墨子的十大发明与发现

——李约瑟《中国之科学与文明》书后

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？