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春秋战国科技史

_3 史仲文 胡晓林(现代)
  《墨经》中对平面镜和球面镜(凹面镜和凸面镜)成像,作了深入的研究,反映了当时在这一研究中所取得的辉煌成果。
  《墨经》第121条载: 景迎日,说在搏(转) ; 景:日之光反烛人,则景在日与人之间。 这条经文很可能是用来解释 月魄 成因的演示实验的记录。通常,日光直接照射人体,形成的人影是背着日的;但是,如果日光被一平面(如镜)反射后再照到人体上( 反烛人 ),产生的影子就会迎着日( 景迎日 ),即投在日与人之间,这是日光经反射而转变了方向的缘故( 说在转 )。如果把镜子看作是大地,人体相当于月球,背向太阳的人体表面就相当于 月魄 ,由于它只是被大地反射的日光间接照射,所以只能显现出月面灰光。墨家的这个实验,在光学和天文学的发展史上,都是一项杰出的成就。
  《墨经》第123条记载了一个平面镜成像的实验及其光学解释: 临■而立,景到(倒);多而若少,说在寡区 ; 临:正■,景寡,貌能(态)、白黑、远近、■正、异(映)于光。■(者),景当俱就;去■(亦)当俱,俱用北(背)。■者之臭(糗),于■无所不■;景之臭(糗)无数,而必过正,故(估)同处。其体俱然,■分。 此条有不同解释,一说是关于各种球面反射镜的总论①;一说是论述平面镜成像之理。我们从谭戒甫、钱临照、徐克明等说,作平面镜成像解。经文指一物(如人)俯临放在地上的平面镜边缘而立(如临湖水面照之),在镜中得一倒像。镜面所对范围很大,物体很多,而观察者从一个固定点只能看到不大范围内的物像,这是由于镜面面积较小( 寡区 )之故。任何物体在镜内只能   有一个像,物的形态、明暗、距离、斜正都由光线映射于镜。
  ②   《庄子?天下》。
  ③   《墨经》第 122条。
  ①   方孝博:《墨经中的数学和物理学》,中国社会科学出版社 1983 年版,第 88 页。
  当人(或物)走近镜子时,其像也一起走近( ■者、景当俱就 );当人(或物)转身离开时,其像也同时离去( 去亦当俱 ),人(物)与像是相互背离的( 俱用背 )。人(物)对着镜子的表面上的一切点(物点),在镜中无一不被照射出来( ■者之糗,于■无所不■ )。由于人(物)
  体表面之点无数,所以像的点(像点)也无数( 景之糗无数 ),而且像点必位于镜面的另一侧( 而必过正 ),估计与其相应的物点到镜面的距离相等( 估同处 )。像的每个部分与人(物)体表面相应部分之间的关系都是这样的,即分处于镜面二侧等距离的地方。
  特别值得指出的是,墨家在分析镜面成像时,已经懂得把物体表面析为 物点 ( ■者之糗 ),把像析成 像点 ( 景之糗 ),而且指出它们是对称地分布于镜面二侧,这在当时是光学理论上的一个重要创造。
  糗 字本指炒米粉或炒面粉,墨家在此取它来表示细小的点。
  我国古代对于凹面镜聚焦特性的认识是相当早的,墨家对凹面镜面成像进行了深入的研究,并取得了惊人的成就。
  《墨经》第124条记载了一个凹面镜成像的实验及其光学解释: 鉴位(洼),景一小而易,一大而正。说在中之外、内 ; 鉴:分鉴。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。起于中缘(燧)正而长其直(置)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。合于中而长其直(置)也。 鉴洼 即指凹面反射镜。经文是说凹面镜所成之像有两种,一种是物在镜面球心之外时形成的比物小的、倒立的像;一种是物在镜面球心之内时形成的比物体放大的、正立的像。后期墨家在《经说》中进一步作了准确的说明。实验分为 中之内 、 中之外 两种情形( 分鉴 )。 中 指 中燧 (焦点,阳燧取火光线会聚之处)到 合于中 (镜面球心,物与像重合之处)之间的这一段。如果物体在 中之内 ,即在焦点之内,物体离焦点近些,所照也大些( 所鉴大 ,即视角大),因而产生的像也大些;物体离焦点远些,则所照小,因而产生的像也小些。但是在这种情况下,所得的像必然都是正立的。这是物体从中燧(焦点)开始正立着向镜面方向移远其位置的情况( 起于中燧正而长其置也 )。
  如果物体在 中之外 ,即在球心之外,物体离球心近些,则所照大,产生的像也要大些;物体离球心远些,则所照小,产生的像也要小些。但在这种情况中,物体的像都是倒立的,这是物体在球心同自己的像重合之后,背着镜面向远处挪移其位置的情况( 合于中而长其置 )。
  值得指出的是,在这个实验的记述中,墨家已经明确地区分了 球心 和焦点 ,把后者称为 中燧 ;而且还知道了物体和它的像在球心处重合,这种准确的描述是与当时所进行的多次周密的实验分不开的。当然,凹面镜成像还有第3种情形,即物体在球心与焦点之间时在球心之外所产生的比物体大而倒立的像。墨家在作实验时可能还没有让像成于屏幕上,而是观察者面对凹面镜直接观察自身(物)所成之像,所以对在自己背后(球心之外)所成之像未能观察到,这是容易理解的。在科学还处于萌芽状态的2400多年前,墨家能对凹面镜成像作出如此正确的概括,这已是十分难能可贵的了。
  关于凸面镜成像,墨家也进行了实验研究。《墨经》第125条记载: 鉴团,景一 ; 鉴:鉴者近,则所鉴大,景亦大;亓(其)远,所鉴小,景亦小。而必正。景过正,故招。 团 ,圆也,指球体; 鉴团 即凸面反射镜。物体在凸面镜前被反射,无论和镜面距离远近如何,都在镜面后产生缩小的正立虚像,只有这一种成像情况( 景一 )。物体离镜近些,则所照显得大些,所成之像也大些;物体离镜远些,则所照显得小些,所成之像也小一些。在所有这些情况中,像必定都是正立的。物体过远,像就模糊不清了( 故招 )。
  墨家所描述的情形,基本上是正确的,不过文中用 所鉴大 、 所鉴小来说明像的大小,则是不准确的。因为凸面镜成像的大小决定于(虚)
  焦点对物体首尾二端所张的视角,而不是决定于物体对镜面二端所张的视角。
  前述《墨经》中关于光的直进性以及各种面镜成像原理的叙述,是一部系统完整的关于几何光学问题的实验记录和理论说明。首先以光的直线传播的性质为立论的基础,对光、物和影三者之间的各种复杂关系作出了详细而准确的分析说明;进而又以精确的实验为依据,对平面镜和各种球面镜成像的现象和规律作了描述。墨家在光学上这些出色的研究,和近代光学理论基本上是一致的,墨家的成果,在世界光学史上应当占有崇高的地位。
  十、结语春秋战国时期是中国古代科学技术的奠基时期;形成后世中国古代科技体系的许多知识内容和学说,大都可以从这一时期找到它的初始形态和萌芽思想。中国古代科学技术中最具特色和最为发达的天、算、农、医,在这一时期均有了相当的进展,特别是天文学和医学,已形成了比较系统的理论体系。
  概括这一时期的科学技术成就,可以得出以下几点结论:(1)冶铁术的发明,特别是生铁冶铸、铸铁柔化和块炼铁渗碳钢技术的出现,加快了铁器工具的普遍推广,大大促进了生产力的发展和劳动生产率的提高,有力地推动了社会制度的大变革,在世界历史上第一个实现了由奴隶制向封建制的过渡,充分显示了科学技术对促进社会经济发展和推动社会进步的革命作用。
  (2)战国初期,随着新兴地主阶级在政治上的胜利,殷商时期的 神治被 人治 所代替,由此带来了中国历史上第一次思想大解放。各诸侯国为了消除奴隶主阶级的思想影响和发展自己的霸业,也需要借助于各种新学说、新思想的支持,所以社会上形成了一个宽松、自由的学术氛围,出现了诸子百家自由探讨、相互争辩的 百家争鸣 的局面,对这一时期科学技术的迅速发展是十分有利的。中国封建时期所以能在科学技术、哲学、文学艺术等领域长期处于世界领先地位,与春秋战国时期的思想大解放不无关系。
  (3)以孔子私人讲学为肇始而产生的 士 这个阶层,是中国封建社会特有的现象。一大批来自 国人 的知识分子的出现,打破了少数统治阶级人员垄断文化知识的局面。 士 来自各方,与社会各阶层有广泛的联系,他们是文化知识的主要掌握者,新思想的创造者和传播者。他们既把已有的文化知识传播到国人中,又把国人中积累的科学技术知识搜集起来加以总结概括,使中国古代科学技术知识得到不断丰富和发展。无庸置疑,农民和工匠是中国古代科学技术发展中的基础力量,尤其是实用技术的直接创造者。但是由于文化素养的限制,他们没有能力将在生产实践中摸索积累起来的知识和技巧作系统的总结、记载和进行更广泛的传播,更没有条件去实现知识的理论化。这些工作只能由受过系统文化教育训练的 士 去完成。
  (4)和古代世界各个民族的科学发展相比较,中国古代的自然哲学和以原理、定律表现出来的理论性自然知识是较薄弱的,特别是比古希腊逊色。但在实用科学方面,我国在相当长时期里居于世界领先地位;即便是中国古代最为发达的天、算、农、医四大学科,大部分也是经验性和描述性的。这个传统在春秋战国时期已经形成了。中国封建统治阶级 以政裕民 的政治主张,使他们急功近利,主要关心科学技术中那些能够直接转化为实用的内容。
  这也影响到 士 只能在 从政 过程中,从对 天地万物善用其材 中来关心科学技术,而不去深究其 所以然.提出 制天命而用之 的封建地主阶级思想家荀况就明确说: 其于天地万物也,不务说其所以然而致善用其材;其于百官之事、技艺之人也,不与之争能而致善用其功。 ①就是说对 天地万物 只求 善用其材 而不求明白其 所以然 ,即不必深究其中的科学道理;对 百官之事、技艺之人 ,只需 善用其功 而 不与之争能 ,即对其中的技术原理不必了解。在这种思想的作用下,中国古代科学技术既具有以善于解决实际问题见长的特点,又具有偏重实用缺乏理论概括的明显局限。
  中国古代文化的整个状况,特别是哲学的发展,对科学技术的发展也有一定的影响。从西周开始到春秋战国时期,统治阶级和思想家们逐渐形成了重人事的传统,关心人与自然的关系、关心社会伦理比对关心自然本身更受到重视。开始时显得很有生气的自然哲学学说,最终大都在社会伦理道德的说教中迷失了它的发展方向。这又是造成中国古代科学缺乏理论性特点的一个重要原因。
  近代自然科学没有在中国发展起来,原因当然是多方面的,特别是缺少新生资本主义生产关系这个重要的社会条件。但是,中国科学技术极强的实用性传统,也是阻碍近代自然科学在中国产生的一个重要原因。
  (5)春秋战国时期我国科学技术发展的丰硕成果,通过多种渠道,在世界各地陆续得到传播,对后世东亚、东南亚、中亚、西亚乃至欧洲各国科学技术的发展,都产生了重要的影响。例如天文学上的 四象 、 二十八宿 ,数学上的十进位制,手工业中的炼钢术、蚕丝织绸和提花技术、漆器的制造等,先后都传播到国外。在生物学、医学、物理学方面,更有不少超前于西方的重要成就。英国科技史家李约瑟在他所著《中国科学技术史》的序言中曾公正地评价说:中国的这些发明和发现往往远远超过同时代的欧洲,特别是在15世纪之前更是如此。 这当然也包括春秋战国时期的科技成果在内。一些国外学者曾说,中国古代的许多科技成果似乎是从印度、阿拉伯乃至西方传入的,这种论点大都被考古的发现和史料的挖掘所否定了。可以毫不夸张地说,在古代,中国给予世界各国的东西,远比世界各国给予中国的要多。
  ①   《荀子?君道》。
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