春秋时,有个叫尸佼的人这样定义宇宙:“上下四方曰宇,往古今来曰宙。”几百年后,墨子这位雄心勃勃的科学启蒙者,企图用更系统更严密的语言来描述他所观察的宇宙,于是一部奇异的著作《墨经》流传于世。
《墨经》分作《经上》、《经下》、《经上说》、《经下说》四篇。《经上》各条大都是原理、定义、界说;《经下》则建立论题加以论证;《经说》则是对《经》的解释与阐述。可见《墨经》的编著经过周密的计划与组织。
希腊人芝诺提出一个著名的悖论:阿基里斯追不上乌龟。阿基里斯是《荷马史诗》中的善跑英雄。奔跑中的阿基里斯永远也无法超过在他前面慢慢爬行的乌龟。因为他必须首先到达乌龟的出发点,而当他到达那一点时,乌龟又向前爬了一段。
中国先秦也有类似的悖论,如庄子为了证明他的虚无主义,提出:“一尺之棰,日取其半,万世不竭。”
墨子化解了这一千古疑难。他设想有一直线ab,从a端向b端前进,进到全长一半c,则斫去,剩余cb是全长的一半。再如前法取cb一半,剩为db全长四分之一。这正是数学上的极限逼近原理。
芝诺与庄子得出的悖论,均是由于他们不能理解极限的概念。直到1655年英国的瓦里斯出版《无穷算术》一书,才有“极限”概念的正确解释。
众所周知,墨子首先是位机械师,因而在他的著作中,包含大量力学与机械设计原理。
他在《经上》中明确提出,力是物体加速运动的原因,即“力,刑之所以奋也”。更进一步,他在《经上说》中指出,力与重力等效,即“力,重之谓”。纠正了流传已久的谬误:把重力与重量混淆。他这种论断已经与近两千年后的伽利略、牛顿的理论极为接近了。
在《三体》中,刘慈欣构想了一种无形杀手:纳米丝,可以把轮船任意切割。在墨子那个时代固然没有纳米这个概念,但这并不妨碍他进行思维试验。他大胆指出,头发丝悬轻物则断,是因为它不均匀的缘故,若构成它的物质无限均匀,则“其绝也莫绝”。这用现代物理学知识不难解释:“绝”是均匀状态的破坏,也就是物体的聚集状态发生突变。如过饱和状态的水蒸气,过冷状态的晶体溶液,拉伸状态的金属丝,如果它们真正是“均”的状态,就不会“绝”。纳米丝实际上便是一种高度均匀的物质材料,通过纳米结构的改造与表面的修饰,去除了普通材料的非均匀性。
牛顿的《自然哲学的数学原理》一书,企图通过欧几里德几何学的表述方式对宇宙宏图进行系统的演绎与描述,但是他没有意识到“时空”的关联。在他的著作中,空间就是空间,与任何外界物体和运动无关,它永远是同一的,固定不动的……但是在《墨经》中,空间是一个与时间密不可分的概念,墨子认为“宇” 即“域徙”,即物体运动的区域。两千多年后,爱因斯坦的相对论为这一直觉的朴素时空观添上了完美的注脚。
在光学方面,墨子详尽的说明了小孔成像的原理。光线照入小孔同箭的射入一样,即光是直线传播的,从物体高处射入的光线到达壁的下方,从物体低处射入的光线到达壁的上方。人足在下,蔽着下光,故足的影成于壁的上方,人首在上,蔽着上光,故手的影子成于壁的下方。
《墨经》成书的年代比古希腊欧几里德的《几何原本》还要早,但其涵盖的内容却要丰富的多。