墨子：百科全书式的科学家

李艳鸣

两道光束，从世界第一颗量子卫星中国“墨子号”向地球发出，标志着我国在国际上率先实现了千公里级的星地双向量子纠缠分发，震动全球。这天是2017年6月15日。因这一史诗级实验成果，“墨子号”登上了世界尖端科学杂志《科学》的封面。

我国自主研制的世界首颗量子卫星，为什么被命名为“墨子号”？身为量子科学实验卫星首席科学家、中国科学院院士的潘建伟是这么说的——哲学家、墨家学派创始人墨子是中华民族最早的科学家之一，他和他的学生做了世界上第一个“小孔成像”实验，并发现了光是直线传播的，提出了某种意义上的粒子论，为量子通信的发展打下了一定的基础。“因此，光量子学实验卫星用这位中国先贤命名，我认为是很妥帖的。”潘建伟说。

墨子是科学真理的探索者，他开创的墨家学派是中国历史上最早的独一无二的从事科学研究实验的学术团体，形成了重理性、重实用、重科学的墨派特点，其成就在中国古代科技史上占有重要的位置。其科学思想主要在《墨经》中展示。《墨经》又称《墨辩》，是《墨子》的一部分，指《墨子》中的《经上》《经下》《经说上》《经说下》《大取》《小取》六篇，主要是讨论认识论、逻辑和自然科学的问题。梁启超在其《墨经校释·自序》中说：“在吾国的古籍中，欲求与今世所谓科学精神相悬契者，《墨经》而已矣！”

墨子光学：现代照相技术原理的起源

2016年8月16日凌晨，在广袤的夜空，一颗新星划出耀眼的痕迹，我国发射首颗量子科学实验卫星——“墨子号”，这是人类窥探量子世界的幽秘和神奇的首创，意味着中国成为世界上首个实现卫星和地面之间量子通信的国家，先于欧美拥有量子通信覆盖全球的能力。这也正像两千年前，科学先贤墨子在世界上首先通过小孔成像实验发现光是直线传播的一样，展示了中国科技引领世界的力量。这颗量子卫星命名为“墨子号”的意义也在于此。

墨子是最早研究光的，也是第一个发现“小孔成像”的人。“小孔成像”是墨家几何光学的一部分，也是现代照相技术原理的起源。《墨经》中这样纪录了小孔成像：“景到，在午有端，与景长，说在端。”“景，光之人，煦若射。下者之人也高，高者之人也下。足蔽下光，故景障内也。”然而，墨家光学理论并不止于此，墨子在《墨经》中提出的著名的“光学八条”重要论述，有影的定义与生成、光与影的关系、光是直线进行的、光有反射性能、光和光源的关系、定影的大小、平面镜与凸凹镜成像原理等，其影论、像论为几何光学打下了基础，也为量子通信的发展打下了一定的基础。著名物理学家钱临照评价说：“这八条光学文字，寥寥数百字，确乎可称两千多年前世界上伟大光学著作。”英国科技史专家李约瑟在《中国科学技术史》物理卷中说，墨子关于光学的研究，“比我们所知的希腊的为早”，“印度亦不能比拟”。

墨子数学：标志着中国几何学的萌芽

墨子提出了“三点共线”的直线定义。几何中的“线”，墨家称为“尺”。直线称为“直”：“直，相参也。”这里参就是三。三点共一线就是直，与现代几何中直线的定义完全相同。三点共线在后世测量物体的高度和距离方面得到广泛的应用。晋代数学家刘徽在测量学专著《海岛算经》中，就是应用三点共线来测高和测远的。汉代以后弩机上的瞄准器“望山”也是据此发明的。此外，墨子还对十进位值制进行了论述，如《经下》提到：“一少于二二多于五，说在建位。”这是对十进位值制的强调，在数学史上具有重要地位。

墨子是中国历史上第一个从理性高度对待数学问题的科学家，他给出了点、线、面、方、圆一系列几何概念的命题和定义。墨子出身工匠，他在手工业生产中，使用规（圆规）、矩（直角尺子）、悬（悬线）、水（水平线）等劳动工具进行测算的过程中，发展起来几何学的概念，其理论认识已达到相当高的水平，标志着我国在战国时期就已经产生了理论几何学的萌芽。例如：几何中的“点”，《墨经》称为“端”：“端，体之无厚而最前者也。”“端，是无间也。”几何中的“圆”“平”“方”，墨家释曰：“圆，一中同长也。”“平，同高也。”“方，竹隅四权也。”墨子对正方形的定义与欧几里得几何学是一致的。

墨子力学：发现浮力和杠杆平衡原理

墨子善于制造精巧的工具，其门徒也多能工巧匠，技艺非凡。以墨子为代表的墨家从人的生产生活实践中总结出力学原理，《墨经》中关于“力”的定义就是从人的体力概念引申出来的。“力，刑之所以奋也。”这里“刑”就是“形”，指人的身体；“奋”的意思是鸟张开翅膀从田野飞起。这句话的意思是说，力是使人的运动发生转移和变化的原因。以墨子为代表的墨家发现了浮力原理。《墨经》中写道：“刑之大，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，这是由于物体重量被水的浮力平衡的缘故。这说明墨家不仅认识到浮力同重力的平衡关系，而且有定量的概念，总结出浮力原理，并开始在生产中加以应用。

墨家发现了杠杆平衡原理，用“衡”“权”“重”“标”“本”来说明杠杆原理的作用，并以此推广制造了一些先进的工具，运用在生产、生活、军事上。《墨经》中提到墨子利用杠杆原理研制成秸槔，用于提水。墨家加以改进作为筑城劳动中的起重机，地道战中的挖掘机，守城之战中杀伤敌人的冲撞机。墨家还把杠杆类机械辘轳当作防御战中连弩之车的配套设备，用来拉开巨大的弩弓以引长箭。

墨子技艺：我国古代风筝的发明人

墨子精通手工技艺，可与当时的巧匠公输班相比。他曾花费了三年的时间，精心研制出一种能够飞行的木鸟（风筝、纸鸢），成为我国古代风筝的创始人。他又是制造车辆的能手，可在不到一日的时间内造出载重三十石的车子，且所造之车运行迅速又省力，经久耐用，为当时的人们所赞赏。墨子擅长防守城池（即所谓的“墨守”），其弟子将他的经验总结成《城守》二十一篇。在《墨子》一书中 的 “备 城 门 ”“备 水 ”“ 备穴 ”“备 蛾 ”“ 迎 敌祠”“杂守”等篇中，他详细地介绍和阐述了城门的悬门结构，城门和城内外各种防御设施的构造，弩、桔槔和各种攻守器械的制造工艺，如连弩车（《墨子·备高临》）、转射机（《墨子·备城门》）、藉车（《墨子·备城门》），以及水道和地道的构筑技术，这些器械设施对后世的军事活动有着很大的影响。

墨子还对声音的传播进行过研究，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，作为地下共鸣箱。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。由上可见，《墨经》可以说是一部百科全书式的科学著作，墨子是一位百科全书式的科学家。