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墨经中的力学和光学知识

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《墨经》中记述了丰富的力学知识。
机械运动的正确定义:“动,域徙也”。意思是说,机械运动的本质是物体位置的移动。这与现代机械运动的定义完全一致。在墨经中进一步阐述了平动、转动和滚动等几种不同的机械运动形式。《墨经》中对这些运动形式的定义是非常科学的,例如在书中将平动定义为“俱止、动”,意思是说一个物体的所有部分要静止就全部静止,要动就全部都动。
力的定义是从人的体力概念引申出来的。“力,刑之所以奋也。”这里“刑”就是“形”,指人的身体。“奋”的原意是鸟张开翅膀从田野飞起。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。
浮力原理:“刑(形)之大,其沉浅也,说在衡。”就是说,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。这些认识说明墨家不仅定性的认识到浮力同重力的平衡关系,而且有定量的概念。不仅认识到了浮力原理,而且开始在生产中加以应用。
杠杆平衡原理::“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。”书中“权”可看作今日之砝码,“重”即悬挂的重物,“标”即支点的一边(力臂),“本”即另一边(重臂)。如果两边平衡,杠杆必然是水平的。在平衡状态下,加重其中一边,必将使这边下垂。这时要想使两边恢复平衡,应当移动支点,使“本”缩短,“标”加长。而在“本”短“标”长的情况下,假若再在两边增加相等的重量,那么“标”这一端必定下垂。
不仅清楚的叙述了种种杠杆实验的结果,更难能可贵的是对这些实验做了正确的解释。例如,它解释上面讲的“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,虽然没有得出明确的定量关系,但是实际上提出了力学中“力矩”的概念。所以可以说,墨家已经发现了杠杆平衡原理。
《墨经》还记载了丰富的几何光学知识。
光是沿直线传播的。墨子和他的学生做了世界上最早的“小孔成像”实验,并对实验结果作出了精辟的见解。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,屋里相对的墙上就会出现一个倒立的人影。为什么会这样呢?《墨经》中写道:“景光之人煦若射,下者之入也高,高者之入也下。”这句话的意思是:因为光线象射箭一样,是直线行进的。人体下部挡住直射过来的光线,射过小孔,成影在上边;人体上部挡直射过来的光线,穿过小孔,成影在下边,就成了倒立的影。这是对光沿直线传播的第一次科学解释。
《墨经》中还利用光的直线传播原理解释了物体和投影的关系。墨家认为,光被遮挡就产生投影,物体的投影并不会跟随物体一起移动。飞翔的鸟儿,它的影子仿佛也在飞动着,实际上并不然。墨家指出飞鸟遮住了直线前进的光线,形成了影子。一瞬间后,飞鸟移动了位置,原来光线照不到的地方,现在照到了,旧影就消失了,而在新的地方,出现了新的影子。这就是说,鸟在飞翔中,它的影子并不跟着移动,而是新旧投影不断更新。在二千多年前,能这样深入细致的研究光的性质,解释影的动和不动的关系,是非常不容易的。
墨家在研究了两个光源同时照射一个物体和成影现象以后指出:一个物体有两种投影,是由于它受到两个光源照射的缘故;如果只有一个光源照射一个物体,则只会产生一个投影。这些论述与现代光学中的“本影”,“半影”描述非常吻合。
平面镜、凹面镜和凸面镜的成像的理论。我国在三千多年前就出现了青铜镜,到了战国时期,无论在青铜镜的制造和使用方面都积累了丰富的经验。墨子和他的弟子对镜子成像的原理进行了深入的研究,提出了平面镜、凹面镜和凸面镜的成像的理论。


IP属地:黑龙江1楼2015-08-11 14:22回复
    《墨经》是战国时期墨家著作的总集《墨子》中的一部分。计有《经上》、《经下》和《经说上》、《经说下》4篇共180条左右。《经说》是对《经》的解释或补充。有人认为《墨经》是后期墨家的著作,也有人认为《经》是墨家创始人墨翟主持编定或自著,《经说》则为其弟子们所著录。
    《墨经》的先秦竹简原为4篇。帛卷盛行后,转抄于帛卷上,“引《说》就《经》,各附其章”;又将整幅帛卷划分为上下两截,先用上截,旁行到卷末,再回到卷首下截写起,即所谓“旁行句读”。后来转抄到纸册上,恢复了竹简4篇之旧,但将《经》文上下相间的两截连抄在一起,以至语议不可理解。清代毕沅细致考究,发现转抄的错误,重行整理;幸亏《经说》的顺序无误,可资订正。由于《经说》文与相应的《经》文不在一起,而将《经》每条的一字或数字冠于《说》文之前,以便检索。即所谓“牒经标题”。《墨经》这一先秦著作,文字简古,训释不易;虽经整理,脱讹之处尚多。
    《墨经》的内容、逻辑学方面所占的比例最大,自然科学方面次之;其中属于几何学的十余条,专论物理方面的约二十余条,此外还有伦理、心理、政法、经济、建筑等方面的条文。
    1941年钱临照对光学、力学诸条作了科学的阐发,此后以科学方法研究它的人渐多。 在力学方面,《墨经》记载了时空观念和机械运动。《经上》分别用“弥异时”与“弥异所”来定义时间和空间,即综合具体的"时"与"所",形成“时间”(“久”)与“空间”(“宇”)的观念。《墨经》认为“运动”(“动”)就是物体位置的迁移,“静止”(“止”)就是物体在某处停留有一定的时间。由于有了类似于“瞬时”(“无久”)的观念,因此对运动的分析比较深刻;《墨经》还阐明了物体运动必定在时空之中进行,运动、时间、空间三者之间有密切联系。
    《墨经》把“力”定义为“形之所以奋”,意即力是物体(“形”)运动(“奋”)的原因;也有人解释此条中的力为体力,意即只有凭借体力人体(“形”)始能有所动作(“奋”)。《经说》指出物体的重量也是力,物体之能下落,或被上举,都有重力的表现。另一条还指出,物体在只有重力作用下,下落必取竖直。可见,墨家对于力、重、运动之间的关系,已有一定的认识。对于力的平衡现象,《墨经》以头发悬物为例,分析了材料是否断裂,决定于材料的内力和外力是否平衡。对于物体的浮沉和圆球的随遇平衡,也作了规律性的说明。关于杠杆,《墨经》记述了等臂和不等臂两种情况的实验。墨家还研究过两端重量固定,变动两臂的长短使杠杆偏转,或者进行过横梁负重而弯曲的实验。此外,还论述了轮轴、斜面等简单机械。在这些记载中,多能作出理性的概括。
    《经下》中有相互联系的 8条论述了几何光学知识(见彩图)。首条讨论成影,说明影是光照不及所致。次条指出在两个光源之下,物体能有两个影。第三条记录了针孔成像实验,用光线的进行去说明倒像的生成,处处体现出光的直进思想,并用箭的行进作形象的比喻,还认识到光线是从物体射出,进入人目才引起视觉。第四条记述了一个有趣的反射现象,即经反射后的日光照到人体,投在地面的人影必在日与人之间。第五条讨论了直立木杆在 光源照射之下,投在地面的影子的长度大小的变化规律。第六条讨论平面镜成像的规律。第七条记载凹面镜成像的情况。《经》云:“鉴洼,景(影)一小而易,一大而正,说在中之外、内。”按钱临照说,这里“中”指球面镜的中心和焦点之间的一段空间。当人从远处向镜走来,在球心之外时,见到自己缩小的倒像;走在球心和焦点之间,因像在人的背后,故无所见;过了焦点又见到自己放大的正像。这种观察是以人体、人目代替今人用灯烛、白屏的实验方法。在《经说》中与此条相应的一段,还有些难解的文句尚待探索。其中的“中”似乎是指的几何点——球心(或焦点),不论“中之外”或“中之内”,都说:“近中则所鉴大,景亦大;远中则所鉴小,景亦小。”而且提出了以“中”为投影参考点的简单成像作图法。可能《经说》的作者又以另外的方法做过实验观察,因而比《经》更为精详。第八条记载了凸面镜成像的规律。从这八条来看,头五条,首论影的成因,次述光和影的关系,第三以针孔成像论证光的直进,接着又说明光的反射,最后讨论了光、物、影三者的关系;这样,光学中的影论部分已基本具备了,后三条分别论述了平面镜、凹面镜、凸面镜的成像规律,这正是光学中像论部分的基本内容,八条合起来即为几何光学的基础。这八条的特点在于,不但全是实验的忠实记录,极少臆想成分;而且前后连贯构成整体,次序安排合理,逻辑密严;虽只300余字,堪称为2000多年前世界上最早的系统的几何光学论述。
    《墨经》对于物质是否可分问题也有论述。《经下》的“端”是指不可再分割的物质点。(有人认为全书的“端”都只是论述几何的点。)《墨经》中还有原始的元素论与物质不灭的朴素思想。
    《墨经》的物理知识大约多源于墨家成员的手工业实践。墨翟本人就以技艺高超著称。墨家的逻辑方法也有助于科学思维。
    参考书目
    孙诒让著:《墨子间诂》商务印书馆,上海,1931。 钱临照:释墨经中光学力学诸条,《李石曾先生六十岁纪念论文集》,国立北平研究院,昆明,1942。
    洪震寰:墨经光学八条厘说,《科学史集刊》,第4期,科学出版社,北京,1962。
    洪震寰:墨经力学综述,《科学史集刊》,第7期,科学出版社,北京,1964。
    徐克明:墨家的物理学研究,《科技史文集(物理学史专辑)》,第12辑,上海科学技术出版社,上海,1984。


    IP属地:黑龙江2楼2015-08-11 14:31
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