《考工記》在測定影時,已注意到“水地以縣,置以縣”。地要平,表標要豎直,這樣測到的影對方位的準確測定才有效。《墨經》進一步研究了光、物、影之間的關係,研究了表標同光源、及地麵相對位置的變化而引起杆影的變化。“景不綻,說在改為。” 表杆不動,從日出到日入,標影的位置自西向東移動。這種移動是由於光源(太陽)移動而得到的不同位置的標影,而不是標影本身的移動,說明墨子對表標同光源相對位置及成影位置關係已有認識。“景,光至景亡。若在,盡古息。” 說明了光、物、影之間的關係,影的產生是光被物遮蔽的結果。“景之小大,說在杝正遠近。” 是斜的意思。同一物與成影麵的正斜角度有關,即光源線與成影麵的角度有關,也同光源與物的遠近距離有關。《墨經》對光影關係的深入認識和測影的實踐有密切的聯繫,並且進一步從對自然光的觀測深入到對人工光源的觀測,這實際上已孕育了墨子進行科學實驗的萌芽,如對小孔成像的觀測。
《考工記》有四處記載了水的浮力在實際生產中的作用。其一,“作舟以行水”。 其二,“揉輻必齊,平沈必均”,“水之以眡其平沈之均”。 其三,“水之,以辨其陰陽,夾其陰陽,以設其比,夾其比,以設其羽”。 其四,“改煎金錫則不耗,不耗然後權之,權之然後準之,準之然後量之,量之以為鬴”。
第一處的記載說明了對水的浮力存在的認識。第二處的記載說明了根據車輪各部分在水中浮沉的情況,判斷車輻,車輪各部分質量分布是否均勻。質量分布均勻,車輪、車輻就比較堅固,在受力時,不致因為質量分布的不均勻,而易在某處破裂折斷。對物體質量分布與負力之間的關係這一現象,《墨經》作了進一步的研究,得出了一個結論,“輕重而發絕,不均也。均,其絕也莫絕。” 指出物體所以受力而斷,是因為物體質量分布有不均之處。頭髮雖細,如果質量分布處處均勻,則懸重物而不斷,所謂“髮引千鈞,勢至等也”, “引繩而絕之,其絕必有處”就是這個意思。 第三處的記載說明,通過箭杆各部分的質量之比(“夾其陰陽,以設其比”),根據箭杆各部分質量的差別,再決定裝置羽毛的多少(“以設其羽”)。這樣,才能避免“羽豐則遲,羽殺則趮”,達到“雖在疾風,亦弗之能憚之矣”,使箭矢保持飛行的穩定性。第四處記載說明,《考工記》已認識到同一重量的同一物質,不管其形狀如何,它的體積應是一樣的。“改煎金錫則不耗”是說青銅合金煉至精純而沒有雜質。權之,是說稱出規定重量的青銅合金。準之,是說以水測度青銅合金的體積是符合規定。量之,是說將其澆鑄為鬴. 這樣製成的鬴,其容量都符合規定的標準。《考工記》記載的這個方法和阿基米德用水測定皇冠的方法是一樣的,都是利用具有相同重量的同一物質,其排開水的體積應是相同的這一道理。對這一現象的認識是發現浮力定律的基礎。
《墨經》對《考工記》記載的浮力現象作了進一步的分析研究。認為,“形之大,其沉淺也,說在具。” “形,沉形之衡也,則沉淺,非形淺也。若易五之一。“ 物體大,在水中下沉較淺,原因在於物體受到的水的浮力和物體本身重量相平衡。物體浸入水的那部分重量與水對這部分的浮力之比是1:5.可能從外表觀測,看到一塊規則物體浸入水中的部分是整塊物體的1/5. 由此推測,這塊物體的重量和其五分之一體積所受的浮力相等,”若易五之一“。這說明墨子已認識到物體在水中所受到的浮力和其浸入水中的那部分的體積有關,並試圖以定量的方式來表達這種認識。雖然墨子沒有認識到浮力與排開液體重量之間的關係,但墨子的這種認識已接近浮力定律的發現了。
《考工記》關於從火色和火溫的關係來掌握青銅合金熔煉的過程,已有比較正確的經驗認識。“凡鑄金之狀,金與錫。黑濁之氣竭,黃白次之,黃白之氣竭,青白次之,青白之氣竭,青氣吹之,然後可鑄也。” 黑濁之氣是青銅熔煉時,木炭、木柴燃燒的產物。黃白之氣,青白之氣,青氣都是和合金中各種金屬的焰色有關,可用金屬焰色的變化來判斷合金熔煉的程度,“青氣次之,然後可鑄也”。在合金熔煉時,連續加溫,爐內溫度不斷升高,合金的焰色也不斷變化,從墨濁之氣、黃白之氣,青白之氣直到青氣次之。焰色的變化和爐內溫度的升高就有了直接的聯繫。《墨經》對火色和火溫的關係作了進一步分析,“火熱,說在燉。” 燉,楊雄的《方言》謂:“燉……赫也“。許慎的《說文》謂:”赫,火赤貌“。燉,意就是火色。從火的顏色可得知火的溫度。對火溫的測知,不必通過對其溫度的直接感知,而是通過對火的顏色的觀察即可判斷。在高溫熔煉時,這是經常運用的方法。《經說下》作了進一步解釋:”火。謂火熱也,非以火之熱我有,若視日。“對高溫的測定,在沒有相應測定儀器的情況下,不可能直接感知其溫度高低,但通過對溫度輻射的光譜顏色(即火色)的觀察可測知溫度的高低。現代物理學已證實各種金屬其熔點、發射光譜波長與譜線顏色之間的內在聯繫。墨子認為,對太陽光色的觀測,可推斷太陽是很熱的。
《墨經》關於從火色測知火溫的可能性的認識,是將當時冶金生產從火色測知火溫的經驗認識加以普遍化和深化的結果,是和當時冶金生產實踐直接相聯繫的。
從上述的考察中,我們可以得出兩點結論。其一,《墨經》和《考工記》所總結的手工業技術的經驗和知識是墨子科學思想形成的來源之一。其二,墨子科學理論認識的形成和當時手工業技術實踐的直接相關,體現了工匠和學者,科學理論和技術實踐的結合。
三、墨子科學思想的主要內容
在具體分析墨子科學思想之前,先對科學思想這個概念作點說明,分析它的基本要素及影響它形成的幾個因素。對科學思想這個概念,應從自然科學既是一個相對獨立的形態,又是一個社會認識過程這兩個方麵加以理解。科學思想從其內容上分析,應包括以下三方麵的內容。其一,對自然的普遍形式,自然萬物存在的方式認識的一般觀念。其二,對自然萬物之間關係及其與自然現象之間關係的一般認識。其三,對認識自然的目的,其基本途徑,及用什麽方法來表達和確證這種認識的一般看法。從科學認識活動的角度看,就是對科學對象、科學任務、科學工具等問題的基本看法。這些構成了科學活動中的指導思想,為科學認識的思維過程提供了一個基本框架,使科學活動沿著一種規範式的方向發展。
(一)墨子論科學對象
在科學發展的早期,科學和宗教相分離的第一步就是將自然界作為科學認識的獨立對象,對自然界存在方式的認識是科學發展的起點,決定了科學發展的基本傾向。
《考工記》有四處記載了水的浮力在實際生產中的作用。其一,“作舟以行水”。 其二,“揉輻必齊,平沈必均”,“水之以眡其平沈之均”。 其三,“水之,以辨其陰陽,夾其陰陽,以設其比,夾其比,以設其羽”。 其四,“改煎金錫則不耗,不耗然後權之,權之然後準之,準之然後量之,量之以為鬴”。
第一處的記載說明了對水的浮力存在的認識。第二處的記載說明了根據車輪各部分在水中浮沉的情況,判斷車輻,車輪各部分質量分布是否均勻。質量分布均勻,車輪、車輻就比較堅固,在受力時,不致因為質量分布的不均勻,而易在某處破裂折斷。對物體質量分布與負力之間的關係這一現象,《墨經》作了進一步的研究,得出了一個結論,“輕重而發絕,不均也。均,其絕也莫絕。” 指出物體所以受力而斷,是因為物體質量分布有不均之處。頭髮雖細,如果質量分布處處均勻,則懸重物而不斷,所謂“髮引千鈞,勢至等也”, “引繩而絕之,其絕必有處”就是這個意思。 第三處的記載說明,通過箭杆各部分的質量之比(“夾其陰陽,以設其比”),根據箭杆各部分質量的差別,再決定裝置羽毛的多少(“以設其羽”)。這樣,才能避免“羽豐則遲,羽殺則趮”,達到“雖在疾風,亦弗之能憚之矣”,使箭矢保持飛行的穩定性。第四處記載說明,《考工記》已認識到同一重量的同一物質,不管其形狀如何,它的體積應是一樣的。“改煎金錫則不耗”是說青銅合金煉至精純而沒有雜質。權之,是說稱出規定重量的青銅合金。準之,是說以水測度青銅合金的體積是符合規定。量之,是說將其澆鑄為鬴. 這樣製成的鬴,其容量都符合規定的標準。《考工記》記載的這個方法和阿基米德用水測定皇冠的方法是一樣的,都是利用具有相同重量的同一物質,其排開水的體積應是相同的這一道理。對這一現象的認識是發現浮力定律的基礎。
《墨經》對《考工記》記載的浮力現象作了進一步的分析研究。認為,“形之大,其沉淺也,說在具。” “形,沉形之衡也,則沉淺,非形淺也。若易五之一。“ 物體大,在水中下沉較淺,原因在於物體受到的水的浮力和物體本身重量相平衡。物體浸入水的那部分重量與水對這部分的浮力之比是1:5.可能從外表觀測,看到一塊規則物體浸入水中的部分是整塊物體的1/5. 由此推測,這塊物體的重量和其五分之一體積所受的浮力相等,”若易五之一“。這說明墨子已認識到物體在水中所受到的浮力和其浸入水中的那部分的體積有關,並試圖以定量的方式來表達這種認識。雖然墨子沒有認識到浮力與排開液體重量之間的關係,但墨子的這種認識已接近浮力定律的發現了。
《考工記》關於從火色和火溫的關係來掌握青銅合金熔煉的過程,已有比較正確的經驗認識。“凡鑄金之狀,金與錫。黑濁之氣竭,黃白次之,黃白之氣竭,青白次之,青白之氣竭,青氣吹之,然後可鑄也。” 黑濁之氣是青銅熔煉時,木炭、木柴燃燒的產物。黃白之氣,青白之氣,青氣都是和合金中各種金屬的焰色有關,可用金屬焰色的變化來判斷合金熔煉的程度,“青氣次之,然後可鑄也”。在合金熔煉時,連續加溫,爐內溫度不斷升高,合金的焰色也不斷變化,從墨濁之氣、黃白之氣,青白之氣直到青氣次之。焰色的變化和爐內溫度的升高就有了直接的聯繫。《墨經》對火色和火溫的關係作了進一步分析,“火熱,說在燉。” 燉,楊雄的《方言》謂:“燉……赫也“。許慎的《說文》謂:”赫,火赤貌“。燉,意就是火色。從火的顏色可得知火的溫度。對火溫的測知,不必通過對其溫度的直接感知,而是通過對火的顏色的觀察即可判斷。在高溫熔煉時,這是經常運用的方法。《經說下》作了進一步解釋:”火。謂火熱也,非以火之熱我有,若視日。“對高溫的測定,在沒有相應測定儀器的情況下,不可能直接感知其溫度高低,但通過對溫度輻射的光譜顏色(即火色)的觀察可測知溫度的高低。現代物理學已證實各種金屬其熔點、發射光譜波長與譜線顏色之間的內在聯繫。墨子認為,對太陽光色的觀測,可推斷太陽是很熱的。
《墨經》關於從火色測知火溫的可能性的認識,是將當時冶金生產從火色測知火溫的經驗認識加以普遍化和深化的結果,是和當時冶金生產實踐直接相聯繫的。
從上述的考察中,我們可以得出兩點結論。其一,《墨經》和《考工記》所總結的手工業技術的經驗和知識是墨子科學思想形成的來源之一。其二,墨子科學理論認識的形成和當時手工業技術實踐的直接相關,體現了工匠和學者,科學理論和技術實踐的結合。
三、墨子科學思想的主要內容
在具體分析墨子科學思想之前,先對科學思想這個概念作點說明,分析它的基本要素及影響它形成的幾個因素。對科學思想這個概念,應從自然科學既是一個相對獨立的形態,又是一個社會認識過程這兩個方麵加以理解。科學思想從其內容上分析,應包括以下三方麵的內容。其一,對自然的普遍形式,自然萬物存在的方式認識的一般觀念。其二,對自然萬物之間關係及其與自然現象之間關係的一般認識。其三,對認識自然的目的,其基本途徑,及用什麽方法來表達和確證這種認識的一般看法。從科學認識活動的角度看,就是對科學對象、科學任務、科學工具等問題的基本看法。這些構成了科學活動中的指導思想,為科學認識的思維過程提供了一個基本框架,使科學活動沿著一種規範式的方向發展。
(一)墨子論科學對象
在科學發展的早期,科學和宗教相分離的第一步就是將自然界作為科學認識的獨立對象,對自然界存在方式的認識是科學發展的起點,決定了科學發展的基本傾向。