中華文化筆記16，墨家科學思想之五，墨家力學成就

砲

（接上篇）

二、墨家對科學規律的認識

古典物理學有五大領域，力熱光電聲，墨子關於物理學的研究涉及到力學、光學、聲學等分支，給出了不少物理學概念的定義，並有不少重大的發現，總結出了一些重要的物理學定理。

1 力學與機械設計

在力學方面，由於認識到時空結構、運動與時空的關係以及運動的原因，加上他對前人技術的理解和總結，墨子在能夠提高生產力的機械方面花了很大功夫。眾所周知，墨子是位機械大師，因而在他的著作中，包含大量力學與機械設計原理。他第一個提出機械設計三個標準，以規範機械師的設計標準。這三個標準在《墨子》中稱「三表」：一要根據歷史的經驗，二要考察人們的反應，三要考察實際效果是否有利於國家人民。

墨子精通手工技藝，可與當時的巧匠公輸班相比。在墨子的著作中，對槓桿、斜面、滑車等於民有利的機械原理大書特書。比如他完整無誤地闡述了槓桿原理，短臂叫本，長臂叫標，指出槓桿省力的原因乃「本短標長」。墨子指出：「衡。加重於其一旁，必缶」。「奧而必擊，說在得」。衡是指中國稱。這段經和經說描述了稱東西時的平衡狀態和不平衡狀態。造成這兩種狀態的表象原因，是兩邊的重量或相等或不相等。墨子進一步從槓桿原理的角度，說明了稱衡現象的原因。「權重相若也，相衡，則本短標長。兩加焉，重相若，則標必下，標得權也」。稱和桔槔一樣，都有一個支撐點，稱兩端離支撐點的距離長短不一，短的一邊是本，長的一邊叫標。權是稱陀，權在標這部分移動，本端系重物，如果以繫繩處為支撐點，兩邊平衡的話，是因為本短標長。這是一個力矩平衡問題，而不是等臂的天平重量平衡。用現代的科學語言來說，「本」即為阻力臂，「標」即為動力臂，寫成力學公式就是動力×動力臂（「標」）=阻力×阻力臂（「本」）。此外他提倡用滑輪（挈）與斜面（滑車）來幫助提升重物。他設計的滑輪系統與英國的「阿特伍德機」極其相似。

以「墨守」聞名的墨子，在軍事器械的設計上自然不遺餘力。墨子擅長防守城池，在止楚攻宋時與公輸般進行的攻防演練中，已充分地體現了他在這方面的才能和造詣。他曾花費了3年的時間，精心研製出一種能夠飛行的木鳥（風箏、紙鳶），成為我國古代風箏的創始人。他又是一個製造車輛的能手，可以在不到一日的時間內造出載重30石的車子。他所造的車子運行迅速又省力，且經久耐用，為當時的人們所讚賞。通過他的著作，我們不難窺見先秦戰場上華麗的機械化作戰場面：

「贛車」乃攻城戰車，覆蓋有生牛皮，裡面可以裝載十人，推動它直抵城牆，可以挖掘破壞牆體，堪稱古代坦克。

「連弩車」，結構極其複雜，一發數十箭，反力甚大。故製造連弩車的木材兩端須一尺見方，長度視城牆厚度而定，需十人操作。

「籍車」，全車由純鐵打造，一部分埋在地下，由多人操縱，能夠投擲炭火、石塊等。籍車就是古代的大炮——投石機（見題圖）。

此外，在《墨子》中還記載了「雲梯」、「懸門」、「橐」、「軒車」和「軺車」等攻守器備。

雲梯

軒車

軺車

值得指出的是，墨子幾乎諳熟了當時各種兵器、機械和工程建築的製造技術，並有不少創造。在《墨子》一書中的「備城門」、「備水」、「備穴」、「備蛾「、「迎敵祠」、「雜守」等篇中，他詳細地介紹和闡述了城門的懸門結構，城門和城內外各種防禦設施的構造，弩、桔槔和各種攻守器械的製造工藝，以及水道和地道的構築技術。他所論及的這些器械和設施，對後世的軍事活動有著很大的影響。後世西魏大將韋孝寬守玉壁城，便是將墨子守城的技藝發揮到極致，破解了東魏大軍各種攻城方法，最終令高歡鬱鬱而終。

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