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墨子的十大发明与发现
发表时间:2018-01-08  |  点击率:3514

西欧英国李约瑟,与北欧瑞典高本汉,同为世界声名最著之两大汉学家。高氏在此不论,单就李氏《中国之科学与文明》皇皇巨著而言,其人荣获科学与哲学两项博士学位,长期研发中国学术,是以其素养之高,涉猎之博,固属少见,而其书篇秩浩繁,内容涵盖面广,包容性深,及其动员全球人才之众,集结世界专家之夥,亦无出其右者,至於其撰写该书,费时近四十年之久,更非一般学者所可为力也。因之,笔者乃有重读是书,而为之撰写“书后”之作。

中华民族之建树,远走在其他民族之前,中国也早已具有活跃之科技能力,留下丰硕的领先发明:譬如医学上之健身法;航行者常平架,和航海之自动环动仪;天文学上的望远镜所用之二自动机械钟等,一般人向来认为是近来欧洲之产品,而其实却是公元二世纪时中国人之发明。

实在说来,中国有关科技之发明,在公元1至13世纪(甚至到18世纪),不断的输出,到欧洲及其他地区,大抵计之,约有几十种之多,而自欧洲输进的科技,则仅为几种,尤其在数学方面,中国居然领先世界一千余年。

李氏对中国科学技术之成就,探微钩玄,推崇备至,令人感佩。

墨子对中国科学技术之贡献甚大(三十余年前拙著《墨子科学观》,尝从科学理论、科学技术、科学精神三者析论),虽以其书断简残编,难窥其全,致较缺乏明晰系统之说,但其领域甚广,开创实多:如(一)今日“原子论”的惊人先驱之说;(二)中国思想中“量”的发现;(三)天文学中,日月对恒星位置之退行运动;(四)数学中“零”的发现,与“位值”观念;(五)切理学上,波和粒子之宇宙开创论; (六)度量衡学上,是Atwood机械的始祖及四轮车和云梯构造之先知; (七)动力学上,“弹道”与“风筝”的研制之识;(八)光学上万花筒的先进之见与摄影原理; (九)声学上,地话器的发明; (十)机械工程学上,活塞风箱及弩机之制造等十几种发明与发现。不一而足,再再令人讶异!

更有意义者,李氏尝言: “一个科学家,应基於人道立场,现世界人类之区域和历程为一体”,所以他对人文社会科学,亦极关怀。由是而知,李氏与墨子,同然皆为集十大家於一身的关爱世间之时贤先圣也。

中国科学史的研究,向不为中外学术界所重视。在国外,以欧洲为中心的历史学家们,固然完全抹煞中国以往在科学、科学思想及技术方面的贡献。就是成就斐然的汉学家,也大半只从事考古、艺术、音韵、哲学、文学、历史、地理的研究,而少有人去注意中国科学与技术知识的探讨。在国内,科学史这门学问,也是乏人问津,既少有关科学文献的计划整理,又乏有系统的研究开发。不仅西方人不知中国产生过科学,甚至中国人自己也承认“中国永不曾产生过任何科学或技术学”。西方从中国取得了许多技术发明,而自己反而往往丝毫不知是从哪里来的。

幸有李氏《中国之科学与文明》这部书提出了纠正,弥补了缺憾。该书不论在内容上、取材上、以及写作态度上……都可以说是一部研究中国古代科学史的权威巨著。

所以我在写成《墨子科学观》三十多年后,再重读这部书,并为之撰成“书后”之作。当然第六届墨子国际研讨会的主题,也是我投入其中的主要因素。西儒培根,认为欧洲由中国移植的有三大发明——印刷术、黑色火药及罗盘针。这是人所共知的。

陈立夫更申言之云:“在人类文明史中,其最重要之两大物质科学之发明,皆出自吾国。一为建设性之最大者,曰造纸及印刷术,无乎此,则人类之智慧,无从记录与继传,文明何有?二为破坏性之最大者:曰黑色火药,无乎此,则天然之障碍,无从摧毁。文明之保障,无有把握。即此二者,已足证明吾民族对人类贡献之伟大。”其实,中国领先之发明,指不胜数,尤其在食物及医药两方面,更为超越。据李约瑟统计,中医一直领先世界,到十九世纪末叶,才逐渐式微。

李氏更进一步指出,中国由公元第1世纪到第18世纪之间,早已产生丰硕的发明,传达到欧洲及其他地区。并且计算起来,中国传到西方的机械及技术,至少有二十六种之多,而西方传到中国的,不过四种。详见下列二表:

墨子对中国科学技术之贡献甚大,虽因其书残篇断简,零落不一,难窥其全。致有些缺乏明晰系统之说,但其领域甚广,开创实多,却是事实,统而言之,约有十几种发明与发现,兹分述如下:

一、今日“原子论”的惊人先驱

我之所以把“原子论”独立起来,既不完全归属於数学,亦不完全归属於物理,主要是因为它,既是“数学”的,又是“物理”的。

中国数学,并未缺乏理论几何学幼芽。理论几何学在中国,其所以未能茁壮者,实基因於中国文化的特质。那墨经中包涵的许多命题,由於种种原因,至今尚未为数学史专家所通晓,深为遗憾。

李氏对中国数学深致感叹之余,并指出墨经(墨家经典,必定在公元前370年左右编集而成的)的几何学“点”的定义时说经上:“端(即点),体之无序而最前者也。”经说上:“体也若有端,端是无同也。”

这个意义,好像和“几何学原本”卷中的第一第三定义完全相同。又举出墨经下:“非半弗靳,则不动,说在端。”经说下:“非靳半,进取也。前,则中无为半,犹端也。前後取,则端中也。靳必半,毋与非半,不可靳也。”认为墨家这种“不能分”的概念,确有根据。并说:

根据路利亚(LuRia)的研究,古代希腊的原子学家,他们对於无限小,也许持有与此平行的理论。显而易见的,和帝摩克力塔斯(Democritus)学派有联络的数学家们,也是具有“几何学原子”概念。

上两个命题,论及几何学的“原子”,都是界定一个“点”,就是把一条线切成极短,以至於无可再切而构成。

他觉得没有真正的理由,相信可以说明为什么“极微”(无可再切)的概念,不让在这三大伟大文明的每一个中独立产生出来。(一册294页)

这是我把它独立起来理由之一,另一就是“它”又是归属“物理”的关系,这部分,容在“宇宙开创论”中,再多细述。

二、科学思想中“量”的发现

就“数学”言,中国数学,从来没有离开过“量”的大小,及专特公理与公设以作推理基础,去建立理论的几何学。

而且根据“几何学原本”的序言,“几何”二字,系由“量”(magnitude)字意译而来。并非“Cos”的音译。

就“物理”言,“量”的因素,在墨家是极为重要的,由他们在物理学上的成就可见。

墨家在这方面,提出了两个命题:(一)是不同类不能相比较,不能相加减。如经上云:“异类不吡,说在量。”(经说暂略)这是“物理学”上“量”的定律。

(二)就是五行——金、水、土、木、火,是否相克(胜),主要也在“量”。

如经下云:“五行毋常胜,说在宜。”(注:此处之宜,就是我们所说的“量”。)

经说下:“五,金、水、土、木、火。离然火铄金,火多也。金靡炭,金多也。金之府水(但不生水)。火离木(但非生自木)。若识麋与鱼之薮,惟所利。”意即是说: “火能胜金”或“金能胜火”……。其主因,都是要看“量”的多寡大小来决定约。

三、天文学中,日月对恒星位置之退行运动

王充论衡中(公元83年),有一有趣的日月对於恒星位置的退行运动(葛洪抱朴子,曾引述之)。墨子似乎曾在更早时,言此事(见墨子第35卷及梅贻宝著作)。

墨经中有关此主题的命题,如言位置的移动,其“经下”有云:

“宇进无近,说在敷。”经说下:“傴宇不可偏举字也。进行者,先敷近,後敷远者。”

言移动期间,其“经下”有云:

“行循以久,说在先後。”经说下: “行者,必先近而後远。远修近修也,先後久也,民行修,必以久也。”

言运动,其经上有云:

“动或从(纵)也。”经说上:“动偏祭从者,户枢免瑟。”

这一条,可真是企图讨论“圆”的运动的遗迹。

这些天体运行於刚风之上,则球可能亦会运行。不少古时中国人如此推想。但他们所想的不是“旋转”,而是“游移”、进退。这是那“地有四游”说。其大意如上述墨经所言。这必然是相当古邃之说。

四、数学中“零”的发现,与“位值”观念

“零”的发现,是数学史上的大事之一。

某单位处的数字,如不存在,於处空出一个位置来表示它——即是零或O,自属当然之处置,这种办法在公元前4世纪时,就已经完成了。有墨经上“库,易也。”经说上:“库,区穴(即零或O)若斯貌常。”的文字,足以证明。   

“位值”的观念,发现最早。          

为了了解十进位法的“位值”起见,我们所能引用的最早典籍,恐怕要推西元前330年“墨经”中的一个主张:十进位法。

《经下》:“一少於二,而多於五,说在建。”  

建,建位也。位以十进,则数至於十,复进为一,故多於五。

《经说下》:“五有一焉,一有五焉,十,二焉。”

五有一者,一二三四之一也。一有五者,一十之一,即十有二个五也。

根据上面所引原典,和该书第二章所提出之证据,可知“位值”的观念在中国,纵然一时遗忘,或未经常扩展,但对它的识别,较在“孙子算经”中发现它以前,还要提早五百多年。

五、物理学上,波和粒子的“宇宙开创论”

波和粒子(或质点Waves and particles)。     

中国物理学思想,全被“波”观念,而不是原子理论所支配。这是人类思想史中主张连续性和不连续性两派大争辩之一面。           

墨家在这点是逻辑上最严格的。墨家用几何学“点”,作其原子的定义。在“墨经”中,用“端”字,表示这意义。但是,似乎又想到“瞬刻的时间”,也有“原子”的意义。例如:

《经上》:“始,当时也。”

始的意义,是瞬刻的时间。

《经说上》:“始时或有久,或无久,始可无久。”

时间有时有久,有时无久,因为时间的起点,就没有久。

由此可知,原子的瞬间,并不是由佛教传入中国的。这一段,有“宇宙开创论”的背景。

因为在此所说“瞬间”的开始,有如线端之“点”。但它是“物理”的,而不是“数学”的。

六、度里街学上,是Atwood机械的始祖及四轮车等和云梯构造之先知

“墨经”的另一组,给我们多一些墨家(约在亚里士多得时期,公元前4世纪末叶) “力”和“重”的思想。我们再强调,只有现存残篇,和窜改版本,若不多用臆测,就很难估定战国时明的物理情状。

在这方面,它谈到“力”和“重”如:

《经上》:“力,刑(同形)之所以奋也。”

《经说上》:“力,重之为下,与重奋也。”

也谈到“力”的平衡,滑车和天平的思考。如:

《经下》:“絮与枝板,说在薄。”

《经说下》:“絮有力也,引无力也,不正所絮之止於施。”

在後一例,假定的是:当开始实验时,被变动的物重,是挂在比他边所挂的恒等重,较高一些。         

此处所说的,是研究力,加速度和质量间的关系之Atwood机械(1780年)的始祖。(参考吴南薰(一)92页及下文)。如:“力的组合”:   

《经下》:“循遇过擢虑不疑,说在有无合与一,或复否,说在拒且然。”经说下,佚失。

由於这命题的简略及注解(经说)的佚失。很难确定它的意思,如果“矩”字不错,则墨家是企图“向量力”(vectoforces)的分析,和力的厂“平形四边形”等,是否有反应,当视所思考的结构,是否平衡而定。又说:

上古及中古中国的实用工程中,还有许多机会获得关於合力之经验和知识。实在说来,在欧洲一直到17世纪,才完全明白这些。而中国早期的气体动力学发明的“风筝”,就是这原理的应用。

“四轮车”,古时(墨子)称“车挽”或“轭” (Chariot一Yoke)。

中国所用运送重物的古法——四轮车的原理,就是分力的一个很好的例子。

像这样分支的联合系统,可於现在飞机检查时见之。这是根据在多处的配件,只作一个的测量,便可记录一个机翼受不同的应变(Strain)的性质。

另外,尚有“自动用车”及“大型车辆”之制造。

前者,据传闻说载,墨翟曾於公元前4世纪,为其母制造这种自动车。……可足惊异者,迄公元1115年前後,有一郑重其事的回教作家发现,自动车之创制,应归功於中国人。

後者,特种用途大型车辆之制造,装轮堡垒用以攻城者,(车童   车彭    车旁 或棚)可追溯至墨子门徒有关筑城术之论文(第八册442页)。

“云梯”,古时称“輲车”。墨经中亦尝言之:

《经下》:“悬……(余佚)。”

《经说下》:“两轮高,两轮为輲,车梯也。重在前,弦其前,载弦其轱而悬重其前,是梯。”

这是前已提及的滑轮和称锤的实际应用。

当然,这机械的普通名称,就是“云梯”。墨子《备梯》篇在云:“云梯者,重器也。……若此,则云梯之攻败矣。”墨家了然于云梯之构造与性能,针对之以订其防御之办法,是以云梯之攻必败。

七、动力学上“弹道”与“风筝”的研制之识

“墨经”中谈到有关“弹道”的力和运动。如:

《经上》:“止,以久(支柱之意,下同)也。”

《经说上》:“止,无久之不止,当牛非马,若夫过楹。”
以及也提到“斜面”之理,及“球体的不稳定平衡”等。

按“墨经”运动,是由於没有反抗力。墨家所用的名词“久”(支柱)应解释为牛顿第一定律。所谓能改变运动物体永久动态的力。又说:

这分明在指出:如果没有这种力,运动就会永远的不会停止。作者似在试说“非直线运动”,或偏斜运动。严格的说,是一“不全是运动的运动”。

这些简略的片段所遗的资料,其奇特至可使我们相信,假如有较多的墨家物理学者留存,则我们应可获得一些关於“弹道”的讨论,重力的效应等等。

李氏曾惋惜的说:有了墨家学派这些明澈的窥察,其後二千年来,中国历史上,关於被强迫或自由下落物体运动之讨论,竟未有丝毫记载,似是几乎不可信的事。

“风筝”(即飞鸢或木鸢)之事,墨子一书,其中一节(墨卿按:系《鲁问》篇),可能收自公元前4世纪者,述及墨子对公输般所制飞鸢之评论:“公输子削竹木以为昔佳,成而飞之,三日不下,公输子自私为巧。子墨子谓公输子曰,子之为也 昔佳,不如翟之为车辖。须臾,斫三寸之木,而任五十石(战国时一石,相当於120磅)之重。故所谓巧,利於人谓之巧,不利於人谓之拙。”

实在的说,在欧洲一直到17世纪,才完全明白关於合力之经验与知识。但在中国早期的气动力学发明的“风筝”,就是这原理的应用。

宋国被困时,公输般曾使用载人之风筝,在城上空飞行,可能为便利侦察,或为给予弓弩手,较有利之位置。……

风筝在中国军事上之使用,为极久远之事,更令人惊奇者,乃使用载人之风筝。

八、光学上“万花筒”先进之见与摄影原理

中国光学研究的开始,比任何我们所知的希腊为早。在中国文献里,很容易的便可找到关於光学的思索和实验的痕迹。但只有墨家实际的拿起镜子及光源,细心观察结果是什么。

在这方面,墨经中曾述“影之久动”;“光源及物体皆系固定的”;“光是直线的”;“折射现象”;“光由物体发射出来的观念”。造成了後来老少喜爱的“万花筒”。

至於“摄影”原理,墨家在公元前第四世纪,即用“针孔”和“摄影箱”,是极重要的。因为后来物理学家,通常把这发现,算在很晚时期(11世纪初)。换句话说,墨家对“摄影”,是最早的发明者。其例甚多,言“今日摄影所用之光学原理”∶

《经下》:“景到,在午有端与景长,说在端。”

《经说下》:“景,光之人照若射。下者之人也高,高者之人也不,足蔽下光,故成景於上:首蔽上光,故成景於下,在远近有端与有光,故景库内也。”及言“凸镜成像之理”: 

《经下》:“监团,景一天而必正,说在得。”

《经说下》:“鉴,鉴者近,景亦大,其远,所鉴小,景亦小,而必正。景过正必招。”李氏之书,遗漏了重要的“凸透镜及凹面镜成像之理”的一条,特详为释之:

《经下》:“监位,景一小而易,一大而缶(即正字)说在中之外内。”

《经说下》: “鉴,中之内,鉴者近中,则所鉴大,景亦大;远中,则所鉴小,景亦小,而必正。起於中缘正而长其直也。中之外,鉴者近中,则所鉴大,景亦大;远中,则所鉴小,景亦小,而必易。合於中缘正而长其直也。”

此条言凸透镜及凹面镜成像之理。李渔叔先生等以为“本条言突镜(凸镜)之理”非是。盖所谓突镜(凸镜)者,即今之所谓凸面镜也,与所谓凸透镜者绝异。按无论其为凸透镜或凹面镜,凡物在焦点以内者均成虚像(即正像),凡物在焦点以外者均成虚像(即倒像)。二者均系距焦点近者其影大,距焦点远者其影小也。“易”之义,俞樾以为与“施”通,而训“邪”,谓“一小而邪,一大而正,相对为文”。此解虽去经说原义未远,然终不若取其本义为佳,盖“易”者。即“倒”之意也,物像倒立,正是物之首尾易位也。其所谓“中”者,即“焦点”是也。焦点着,置易燃之物於下,可灼然而焦,故名。中之外内,犹言在焦点之内外也。物在中之内,距焦点近,镜光射物多,故物影茂。距焦口点远,则镜光射物少,故物影小。至在中之外者亦然。所鉴,犹云所照也。又物在焦点内;所成之影必为物之正形,在焦点之外,则成反形,此“正”与“易”之理。起於中:谓起於中心,缘其正而外射为长直线。合於中:谓仍与中相应,缘其邪而旁射为长直线也。李渔叔先生就凸透镜之理释本条;王锦光则以凹面镜之道解此文。其言云:厂此说明凹面镜的现象。经说:照镜子(凹面镜)的人,在凹面镜的“中”点之外,他所看见自己的像是倒像,比人小;照镜的人,在“中”点之内,他所看见自己的像是正像,比人大。经说说:人站在“中”点之内,他所看见自己的像总是正立的,他从“中”点向镜面移动,离“中”点约近像越大,离“中”点越远像越小;人在, “中”点以外呢?他所看见自己的像总是倒立的。从“中”点向外移,离“中”点越近像越大,离“中”点越远像越小。依照现代科学的解释,这“中”点应该是指凹面镜的焦点。

又殷家    注邹著“格术补”,依据墨经“鉴者近中则所鉴大,景亦大;远中,则所鉴小”及“监位(立之讹)量(景字讹)一小而易,一大而缶(正字讹)”之语,谓墨子已知凹镜像之大小及正倒,并以表释其理,兹录之供参考:

 九、声学上,“地话器”的发明

“地话器”,是墨子防御工事技术中的一项突破。可能为公元前4世纪之初,其大弟子禽滑厘所发明,他曾说用空洞器具为共振器。以御测敌人围城时掘隧道,与埋置炸药的地位及方向。Forke称他们为“地话器”(Ceophones)。

墨子《备穴》篇,对此事有详细的记载:

“候望适人,适人为变,筑垣聚土非常者,若彭有水浊非常者,此穴土也,急堑城内穴兀土直之。穿井城内,五步一井,传城足,高地丈五尺,下地得泉三尺而止。今陶者为罂,容四十斗,以上固顺之,以薄隙革谷,置井中,使聪耳者,伏罂而听之,审知穴之所在,凿穴迎之。”

这段文字,大约作於公元前370年。所以我们关於中国在这方面的技术知识(有小型金属壶,盖成凹形,上有孔,时间为秦汉。是传说为“地话器”(Ceophone)。或即用以听取地面传达远处马匹奔驰的振动。)其时间,约在欧洲有证据的时期之前。

这种声学上,“振动的检测”工具的发明,在当时是极为适用而值得骄傲的事。读者诸君,以为若何?

十、机械工程学上,“活塞风箱”及“弩机”之制造

关於战国时代“风箱”之若干识见,系得自意外之来源,即墨子书中有关军中技艺学之各章。由此可了解公元前4世纪之末,一般战争常用炉中燃烧之乾芥菜球及地种植物造成之毒烟,以“风箱”将毒烟吹向攻城之军队,或吹入敌坑之开口。如墨子有云:

橐以牛皮,炉有两瓶,以桥鼓百十。又云:

或灶用四橐,穴且遇,以桔槔冲之,疾鼓橐(即鼓风之箱)熏之。

这二段文字之重要,在於说明在当时交替於二圆筒(或罐)间推拉运动之机械化,似已导人。

“风箱”之用於“毒烟喷射器”。必可溯至公元前4世纪之始,因墨子一书之前数卷亦曾提及。

由此点开始,可知距活塞与汽缸之合成,已非遥远之事。

《墨子·备城门》云:“转射机,机长六尺,狸一尺,而材合而为之辊,辊长二尺:中凿夫之为通臂,臂长至桓,二十步一,令善射之者,佐一人,皆无离。”

不然,即是指“连弩车”或“车弩”而言(见《墨子·备高临》篇)。岑仲勉云:“一作轴转车,车上定十二石弩弓以铁钩绳连轴,车行轴转,引弩持满,弦挂牙上。弩为七衢,中衢大箭一簇,长七寸,围五寸,箭筒长三尺,围五寸,以铁叶为羽。左右各三节,差小於中箭。其牙一发,诸弦齐起,及七百步,所中城垒,无不摧毁,楼橹亦颠坠,谓之车弩。”

吾人已知公元前3世纪之墨子信徒工程师,必已熟知阿基米德(墨卿按:墨家早阿氏半世纪之久。)所述平衡原理之大部分。在随後之备世纪中,此种对杠杆之了解,在中国已善於利用於“弩机”之制造,且几乎从事大量生产。

此类机构包括错综之弯曲杠杆及掣子;范围较大,且使用木材者为配重之水斗或桔槔;杠杆压机,虽非重要,但跳动锤,则构成一种重要应用,且载重之吊举,常用杠杆之组合。

但在古代杠杆之最精巧应用,不是“弩机”,而是纺织机械,其中杠杆及连杆与踏板结合,包括铰链或活动接头之使用,形成繁复的连杆机构。

综观上述墨子十大发明与发现,其实,细而分之,不止此数,盖以其中含有二种以上者。

我之所以仍以“十”为称者:一则,“十”是含有多数、完整之意;二则,其中某些部分,容有冥符遥契,比符己意之嫌,若强加删减,仍不失为“十”之项额也。

观此“十”大发明与发现,吾人称其为“科圣”,谁曰不宜?

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