力是什么?《墨經(jīng)·經(jīng)上》說:“刑之所以奮也”?!靶獭奔葱误w?!皧^”原指鳥張開翅膀從田野起飛。從春秋時期起,“奮”字大多用于描述物質的、精神的或運動的狀態(tài)改變,所謂“奮飛”、“振奮”、“奮發(fā)”等都是這個意思。如果保守某種狀態(tài)就談不上“奮”?!赌?jīng)》還以舉重為例,說明重物的狀態(tài)在被舉的剎那間發(fā)生了改變,人體因之需要付出力??梢姡赌?jīng)》的定義是頗有科學見地的。中世紀歐洲的哲學家和工藝學者都錯誤地以為力是維持運動的原因。伽利略最早確立了加速度概念,并認為力是改變運動狀態(tài)的原因。此后,牛頓又在他的基礎上建立了力的數(shù)學表達式。墨家的定義所以有意義,就在于“奮”宇所形容的狀態(tài)改變中實際上包括了運動狀態(tài)的改變。
墨家還對懸吊重物作了受力分析?!赌?jīng)·經(jīng)下》與其《經(jīng)說下》在討論建筑磚石后,特別例舉了以線繩懸吊石塊的受力實驗。它寫道:“膠絲去石,挈也;絲絕,引也。未變而名易,反也。”其意思是,如果將磚石系上繩子,搬去其周圍石塊,要保持該石原位置,就
要用力提挈它。如果繩子斷了,那是因為有一種向下的力牽引它。同一塊石頭和繩子,而“挈”與“引”兩種力的方向正好相反。
墨家不僅指出了這兩種力的方向,而且在討論滑輪起重時還指出了力的性質;“挈,有力也;引,無力也?!痹谶@里,“無力”的“引”自然是指不需人力,而非“引”這種力本身無力。雖然不能將墨家認識的“引”這種力等同于今日的萬有引力,但他們已知道自由下落的物體受到一種不需人力的“引”的作用。在力的認識史上,這是很有意義的。
合力的概念也是很早被人們認識的。漢代人稱它為“積力”,《淮南子·主術訓》:“積力所舉,則無不勝也?!泵鞔┰獌x的《武備志》寫道:“合力者積眾弱以成強也?!比欢狭Φ乃枷朐趹?zhàn)國時期已經(jīng)產(chǎn)生?!赌?jīng)·經(jīng)下》寫道:“合與一,或復否,說在拒?!薄督?jīng)說下》又以舉重為例,說明“積眾弱以成強”的道理。在生產(chǎn)實踐中,諸如漢代耦耕、抬木頭等生產(chǎn)勞動中都利用了合力原理,即使在19世紀,也使歐洲人感到驚訝。
至于力的作用點的重要性,在杠桿和其他工具的使用中也必定早為人所知。《淮南子·主術訓》以屋柱和門閂所處的位置說明它:“十圍之木,持千鈞之屋;五寸之鍵,制開闔之門。豈其材巨小足哉,所居要也?!?/p>
令人驚訝的是,古代人提出了關于一個系統(tǒng)的內力對該系統(tǒng)無作用效果的有趣的說法?!俄n非子·觀行》寫道:“有烏獲之勁,而不得人助,不能自舉?!?/p>
“烏獲”,據(jù)說是秦武王寵愛的大力士,能舉干鈞之重。但是,無他人幫助,他自己卻不能將自己舉離地面。《論衡·效力》篇也寫道:“力重不能自稱,須人乃舉……。古之多力者,身能負荷千鈞,手能決角伸鉤,使之自舉,不能離地?!?/p>
“不能自舉”、“不能離地”,也就是,自己對自己的作用力效果等于零。這一說法,與18世紀分析力學中形成的關于質點組(或由相互關聯(lián)的各個單體組成的力學系統(tǒng))內諸內力的總和等于零的原理是一致的。其間的區(qū)別,前者為生活經(jīng)驗的總結;后者是來自對機器
生產(chǎn)的數(shù)學分析。
《墨經(jīng)》還以多條文字記述了時間、空間、運動以及它們之間的關系。在《墨經(jīng)》中時間稱為“久”,空間稱為“宇”?!赌?jīng)·經(jīng)上》寫道:“久,彌異時也。宇,彌異所也?!薄督?jīng)說上》以“古今旦暮”為例說明“異時”,以“東西家南北”為例說明“異所”。一個“彌”字,既說明時間的悠久無極,又說明空間的廣漠無限。例舉空間概念中的“家”字,還把空間方位的參考坐標指出來了。
對于具體的時間而言,《墨經(jīng)》將有時間間隔和無時間間隔分別定義為“有久”和“無久”,并將即時的概念定義為“始”。
墨家討論了許多運動問題。在他們看來,空間區(qū)域內物體的運動(“宇域徙”)要有廣延的空間(“長宇”)和連續(xù)的時間(“長久”)兩個條件,這才能使運動物體“徙而有處”。至于時空與運動的關聯(lián)問題,《墨經(jīng)》中作了這樣的分析:在空間運動的物體需要有時間(“行修以久”),這是時間本身有先有后(“說在先后”)的緣故;該物體的運動必先近而后遠(“行者必先近而后遠”),因為“遠近”就是路程或空間(“修也”),“先后”就是時間(“久也”),所以物體在空間運動必定需要時間(“民行修必以久也”)。
高明的墨家還以時間過程定義靜止?!赌?jīng)·經(jīng)上》:“止,以久也”。這就是說,所謂靜止是在可觀察到的時間段內物體不運動。在以上各種概念基礎上,墨家討論了箭矢的飛速運動和人步行過橋的緩慢運動之區(qū)別。
對于箭矢運動,《墨經(jīng)》記它為“無久之不止”。這是說,當箭矢飛過如木柱所標識的空間段時,它從木柱一側移向另一側,空間區(qū)域顯然改變了,但人們感覺不到箭矢飛越木柱的時間過程。墨家將這類運動比喻為“當牛非馬”。對于人過橋,《墨經(jīng)》記它為“有久之不止”。這是說,人在過橋的每一步中都可以感知其在一個時間段內停留在某一處上,但他又確實處在“不止”即運動之中。墨家將這類運動比喻為“當馬非馬”。
類似墨家的運動辯證觀在戰(zhàn)國時期不乏其例?;菔┱f:“日方中方睨,物方生方死?!惫珜O龍說:“鏇矢之疾而有不行不止之時。”關于運動與靜止的這些看法,成為中國幾千年的傳統(tǒng)科學思想。直到明代,王夫之更透徹地說:
方動即靜,方靜旋動;靜即含動,動不含靜。善體天體之化者,未有不如此者也。
動、靜,皆動也。由動之靜,亦動也。
靜者靜動,非不動也。
古代中國關于時空與運動的觀點遠在歐洲古代同類觀點之上,甚而超過了經(jīng)典物理學時期的某些看法。在后者看來,或則運動,或則靜止,其間涇渭分明。