甚至全世界最卓越的物理學(xué)家之一，他也當(dāng)之無(wú)愧。

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Mozi's Contribution to Physics

HUANG Dong-Yang
(Mechanical and Electronic Engineering College,Northwest Agriculture and Forestry University，Yangling,Shanxi,712100,China)

Mozi is a famous thinker,strategist and educator in the history of China,at the same time,he is also one of the earliest physicist in Chinese history.Mozi has cross-cutting progress and great academic achievements in time-space,cosmology,mechanics,acoustics,optics,and the applications of physics to mechanics.Previous study of Mozi mainly concentrated in such aspects as philosophy,cultural,political and military,but he made great contribution to the physics should not be neglected.Mozi was in the Spring and Autumn and the Warring States period,his many contributions to physics all reflected on the military and had a huge influence.

Mozi;physics;mechanical design

O4-092

A

1673-1891（2016）01-0026-04

10.16104/j.issn.1673-1891.2016.01.008

2015-11-01

黃東陽(yáng)（1996—），男，河南潢川人，2013級(jí)本科生，研究方向：新材料。