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2024年3月12日发(作者:hosts文件不小心删了)

中国古代科学家

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中国古代科学家

书中。

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官农——王祯 王祯的科学成就,主要体现在他的《王祯农书》一

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《王祯农书》是王祯呕心沥血的代表作。全书约有13万多字,

图版300多幅,共分36卷(另有22卷本,文字全同),内容丰富,

条理分明,是古代中国一部对农业生产作出完整系统论述的著作。《农

书》全文分为《农桑通诀》、《百谷谱》、《农器图谱》三大部分。

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《农器图谱》

《农器图谱》是《农书》全书的重点,也是最能展现王祯科技思

想精华之所在。在《王祯农书》以前,论述农具的书有唐代陆龟蒙的

《来耙经》,其中所介绍的农具以江东犁为主,兼及耙、砺泽等几种

水田耕作农具,没有图。南宋曾之谨的《农器谱》(该书已经失传)

所收的农具,不仅数量不及王祯的“农器图谱”多,而且也没有图。

在《王祯农书》以后的重要农书,如《农政全书》、《授时通考》等,

虽然也有“农器图谱”,但是它们多抄自《王祯农书》,没有增加多

少新内容。由此可见。《王祯农书》中的“农器图谱”是王祯在古农

书中的一大创造。

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关于土地翻治农具,《农器图谱》介绍了犁、犁刀、耙耢等,

其中的犁刀别具特色。犁刀是一种很像镰刀而背比较厚的农具,能够

与犁配合起来使用,耕地时犁刀先把草根割断,犁再把土翻起,这样

可以使耕作时更为省力、快捷。

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《农器图谱》重点介绍的播种农具是接耧车。耧车在汉代就发明

了,到了元代又有了两项重要的创新:一是增加了一个肥料箱,使得

播种与施肥能同时进行;二是增加了砘车装置,使得播种后能马上掩

土,可大大提高种子的发芽率。

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对于农业灌溉器械,王祯一方面把传统的龙骨水车创新为用水力

来推动,大大节省了人力与畜力,是古代少有的“自动化”机械。王

祯还创制了一种名为“高转筒车”的灌溉机械,能够把水提高到33

米高的地面进行灌溉。两部筒车相接,就可以把水提高66米。这在

古代是一个很了不起的创造,而且它的结构又那么简单,对许多地高

水低地区的作用尤为显著这个简车的动力,既可以是人力或畜力,在

具备较高流速与较大水量的地区也可以是水力。

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农产品的加工机械方面,王祯最著名的创新发明是

“水轮三事”。他在传统的普通水力磨上对这个机械装置加以改进

后,使它具备了能够同时进行磨面、答稻与碾米3种功能。与“水轮

三事”异曲同工的,是他所发明的“水转连磨”。这是在江西地区茶

磨的基础上加以更新而制成的,用一个立式的大水轮,再通过一系列

的齿轮传动装置,能同时使9个磨盘旋转工作,轮下男装有水难,可

用于春米。据说用这个装置一天装上水筒,还能用来进行田地灌溉。

这两个创新充分显示了王祯对机械设计的掌握已达到了相当的水平,

同时对水功能的认识又是如此全面与深刻。他在“利用门”一节中介

绍的水力农机达14种之多,还不包括水力灌溉机械。看了这些水力

农机,对他所创造的“水轮三事”与“水转连磨”就不会感到突兀

了。

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从整个《农器图谱》的机械与图谱中,可以明显看到王祯既是卓

越的农学家,更是杰出的机械制造家。他对于绳轮、齿轮、曲柄、连

杆等传动装置的运用已驾驭自如,得心应手。在许多机械部件与整体

机械原理上,也同样显示出他确实有着深人的研究与极高的造诣。《农

器图谱》中多达三百幅的插图,也是以前的农书中所绝无仅有的。正

是靠着这些图谱,我国古代的许多农业机械器具才得以保存下来。一

幅图所给予人们的形象、构造,往往是几百甚至几千个字也替代不了

的。王祯以后的许多农书,如《农政全书》、《授时通考》以及《古今

图书集成》中的农器图谱,大都是移用王祯《农书》的。可以说,王

祯的《农书》显然是古代中国农器图谱的公认“鼻祖”,而这也正是

王祯机械制造大家的标志与象征之一。

鲁班其人

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鲁班,姓公输,名般,鲁国人,

鲁班一生的发明创造很多。在《事物绀珠》、《物原》、《古史考》等不

少古籍都有所记载。木工使用的不少工具器械都是他发明的。象木工

使用的曲尺(也叫矩),是鲁班创造的,所以又名鲁班尺。又如墨斗、

刨子、钻子,以及凿子、铲子等工具,传说也都是鲁班发明的。

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据《世本》上记载,石磨也是鲁班发明的。 鲁班不只是土木

工匠的“祖师”,还是一个很高明的机械发明家。他制造的锁,外面

不露痕迹,机关设在里面,必须借助配合好的钥匙才能打开。在《墨

子.鲁问篇》还有这样的记载:“公输子削竹木以为鹊,成而飞之,

三日不下。”就是说鲁班制作的木鸟能乘风力飞上高空,三天不降落。

据传说,鲁班还改进过车辆的构造,制成了机动的木车马。这种木车

马由木人驾御,装有机关,能够自动行走。后世有不少科技发明家,

如三国时候的马钧、晋朝的区纯、北齐的灵昭、唐朝的马待封、清朝

的黄履庄等,都受这个传说的影响,相继朝这个方向探索过。现在看

来,说木鸟可以飞三天,木车木马可以自动跑得不见踪影,未免过于

夸张,带有神话色彩。但是这也说明鲁班的技巧在当时确是相当杰出

的。作为我们后人,在要实现前人的美好梦想时,也要考虑当时的科

技水平和自身的实际能力,避免受一些虚无飘渺的传说所误导,耽误

自己的大好前程。

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据说,鲁班在兵器方面也有一定的造诣。据《墨子.公输篇》记

述,鲁班曾经为楚国制造攻城用的“去梯”和水战用的“钩强”(又

名“钩拒”),

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出身于世代工匠家庭的鲁班在建筑和雕刻方面的贡献也很多。

《述异记》上说,鲁班刻制过立体的石质九州地图。《列子.新论.知

人篇》中关于鲁班雕刻凤凰的故事,更表现了他不怕讥讽、刻苦钻研

的精神。故事说,鲁班想雕刻一只凤凰,还没有雕成,就受到别人的

讥笑,但是他没有因此而停止工作,反而更加努力,终于刻出了神态

逼真、栩栩如生的凤凰。那些曾经讥笑过他的人,终于不得不佩服鲁

班的高超技艺和顽强努力的精神。

东汉大科学家张衡

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东汉时期,也就是距今约一千八百多年前(公元117年),一台

利用水力推动自动运转的大型天文仪器――“水运浑象”(连接到科

学里程碑漏水转浑天仪)在东汉的京都洛阳制造成功了。仅仅相隔了

二十年(公元138年),安置在京都洛阳的又一台仪器――“候风地

动仪”准确地报告了西方千里之外发生的地震。这标志着人类开始了

用仪器记录研究地震的新纪元。这两台著名仪器的发明者就是张衡--

我国东汉时期伟大的科学家、文学家。张衡对中国古代的天文学、地

震学和机械力学作出了杰出的贡献。传说他还制造过指南车、记里鼓

车等,因其机械制造水平很高,被尊称为“木圣”。

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张衡小传

张衡,字平子,章帝建初三年(公元78年),诞生于南阳郡西鄂

县石桥镇(今河南省南阳市城北五十里)一个破落的官僚家庭。祖父

张堪是地方官吏,曾任蜀郡太守和渔阳(今河北省蓟县一带)太守。

张衡幼年时候,家境已经衰落,有时还要靠亲友的接济。“自古英才

多贫贱,从来纨绔少伟男” ,正是这种贫困的生活对他的成长起到

了很好的作用。当时的南阳是经济和文化都很发达的地区,有“南

都”之称。张衡在这样的环境熏陶下,加上他自幼刻苦好学,在青少

年时代就已经为后来从事文学和科学事业打下了良好的基础。

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张衡根据自己对天体运行规律的认识和实际观察,认真研究

了这三种学说,认为浑天说比较符合观测的实际。他继承和发展了前

人的浑天理论,在西汉耿寿昌发明的浑天仪的基础上创制了一个能够

精确在表演浑天思想的“浑天仪”。他精通天文、历算,具有很强的

革新思想,先后写出了《灵宪》、《灵宪图》、《浑天仪图注》等天文学

著作,成为东汉中期浑天学说的代表人物之一。

《灵宪》

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张衡一生所著的天文学著作,以《灵宪》最为著名。这是一部阐

述天地日月星辰生成和它们的运动的天文理论著作,代表了张衡研究

天文的成果。它总结了当时的天文知识,虽然其中也有一些错误,但

还是提出了不少先进的科学思想和独到见解。例如,在阐述浑天理论

的时候,虽然仍旧保留着旧的地平概念,并且提出了“天球”的直径

问题,但是张衡进一步明确提出在“天球”之外还是有空间的。他说:

“过此而往者,未之或知也。未之或知者,宇宙之谓也。宇之表无极,

宙之端无穷。”就是说,我们能够观测到的空间是有限的,观测不到

的地方是无穷无尽,无始无终的宇宙。这段话明确地提出了宇宙在时

间和空间上都是无穷无尽的思想,是十分可贵的。

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张衡在《灵宪》中指出月亮本身并不发光,月光是反射的太阳光。

他说:“夫日譬犹水,火则外光,水则含景。故月光生于日之所照,

魄生于日之所蔽;当日则光盈,就日则光尽也。”(景就是影,魄指

月亮亏缺的部分。)他生动形象地把太阳和月亮比做火和水,火能发

光,水能反光,指出月光的产生是由于日光照射的缘故,有时看不到

月光,是因为太阳光被遮住了。他这种见解在当时是十分新鲜的,也

是正确的。同时,张衡还进一步解释了月食发生的原因。他说:“当

日之冲,光常不合者,蔽于地也,是谓暗虚。在星则星微,遇月则食。”

这段话的意思是:“望月”时,应该能看到满月,但是有时看不到,

这是因为日光被地球遮住的缘故。他将地影的暗处叫做“暗虚”,月

亮经过“暗虚”时就发生月食,精辟地阐述了月食的原理。至于“在

星则星微”一句,说的是星星碰上“暗虚”就隐而不见了。现在看来

这种说法是不正确的。由于星星距地球极为遥远,又大都是发光的恒

星,不象月球一样属于行星,因此没有任何一个星星会进入地球的影

子之中而失去了光芒。这是张衡的不足之处。这也可以看出在当时的

水平下,古人的研究不可能作到尽善尽美。今人也一样,做任何事情

的时候都不可能将事情作的绝对正确,但一定要最大程度的正确反映

客观现实。

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此外,张衡在《灵宪》中还算出了日、月的角直径,记录了在中

原洛阳观察到的恒星二千五百颗,和近代天文学家观察的结果是相接

近的。在他的另一部天文著作《浑天仪图注》里还测定出地球绕太阳

一年所需的时间是“周天三百六十五度又四分度之一”,和近代天文

学家所测量的时间三百六十五天五小时四十八分四十六秒的数字十

分接近,说明张衡对天文学的研究已经达到了比较高的水平。北宋大

科学家沈括

沈括小传

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在我国北宋时代,有一位非常博学多才、成就显著的科学家,他

就是沈括──我国历史上最卓越的科学家之一。他精通天文、数学、

物理学、化学、生物学、地理学、农学和医学;他还是卓越的工程师、

出色的军事家、外交家和政治家;同时,他博学善文,对方志律历、

音乐、医药、卜算等无所不精。他晚年所著的《梦溪笔谈》详细记载

了劳动人民在科学技术方面的卓越贡献和他自己的研究成果,反映了

我国古代特别是北宋时期自然科学达到的辉煌成就。《梦溪笔谈》不

仅是我国古代的学术宝库,而且在世界文化史上也有重要的地位。

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沈括晚年在梦溪园认真总结自己一生的经历和科学活动,写出

了闻名中外的科学巨著《梦溪笔谈》和《忘怀录》等。宋哲宗绍圣二

年(公元1095年)逝世。他一生著作多达几十种,但保存到现在的,

除《梦溪笔谈》外,仅有综合性文集《长兴集》和医药著作《良方》

等少数几部了。《梦溪笔谈》是中国科学史上的坐标,是沈括一生社

会和科学活动的总结,内容极为丰富,包括天文、历法、数学、物理、

化学、生物、地理、地质、医学、文学、史学、考古、音乐、艺术等

共600余条。其中200来条属于科学技术方面,记载了他的许多发明、

发现和真知灼见。

杰出的天文学家

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沈括还是一个杰出的天文学家。熙宁五年(公元1072年),也就

在沈括负责汴河水建设时,沈括还负责领导司天监,在任职期间,他

先后罢免了六名不学无术的旧历官,不计出身,破格推荐精通天文历

算、出身平民的准南人卫朴进入司天监,主持修订新历的重要工作。

沈括和卫朴治学态度认真,对旧历官凭借演算凑数的修历方法非常不

满,主张从观测天象入手,以实测结果作为修订历法的根据。为此,

沈括首先研究并改革了浑仪、浮漏和影表等旧式的天文观测仪器。

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浑仪是测量天体方位的仪器。经过历代的发展的演变,到宋朝,

浑仪的结构已经变得十分复杂,三重圆环,相互交错,使用起来很不

方便。为此,沈括对浑仪作了比较多的改革。他一方面取消了作用不

大的白道环,把仪器简化、分工,再借用数学工具把他们之间的关系

联系起来(“省去月道环,其侯月之出入,专以历法步之”);另一

方面又提出改变一些环的位置,使它们不挡住观测视线。沈括的这些

改革措施为仪器的发展开辟了新的途径。后来元朝郭守敬于元世祖至

元十三年(公元1276年)创制的新式测天仪器──简仪,就是在这

个基础上产生的。

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漏壶是古代测定时刻的仪器,由几个盛水的容器装置成阶梯的形

式,每一容器下侧都有孔,依次往下一容器滴水漏水。最下面的容器

没有孔,里面装置有刻着时间标度的“箭”,随着滴漏水面升高,

“箭”就慢慢浮起,从显露出来的刻度可以读出时刻。沈括对漏壶也

进行了改革。他把曲筒铜漏管改做直颈玉嘴,并且把它的位置移到壶

体下部。这样流水更加通畅,壶嘴也坚固耐用多了。

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此外,沈括还制造了测日影的圭表,而且改进了测影方法。

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沈括在《浑仪议》、《浮漏议》和《景表议》等三篇论文中介绍了

他的研究成果,详细说明改革仪器的原理,阐发了自己的天文学见解,

在是我国天文学史上的具有重要的作用。物理学家+化学家+数学家

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沈括对物理学研究的成果也是极其丰富而珍贵的。《梦溪笔谈》

中所记载这方面的见解和成果,涉及力学、光学、磁学、声学等各个

领域。特别是他对磁学的研究成就卓著。沈括在《梦溪笔谈》中第一

次明确地谈到磁针的偏角问题。在光学方面,沈括通过亲自观察实验,

对小孔成像、凹面镜成象、凹凸镜的放大和缩小作用等作了通俗生动

的论述。他对我国古代传下来的所谓“透光镜”(一种在背面能看到

正面图案花纹的铜镜)的透光原因也做了一些比较科学的解释,推动

了后来对“透光镜”的研究。此外,沈括还剪纸人在琴上做过实验,

研究声学上的共振现象。

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沈括在数学方面也有精湛的研究。他从实际计算需要出发,创

立了“隙积术”和“会圆术”。沈括通过对酒店里堆起来的酒坛和垒

起来的棋子等有空隙的堆体积的研究,提出了求它们的总数的正确方

法,这就是“隙积术”,也就是二阶等差级数的求和方法。沈括的研

究,发展了自《九章算术》以来的等差级数问题,在我国古代数学史

上开辟了高阶等差级数研究的方向。此外,沈括还从计算田亩出发,

考察了圆弓形中弧、弦和矢之间的关系,提出了我国数学史上第一个

由弦和矢的长度求弧长的比较简单实用的近似公式,这就是“会圆

术”。这一方法的创立,不仅促进了平面几何学的发展,而且在天文

计算中也起了重要的作用,并为我国球面三角学的发展作出了重要贡

献。

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墨子和墨家学派

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墨子是墨家学派的创始人,战国初期伟大的思想家,政治家,也是一

位有卓越贡献的自然科学家。在春秋战国时期,百家争鸣,诸子创说,

学术空气十分活跃。涌现出了许多思想家和科学流派。墨家就是其中

一个非常重要的学派。

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相传墨子初学于儒术,但由于不满儒术所提倡的繁琐的

“礼”,因而自立新说,创建了墨家学派。墨子的学说对当时的思想

界影响很大,与儒家并称“显学”,墨家学派是儒家学派的主要反对

派。墨子的门徒很多,大多来自社会的下层。他们组成了一个组织严

密的政治性团体,纪律要求非常严格。这些人能够吃苦耐劳,勤于进

行实验,作战十分勇敢,平时从事生产劳动。墨子及其门人为人们做

好事,即使是牺牲了个人性命也在所不惜。因此《淮南子》中说:“墨

子服役者百八十人,皆可使赴火蹈刃,死不还踵。”而且他们功成不

受赏,施恩不图报,过着极其简朴和艰苦的生活。

。《墨经》

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墨家学派著作的总汇是《墨子》。《墨子》原本一共七十一篇,但

留传至今的只有五十三篇,其中《经上》,《经下》、《经说上》、《经说

下》等四篇合起来称为《墨经》。这四篇加上《大取》和《小取》两

篇,称为《墨辩》。也有人把这六篇叫做《墨经》。

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《墨经》是《墨子》一书中的主要组成部分。这是一部内容丰富、

结构严谨的科学著作。书中不仅涉及到认识论、逻辑学、经济学等社

会科学范畴的广阔内容,还包含有时间、空间、物质结构、力学、光

学和几何学等自然科学方面的多种知识,其中有些问题阐述严密,说

理透彻,立论准确,具有十分重要的科学价值。《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,是我国科学发展史上的一

座里程碑。

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《墨经》中的力学

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力学是现代物理的重要分支,是研究机械运动的科学。《墨经》

中记述了丰富的力学知识。《墨经》中提出了关于机械运动的正确定

义:“动,域徙也”。意思是说,机械运动的本质是物体位置的移动。

这与现代机械运动的定义完全一致。在墨经中进一步阐述了平动、转

动和滚动等几种不同的机械运动形式。《墨经》中对这些运动形式的

定义是非常科学的,例如在书中将平动定义为“俱止、动”,意思是

说一个物体的所有部分要静止就全部静止,要动就全部都动。

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《墨经》中写道:“刑(形)之大,其沉浅也,说在衡。”

就是说,形体大的物体,在水中沉下的部分浅,是因为物体重量被水

的浮力平衡的缘故。这些认识说明墨家不仅定性的认识到浮力同重力

的平衡关系,而且有定量的概念。这从一个侧面可以看出,我国人民

早在春秋战国时代就已经认识到了浮力原理,并开始在生产中加以应

用。

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《墨经》中讨论了杠杆平衡问题。在《墨经》中将砝码叫做“权”,

将悬挂的重物叫做“重”。支点的一边叫做“标”(力臂),另一边

叫做“本”(重臂)。如果两边平衡,杠杆必然是水平的。在平衡状

态下,加重其中一边,必将使这边下垂。这时要想使两边恢复平衡,

应当移动支点,使“本”缩短,“标”加长。而在“本”短“标”长

的情况下,假若再在两边增加相等的重量,那么“标”这一端必定下

垂。

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《墨经》不仅清楚的叙述了种种杠杆实验的结果,更难能可贵的

是对这些实验做了正确的解释。例如,它解释上面讲的“标”一端下

垂的实验现象,认为是由于力臂和砝码的联合作用大于重臂和重物的

联合作用的缘故。这个解释不仅考虑到力或重的多少,而且还考虑了

距离和平衡的关系,虽然没有得出明确的定量关系,但是实际上提出

了力学中“力矩”的概念。所以可以说,墨家已经发现了杠杆平衡原

理。

《墨经》中的光学

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在《墨经》中还记载了丰富的几何光学知识。墨子在当时就已知

道光是沿直线传播的。墨子和他的学生做了世界上最早的“小孔成

像”实验,并对实验结果作出了精辟的见解。在一间黑暗的小屋朝阳

的墙上开一个小孔,人对着小孔站在屋外,屋里相对的墙上就会出现

一个倒立的人影。为什么会这样呢?《墨经》中写道:“景光之人煦

若射,下者之入也高,高者之入也下。”这句话的意思是:因为光线

象射箭一样,是直线行进的。人体下部挡住直射过来的光线,射过小

孔,成影在上边;人体上部挡住直射过来的光线,穿过小孔,成影在

下边,就成了倒立的影。这是对光沿直线传播的第一次科学解释。

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《墨经》中还利用光的直线传播原理解释了物体和投影的关系。

墨家认为,光被遮挡就产生投影,物体的投影并不会跟随物体一起移

动。飞翔的鸟儿,它的影子仿佛也在飞动着,实际上并不然。墨家指

出飞鸟遮住了直线前进的光线,形成了影子。一瞬间后,飞鸟移动了

位置,原来光线照不到的地方,现在照到了,旧影就消失了,而在新

的地方,出现了新的影子。这就是说,鸟在飞翔中,它的影子并不跟

着移动,而是新旧投影不断更新。在二千多年前,能这样深入细致的

研究光的性质,解释影的动和不动的关系,是非常不容易的。

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墨家在研究了两个光源同时照射一个物体和成影现象以后指出:

一个物体有两种投影,是由于它受到两个光源照射的缘故;如果只有

一个光源照射一个物体,则只会产生一个投影。这些论述与现代光学

中的“本影”,“半影”描述非常吻合。

墨子家对凸面镜生虛像的原理也很了解。《墨经》记载:“景之

臭无数,而必过正,故同处其体俱然。”意思是说:物体影子由物体

距离镜子距离的远近来确定,任何一处都可成影,所以说影无数,但

這些影子都必然通过焦点,即过“正”。在我们知道的所有能成像的

物体中,太阳是最远的,所以它成像在焦点上。而物体离镜面愈近,

成像的位置愈远;如果物体和太阳一样远,则影像也在焦点上,所以

说,“同处,其体俱然”。

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墨家已经知道凹面镜成倒实像的現象,《墨经》說:“临镜而立,

景到。”意指物体经过凹面鏡的反射,所成的影像是倒的,“到”就

是倒的意思。书中对这种现象给出了解释:“足敝下光,故成景于上;

首敝上光,故成景于下。”

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从《墨经》中的记载可以看出墨家对光的性质以及凹凸面鏡成像

現象相当了解。不难推测在墨家所处的时代,我国已经出现了凹面鏡

及凸面鏡。而且墨子及其弟子一定做了很多次实验,并针对这些实验

进行了认真的观察和思考才能得出这些结论。

几何光学发展进行系统性论述的典籍。

《墨子》中的声学

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在我国浩如烟海的经史著作中,《墨经》是唯一一本对我国古代

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据《墨子.备穴篇》中记述,在当时人们为防御敌人攻城,设计

了一种地下声源探测装置。具体的方法是,沿城墙根每隔一定距离挖

上一口井,挖到地下水位以下约两尺为止,然后在井下放置一个容量

七八十升的陶瓮,瓮口蒙上皮革,做为地下共鸣箱。让听觉灵敏的人

伏在瓮口仔细听,当有敌人挖坑道攻城时,就可以根据陶瓮响声的大

小来确定敌人的方向位置,以便出兵迎击。

《墨经》中的数学

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《墨经》在数学方面,提出了一些几何学的定义,这表示我国在

战国时期就已经产生了理论几何学的萌芽。例如:

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“平,同高也。”说的是平的定义,指出高低相同就是平。

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“直,相参也。这里参就是三。三点共一线就是直,这是直线的定义。

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“同长,以正相尽也。”是说两个形体相比较,恰好相尽就是长度相

同。

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“中,同长也。”说的是形体的对承重心的定义。

“圆,一中同长也。”这是《墨经》中对圆的定义。这与近代数

学中圆的定义“对中心一点等距离的点的轨迹”是完全一致的。

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此外,《墨经》中还提出了“端”、“尺”、“区”、“穴”等

概念,大致相当于近代几何学上的点、线、面、体。书中写道:“端,

体之无厚而最前者也。”“端,是无间也。”“端”字原意是植物初

出土的芽尖,整个植株由它长成。这里借用来描写几何学上的没有厚

度也没有间隙、无法间断的“点”,这种思想虽然在现在看来还不是

十分准确,但在当时的文明程度下,还是非常难能可贵的。

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本文标签: 物体 墨经 墨子 仪器