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第九十一篇 寻找墨家之墨家科技一(1 / 2)

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第九十一篇寻找墨家之墨家科技一

墨子是中国历史上第一个从理性高度对待数学问题的科学家,他给出了一系列数学概念的命题和定义,这些命题和定义都具有高度的抽象性和严密性。

墨子所给出的数学概念主要有:一、关于“倍”的定义。墨子说:“倍,为二也。”(《墨经上》)亦即原数加一次,或原数乘以二称为“倍”。如二尺为一尺的“倍”。关于“平”的定义。墨子说:“平,同高也。”(《墨经上》)也就是同样的高度称为“平”。这与欧几里得几何学定理“平行线间的公垂线相等”意思相同。

二、关于“同长”的定义。墨子说:“同长,以正相尽也。”(《墨经上》)也就是说两个物体的长度相互比较,正好一一对应,完全相等,称为“同长”。

三、关于“中”的定义。墨子说:“中,同长也。”(《墨经上》)这里的“中”指物体的对称中心,也就是物体的中心为与物体表面距离都相等的点。

四、关于“圜”的定义。墨子说:“圜,一中同长也。”(《墨经上》)这里的“圜”即为圆,墨子指出圆可用圆规画出。也可用圆规进行检验。圆规在墨子之前早已得到广泛地应用,但给予圆以精确的定义,则是墨子的贡献。墨子关于圆的定义与欧几里得几何学中圆的定义完全一致。

五、关于正方形的定义。墨子说,四个角都为直角,四条边长度相等的四边形即为正方形,正方形可用直角曲尺“矩”来画图和检验。这与欧几里得几何学中的正方形定义也是一致的。

六、关于直线的定义。墨子说,三点共线即为直线。三点共线为直线的定义,在后世测量物体的高度和距离方面得到广泛的应用。晋代数学家刘徽在测量学专著《海岛算经》中,就是应用三点共线来测高和测远的。汉以后弩机上的瞄准器“望山”也是据此发明的。

此外,墨子还对十进位值制进行了论述。中国早在商代就已经比较普遍地应用了十进制记数法。墨子则是对位值制概念进行总结和阐述的第一个科学家。他明确指出。在不同位数上的数码,其数值不同。例如,在相同的数位上,一小于五。而在不同的数位上。一可多于五。这是因为在同一数位上(个位、十位、百位、千位……)。五包含了一,而当一处于较高的数位上时,则反过来一包含了五十进制的发明。是中国对于世界文明的一个重大贡献。

正如李约瑟在《中国科学技术史》数学卷中所说:“商代的数字系统是比古巴比伦和古埃及同一时代的字体更为先进、更为科学的“,“如果没有这种十进位制,就几乎不可能出现我们现在这个统一化的世界了”。

墨子关于物理学的研究涉及到力学、光学、声学等分支,给出了不少物理学概念的定义,并有不少重大的发现,总结出了一些重要的物理学定理。

首先,墨子给出了力的定义,说:“力,刑(形)之所以奋也。”(《墨经上》)也就是说,力是使物体运动的原因,即使物体运动的作用叫做力。对此,他举例予以说明,说好比把重物由下向上举,就是由于有力的作用方能做到。同时,墨子指出物体在受力之时,也产生了反作用力。例如,两质量相当的物体碰撞后,两物体就会朝相反的方向运动。如果两物体的质量相差甚大,碰撞后质量大的物体虽不会动,但反作用力还是存在。

接着,墨子又给出了“动”与“止”的定义。他认为“动”是由于力推送的缘故,更为重要的是,他提出了“止,以久也,无久之不止,当牛非马也。”的观点,意思是物体运动的停止来自于阻力阻抗的作用,如果没有阻力的话,物体会永远运动下去。这样的观点,被认为是牛顿惯性定律的先驱,比同时代全世界的思想超出了一千多年,也是物理学诞生和发展的标志(亚理士多德认为力是使物体运动的原因,没有力物体就不会运动,而停止是物体的本性,这样的观点是符合常人观测的结果的,却是肤浅和错误的)。

关于杠杆定理,墨子也作出了精辟的表述。他指出,称重物时秤杆之所以会平衡,原因是“本”短“标”长。用现代的科学语言来说,“本”即为重臂,“标”即为力臂,写成力学公式就是力x力臂(“标”)=重x重臂(“本”)。现在人们一般都习惯于把杠杆定理称为阿基米德定理,其实墨子得出杠杆定理比阿基米德早了二百年,应称之为墨子定理才是公允的。此外,墨子还对杠杆,斜面、重心、滚动摩擦等力学问题进行了一系列的研究,这里就不一一赘述。

在光学史上,墨子是第一个进行光学实验,并对几何光学进行系统研究的科学家。如果说墨子奠定了几何光学的基础,也不为过分,至少在中国是这样。正如李约瑟在《中国科学技术史》物理卷中所说,墨子关于光学的研究,“比我们所知的希腊的为早”,“印度亦不能比拟”。

墨子首先探讨了光与影的关系,他细致地观察了运动物体影像的变化规律,提出了“景不徙”的命题。也就是说,运动着的物体从表观看它的影也是随着物体在运动着,其实这是一种错觉。因为当运动着的物体位置移动后。它前一瞬间所形成的影像已经消失,其位移后所形成的影像已是新形成的,而不是原有的影像运动到新的位置。

如果原有的影像不消失,那它就会永远存在于原有的位置,这是不可能的。因此,所看到的影像的运动,只是新旧影像随着物体运动而连续不间断地生灭交替所形成的,并不是影像自身在运动。墨子的这一命题,后来为名家所继承,并由此提出了“飞鸟之影未尝动”的命题。随之。墨子又探讨了物体的本影和副影的问题。他指出。光源如果不是点光源,由于从各点发射的光线产生重复照射,物体就会产生本影和副影;如果光源是点光源,则只有本影出现。

接着。墨子又进行了小孔成像的实验。他明确指出。光是直线传播的。物体通过小孔所形成的像是倒像。这是因为光线经过物体再穿过小孔时,由于光的直线传播,物体上方成像于下。物体下部成像于上,故所成的像为倒像。他还探讨了影像的大小与物体的斜正、光源的远近的关系,指出物斜或光源远则影长细,物正或光源近则影短粗,如果是反射光,则影形成于物与光源之间。

特别可贵的是,墨子对平面镜、凹面镜、凸面镜等进行了相当系统的研究,得出了几何光学的一系列基本原理。他指出,平面镜所形成的是大小相同、远近对称的像,但却左右倒换。如果是二个或多个平面镜相向而照射,则会出现重复反射,形成无数的像。凹面镜的成像是在“中”之内形成正像,距“中”远所成像大,距“中”近所成的像小,在“中”处则像与物一样大;在“中”之外,则形成的是倒像,近“中”像大,远“中”像小。凸面镜则只形成正像,近镜像大,远镜像小。这里的“中”为球面镜之球心,墨子虽尚未能区分球心与焦点的差别,把球心与焦点混淆在一起,但其结论与近现代球面镜成像原理还是基本相符的。

墨子还对声音的传播进行过研究,发现井和罂有放大声音的作用,并加以巧妙地利用。他曾教导学生说,在守城时,为了预防敌人挖地道攻城,每隔三十尺挖一井,置大罂于井中,罂口绷上薄牛皮,让听力好的人伏在罂上进行侦听,以监知敌方是否在挖地道,地道挖于何方,而作好御敌的准备(原文是:令陶者为罂,容四十斗以上,……置井中,使聪耳者伏罂而听之,审知穴之所在,凿内迎之)。尽管当时墨子还不可能明了声音共振的机理,但这个防敌方法却蕴含有丰富的科学内涵。

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