论墨子对物理学的贡献

黄东阳

论墨子对物理学的贡献

黄东阳

(西北农林科技大学机械与电子工程学院，陕西杨凌712100)

墨子是中国历史上著名的思想家、教育家和军事家，同时，他也是中国历史上最早的物理学家之一。墨子在时空观、宇宙学、力学、声学、光学以及将物理应用到机械方面都有跨越性的进步和巨大的学术成就。以往对墨子的研究主要集中在哲学、人文、政治与军事等方面，但是他对物理学所做出的巨大贡献也不应该被忽视。墨子身处春秋战国时期，他对物理学的很多贡献都在军事上有所体现并且产生了巨大影响。

墨子；物理学；机械设计

墨子，名翟，战国初年鲁国人[1]，是中国历史上著名的思想家、教育家和军事家，同时，他也是中国历史上最早的物理学家之一。墨子对科学尤其是物理学方面的研究，在当时处于世界领先水平。他在时空观、宇宙学、力学、声学、光学以及将物理应用到机械设计制造方面都有跨越性的进步和巨大的学术成就，并且在很多科学问题上领先西方几百年。墨子的思想和成就主要记录在战国时期墨家著作的总集《墨子》中，而他的物理学成就主要记录在《墨经》中。《墨经》是《墨子》的一部分，有《经上》、《经下》、《经说上》和《经说下》四篇，共179条[2]。从《墨经》中我们可以看出墨子对物理学的巨大贡献。

1 时空观

墨子对时间和空间有着深刻的认识和精确的描述。《经上》中有“久，弥异时也。”《经说上》有“久：古今旦莫。”[3]《经上》中的这句话的意思是：时间，涵盖不同的各个时段。《经说上》中的这句话的意思是：时间，包括古今也包括日夜。从这两句话可以看出，墨子认识到了时间这个概念的含义，并给其下了一个定义，即“弥异时也”。《经上》中又有“宇，弥异所也。”《经说上》又有“宇：东西家南北。”[3]《经上》中的这句话的意思是：空间，涵盖不同的各个地点。《经说上》中的这句话可以理解为先以“家”为原点建立坐标系，然后有了相对的东、西、南、北四个方向，而这句话的意思就是“空间，包括东、西、中、南、北。”从这两句话可以看出，墨子也认识到了空间这个概念的含义，并给其下了一个定义，即“弥异所也”。从这四句话可以发现，墨子的时空观已经不仅仅是常人那种感性上的直观感受，而更偏向于理性上的分析与描述，并且他的这种时空观与我们今天所持的时空观是相一致的。“墨子的时空观是思想深刻、内容丰富、耐人寻味的,即使在当代仍然具有巨大的科学价值与广泛持久的哲学意义。”[4]

2 力学

2.1 力的定义

在《经上》中，墨子给出了力的定义：“力，刑之所以奋也。”《经说上》中说：“力：重之谓，下与重，奋也。”[3]《经上》中这句话的意思是：力，是物体加速的原因。其中，“奋”字应理解为从静到动或从慢到快。《经说上》中这句话的意思是：重量，可以称作力，从下向上举起重物就称作奋。从《经上》中的这句话可以看出，墨子以分析物体加速的原因为例说明了力是什么，但他并没有明确地把力和加速度联系在一起。不过，他从物体状态改变中寻找力的原因，实际上包含了加速度概念。

墨子的这一论述意义是极其深刻的。他这样理解力也更符合实际。这与西方科学界在伽利略以后的观点相一致，但是墨子提出这个观点的时间要比伽利略早大约2000年。

2.2 杠杆原理

在《经下》中还有关于杠杆原理的描述。《经下》中有：“贞而不挠，说在胜。”[3]意思是：担负重物而不曲折倾斜，原因在于能禁得起重力。《经说下》中有更为详细的描述：“衡木加重焉而不挠，极胜重也。右校交绳，无加焉而挠，极不胜重也。衡加重于其一旁必捶，权重相若也。相衡则本短标长，两加焉重相若，则标必下，标得权也。”[3]这段话的意思是：秤杆钩住重物而不倾斜，是因为秤绳处禁得起重力。如果把秤绳往秤砣一边移动一些，不再另加重物也会倾斜，因为秤绳处禁不起这重力。秤杆平衡时在任何一边加重都会引起倾斜，因为秤砣和重物的重量原来是成比例的。秤杆平衡时，重物一边的秤杆短而秤砣一边的长，两边同时加上同样的重量，则秤砣一边必要下垂，因为这边是秤砣。这段话详细描述了杠杆平衡与物体重量和力臂长短之间的定性关系。这段话表明了同样重量的物体加在较长的力臂上比加在较短的力臂上对杠杆倾斜的方向影响更大，更描述了较轻物体加在力臂较长一端而较重物体加在力臂较短一端可以使杠杆平衡，这基本上是大约200年后古希腊的阿基米德提出的杠杆原理的定性表述。

2.3 动与止的定义

在《经上》中，墨子给出了运动的定义：“动，或从也。”《经说上》中说：“动：偏祭从者，户枢免瑟。”[3]《经上》中这句话的意思是：运动，是地域上发生了迁徙。《经说上》中对《经上》中对运动的定义中的特殊情况进行了详细的解释：一边发生移动的，比如说门的转轴转动来开关门。《经上》中的这句话说明了运动实际上是物体所在坐标的变化。《经说上》中的这句话描述了一种转动的运动规律：物体上一点的坐标不变，其他各点以定点为中心做圆周运动。紧接着在《经上》中墨子又给出了静止的定义：“止，以久也。”《经说上》中又有：“止，无久之不止，当牛非马，若矢过楹。有久而不止，当马非马，若人过梁。”[3]《经上》中这句话的意思是：静止，是一段时间内处于某处。《经说上》中的这句话是说：说没有时间不能谈静止，就像说牛不是马，是正确的。说一段时间内处于某处而不静止，就像说马不是马，错误很明显。这两句话给出了一个静止的定义，即某一段时间内处于某个位置。可以看出，在这里给出的动与止的定义并不复杂，而是简洁明了并指出了它们的本质，这种严谨的定义在当时那个时代还是很难得的。

3 光学

3.1 光与影的关系

在《经下》中有这样一句：“景不徙，说在改为。”[3]即影子不移动，而是改换。意思是说影子是不运动的，我们看见影子好像在运动其实是影子在不断的改换。墨子认为，我们看到物体移动影子也随之移动，但是并不是影子本身真正在移动，当物体下一个时刻移动到下一个位置时，这时的影子已经不是刚才那个影子了，而是新产生的影子。也就是说，这个影子不是上一时刻的影子移动过来的。《经说下》则对这件事的原因做了更进一步的阐述，《经说下》中有“景：光至景亡，若在，尽古息。”[3]这句话很好地说明了影子的实质是物体挡住光线使光线不能到达，所以这一片区域比周围暗，而光线照到这里影子就会消失。

3.2 重影和半影产生的原因

《经下》中说：“景二，说在重。”《经说下》说：“二光夹一光，一光者景也。”[3]《经下》的这句话意思是：影子有两个，是重影现象。《经说下》中的这句话对一种投影现象做了比较详细的描述：两束光线互相交叉地照向一个物体，这两束光线在交叉处到物体的这一段距离里，夹有一束更明亮的光线，这一束光线实际上就是两束光线的叠加，看起来像这一束光线照射物体产生了影子。事实上，这里所描述的现象中出现了两种明暗程度不同的影子，看似那束更明亮的光线照射产生的影子是较暗的影子，外围的影子与中间的影子相比略微明亮一些。这种现象是一个发光体照射一个遮光体在投影面上投影的现象。较暗的影子是由于遮光体完全遮挡发光体的光线而形成的，此处没有此发光体的任何光线到达，在现代光学术语中叫做本影。略微明亮的影子处有此发光体的部分光线到达，故与较暗的影子的明暗程度不同，在现代光学术语中叫半影。事实上，较暗的影子也就是本影在这里所说的这个现象里是完全黑暗的。

3.3 小孔成像现象

《经下》与《经说下》中有对小孔成像现象的详细介绍。《经下》中说：“景到，在午有端与景长，说在端。”[3]意思是：影倒立，在光线交会处有一小孔，关于影像的大小，它与小孔有关。《经说下》中说：“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。在远近有端，与于光，故景障内也。”[3]这段话翻译成现代汉语就是：影：光线照在人身上像射箭一样直。在下部照射人的光透过小孔投射在高处，在上部照射人的光透过小孔投射在低处。脚遮蔽了下面的光，所以在上部成影；头遮蔽了上面的光，所以在下部成影。在人的远处或近处有一小孔，光线经过它，就能在投影面上形成倒影。

小孔成像现象间接证明了光的直线传播原理。

3.4 镜面成像

3.4.1 平面镜成像方面

在《经下》中有关于平面镜成像现象的描述：“临鉴而立，景到。多而若少，说在寡区。”[3]这句话的意思是：面向镜子，所成的像是左右相反的。两相对镜子之间角度越大则所成的像越少，这是因为成像的区域变少了。

3.4.2 凹面镜成像

在《经下》中有关于凹面镜成像的描述：“鉴位，景一小而易，一大而正，说在中外之内。”[3]这句话的意思是：凹面镜成像有两种情况，一是成小而到的像，一是成大而正的像，因为物体分别在焦点之外和焦点之内。

3.4.3 凸面镜成像

在《经下》中有关于凹面镜成像的描述：“鉴团，景一天，而必正，说在得。”[3]这句话的意思是：凸面镜成像有两种情况，大或小，而它们都是正像，像大小不同的原因是物体大小不同。

从对以上几句的分析可以看出，《经下》中对镜面成像已经有了比较系统的研究和描述，这是非常具有价值的工作。

4 声学

除了上述几个方面，墨子在声学上也有重要的贡献。例如在《备穴》中记载了墨子所说的话：“令陶者为罂，容四十斗以上，固顺之以薄革各革，置井中，使聪耳者伏罂而听之，审知穴之所在，凿穴迎之。”[3]这是墨子对怎样防守敌人挖穴道攻城这个问题的回答中的一句话。这句话的意思是：让制陶工人烧制大腹小口的陶器，能装四十斗以上的东西，用薄的生皮革封住口，放在井中，让听力好的人贴在陶器口上听声音，考察出穴道的方位，挖穴道迎上去。从这里可以看出，墨子发现了井和罂有放大作用，并把这个理论运用到了实际中的防守城池中。墨子在这里所提供的这个防御方法其实是跟共振有关系的。可能墨子此时并不清楚其中的原理，但是墨子通过对自然现象的细心观察总结出了一套规律，这也是对声学研究所作出的贡献。

5 结语

总的来看，墨子在物理学领域内提出了很多相当于定义、定理和定律的表述。“集数百条自然现象与思想之定义与定律于一书,先秦诸子之著述中惟此墨经而已矣。”[5]在现代物理学中，科研人员一般把物理学分为力学、热学、光学、声学、电磁学、原子物理学等六个分支。如果用这种划分方法来看，墨子在物理学尤其是力学（包括时空观和宇宙学）、光学、声学等三个分支中做出了很多非常具有前瞻性和建设性的贡献，有些甚至领先西方大约2000年。“不特前所未有,当时亦无与匹,可谓中国历史上第一部自然科学著作,在世界自然科学发展史上有极崇高的地位。”[6]墨子善于观察，并且注重理性思维，能从自然现象中推导出一系列的科学规律，并把它们加以总结和描述。墨子的科学思维是比较严谨和求实的，这也是他为什么能在物理学中做出这么多贡献的原因之一。

总之，墨子不仅是中国历史上著名的思想家、教育家和军事家，同时也是中国历史上最早的物理学家之一。从他对物理学的贡献来看，他毫无疑问可以称得上是他那个时代世界上最顶尖的物理学家。“在吾国古籍中,欲求与今世所谓科学精神相悬契者,墨经而已矣。”[7]目前对墨子的物理学理论方面的研究相比哲学、人文、政治与军事等方面还是比较少的，但是墨子对物理学的巨大贡献是不可否认的。笔者认为，墨子对物理学的研究直接或间接地提升了国民对自然界的认识水平，对保卫国家防止外敌入侵起到了重要作用，同时也为后来的科学家提供了宝贵的借鉴。墨子可以说是中国历史上科学家的代表人物之一，他对物理学做出了影响深远的贡献，称他为当时全国甚至全世界最卓越的物理学家之一，他也当之无愧。

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[2]李光辉.墨子成书年代及著者考证综述[J].殷都学刊,2006(4):102-105.

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[4]徐希燕.墨子的时空观研究[J].自然辩证法通讯,1998（6）:18.

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[12]CARINE D.Do the Ten Mohist Theses Represent Mozi's Thought?Reading the Masters with a Focus On Mottos[J].Bulletin of The School of Oriental and African Studies,2014,77(2):337-370.

[13]MAURICE G.EBISON.Newtonian in Mind But Aristotelian at Heart[J].Science and Education.1993(4).

[14]CARLO R.Aristotle's Physics:A Physicist's Look[J].Journal of the American Philosophical Association.2015(1).

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

黄东阳（1996—），男，河南潢川人，2013级本科生，研究方向：新材料。