墨子：百科全書式的科學(xué)家

李艷鳴

兩道光束，從世界第一顆量子衛(wèi)星中國(guó)“墨子號(hào)”向地球發(fā)出，標(biāo)志著我國(guó)在國(guó)際上率先實(shí)現(xiàn)了千公里級(jí)的星地雙向量子糾纏分發(fā)，震動(dòng)全球。這天是2017年6月15日。因這一史詩(shī)級(jí)實(shí)驗(yàn)成果，“墨子號(hào)”登上了世界尖端科學(xué)雜志《科學(xué)》的封面。

我國(guó)自主研制的世界首顆量子衛(wèi)星，為什么被命名為“墨子號(hào)”？身為量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星首席科學(xué)家、中國(guó)科學(xué)院院士的潘建偉是這么說(shuō)的——哲學(xué)家、墨家學(xué)派創(chuàng)始人墨子是中華民族最早的科學(xué)家之一，他和他的學(xué)生做了世界上第一個(gè)“小孔成像”實(shí)驗(yàn)，并發(fā)現(xiàn)了光是直線傳播的，提出了某種意義上的粒子論，為量子通信的發(fā)展打下了一定的基礎(chǔ)?！耙虼?，光量子學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星用這位中國(guó)先賢命名，我認(rèn)為是很妥帖的。”潘建偉說(shuō)。

墨子是科學(xué)真理的探索者，他開(kāi)創(chuàng)的墨家學(xué)派是中國(guó)歷史上最早的獨(dú)一無(wú)二的從事科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)的學(xué)術(shù)團(tuán)體，形成了重理性、重實(shí)用、重科學(xué)的墨派特點(diǎn)，其成就在中國(guó)古代科技史上占有重要的位置。其科學(xué)思想主要在《墨經(jīng)》中展示?！赌?jīng)》又稱《墨辯》，是《墨子》的一部分，指《墨子》中的《經(jīng)上》《經(jīng)下》《經(jīng)說(shuō)上》《經(jīng)說(shuō)下》《大取》《小取》六篇，主要是討論認(rèn)識(shí)論、邏輯和自然科學(xué)的問(wèn)題。梁?jiǎn)⒊谄洹赌?jīng)校釋·自序》中說(shuō)：“在吾國(guó)的古籍中，欲求與今世所謂科學(xué)精神相懸契者，《墨經(jīng)》而已矣！”

墨子光學(xué)：現(xiàn)代照相技術(shù)原理的起源

2016年8月16日凌晨，在廣袤的夜空，一顆新星劃出耀眼的痕跡，我國(guó)發(fā)射首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星——“墨子號(hào)”，這是人類窺探量子世界的幽秘和神奇的首創(chuàng)，意味著中國(guó)成為世界上首個(gè)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間量子通信的國(guó)家，先于歐美擁有量子通信覆蓋全球的能力。這也正像兩千年前，科學(xué)先賢墨子在世界上首先通過(guò)小孔成像實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)光是直線傳播的一樣，展示了中國(guó)科技引領(lǐng)世界的力量。這顆量子衛(wèi)星命名為“墨子號(hào)”的意義也在于此。

墨子是最早研究光的，也是第一個(gè)發(fā)現(xiàn)“小孔成像”的人?！靶】壮上瘛笔悄?guī)缀喂鈱W(xué)的一部分，也是現(xiàn)代照相技術(shù)原理的起源。《墨經(jīng)》中這樣紀(jì)錄了小孔成像：“景到，在午有端，與景長(zhǎng)，說(shuō)在端?！薄熬埃庵耍闳羯?。下者之人也高，高者之人也下。足蔽下光，故景障內(nèi)也?！比欢?，墨家光學(xué)理論并不止于此，墨子在《墨經(jīng)》中提出的著名的“光學(xué)八條”重要論述，有影的定義與生成、光與影的關(guān)系、光是直線進(jìn)行的、光有反射性能、光和光源的關(guān)系、定影的大小、平面鏡與凸凹鏡成像原理等，其影論、像論為幾何光學(xué)打下了基礎(chǔ)，也為量子通信的發(fā)展打下了一定的基礎(chǔ)。著名物理學(xué)家錢臨照評(píng)價(jià)說(shuō)：“這八條光學(xué)文字，寥寥數(shù)百字，確乎可稱兩千多年前世界上偉大光學(xué)著作?！庇?guó)科技史專家李約瑟在《中國(guó)科學(xué)技術(shù)史》物理卷中說(shuō)，墨子關(guān)于光學(xué)的研究，“比我們所知的希臘的為早”，“印度亦不能比擬”。

墨子數(shù)學(xué)：標(biāo)志著中國(guó)幾何學(xué)的萌芽

墨子提出了“三點(diǎn)共線”的直線定義。幾何中的“線”，墨家稱為“尺”。直線稱為“直”：“直，相參也。”這里參就是三。三點(diǎn)共一線就是直，與現(xiàn)代幾何中直線的定義完全相同。三點(diǎn)共線在后世測(cè)量物體的高度和距離方面得到廣泛的應(yīng)用。晉代數(shù)學(xué)家劉徽在測(cè)量學(xué)專著《海島算經(jīng)》中，就是應(yīng)用三點(diǎn)共線來(lái)測(cè)高和測(cè)遠(yuǎn)的。漢代以后弩機(jī)上的瞄準(zhǔn)器“望山”也是據(jù)此發(fā)明的。此外，墨子還對(duì)十進(jìn)位值制進(jìn)行了論述，如《經(jīng)下》提到：“一少于二二多于五，說(shuō)在建位?！边@是對(duì)十進(jìn)位值制的強(qiáng)調(diào)，在數(shù)學(xué)史上具有重要地位。

墨子是中國(guó)歷史上第一個(gè)從理性高度對(duì)待數(shù)學(xué)問(wèn)題的科學(xué)家，他給出了點(diǎn)、線、面、方、圓一系列幾何概念的命題和定義。墨子出身工匠，他在手工業(yè)生產(chǎn)中，使用規(guī)（圓規(guī)）、矩（直角尺子）、懸（懸線）、水（水平線）等勞動(dòng)工具進(jìn)行測(cè)算的過(guò)程中，發(fā)展起來(lái)幾何學(xué)的概念，其理論認(rèn)識(shí)已達(dá)到相當(dāng)高的水平，標(biāo)志著我國(guó)在戰(zhàn)國(guó)時(shí)期就已經(jīng)產(chǎn)生了理論幾何學(xué)的萌芽。例如：幾何中的“點(diǎn)”，《墨經(jīng)》稱為“端”：“端，體之無(wú)厚而最前者也。”“端，是無(wú)間也?！睅缀沃械摹皥A”“平”“方”，墨家釋曰：“圓，一中同長(zhǎng)也?！薄捌剑咭??！薄胺剑裼缢臋?quán)也。”墨子對(duì)正方形的定義與歐幾里得幾何學(xué)是一致的。

墨子力學(xué)：發(fā)現(xiàn)浮力和杠桿平衡原理

墨子善于制造精巧的工具，其門徒也多能工巧匠，技藝非凡。以墨子為代表的墨家從人的生產(chǎn)生活實(shí)踐中總結(jié)出力學(xué)原理，《墨經(jīng)》中關(guān)于“力”的定義就是從人的體力概念引申出來(lái)的?！傲?，刑之所以?shī)^也?！边@里“刑”就是“形”，指人的身體；“奮”的意思是鳥(niǎo)張開(kāi)翅膀從田野飛起。這句話的意思是說(shuō)，力是使人的運(yùn)動(dòng)發(fā)生轉(zhuǎn)移和變化的原因。以墨子為代表的墨家發(fā)現(xiàn)了浮力原理?！赌?jīng)》中寫道：“刑之大，其沉淺也，說(shuō)在衡?！本褪钦f(shuō)，形體大的物體在水中沉下的部分淺，這是由于物體重量被水的浮力平衡的緣故。這說(shuō)明墨家不僅認(rèn)識(shí)到浮力同重力的平衡關(guān)系，而且有定量的概念，總結(jié)出浮力原理，并開(kāi)始在生產(chǎn)中加以應(yīng)用。

墨家發(fā)現(xiàn)了杠桿平衡原理，用“衡”“權(quán)”“重”“標(biāo)”“本”來(lái)說(shuō)明杠桿原理的作用，并以此推廣制造了一些先進(jìn)的工具，運(yùn)用在生產(chǎn)、生活、軍事上?！赌?jīng)》中提到墨子利用杠桿原理研制成秸槔，用于提水。墨家加以改進(jìn)作為筑城勞動(dòng)中的起重機(jī)，地道戰(zhàn)中的挖掘機(jī)，守城之戰(zhàn)中殺傷敵人的沖撞機(jī)。墨家還把杠桿類機(jī)械轆轤當(dāng)作防御戰(zhàn)中連弩之車的配套設(shè)備，用來(lái)拉開(kāi)巨大的弩弓以引長(zhǎng)箭。

墨子技藝：我國(guó)古代風(fēng)箏的發(fā)明人

墨子精通手工技藝，可與當(dāng)時(shí)的巧匠公輸班相比。他曾花費(fèi)了三年的時(shí)間，精心研制出一種能夠飛行的木鳥(niǎo)（風(fēng)箏、紙鳶），成為我國(guó)古代風(fēng)箏的創(chuàng)始人。他又是制造車輛的能手，可在不到一日的時(shí)間內(nèi)造出載重三十石的車子，且所造之車運(yùn)行迅速又省力，經(jīng)久耐用，為當(dāng)時(shí)的人們所贊賞。墨子擅長(zhǎng)防守城池（即所謂的“墨守”），其弟子將他的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)成《城守》二十一篇。在《墨子》一書中 的 “備 城 門 ”“備 水 ”“ 備穴 ”“備 蛾 ”“ 迎 敵祠”“雜守”等篇中，他詳細(xì)地介紹和闡述了城門的懸門結(jié)構(gòu)，城門和城內(nèi)外各種防御設(shè)施的構(gòu)造，弩、桔槔和各種攻守器械的制造工藝，如連弩車（《墨子·備高臨》）、轉(zhuǎn)射機(jī)（《墨子·備城門》）、藉車（《墨子·備城門》），以及水道和地道的構(gòu)筑技術(shù)，這些器械設(shè)施對(duì)后世的軍事活動(dòng)有著很大的影響。

墨子還對(duì)聲音的傳播進(jìn)行過(guò)研究，為防御敵人攻城設(shè)計(jì)了一種地下聲源探測(cè)裝置。具體的方法是，沿城墻根每隔一定距離挖上一口井，挖到地下水位以下約兩尺為止，然后在井下放置一個(gè)容量七八十升的陶甕，甕口蒙上皮革，作為地下共鳴箱。讓聽(tīng)覺(jué)靈敏的人伏在甕口仔細(xì)聽(tīng)，當(dāng)有敵人挖坑道攻城時(shí)，就可以根據(jù)陶甕響聲的大小來(lái)確定敵人的方向位置，以便出兵迎擊。由上可見(jiàn)，《墨經(jīng)》可以說(shuō)是一部百科全書式的科學(xué)著作，墨子是一位百科全書式的科學(xué)家。