牛顿力学与墨子力学研究之比较
2013-02-08 10:00阅读：
转自：中育诚成网
牛顿三定律是世界物理科学最早的权威性理论，其影响之广泛而深远，至今仍是物理学教科书中非常重要的内容。不仅现代学子们在读用，而且各国科学界在引用爱因斯坦引力理论时，仍然采用牛顿引力公式。
第一定律：任何物体都保持静止的或均速直线运动的状态。直到其它物体的作用迫使它改变这种状态为止。
第二定律：物体受力作用而产生的加速度，与力同方向，并与力的大小成反比。
第三定律：对于任一作用力，必有与其等值、反向、共线的反作用力。
大家都知道，牛顿力学的形成才有四百多年的历史，但它的出现确实给现代物理学作出了很大贡献。然而，中国在战国时代，就出现了研究和实践“力学”的人才——墨子。
说到墨子就不得提及孔子，因为墨子曾受业于孔子。众所周知，大儒学家孔子不但治易而且为之增添了“十翼”（即对易的十大注释），从而进一步完善了易学体系。他称：“易者，乃修身，齐家治国平天下之学也。”后来孔子在评价自己时说，吾五十学易，已无大过也。
墨学在战国时代犹为兴盛，《韩非子·显学篇》说：“世之显学，儒墨也。”《淮南子·要略篇》论墨学的起源说：“墨子学儒者之业，受孔子之术。”不见其事，当见其功。
在二千四百多年前，墨子在生产、生活中对“力”现象的理解和研究成果，不仅与“牛顿力学”以及近代教材科学类似，而且其探微之处的贴切性、本质性，较牛顿力学规律却有过之。对此，前人已有过论述，兹再加以类比，说明如下：
《经上》：动，或从也。
《经说上》：动，偏祭从者，户枢免瑟。
文中，‘动，作也。’‘作者也，起也。’乃振动或运动之意也。‘或，帮也。’即促动之意。《说文》云：“从，移也。”“从”同纵。“祭”、同际。‘或从’意为相对于原位置空间的运动。‘户枢’，门户之中枢之意，即古代木门（内侧上下两端木柱）之纽。‘免瑟’，无响声之意。
《经上》：止：已久也。
《经说上》：止：无久之不止，当牛非马，若夫过楹。有久之不止，当马非马，若人过梁。《经上》“止”，谓事历久则止也，‘止，对于动而言，静也。’“无久不止”，任何物体均有（时间的长或短而言）的静或
有因受阻而静之意。
“当牛非马”，即，物体运动地快或慢之形容。
“若夫过楹”，即，好象人在走廊中穿越柱子似的，其中‘楹’，则是指走廊之立柱。
“若人过梁”，即好象人走过桥梁。这正是墨子对物体运动状态得最形象而又生动的描述，这要比牛顿对力的描述更形象、更丰富、更有内涵。
“动或从也”、“止已久也”。此句、说明物体本来静止，其它物体纵之则动；该物体运动，受其它物体阻碍则止。与牛顿第一定律相比大致相同。牛顿第一定律原文是：“任何物体都保持静止的或匀速直线运动的状态。直到受其它物体的作用迫使它改变这种状态为止”。至于“其它物体的作用”，就是对静止或运动的物体所施加的“力”，也就是下一段《墨经》中对“力”的定义。在这里墨子又把机械运动的移动、转动、甚至振动（高亨注）的三种形态都提出来了。这也是墨子在生产实践中对运动理论最精辟的实践总结。
《经上》：力，形之所以奋也。
《经说上》：力：重之谓，下与重，奋也。
“奋”字古人释为“动也”。“奋”字不只是代表运动，而是代表运动的变化，就是“变速度”。也就是牛顿第二定律中的“加速度”。物体由静止变运动，或由运动转为静止，凡改变物体的动止状态者，皆谓之“力”。人类日常生活中，最熟悉的力就是重力，故曰：“重之谓”。自由运动物体，在重力作用下，必定是垂直落下，这个自由落体的运动，就产生“重力加速度”，也就是“下与重奋也”的含义。牛顿第二定律说：“物体受力作用而产生的加速度，与力同方向，并与力的大小成正比”。用公式，即：
F=M a
M是物体惯性的度量，称质量。在地球表面上，上式可写为：P=M g
P是向下的重力，g是重力加速度。也充分体现了“下与重，奋也”的含义。
《经下》：合与一，或复；否。说在拒。（本条无说）
“合”是数力并施，既合力。“一”是单一力。“复”是反作用。即力学之反作用力。“拒”是抵御和抗拒。《经下》说：对一物体数力并施或一力相加，有时反映明显，有时反映不明显，其原因是抗拒形式不同之故。牛顿第三定律说：“对于任一作用力，必有一力与其等值、反向、共线的反作用力”。《经下》所说施力于物体，必有其反力与牛顿第三定律相同。但古人更进一步发现有时反力存在，而人不易察觉的情形。则用“否”字表示。这就看“拒”的情况了。如墨家发明的“连弩之车”后人记载：“巨矢一发，声如雷吼”，可见其推力之大。而“连弩之车”与地面相联，故“机地”之反力，不易察觉。和另段《经说下》“引，无力也”含义相同。皆实有力、而似无力。所以《经说下》比第三定律更能进一步说明了作用与反作用力的各种实际情况及其状态。
西方十六世纪以前，认为物体静止是其自然状态，力是维持运动的原因。到了伽利略从许多实验中证明力是改变物体状态的原因，确立了“加速度”的概念。牛顿（1643-1727）总结了前人的成就，才给“力”以比较正确的含义，并建立了若干力学的基本定律。开启了西方近代四百年来的物质文明。《墨经》作者的时代，却早于“牛顿”约两千年，其力学创见，与“牛顿力学”相类似之程度。足以令现代世人为之震惊！
以下是《墨经》中一则相当于近代弹性力学和分子物理学的问题：
《经下》均之绝不，说在所均。
《经说下》：均：发均县，轻重而发绝，不均也。均，其绝也莫绝。文中，“均”是均匀、均衡。“绝”是断绝。“县”即悬。
本经以“发”为例，因发质脆弱，而且随处可见。用发悬物，由于发质不同，悬物的轻重不同，最后都要断绝。只要发质是“均匀”的，按照“均，其绝也莫绝”的含义，不管多重的物体，也不会断绝。《列子·仲尼篇》公子牟曰：“发引千钧，势至等也”。如果再夸大点说，一根头发，也可以把地球提起来。事情虽难做到，但问题在于“发”的质量是否真正“均匀”。唐朝学者韩愈说：“引绳而绝之，其绝必有处。”根据对金属线的弹性形变的实验研究，当一个金属线所受张力达到一定程度，即达到它的“极限强度”时，金属线就要断裂。究竟从金属线哪一点段裂呢？必然从一个比较纤细的地方，或是有裂痕的地方，或者有某种杂质破坏了其分子结构、而使其韧性减弱的地方断裂。这是对金属线和头发等的宏观判断。如果金属线是“均匀”的，即使把它延伸到无限长也不应该断裂。即“均。其绝也莫绝”的道理。但这种理想的金属线或发丝，实际是不存在的，只能用实验方法，逐步逼近该说。
杨向奎教授曾提出：“作这种实验的几个步骤，先取几种丝，如发丝、棉丝、麻丝、锦丝、蜘蛛网丝（最富弹性）等作下列实验”：
1、力学实验，观察上述几种丝的不同弹性。
2、化学分析，观察上述各种丝的化学成分。
3、分子物理实验，观察各种丝的分子结构。
4、量子力学分析，在四种相互作用中，主要观察电磁作用在原子间以及在分子间发生的束缚作用，没有这种作用力，不可能有丝的弹性存在。
中国科学院力学研究所二室高工孙庚辰先生说：“有人用食盐等做过实验，做成细丝，把表面用液体腐蚀，成为极细的“晶须”，就达到了极高的理论强度。现代材料科学的发展，已由“均质材料”发展到“复合材料”，即人们把金属和非金属做成极细的“晶须”嵌到金属或非金属的机体里做成复合材料，用“晶须”强化了原来的基本材料，大大提高了强度。”（见1992年10月孙庚辰写“墨子均质说的一个实例”。）
由此可见，《墨子》中“均之绝不，说在所均”、“均、其绝也莫绝”的科学表述，还正在学术界进行不断的探索、实验研究。现虽距该论述的实现还很遥远，但已无任何智障之虑了。相信，在不远的将来一定会有人将这一论述转化为科学成果的。无论是何人拿下了“均质科学”方面的诺贝尔奖，华人都可以自豪的说：“天下谁人先，墨子之言久在也”！”
