书城自然科学大中国上下五千年:中国历代科技成就
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第74章 物理学成就的汇集──《墨经》

《墨经》记录了后期墨家思想的精华,是战国时代我国自然科学和手工业生产技术知识的光辉记录,也是世界上最早的有关物理学基本理论的著作。

墨子(约前468~前376),名翟,鲁国人,战国时期著名的思想家、教育家、科学家,墨家学派的创始人。墨子是一个制造机械的手工业者,精通木工。墨子一派中人多数是直接参加劳动的,接近自然,热心于对自然科学的研究,又有比较正确的认识论和方法论的思想,他们把自己的科学知识、言论、主张、活动等集中起来,汇编成《墨子》。

《墨经》是墨家著作总集《墨子》中的一部分,是墨子和他的弟子们写的,是一部内容丰富、结构严谨的科学著作。在浩如烟海的经史著作中,《墨经》是唯一一本对我国古代几何光学发展进行系统性论述的典籍。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。

在力学方面

《墨经》中有一个“力矩”的概念,他们把杠杆支点的一边叫做“本”,另一边叫做“标”,提出:力臂长,重量重的一端下垂;力臂短,重量轻的一端则往上翘。墨家比公元前3世纪的阿基米德更早地懂得力的平衡关系。

《墨经》里记载了一个不等臂秤实验:头发丝引重。用一根头发丝代替挂秤砣的绳子,并用手拉头发丝代替秤砣。他们发现:如果力臂较长,重臂较短,达到头发丝的最大抗拉力×力臂≥物品的重量×重臂,那么头发丝就不会扯断;反之,头发丝就会扯断。显然,这就是杠杆工作的原理。

《墨经》对机械运动提出了正确的定义,即运动就是物体的变化,并且讨论了平动、转动等不同形式的机械运动,对浮力原理也有详细的阐述。

在光学方面

《墨经》是世界上最早的几何光学著作,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,对于光的直线传播、光的反射和若干物影成像,进行了精彩的描述。

有一次,墨子进行光学试验,他在堂屋朝阳的墙上开了一个小孔,让一个人对着小孔站在屋外,在阳光照射下,屋内相对的墙上出现倒立的人影。

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。

墨子和他的学生们也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。

知识小百科

墨子“宇宙论”

墨子认为,宇宙是一个连续的整体,个体或局部都是由这个统一的整体分出来的,都是这个统一整体的组成部分。他把时间定名为“久”,把空间定名为“宇”,并给出了“久”和“宇”的定义,即“久”为包括古今旦暮的一切时间,“宇”为包括东西中南北的一切空间,时间和空间都是连续不间断的。

在给出了时空的定义之后,墨子又进一步论述了时空有限还是无限的问题。他认为,时空既是有穷的,又是无穷的。对于整体来说,时空是无穷的,而对于部分来说,时空则是有穷的。他还指出,连续的时空是由时空元所组成。他把时空元定义为“始”和“端”,“始”是时间中不可再分割的最小单位,“端”是空间中不可再分割的最小单位。这样就形成了时空是连续无穷的,这连续无穷的时空又是由最小的单元所构成,在无穷中包含着有穷,在连续中包含着不连续的时空理论。