墨子的科学思想是怎样的

① 提出宇宙论 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。换句话说，也就是整体包含着个 体，整体又是由个体所构成，整体与个体之间有着必然的有机联系。从这一 连续的宇宙观出发，墨子进而建立了关于时空的理论。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。 在时空理论的基础上，墨子建立了自己的运动论。他把时间、空间和物 体运动统一起来，联系在一起。他认为，在连续的统一的宇宙中，物体的运 动表现为在时间中的先后差异和在空间中的位置迁移。没有时间先后和位置 远近的变化，也就无所谓运动，离开时空的单纯运动是不存在的。 对于物质的本原和属性问题，墨子也有精辟的阐述。在先秦诸子中，老 子最早提出了物质的本原是“有生于无”(《老子》第 1 章)，“天下万物生于有， 有生于无“(《老子》第 40 章)。墨子则首先起来反对老子的这一思想，提出 了万物始于“有”的主张。他指出，“无”有二种，一种是过去有过而如今没有了， 如某种灭绝的飞禽，这不能因其已不存在而否定其曾为“有”;一种是过去就从 来没有过的事物，如天塌陷的事，这是本来就不存在的“无”。本来就不存在 的“无”不会生“有”，本来存在后来不存在的更不是“有”生于“无”。 由此可见，“有”是客观存在的。接着，墨子进而阐发了关于物质属性的 问题。他认为，如果没有石头，就不会知道石头的坚硬和颜色，没有日和火 ， 就不会知道热。也就是说，属性不会离开物质客体而存在，属性是物质客体 的客观反映。人之所以能够感知物质的属性，是由于有物质客体的客观存在。 ② 数学论述 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： 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。 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”。 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。 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。 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。 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”。 ③ 物理学研究 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 1000 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”即为阻力臂， “标”即为动力臂，写成力学公式就是动力×动力臂(“标”)=阻力×阻力臂(“本”)。 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白声音共振的机理，但这 个防敌方法却蕴含有丰富的科学内涵。 ④ 机械制造方面 墨子精通手工技艺，可与当时的巧匠公输班相比。墨子擅长防守城池， 在止楚攻宋时与公输般进行的攻防演练中，已充分地体现了他在这方面的才 能和造诣。他曾花费了 3 年的时间，精心研制出一种能够飞行的木鸟(风筝、 纸鸢)，成为我国古代风筝的创始人。他又是一个制造车辆的能手，可以在不 到一日的时间内造出载重 30 石的车子。他所造的车子运行迅速又省力，且 经久耐用，为当时的人们所赞赏。 值得指出的是，墨子几乎谙熟了当时各种兵器、机械和工程建筑的制造 技术，并有不少创造。在《墨子》一书中的“备城门”、“备水”、“备穴”、“备蛾 “、“迎敌祠”、“杂守”等篇中，他详细地介绍和阐述了城门的悬门结构，城门 和城内外各种防御设施的构造，弩、桔槔和各种攻守器械的制造工艺，以及 水道和地道的构筑技术。他所论及的这些器械和设施，对后世的军事活动有 着很大的影响。