枣庄市图书馆

在先秦诸子百家中，墨家是最富有科学精神的一家，墨子及其后学重视实践知识，将自然科学作为研究对象。其科学活动和科学思维方式，在科学理论认识所达到的深度、理论形态构成的水平上，都是其他诸子所不及的。墨家在光学、力学、数学、机械制造等方面都取得了巨大的科技成就，堪称我国先秦时期科学的顶峰。墨子作为墨家的代表人物，因此被尊称为“科圣”。
  一、小孔成像墨家对光学的认识和研究达到了相当的高度，如《墨子》中分别论述了阴影的产生和消失、本影与半影的现象及成因、小孔成像的实验及成因、日光反射使人影反转现象以及同一物体阴影的大小长短的现象及成因，详尽分析了光、物、影的关系以及平面镜、凹面镜、凸面镜中物与像的关系，可称得上是一部2000多年前世界上伟大的光学著作。下面以《墨子》记载的小孔成像及其反映的光的直线传播原理为例，说明墨学在光学领域的成就。
  《墨子》指出，在暗室（窟）内得到一定长度倒影的条件，是让光线照到一个人身上，交错于屏上的一个小孔。这里的关键在于要有一个小孔。《墨子》记载:“景到，在午，有端与景长，说在端。”®“景”指的是形成的像影；“到”即是“倒”；“端”是点，即屏上的小孔；“午”的意思是指交错。这句话明晰地描述了小孔成像的条件以及现象。光线穿过小孔才能成倒像，而且像影是有一定长度的。《墨子》并进一步分析了小孔成倒像的原因。“景，光之人照若射，下者之人也高，高者之人也下。足敝下光，故成景于上。首敝上光，故成景于下。在远近有端与于光，故景库内也。”《墨子》认为，光线照射是按照直线进行的，这样从物体高端射入的光线到达屏壁的下部，而从物体低端射人的光线则到达屏壁的上部，物体真实状况和屏壁上的影像正好颠倒。这段论述清楚地证明了光的直线传播原理。
  二、杠杆定理墨家的自然科学，除数学外，探讨最多的就是力学。他们不仅形象地对 “力”下了明确的定义，而且结合他们研制的一些具体机械阐述力学原理，如通过秤衡、桔槔机探讨杠杆原理，通过滑轮装置阐述用力的方向、大小，通过车梯论述斜面原理等。
  春秋末期，桔槔机作为一种提水的工具已有应用，它所利用的就是杠杆原理。墨家不仅制造使用桔槔机，而且将它作为武器设备应用到战争防御中。在制造改装过程中，墨家研究了桔槔机工作的杠杆原理，并用简洁的语言加以阐释:“负而不挠，说在胜。”意思是说，杠杆负重后能够保持平衡而不发生倾斜，原因在于支点选的恰当，重臂和力臂按反比例承担各自的重量。《墨子》以秤衡为例解释了这一现象：“横木加重焉，而不挠，极胜重也。右校交绳，无加焉而挠，极不胜重也。衡加重于其一旁必垂，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。”对杠杆而言，如果在重物一端增加重量而使它不倾斜，就要将秤锤向反方向移动以保持力矩始终相等，这就是要以较长的力臂来支撑较大的重量。如果把系连秤锤的交绳右移，而又不在系秤锤的一端加挂重量，秤杆必定向重臂一边下斜。因为这时力臂长度减短，较短的力臂不能支撑较大的重量。秤杆平衡时，不论是在系秤锤的一侧增加重量，还是在墨子的小孔成像实验重物一侧增加重量，增加重量的一侧必定下垂。因为秤处于平衡状态时，秤锤之重与重物之重是相匹配的。锤重与物重之比，等于力臂与重臂之反比。如果系在系秤锤一侧和系重物一侧增加相同重量，力臂方面的力矩必定大于重臂方面的力矩，并且因此而下斜。
  《墨子》作者虽然没有像现代科学家一样，以精确的公式表达出杠杆原理，但他们经过反复试验，实际上已掌握了这一原理的精髓，并将它运用于简单机械的设计和制造。
  三、机械制造墨子本人即为手工业者出身，熟诸木工及其他工匠技艺，如染丝、皮革、制陶、建筑、冶金等。他在平时游说诸侯、教育弟子时也频繁使用工匠的术语以论证其思想观点。墨子曾用木片制造出一只能飞翔一天的鸟，虽然他自己认为这只是雕虫小技，不值得炫耀，但仍能从中看出墨子手工技巧的高超。
  墨子宣扬“非攻”，反对不正义的战争，同时主张用积极的防御抵抗侵略战争，因此潜心研究防御技术，利用力学、物理学原理制造出很多防御武器设备，取得了突出成就，在中国古代兵器发展史上占有重要位置。
  墨子利用力学中的有轴杠杆原理，发明了一种大型的远距离的抛石机掷车。它用几根长木捆在一起，箍成一根粗木杆，叫做“夫”，长三丈五尺，即抛石机之长臂；然后将其架在两根柱子之间的支柱上，柱高七尺，另有四尺埋在地下;木杆顶端有固定套环，叫做“马颊”，可装放石块等投掷物，木杆末端系上绳子。战斗时，一队士兵站在车后，用力将绳子末端向下拉，运用杠杆原理使木杆突然撬起，将顶端之石抛向敌军。
  连弩车则是专门用来对付攻城之敌的重武器。连弩车的长度与城墙的厚度相等，有2个车轴、4个轮子，底架距地面八尺，弩臂与车架齐平，架子的两部分由柱和四寸内径圆榫连接的横杆组成。弩用绳或弦系在柱上，中心勾弦叫“牙”，用以固定发箭的主弦。还有一个瞄准仪，可以上下调整。使用这种武器时，射手双脚踏上弩干两边的弩背，把弦向上沿弩干提起，够到“牙”，将弦扣住，然后拉动扳机放箭。做这种连弩车要用铜150斤，一架连弩车需10人操纵。其箭长达十尺，能一次发射60枝，而且箭尾可以用绳子系上，发射后还能收回再使用。这种连弩为墨家首创，是古代世界最强劲的弓，可算是当时的“世界之最”。
  《墨子》书中多次提到蒺藜。铁蒺藜，高四尺，广八寸，长六尺以上；木蒺藜，去地二尺五寸。蒺藜要犬牙交错地施放，布置于敌军必经之通道上，以阻断敌方车马和士兵的行动。另外，墨子及其弟子还发明了守城的梯渠、籍幕、攒火、冲车、轺车等。
  四、数学概念数学是墨子科技理论建树最重要的领域之一。其数学成就主要体现在一系列算学和几何学概念的命题与定义方面，其表达的方式没有数学的符号与图式，只是通过简略的文字与严密的逻辑推理予以展现。墨家的数学理论虽然缺乏近现代意义上完整的理论体系，但在理论特征上具有命题和定义的抽象性与严密性，代表了先秦时期数学理性思维程度的最高水平。
  墨家的数学概念里已经提及了倍数和十进位制的思想。《墨子》记：“倍，为二也。”并解释说原数加一次或乘以二就是倍。同时提出“一少于二，而多于五”的命题，其中位值概念对中国古代数学具有很大的影响。从历史来看，“倍”的实际计算和十进位制在我国古代早已建立。英国科学史家李约瑟就肯定十进位制是中国人的创造。
  墨家用端、尺、区、厚等概念，对于几何学中的几个基本元素点、线、面、体及圆、方、平、直等都给出了明确的定义，进行了理论表述。关于点，墨家定义为：“端，体之无序而最前者也。”®“体”指的是线，意思是说点是一条直线上排列在最前面而且没有其他任何一点可以取而代之的极尽边际之点。墨家同时指出，点是“无间”的，是不能再分割的，并以木棒为例，进行进一步形象的解释：一个有穷的物体，如一条木棒，从中点处分为两半，其中一半再分为两半，无数次之后，便成为不能再分为两半的至微之物。这种不能再分的至微之物就是点。而西方数学家欧几里得在《几何原本》中对点的表述为：“点者，无分。无长短、广狭、厚薄。”这个定义与墨家的表述极为一致。
  关于点与线的关系，墨家详尽论证了线线相交、点线相交的3种情况:第一种是线与线相交为“俱不尽”，即双方未完全重合成一条线，只有交点相重合，而两线的其他点都不重合;第二种是点与点相交为“俱尽”，因为点是不可分的至微之物，因此完全重合;点与线相交则是不完全重合，对于点而言是完全重合，而对于线而言则只有交点重合，其他点不重合。墨家没有专门论述线和面，而是在讨论点、线、面之间的相互关系时揭示了线、面的性质特征。“间，不及旁也。”“谓夹者也。尺前于区穴而后于端，不夹于端与区内。及，非齐之及也。” ® “间”就是两物之间的空间，不包括两旁的物体，也叫“夹者”。端在前，区在后，而尺居中。但不是说尺被夹于端与区之间。由此可知，墨家排列几何元素的顺序是：先端再尺，然后是区。这与欧几里得点、线、面的顺序完全相同。
  墨家认为，圆就是“一中同长也”，即是与中心同长的线构成圆形，用圆规绕中心一周画成圆。正方形的四边是互相垂直的，四边四角皆相等，并可用直角曲尺“钜”画成。“平”就是两个面在任意处同高，正如台的上底和下底。三个点如果同在一条直线上，这三点组成的直线就是“直”。