杨武金: 墨子的科学思想及其当代价值
日期：2018-02-03科圣墨翟，墨子是古代最为重要的科学家。通常以为，墨子是一位伟大的思想家，提倡兼爱非攻、反对不义之战。其实，墨子同时也是一位伟大的科学家。墨子主张和鼓励“从事”，曾经发明过一种类似风筝的飞行器，飞行了一天时间才落下来。《韩非子·外储说左上》说：“墨子为木鸢三年而成，飞一日而败。”墨子擅长科学技术的应用，也对科学理论进行了一定的研究和总结。墨子及其后学所著《墨经》，是一部包含了几何学、光学、力学、心理学、逻辑学等诸多学科内容的“百科全书”。
一、墨子在几何学上的贡献
在几何学上，墨子对点、线、面、体、圆、方等概念进行了定义。
《墨子·经上》说：“端，体之无厚而最前者也。”
《墨子·经说上》说：“尺前于区而后于端。”
《墨子·经上》说：“厚，有所大也。”
点是没有体积、不占空间，最为原始的几何元素。这与欧几里得在《几何原本》中所说的“点是没有部分的”一致。没有点就没有线，没有线就没有面。厚即体积，是占有一定大小的空间。其中的尺即线，区即面。
《墨子·经上》说：“圆，一中同长也。”
《墨子·经上》说：“方，柱隅四讙也。”
圆是由同一个圆心到圆周上任意一点的距离都相等的几何图形。长方形就是四边和四角都相等的平面几何图形。《墨子·天志上》说：“我有天志，譬如轮人之有规，匠人之有矩。轮、匠执其规、矩，以度天下之方圆。”这说明当时的人们已经学会熟练地用规画圆，用矩画方。正是在这个基础上，墨子给出了圆和方的定义。
墨子对两形之间的相交和相切也都进行了解释。
《墨子·经上》说：“似（仳），有以相撄，有不相撄也。”
《墨子·经说上》说：“【仳】两有端而后可。”
《墨子·经上》说：“次，无间而不撄（相）撄也。”
《墨子·经说上》说：“【次】无厚而厚可。”
两形之间的比较有相交和不相交两种情况，而且两形之间必须有可比较之处才可以进行比较。次即相切，两形相切是指它们之间没有空隙而且不相交，而且无厚的图形和有厚的物体都可以相切。
可以说，墨子既有了对点、线、面、体的定义，又有了对圆和方的正确认识，还有关于物体或者图形的相交和相切的解释，可以说墨子的几何学的研究对象已经基本具备了。
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墨子在力学上的贡献
在力学上，墨子给出了“力”的定义，基本上认识到了杠杆原理。
《墨子·经上》说：“力，刑之所以奋也。”
《墨子·经说上》说：“力：重之谓，下举重，奋也。”
“刑”通“形”，即物体，奋即运动。力是物体之所以运动的原因，如自下而上举起重物。牛顿第二定律指出：力这个物理量所表示的是一个物体对另一个物体的作用，它使物体的运动状态发生变化，这种运动状态的变化所表示的是物体离开静止状态或匀速直线运动状态。与牛顿的定义相比，墨子的定义虽然显得有些粗糙，但毕竟是比牛顿早了两千年。
公元前3世纪，古希腊的科学家阿基米德说：“给我一个支点，我就能撬起整个地球！”这句话说的就是杠杆原理。阿基米德在《论平面图形的平衡》一书中，将一系列的经验知识当作不证自明的公理，由此推论出杠杆原理。这一系列不证自明的公理就是：
（1）在无重量的杆的两端离支点相等的距离处，挂上相等的重量，它们将平衡。
（2）在无重量的杆的两端离支点相等的距离处，挂上不相等的重量，重的一端将下垂。
（3）在无重量的杆的两端离支点不相等距离处，挂上相等重量，距离远的一端将下垂。
（4）一个重物的作用可以用几个均匀分布的重物的作用来代替，只要重心的位置保持不变；相反，几个均匀分布的重物可以用一个悬挂在它们的重心处的重物来代替。
（5）相似图形的重心以相似的方式来分布……
阿基米德从上述公理出发，在“重心”理论的基础上，发现了杠杆原理，即“二重物平衡时，它们离支点的距离与重量成反比。”
墨子从桔槔机起重的力学原理，揭示了“举之则轻，废之则重”的力学规律性。
《墨子·经下》说：“举之则轻，废（放）之则重，若石、羽，非有力也。”
当用桔槔机举起重物时，似乎显得很轻，犹如举起一根羽毛似的，毫不费力，而当把重物放下时，反而显得很沉重，就像放下一块大石头一样。这并不是由于驾驭桔槔机的人的力量大，而是因为机械的作用与力学的功能。桔槔机的构造原理，是用一横杆AB系于一立柱上端（支点为O）。墨子通过反复实验，知道以桔槔机起重之所以能省力，是因为负重（P）的AO端（本）比作用力（F）的BO端（标）为短。如下图所示。
A
O B
P
F
图（桔槔机的基本原理）
《墨子·经下》总结说：“贞（负）而不挠，说在胜。”物体负重能够不倾斜，是因为可以胜任重量。
《墨子·经说下》说：“衡木如（加）重焉而不挠，极胜重也。右校交绳，无加焉而挠，极不胜重也。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。”
横木增加重量能够不倾斜，是因为可以胜任重量。在横木上左右移动支点，没有加重却倾斜了，那是因为失去了重心不能胜任重量了。在横木的一边加上重量，这一边必定下垂，因为权和称物的重量是成正比的。横木平衡，那么本方（AO）短而标方（BO）长，即动力臂大于阻力臂，这时如在两边同时加上相等的重量，则标方必定下垂，因为标方得到了秤锤加重的力。
墨子关于秤杆平衡原理的认识，与阿基米德所阐述的杠杆原理可以说是异曲同工。
三、墨子在光学上的贡献
在光学研究上，墨子做出了巨大的贡献。
首先，墨子发现了光是沿直线传播的。
《墨子·经下》说：“景不徙，说在改为。”
《墨子·经说下》说：“【景】光至景亡，若在，尽古息。”
通常所看到的影子迁徙，是由于光源和物体的相对位置改变的缘故。影子是物体遮蔽光线才形成的。如果物体不动而光源移动，或者光源不动而物体移动，这时光线就会照到原先物体蔽光成影的地方，则影子就会消失。若是光源、物体和影屏相对位置永久不变，则影子也就永久不变。墨子在这里隐含着光是沿直线传播的。[1]
墨子发现了本影和副影之间的关系。
《墨子·经下》说：“景二，说在重。”
《墨子·经说下》说：“二光夹一光，一光者景也。”
景即影，一个光体发出的光线被不透光的物体遮住了，就会形成本影和副影，原因在于影子重复。这说明，由于发光体包含许多发光点，光线又沿着直线传播，自然生成了多重物影。这些物影的相重和相差就形成了浓黑的本影和模糊的副影，这就是所谓的“影二”。
墨子发现了小孔成像原理。
《墨子·经下》说：“景倒，在午有端与景长，说在端。”
《墨子·经说下》说：“光之人煦（照）若射。下者之人也高，高者之人也下。足蔽下光，故成景于上。首蔽上光，故成景于下。在远近有端与于光，故景库内也。”
“到”即倒，“午”即光线的交点，“景长”即影帐也即是受影的帐幔。墨子认为，要形成倒影，必须在光线交叉点有一小孔与受像的帐幔，理由在于光线穿过小孔而形成光束。光线照到人身如阳光四射，直行似箭。从下面照到人身，成像在上面，从高处照到人身，成像在下面。脚遮住了下面的光，所以成像在上方，头遮住了上面的光，所以成像在下方。人站在适当的远近处，由人身上反射的光线都集中穿过交点，所以光线射入影帐中而成倒影。
墨子通过用物影生成、小孔成像等例子，说明了光是沿直线传播的。“光沿直线传播”的规律性，在西方是由古希腊的欧几里得所记载的，但欧式的记载只是一种理论的叙述，并没有通过科学实验来验证，而且也比墨子的发现至少晚了一百多年，这充分说明了墨子在光学上的成就是十分巨大的。李约瑟曾经说：“和他的几何原理一样，欧几里得的光学包括五十八条定理，以四个定义为基础。而事实上，这四个定义早已为墨家所认识。……。公元100年左右亚历山大里亚城的赫伦发表了他的光学著作，这是欧洲最早的光学专著。因此，我们所掌握的墨家的光学研究著作远比希腊人的早。”[2]充分肯定了墨子在光学上的成就。
四、墨子的科学观
墨子非常重视科技创新的重要作用。《墨子•非儒》篇载，儒家曾主张“君子必古服古言，然后仁”。墨子对此反驳到：“所谓古之言服者，皆尝新矣。而古人言之服之，则非君子也。然则必服非君子之服，言非君子之言，而后仁乎?”就是说，儒家的论点包含有概念和命题方面的自相矛盾。在概念上，古人穿古服，说古话，在当时都曾经是新的，按照儒家的逻辑，古人就都成为非君子了。在命题上，儒家的主张可以表达为：一个人必须要穿非君子的服装，说非君子的语言，才能成为君子，从而符合仁义标准。墨子认为这是自相矛盾、荒谬背理的。再如《墨子·非儒》骗载，儒家主张“君子循而不作”。比如，《论语·述而》就记载孔子曾经说说：“述而不作，信而好古。”“循”就是“述”。在儒家看来，君子只遵循古人，叙述传承，而不需要创作创新。墨家对此反驳到：“古者羿作弓，伃作甲，奚仲作车，巧垂作舟，然则今之鞄函、车匠，皆君子也，而羿、伃、奚仲、巧垂，皆小人邪？且其所循，人必或作之。然其所循，皆小人道也。”就是说，古代羿、伃、奚仲和巧垂，发明了弓箭、铠甲、车子和舟船，而现在的皮、车等工匠，因为只是传承了古代工匠的技术，并没有进行创造，于是就都成了君子，而古代羿、伃、奚仲和巧垂等等发明家，则都成为了小人。而且现代工匠所遵循而传承的技术一定要先有人创作出来，如果按照儒家的逻辑，这些创造者就都成了小人，现代工匠所遵循传承的技术也都成了小人的道理。这都显然是自相矛盾，荒谬背理的。这里，墨子反对层层相袭的保守做法，坚持和提倡科学创新的重要性。正是因为强调科技创新的重要性，墨子才可能在科技上做出了如此巨大的贡献，取得了如此重大的成就。
同时，我们也应该看到，在墨子看来，科学技术的基本目的，是发现它来为人服务的，所以科学发现和发明只有在对人有用、有益的前提下才是有价值的。
墨子指出，科技“利于人谓之巧，不利于人谓之拙”。
《墨子·鲁问》载：“公输子削木以为鹊，成而飞之，三日不下，公输子自以为巧。子墨子谓墨子曰：‘子之为鹊也，不如匠之为车辖，须臾刈三寸之木，而任五十石之重。故所为功，利于人谓之巧，不利于人谓之拙。’”这里的竹鹊可能是类似风筝的东西。车辖是车轮轴上的一种机关，贯串车轴的金属链，以防轮子脱落，能够增加载重量。在墨子看来，公输般所发明的竹鹊，由于看不出它对于人有什么真正的作用，因此，这样的发明创造其意义还远不如工匠所发明的车辖。
科学技术的功效必须以对人们有利为原则和方向。墨学的科学精神和人文精神是相统一的，即科学技术是要为人的发展服务，尤其是要为人民造福、为人类与自然的和谐相处服务。如果科学技术不能为人类服务，不管它看上去很美，那也是不可取的。《墨子·大取》说：“害之中取小也，非取害也，取利也。”依此观之，即使是看起来很巧妙的科技发明，但如果其对人类的害处大于了好处，那也是不可取的。
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结语：墨子科学思想的当代价值
首先我们应该看来，墨子在科学上的成就是非常巨大的。
2016年8月16日，中国首颗量子卫星“墨子号”成功发射，在世界上首次实现了卫星与地面之间的量子通信。在谈到为什么要将这首颗量子卫星命名为墨子号时，首席科学家潘建伟院士解释说，墨子最早发现提出了光线沿直线传播，设计了小孔成像实验，为光通信和量子通信奠定了基础。潘建伟院士说的很好，两千年前的墨子就发现了光线是沿直线传播的，我们今天又能在世界上首次成功发射量子卫星，这说明中国人有志气，有能力，在科学上是能够勇攀高峰的。
其次，我们也应该看到，墨子之所以能够在科学上取得如此绝大的成就，是与其充分强调科技创新的重要作用密切相关的。
当今世界，各种科技发明和发现层出不穷，但是人们的科学认识是没有止境的。关于宇观世界和微观世界，人们基本还没有多少认识，就是关于宏观世界人类能够真正认识清楚的事情也不是很多，像人的大脑为何能进行如此复杂的思维？又如何将这种功能模拟出来为人所用，即人工智能问题，还是我们仍然不知道多少的领域。因此，墨家提出的“摹略万物之然。”要努力认识事物的“然”和“所以然”，仍然是我们必须去努力从事的。
最后，我们还应该看到，墨子所强调的科技创新必须考虑其对于人类的益处大还是害处大，始终都是我们必须加以时刻注意的问题。
