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《墨经》对古代科学有哪些贡献

阅读次数:1811 发布: 纪委 来源: 中央纪委国家监委网站 发布时间:2023-05-30 15:57
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在诸子蜂起、百家争鸣的战国时代,孔子创立的儒家学派和墨子创立的墨家学派都具有极大的社会影响,因而被时人并称为两大“显学”。不过,与儒家学派专注于社会政治和伦理道德领域的研究有所不同,墨家学派除了国计民生问题之外,还对科学技术给予了特别的重视,由墨子后学整理而成的《墨经》就以高度凝练的语言阐发了现代科学意义上的数学、几何学、力学、光学等自然科学的理论和知识,书写了中国古代科学发展的辉煌篇章。

  对古代数学的贡献

  数学向来被认为是自然科学的基础,有人曾风趣地比喻说,数学是科学的皇后。古往今来,自然科学的一切重大发展,无不以数学的进步为前提。在我国,尽管古老的《易经》中已经出现了不少数字形式和运用了数学思维,但是《墨经》才真正称得上是中国古代数学诞生的标志。

  《墨经》有着对运算法则的具体阐释和运用。比如给“倍”定义为“倍,为二也”即原数乘以2就是“倍”之后,针对倍数的计算又举例说:“倍,二尺与尺,但去一。”意即2尺和1尺之差是1尺,从2尺中减去1尺则剩余1尺,2尺是1尺的2倍。这里具体说明了“倍”的还原算法。

  有学者考证,早在3000多年前的商朝,我国就出现了较为系统的自然数形式和十进位制计数法,并且有了十、百、千、万等专用的大数名称。不过对十进位制作出概括和说明,则始于《墨经》。《墨经》有这样的说法:“一,少于二而多于五,说在建位”“五有一焉,一有五焉;十,二焉”。这几句话大意是说,在相同的数位上,1比2小,但在不同的数位上,比如十位上的1比个位上的5要大,关键在于具体数字所在的数位;在同一数位上,5包含了1,而当1处于更高的数位上时,就反过来包含了5,一个10当中包含了2个5。毫无疑问,这是对十进位制所作的最早也是最准确的表述,生动体现了先贤们的聪明和智慧。英国著名科技史家李约瑟在其巨著《中国科学技术史》中曾感慨道:十进位的思想明确出现在公元前330年前后的《墨经》中;如果没有这种十进位制,就不可能出现我们现在这个统一化的世界了。由此可见,《墨经》对于数学和人类文明与进步的贡献是多么巨大。

  对古代几何学的贡献

  《墨经》有着对若干重要几何概念的使用和言简意赅的阐释。比如“平”,它解释说:“平,同高也。”意思是说高度相同即是“平”。这个表述与欧几里得“平行线间的公垂线相等”的定理完全一致。又如“中”,《墨经》说:“中,同长也。”意即作为物体对称中心的“中”是指该物体上到各条边的距离都相等的那个点。而对于何为“同长”,《墨经》也有明确的解释:“同长,以正相尽也。”意思是说两个物体相互比较,长度完全相等而不差分毫,就叫作“同长”。

  《墨经》给直线以及点、线、面所下的定义也非常精当。关于直线,它说:“直,参也。”“参”就是叁,“直,参也”的表述是说三点共线即为直线,这与欧几里得所谓“某点介于另两点之间”的说法意思一致。在《墨经》中,点被称作“端”,线被称作“尺”,面被称作“区”。梅荣照在其《墨经数理》一书中对《墨经》给这几个概念所下的定义作了通俗化解释,即“点(端):部分中没有大小而处于直线段最前面”,“线(尺):指线段”,“面(区):指有限平面”,并指出,与欧几里得所谓“点:没有部分”“线:有长度没有宽度”“面:只有长度和宽度”的定义相比,《墨经》的解释更富有灵活性和实用性。

  对于“方”也即方形,《墨经》用“柱隅四权”四个字作了解释,意思是说方形是指立柱的四个角均为直角的图形。《墨经》给“圜”(即“圆”)所下的定义堪称简洁准确:“圜,一中同长也。”意即由所有与同一个中心点等长的端点连接而成的图形就是“圆”。《墨经》还特别指出,圆规是画出圆形或者检验是否属于圆形的工具,即所谓“圜,规写交也”,“为圆以规”。众所周知,圆规作为画圆的工具,早在夏商时代就已被发明出来,但是给“圆”下出精确的定义,在《墨经》之前却是闻所未闻,这无疑是墨家学派的一大贡献。必须强调的是,墨家给“圆”所下的定义与百年之后欧几里得几何学中的定义,也是基本一致的。

  对古代力学的贡献

  在作为物理学重要分支的力学领域,《墨经》首先对什么是“力”作了界定:“力,形之所以奋也。”意思是说,力是有形之物发生移动的原因所在。这个解释与牛顿第一定律几乎一模一样,而《墨经》要比牛顿早了约2000年的时间。为了把力的概念阐释得更加透彻,《墨经》以重力为例作了更进一步的说明,它说:“重之谓下。与重,奋也。”意思是说,重力作为一种力,它的方向向下;重力的作用,使得物体发生向下的位移。简单几个字就把复杂的力学现象和问题说得非常清楚明白。

  《墨经》注意到了力的平衡问题,并通过对沉浮现象的研究作了阐释,指出:“荆之大,其沉浅也,说在具”“沉浅非荆浅也”“若易五之一”。意思是说,木头之类的物体即便很大,也不会全部沉入水中,关键在于它具有浮力;木头不全沉入水中并不意味着其本身不够粗大,而是因为它的重量与水的浮力取得了平衡,大概会有五分之一露出水面。这说明,墨家已经认识到浮力大小与物体的体积存在正相关关系。

  《墨经》还发现并揭示了杠杆平衡原理。它运用独创的“标”(力臂)、“本”(重臂)等概念,认为称量重物时秤杆之所以会平衡,原因就在于“本”短“标”长,即所谓“相衡,则本短标长”;而在平衡状态下加重其中的一边,则这一边必定下垂,即所谓“衡,加重于其一旁,必捶”,而要使两边恢复平衡,只需移动支点,使“本”缩短、“标”加长即可。长期以来,人们都认为杠杆定理是阿基米德的发现和创造,其实《墨经》的阐发比阿基米德整整早了两个世纪,因此公允地说,杠杆定理应称之为墨氏定理。

  对古代光学的贡献

  《墨经》基于大量的观察和实验,阐发了关于光学的诸多真知灼见。我们今天所掌握的光线直射、小孔成像等光学原理,都是由2400年前的墨家学派所作出的原创性贡献。

  《墨经》记述了墨家学派所做的“小孔成像”实验:在一座暗屋的阳面墙上开一小孔,人站在屋外面对着小孔,屋内对面的墙上就会出现倒立的人影。这是什么原因呢?《墨经》作了解释:“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。”意思是说,光照向人,就如同箭射过来一样;人体下部(比如脚)挡住直射过来的光,成影在上边;人体上部(比如头)挡住直射过来的光,成影在下边。这是对光的直线传播最早的科学解释。

  《墨经》还探讨了物体的影像大小与物体斜正、光源远近之间的关系,认为物体斜或者光源远,那么物体的影子就细长;物体正或者光源近,那么物体的影子就粗短。有学者根据《墨经》“光学八条”中的有关记述,揭示了其对平面镜、凹面镜和凸面镜等原理的阐发,指出平面镜所形成的是大小相同、远近对称的影像,只不过是左右倒换的。凹面镜的成像是在“中”(指镜之中心)之内形成正像,距“中”远成像大,距“中”近成像小;在“中”之外形成倒像,距“中”近成像大,距“中”远成像小。凸面镜则只形成正像,近镜则像大,远镜则像小。

  《墨经》是中国古代光学研究的发轫者,在世界光学发展史上居于“导夫先路”的地位。对此,李约瑟曾中肯地指出,墨家光学研究的开始“比我们所知道的希腊的为早”,“印度亦不能比拟”。

  综上所述,《墨经》在古代科学的多个领域都作出了重要贡献,正因如此,墨家学派的创始人墨子被后世尊称为“科圣”。2016年,我国将完全自主研制的世界上第一颗空间量子科学实验卫星命名为“墨子号”,以表示对这位科学巨人的崇高敬意。(周东娜)


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