第二章 中国传统科学技术的奠基 第九节 《墨经》中的光学和力学

《墨经》原是《墨子》一书中的“经上”、“经下”、“经说上”、“经说下”四篇,后人把其单独成书,并名为《墨经》。关于《墨经》的作者,现在还存在着争议,有人认为“经上”、“经下”是墨子自著,“经说上”、“经说下”是墨子及门弟子记录师说而成;也有人认为四篇都是战国后期墨家后学的作品。但撇开其作者不说,单就内容而言,史学界都认为它是先秦一部重要的科学典籍。其科学内涵非常丰富,除上面提到的几何学外,突出的还有光学和力学。

《墨经》中记载有我国最早的小孔成像实验:在一间小屋向着阳光的一面墙上开一个小孔,人对着小孔站在屋外,在阳光的照射下,屋里相对的墙上就会出现一个倒立的人影。对此,《墨经》中解释说,这是由于光穿过小孔时如射箭一样,是直线行进的,人的头部遮住上面来的光线,故成影在下方,而人的足部遮住下面来的光线,故成影在上边,这样便形成倒立的影像。这既明确地阐述了光的直线传播原理,又科学地解释了小孔成像的原理。

对于凹面镜、凸面镜、平面镜的成像问题,《墨经》都作了较系统地研究和探讨。现在人们都知道,凸透镜对着太阳可以聚焦取火。在先秦时期我国没有玻璃透镜,但却有大量的铜镜。当时人们已经发现,凹面镜能够聚焦取火,故又叫它阳燧,用其取火,是一个重要的人工取火方法。《墨经》中对凹面镜成像原理作了一系列的考察,指出在凹面镜球心之外,物体所形成的像是倒立的,比原物小;在球心之内,则像正立,比原物大。《墨经》中还指出,凸面镜所形成的像都是正立的,比原物小;而平面镜所成的像与原物一样大,但左右互为倒置。把《墨经》的这些阐述与近代几何光学相对照,除了它尚未能把焦点与球心区分开外,其他的内容则是一致的。

对于运动物体的影子问题,《墨经》中也有精辟的论述。它指出运动物体的影子并没有跟随物体而运动,这是因为物体运动后所出现的影子是新形成的,而原来的影子已在物体运动后消失,看起来好像影子也在运动,其实只是新旧影子在不间断地相互更替而已。《墨经》中还考察了本影和半影的问题,并有符合科学的解释。在2000多年前,能有这样的成就,是很了不起的。

在力学方面,《墨经》中给出了力的定义:“力,刑(古通形)之所以奋也”,意思是说力是人体所具有的使物体运动的手段,如由下向上举重物,就是力的作用。它从衡器的平衡中,得出了杠杆原理,即力×力臂=重×重臂。对于运动、静止、浮力、重心、斜面等力学问题,《墨经》中也都有相当精辟的记述,这里就不一一列举了。