东方物理学的璀璨之光——墨家学派

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        在由鲁国通往楚国的路上,一个穿着粗麻布衣服的中年男子,正在急匆匆地赶路。只见他浑身尘土,汗如水注,但并没有放慢自己的脚步。一路之上,人烟稀少,路旁有大片大片荒芜的田地,荒地上间或还可以看到横陈的尸体和白森森的残骨。

他是谁呢?是什么原因使他如此奔波呢?

        大约公元前450 年左右,正值我国历史上的战国时代初期。当时诸侯各自割据一方,称王称霸。各诸侯之间互相攻伐,以大欺小,以强凌弱,兼并战争频频发生。战争给人民带来了无穷的灾祸,给国家带来无法弥补的创伤。大批的老百姓在战争中死去,家园被毁,国家危亡。人们生活在水深火热之中。

        现在,据说楚国的著名机械制造家公输般,正夜以继日,为楚国制造新的攻城器械,准备攻打宋国。这无疑是在无穷的战争中,又撒了一把盐。这个不幸的消息,激起了这位匆匆赶路之人的愤怒,他就是大名显赫的政治家、思想家和科学家鲁国人墨翟,人们尊称他为墨子。现在,他正要赶往楚国去,准备阻止楚王发动的不义之战。

         经过半个月的长途跋涉,墨子来到了楚国的都城郢,已是非常劳累、疲困,但他顾不上休息,便去见楚王和公输般。他运用自己的辩才和机智,向楚王和公输般陈述利害,说明了如发动这场不义之战,对两国都不会有好处。尽管楚王和公输般在墨子面前理屈词穷,但是仍然坚信自己有先进的攻城器械,打败宋国如囊中取物。所以,这场仗是势在必打,任何人劝说均无济于事。墨子见此,便说道:“你说你们有先进的攻城器械,那么,你们真能打败宋国吗?”说着,墨子便在桌上摆起实物图来,让公输般用他制造的器械来攻打。公输般九次演示了攻城的器械和技术,都被墨子一一击退,公输般失败了。公输般虽然失败了,但他并不死心,便想阴谋杀害墨子,以赢得战争的胜利。

        墨子一眼便识破了公输般的阴谋,便坚定地说:“你的意思是想先把我杀了,再去攻打宋国,但是,你错了,我的学生禽滑厘等300 余人,正拿着我的守城器械,按照我的守城部署,正等着你们去进攻呢。

“所以说,你们即使杀了我,宋国同样也是攻不下来的。相反,却落个被天下人耻笑的骂名!”

      在看到攻取宋国已经无望的情况下,楚王不得不放弃这场不义之战。这个故事可以使人看到墨子的胆略和才智,是如何的出类拔萃和胜人一筹。

        墨子,是墨家学派的创始人,相传是宋国人,后来长期住在鲁国,他是我国古代卓有贡献的自然科学家。墨子大约出生在周敬王40 年(前480 年)左右,卒于周威烈王 6 年(前420)左右,出生于一般的平民百姓家庭,本人曾经当过制造器械的工匠。在认识论上,墨子重视生产知识,承认外部物质世界的客观性,强调感性直观是认识的来源和根据。这在2000 多年前,确实是难能可贵的。无疑,这也是墨子和他的学派,能够在自然科学中做出重大贡献的重要原因。但是,墨子过分夸大了感性的作用,又陷入了狭隘经验论的错误。

        墨家学派的总汇《墨子》原共71 篇,现存53 篇,其中《经上》、《经下》、《经说上》、《经说下》等四篇合存起来称《墨经》。这四篇再加上《大取》、《小取》两篇,称为《墨辩》。也有人把这6篇放在一起总称为《墨经》。

       这是一部内容丰富、结构严谨的科学著作。书中不仅涉及到社会科学范畴的广阔内容,还包含有时间空间、物质结构、力学、光学和几何学等自然科学方面的内容。在这部书中,其中有很多问题阐述严密,说理透彻,立论准确,具有十分重要的科学价值。可以这样说,《墨经》在古典哲学和自然科学著作中,是一部不可多得的珍品。

        首先,《墨经》中记述了丰富的力学知识。力学,是研究机械运动的科学。《墨经》中有关于机械运动的定义:“动,城徙也。”这句话的意思是,物体位置的移动,就是机械运动。这跟现代机械运动的定义是完全一致的。书中又进一步阐述了平动、转动和滚动等几种不同形式的机械运动。《墨经》中关于力的定义是从人的体力概念引申出来的。书中写:“力,形之所以奋也。”这句话的意思是说,力是使人的运动发生转移和变化的原因。

        当时,我国人民已经认识到浮力原理,并且在生产中有了广泛的应用。书上写道:“形体大的物体,在水中沉下的部分浅,是因为物体重量被水的浮力平衡的缘故。这说明了墨子不仅定性地认识到浮力同重力的平衡关系,而且有了定量的概念。这和后来希腊学者阿基米德创立的浮力原理是一致的,只是表述得不够完整。

      《墨经》讨论了杠杆的平衡问题。设有一杠杆,一头悬挂砝码,另一端悬挂重物。支点的一边叫标(力臂),另一边叫本(重臂)。如果两边平衡,杠杆必是水平的。《墨经》不仅清楚地叙述了种种杠杆的实验结果,更加可贵的是对这些实验做了正确地解释。

        例如,它解释了“标”一端下垂的实验现象,认为是由于力臂和砝码的联合作用大于重臂和重物的联合作用的缘故。这个解释不仅考虑到力或重的多少,而且还考虑了距离和平衡的关系,虽然并没有得出明确的定量关系,但是实际上提出了力矩的概念。可以说,墨子已经发现了杠杆的平衡原理。

        在《墨经》中,还记载着丰富的几何光学知识。墨子和他的学生们做了世界上最早的小孔成像实验,并且提出了精辟的解释:

       在一间黑暗的小屋朝阳的墙上开一个小孔,人对着小孔站在屋外,屋里相对的墙上就出现了一个倒立的人影。为什么会出现这奇怪的现象呢?墨子解释道:这是因为光线像射箭一样,是直线行进的。人体下部挡住了直射过来的光线,穿过小孔,成影在上边;人体上部挡住直射过来的光线,穿过小孔,成影在下边,就成了倒立的影。墨子并指出,人的位置离墙壁由远及近,暗室里的影也由小变大,倒立在墙上。这是对光直线传播的第一次科学解释。

        书中还利用光线直线传播的原理,解释了物体和投影的关系。墨子认为,光被遮挡就产生投影,物体的投影,并不跟随物体一起移动。如飞翔着的鸟儿,它的影子仿佛也在飞动着,实际上并不是这种情况。墨子指出,飞鸟遮住了直线前进的光线,形成了影子。在一瞬间,飞鸟移动了位置,原来光线照射不到的地方,旧影就消失了,而在新的地方,出现新的影子。这就是说,鸟在飞翔中,它的影子并不跟着移动,而是新旧投影的不断更新。在2000 多年前,能这样深入细致地研究光的性质,做出正确解释,确是难能可贵的。

墨子和他的学生们对镜子成像的原理进行了深入的研究,并提出了平面镜、凹面镜和凸面镜成像的理论。

《墨经》关于四面镜成像的叙述,没有说明物体在凹面镜球心和焦点之间的时候的成像情况,显然不够全面、严密,但是在科学还处于萌芽时期的古代,不能不说,这是一个了不起的成就。凸面镜成的像只有一种:像是正立而缩小的虚像,位于镜子的背面;物体距镜近,像大,反之,就小。墨子在描写凸面镜时,是符合实际的。在声学方面,《墨子》也有记述,当时设计了一种地下声源定向装置。其方法如下:

         沿城墙根每隔一定距离挖一口井,挖到地下水位以下约两尺为止,然后在井下放置一个容量七八十升的陶瓮,瓮口蒙上皮革,做为地下共鸣箱。这时,让听觉灵敏的人伏在瓮口谛听,遇有敌人挖坑道攻城,就可以根据各陶瓮的响声大小确定来敌的方向位置,以便出兵给敌以迎头痛击。

        此外,《墨经》中还提出了“端”、“尺”、“区”、“穴”等概念,大致相当于近代几何学上的点、线、面、体。墨家关于“端”的概念的论述,还包括了“原子”的含义,认为“端”是组成物体的最小单位。

        如果这些理解没有错误的话,那么可以说,早在2000 多年前,《墨经》中已经出现了现代原子学说的萌芽思想,无论是哲学发展史还是在科学发展史上都占据一定的地位。从上可知,墨子和墨家学派的科学成就,在2000 多年前的古代,应该是相当杰出的。他们所以能够取得这些成就,是和他们重视实验、敏于观察和科学的思维方法分不开的。

        以上情况也说明了另一个情况,就是在我国古代,还没有建立在严密的科学实验和严格的数学方法基础上的物理科学,没有形成独立的物理学学科。但是,在实践中却积累了丰富的物理学方面的知识。


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