物理学史论文

中国古代的物理思想-----《墨经》中物理学 我国古代对物理的认识是和生产、生活实践紧密相连的。墨经的物理知识大约多源于墨家成员的手工业 战国时期的《墨经》是世界上最早的有关物理学基本理论的著作。《墨经》全书包括《经上》、《经下》、《经上说》、《经下说》四篇。论述的物理学内容有力学、声学和光学等，最早提出“杠杆原理”、“浮力原理”等。其中最精辟、最受人推崇的是几何光学部分。更令人惊叹的是，在两千多年前《墨经》中已经出现了现代原子学说的萌芽思想，这无论在哲学发展史上还是在科学发展史上都占据一定的地位。《墨经》在古典哲学和自然科学著作中，是一部不可多得的珍品。

关键词:光的认识 光的应用 杠杆原理

墨经中的光学

(1) 对光的直线传播的认识

《墨经》已记载了小孔成像的实验：“景，光之人，煦若射，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„„”。指出小孔成倒像的根本原因是光的“煦若射”，以“射”来比喻光线径直向、疾速似箭远及他处的特征动而准确。

(2) 对视觉和颜色的认识

对视觉在《墨经》中已有记载：“目以火见”。已明确表示人眼依赖光照才能看见东西。稍后的《吕氏春秋•任数篇》明确地指出：“目之见也借于昭”。《礼记•仲尼燕居》中也记载：“譬如终夜有求于幽室之中，非烛何见 ? ”东汉《潜夫论》中更进一步明确指出：“夫目之视，非能有光也，必因乎日月火炎而后光存焉”。以上记载均明确指出人眼能看到东西的条件必须是光照，尤其值得注意的是认为：光不是从眼睛里发出来的，而是从日、月、火焰等光源产生的。

这种对视觉的认识是朴素、明确、比较深刻的。

颜色问题，在我国古代很少从科学角度加以探索，而着重于文化礼节和应用。早在石器时代 的彩陶就已有多种颜色工艺。《诗经》里就出现了数十种不同颜色的记载。周代把颜色分为 “正色”和“间色”两类，其中“正色”是指“青、赤、黄、白、黑五色”。“间色”则由不同的“正色”以不同的比例混合而成。战国时期《孙子兵法·势篇》更指出：“色不过五 ，五色之变不可胜观也”。可见这“正色”和“间色”的说法，与现代光学中的“三原色” 理论很类似，但缺乏实验基础。清初博明对颜色提出”五色相宣之理，以相反而相成。如白 之与黑，朱之与绿，黄之与蓝，乃天地间自然之

对，待深则俱深，浅则俱浅。相杂而间，色生矣” (《西斋偶得三种》) 。这里孕育了互补色的初步概念，虽未形成一定的颜色理论，但从半经验半思辨的角度看也实在是难能可贵的。

(3) 光的反射和镜的利用

我国古代由于金属冶炼技术的发展，铜镜在公元前 2000 年夏初的齐家文化时期已经出现。后来随着技术的发展，古镜制作技术逐渐提高，应用范围逐扩大，种类也逐渐增多，出现了各种平面镜、凹面镜和凸面镜，甚至还制造出被国外称为魔镜的“透光镜”。 1956 ～ 1957年河南陕县上村岭1052号虢国墓出土过春秋早期的一面阳燧（凹面镜），它直径 75 厘米，凹面呈银白色，打磨十分光洁，背面中心还有一高鼻纽以便携带，周围是虎、鸟花纹，图1 是它的镜背及剖面图。镜的利用为光的反射的研究创造了良好的条件，使我国古代对光的反射现象和成像规律有较早的认识。这方面的记载也较多。

关于平面镜反射成像，《墨经》中记载：“景迎日，说在转”。说明人像投在迎向太阳的一边，是因为日光经过镜子的反射而转变了方向。这是对光的反射现象的一种客观描写。关于平面镜组合成像，《庄子·天下篇》中记载：“鉴以鉴影，而鉴以有影，两鉴相鉴则重影无穷”。生动地描写了光线在两镜之间彼此往复反射，形成许许多多像的情景。《淮南万毕术》记载：“取大镜高悬，置水

盆于其下，则见四邻矣”。其原理和现代的潜望镜很类似 。

对凸面镜成像的规律，在《墨经》中有所叙述：“鉴团，景一，说在刑之大”。经说中进一步解释说：“鉴，鉴者近，则所鉴大，景亦大，其远，所鉴小，景亦小，而必正”。它说明了凸面镜只成一种像，物体总成一种缩小而正立的像，对凸面镜成像规律作了细致描写。

关于凹面镜，《墨经》记载：“鉴洼，景一小而易，一大而正，说在中之外、内”。说明当时已认识到凹面镜有一个“中” ( 指焦点和球心之间 ) 。物在“中”之外，得到比物体小而倒立的像，物在“中”之内，得到的是比物体大而正立的像，这种观察是细致而周密的。《淮南子·天文训》记载：“阳燧见日则燃而为火” 。这说明我国古代已认识到凹面镜对光线有 聚作用。《梦溪笔谈》中也有记载：“阳燧，面洼，以一指迫而照之则正，渐远则无所见，过此遂倒”。此处不仅述了凹面镜成像的规律，还提出了测凹面镜的焦距的一种粗略方法，发现成正像和倒像之间有个分界点。《梦溪笔谈》又说：“阳燧面洼，向日照之，光皆聚向内，离镜一、二寸，光聚为一点，大如麻菽，着物则火发，此则腰鼓最细处也”。作者( 沈括 ) 把聚光点形容如芝麻和豆粒那么之小，又把它称作“碍”，用“腰鼓最细处”形容地比喻光束的会聚，十分贴切。

(4) 对大气光学现象的探讨

大气光学现象是我国古代光学最有成效的领域之一，早在周代由于占卜的需要，已建立了官方的观测机构，虽然他们的工作蒙上了一层神秘的色彩，但是对晕、虹、海市蜃楼、北极光等大气光学现象的观测与记载是长期、系统而又深入细致的，世所罕见。

《周礼》中记载有“十煇 ”，指的是包括“ 霾 ”和“虹”等在内的十种大气光学现象。到唐代对它的认识更加细致、深入。《晋书·天文志》中明确指出：“日旁有气，圆而周布，内赤外青，名日晕”。此处不仅为“晕”下了定义，而且把晕按其形态冠以各种形象的名称，如将太阳上的一小段晕弧叫做“冠”；太阳左右侧内向的晕弧叫做“抱”等等。另外在《魏书·天象志》中对“晕”也有

记载。除此以外，在宋朝以后的许多地方志中也记载有大气光象，还出现了关于大气光象的专著及图谱，其中《天象灾瑞图解》一直流传至今。

首下截写起，即所谓“旁行句读”。后来转抄到纸册上， 恢复了竹简4篇之旧, 但将《经》文上下相间的两截连抄 在一起，以至语议不可理解。清代毕沅细致考究，发现 转抄的错误, 重行整理；幸亏《经说》的顺序无误, 可资 订正。由于《经说》文与相应的《经》文不在一起，而 将《经》每条的一字或数字冠于《说》文之前，以便检 索。即所谓“牒经标题”。《墨经》这一先秦著作，文字简古，训释不易；虽经整理，脱讹之处尚多。 1941年钱临照对光学、力学诸条作了科学的阐发此后以科学方法研究它的人渐多。

墨经中的力学

在力学方面，《墨经》记载了时空观念和机械运动。 《经上》分别用“弥异时”与“弥异所”来定义时间和 空间, 即综合具体的“时”与“所”,形成“时间”(“久”) 与“空间”（“宇”）的观念。《墨经》认为“运动” （“动”）就是物体位置的迁移，“静止”(“止”)就 是物体在某处停留有一定的时间。由于有了类似于“瞬 时”（“无久”）的观念，因此对运动的分析比较深刻； 《墨经》还阐明了物体运动必定在时空之中进行，运动、 时间、空间三者之间有密切联系。 《墨经》把“力”定义为“形之所以奋”，意即力 是物体（“形”）运动（“奋”）的原因；也有人解释 此条中的力为体力，意即只有凭借体力人体(“形”)始 能有所动作（“奋”）。《经说》指出物体的重量也是 力，物体之能下落，或被上举，都有重力的表现。另一 条还指出，物体在只有重力作用下，下落必取竖直。可 见，墨家对于力、重、运动之间的关系，已有一定的认 识。对于力的平衡现象，《墨经》以头发悬物为例，分 析了材料是否断裂，决定于材料的内力和外力是否平衡。 对于物体的浮沉和圆球的随遇平衡，也作了规律性的说 明。关于杠杆，《墨经》记述了等臂和不等臂两种情况的实验。墨家还研究过两端重量固定，变动两臂的长短使杠杆偏转，或者进行过横梁负重而弯曲的实验。此外还论述了轮轴、斜面等简单机械。在这些记载中，多能作出理性的概括。

《经下》中有相互联系的 8条论述了几何光学知识 (见彩图《墨子》中的《经下》书页 明嘉靖癸丑(1553) 刻本) 。首条讨论成影, 说明影是光照不及所致。次条 指出在两个光源之下，物体能有两个影。第三条记录了 针孔成像实验，用光线的进行去说明倒像的生成，处处 体现出光的直进思想，并用箭的行进作形象的比喻，还认识到光线是从物体射出，进入人目才引起视觉。第四 条记述了一个有趣的反射现象，即经反射后的日光照到 人体，投在地面的人影必在日与人之间。第五条讨论了 直立木杆在光源照射之下，投在地面的影子的长度大小 的变化规律。第六条讨论平面镜成像的规律。第七条记 载凹面镜成像的情况。《经》云：“鉴洼，景（影）一 小而易, 一大而正，说在中之外、内。”按钱临照说, 这 里

“中”指球面镜的中心和焦点之间的一段空间。当人 从远处向镜走来，在球心之外时，见到自己缩小的倒像； 走在球心和焦点之间，因像在人的背后，故无所见；过 了焦点又见到自己放大的正像。这种观察是以人体、人 目代替今人用灯烛、白屏的实验方法。在《经说》中与 此条相应的一段，还有些难解的文句尚待探索。其中的 “中”似乎是指的几何点——球心(或焦点) ，不论“中 之外”或“中之内”，都说：“近中则所鉴大，景亦大；远中则所鉴小，景亦小。”而且提出了以“中”为投影 参考点的简单成像作图法。可能《经说》的作者又以另 外的方法做过实验观察，因而比《经》更为精详。第八 条记载了凸面镜成像的规律。从这八条来看, 头五条, 首 论影的成因, 次述光和影的关系, 第三以针孔成像论证光 的直进, 接着又说明光的反射, 最后讨论了光、物、影三 者的关系；这样, 光学中的影论部分已基本具备了, 后三 条分别论述了平面镜、凹面镜、凸面镜的成像规律，这 正是光学中像论部分的基本内容，八条合起来即为几何 光学的基础。这八条的特点在于，不但全是实验的忠实 记录，极少臆想成分；而且前后连贯构成整体，次序安 排合理，逻辑密严；虽只300余字, 堪称为2000多年前世

界上最早的系统的几何光学论述。 《墨经》对于物质是否可分问题也有论述。《经下》

的“端”是指不可再分割的物质点。（有人认为全书的 “端”都只是论述几何的点。）《墨经》中还有原始的 元素论与物质不灭的朴素思想。

《实践。墨翟本人就以技艺高超著称。墨家的逻辑方法也

有助于科学思维。

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孙让著：《墨子□诂》商务印书馆，上海，1931。

钱临照：释墨经中光学力学诸条，《李石曾先生六十 岁纪念论文集》，国立北平研究院，昆明，1942。

洪震寰：墨经光学八条厘说, 《科学史集刊》，第4期， 科学出版社，北京，1962。 洪震寰：墨经力学综述，《科学史集刊》, 第7期，科 学出版社，北京，1964。 徐克明：墨家的物理学研究，《科技史文集（物理学 史专辑）》，第12辑，上海科学技术出版社, 上海,1984。