說到“墨子”, 我們許多人都比較熟悉的是那個作為思想家和哲學家的墨子, 對作為科學家和工程師的墨子或許還知之甚少。其實, 墨家邏輯是全球三大古老的邏輯體系之一, 而邏輯體系是科學的基礎。墨家的科學精神在中國的浩瀚古籍和諸子百家中, 確實少見。墨家的科技實踐和科技思想堪稱中國古代科技思想的典范。已故著名教育家錢臨照先生早期通過研究《墨經》中的物理學內容, 也發現其中有不少與現代科學知識相通的記載。在此, 本文對科學家墨子在探測技術上的貢獻及其影響作一簡要的介紹。
在《漢書·藝文志》中記載, 《墨子》有71篇, 到現在僅存53篇。晉代學者魯勝曾作《墨辯注》, 后來到了清代的乾嘉時期, 考證之風日興, 直至今日, 注《墨子》者二十余家。
墨子, 姓墨名翟, 滕國 (也有說是魯國) 人, 后世尊稱為墨子, 大約生活于公元前470至公元前390年間。墨子出身庶民, 年輕時當過車工, 手藝極高。他不僅會造車, 還造過類似滑翔機的“木鳶”.他喜好讀書作學問, 曾隨孔子的弟子研究儒家學問, 后因對儒學那套煩瑣的禮樂喪葬制度不滿, 提出節用、兼愛、非攻、尊王、敬鬼神等一系列主張, 與儒學分道揚鑣, 并創立墨家學派。他們留下了他們的研究成果--《墨子》。據載, 墨子有弟子300人, 能赴湯蹈火者180人。戰國初, 墨學與儒學并顯于世。
墨子反對戰爭, 研究并制造了多種筑城、守城和防御器械。當楚國在木圣魯班支持下, 決定攻打宋國時, 墨子派遣弟子300人, 日夜兼程趕往宋國, 幫助守城;墨子本人只身到楚國, 勸說楚國君主放棄攻打的計劃。在楚國都, 墨子與魯班展開了一場攻防模擬表演。魯班的攻城機械 (和方法) 都用盡了, 而墨子的防守方法還綽綽有余。這使楚國君主不得不放棄攻打宋國的計劃。這就是“止楚攻宋”成語的來源。
傳說大禹是墨子心中的理想人物。墨子常年粗布短衣, 穿木屐或麻鞋, 以苦為樂。他對弟子嚴格要求, 嚴格紀律, 還要進行嚴格的訓練, 建立了一種嚴密的組織。墨子去世后, 墨家總頭目稱為“巨子”.墨家選舉巨子后, 以巨子為圣人, 所有成員竭誠效命。大約到戰國后期, 墨家分派, 并逐漸衰落。
墨家的科技成果甚多, 這里以墨家的聲學技術研發為例。
一、“地聽”技術的淵源
聲音在固體物質中傳播時, 若遇有空穴, 就會在空穴界面之間連續反射, 產生混響, 并將聲音放大。這也被稱為“空穴效應”.古人還將數個陶甕之類的空腔類的器物埋于地下, 利用其“空穴效應”以及相鄰幾個甕之間的響度差, 就可以識別和確定聲源的方位, 還可以用于監聽敵軍動向??捎糜趥陕牭倪@種甕, 古人稱之為“甕聽”、“地聽”或“地聽器”, 西方人稱為“地話器” (geophones) .
古代借助共鳴放大聲音的裝置有各種地聽器。最早設計地聽器的是墨子, 他和他的弟子設計了多種識別聲源的方法。在《墨子·備穴》中記述了地聽器如何用于偵聽的原理和步驟。其作法是:
穿井城內, 五步一井, 傅城足。高地, 丈五尺;下地, 得泉三尺而止。令陶者為罌, 容四十斗以上, 固冪之以薄革, 置井中, 使聰耳者伏罌而聽之, 審知穴之所在。鑿穴迎之。
其中的“傅”就是附在某物之上, “罌”是腹大口小的甕或壇子, 罌的容積約40斗, 它的口上繃緊 (“冪”) 薄皮革 (“固冪之以薄革”) .讓耳朵聰靈的人在甕口聽, 以判別敵人挖地道的方位。
墨子的另一種“地聽”的方法是:
令陶者為瓦罌, 長二尺五寸, 大六圍。中判之, 合而施之穴中, 偃一, 覆一。
其中的“偃”是口朝上的狀態, “覆”是口朝下的狀態。墨子將這一“偃”一“覆”的兩口甕放在同一穴中。而后讓耳聰者聽, 從兩罌產生的音響差別來判斷聲源的位置。
墨子還有一種“地聽”的辦法, 即“埋兩罌, 深平城, 置板其上, 側板以聽。井, 五步一?!?(同上) 這是前兩種辦法的綜合, 只是罌口上平放木板而不用生皮革。
二、“地聽”技術的發展
自從墨家發明埋陶甕入地, 以監聽敵情以來, 地聽器在唐宋兩朝均有所發展。唐代的學者李筌也記錄了“地聽”的技術。他說:“地聽, 于城中八方穿井, 各深二丈, 令人頭覆戴新甕于井中坐聽, 則城外五百步之內有掘城道者并聞于甕中, 辨方所遠近?!?(《太白陰經·守城具篇》) 正是唐代李筌最早將類似墨家的發現稱之為“地聽”.
宋代的曾公亮記述了這種偵聽技術, 并作了區別。他在《武經總要·守城篇》中寫道:
甕聽用七石甕, 覆于地道內, 擇耳聰人坐聽于甕下, 以防城中鑿地道迎我。
地聽, 于城內八方穴地如井, 各深二丈, 勿及泉, 令聽事聰審者, 以新甕覆于井中, 坐而聽之。凡賊至去城數百步內, 有冘 (yín) 城鑿地道者, 皆聲聞甕中, 可以辨方向遠近。若審知其處, 則鑿地迎之。
明代茅元儀的《武備志》也有類似的記載?!暗芈牎焙汀爱Y聽”技術一直在戰爭中得到應用, 近些年, 人們在河北雄縣發現宋、遼、金戰爭中, 以及冀中軍民開展地道戰時使用了“甕聽”的技術。
由于“甕聽”的裝置要用大甕, 在城中設置是可行的, 但在行軍之中多有不便。為此, 人們進行了改進。李筌在他的《太白陰經·游奕地聽篇》中記述了一種空心枕, 他寫道:
選少睡者, 令枕空胡簏臥。有人馬行三十里外, 東西南北皆有響見于胡簏中, 名曰“地聽”.
“簏”是用竹子、藤條或柳條編成的, 鹿是用皮革縫制的, 李筌還指出, 最好用“野豬皮”.
北宋沈括在《夢溪筆談》中寫道:
古法以牛革為矢服, 臥則以為枕, 取其中虛, 附地枕之, 數里內有人馬聲, 則皆聞之, 蓋虛能納聲也。
從原理上說, “地聽”是利用了“虛能納聲”, 即利用箭袋矢服中空氣柱對遠處傳來的聲產生共鳴, 因而放大了聲音。因此, “虛能納聲”和今日所言“空穴效應”是同一個概念, 可見, 到宋代, 人們對地聽器普遍知曉, 以致詩人以詩歌形式描寫它。稍晚于沈括的張耒 (1054~1114) 在《夏日》中寫道:
長夏村墟風日清, 檐牙燕雀已生成。蝶衣曬粉花枝舞, 蛛網添絲屋角晴。
落落疏簾邀月影, 嘈嘈虛枕納溪聲。久判兩鬢如霜雪, 直欲樵漁過此生。
詩中的“虛枕”是指古代流行的 (瓷制) 空心枕頭??梢?, 在當時“虛能納聲”是一種常識。類似的裝置還有軍事上的用途, 如明代的揭暄還提出一種簡易的陶瓷地聽器, 即“燒空瓦枕, 就地枕之, 可聞數十里外軍馬聲”.
三、“地聽”技術的演變--建筑上的應用
從南北朝起, 人們已注意到廳堂建筑的混響問題。蕭梁朝的周興嗣 (?~521) 在其撰《千字文》中有“空谷傳聲、虛堂習聽”一句, 表明古代人已將空曠深谷的回聲和高堂大廈的混響看成是一回事?;蛟S還受到軍事家在地面設置地聽器的啟發, 音樂演奏家從宋代開始在琴室或琴廳內地面上裝陶甕, 利用混響以增大原本低微的古琴聲。明代屠隆在《考盤余事》中寫道:
琴室, 宜實不宜虛, 最宜重樓之下。蓋上有樓板, 則聲不散;其下空曠, 則聲透徹。若高堂大廈, 則聲散漫;斗室小軒, 則聲不達。如平屋中, 則于地下埋一大缸, 缸中置一銅鐘, 上用板鋪也可。
其后, 文震享在《長物志》中又一次寫道:
古人有以平屋中埋一缸, 缸中置銅鐘, 以發琴聲者。
據宋王明清《揮麈錄》記載, 佛寺內掛鐘之閣, 正對鐘鼓之地面挖空穴, 埋陶甕。宋孝宗趙昚幼時曾不慎跌入掛鐘之地下洞穴中。這些記載, 表明古代人曾利用混響增大聲音效果的一些方法, 與墨家創用的地聽技術不無關系。
利用陶甕等瓦器建造吸聲墻和隔聲房也是中國人在此領域的一大創新應用。起初, 它與音樂廳堂不相干, 而與一種軍事上權宜之計相干。明洪武三十一年 (1398) , 太祖朱元璋崩。軍師姚廣孝為助燕王朱棣 (后為明成祖) 奪取帝位, 在燕王府后宮私召兵馬, 鑄造兵器。為防泄露風聲, 姚廣孝在地下建造隔聲房, 私鑄兵器于其中。在《明史·姚廣孝傳》中記述姚廣孝的作為, 即
穴地作重室, 繚以厚垣, 密瓴瓶缶, 日夜鑄軍器, 畜鵝鴨亂其聲。
這種地下隔聲房屋, 其吸聲墻是以瓶缶瓦器密砌而成的, 使其口朝向屋內。為避免室外、地面上尚存之余聲, 故而以畜養大批鵝鴨, 鵝鴨叫喚聲更能“亂其聲”也。方以智在《物理小知》中曾對此更清楚地寫道:
私鑄者匿于湖中, 人猶聞其鋸銼之聲, 乃以甕為甃, 累而墻之, 其口向內, 則外過者不聞其聲。何也?聲為甕所收也。
在位于北京西郊民港巷內的錢幣博物館中還制作了一個大型展品, 以說明私自鑄造錢幣者的作為。
方以智還首創“隔聲”一詞以概括這種聲技術的實質, 并指提出了隔聲的道理:“聲為甕所收也”.
清代, 隔聲建筑就出現了。鄭光祖曾記述道:
人家墻壁以空甕橫砌而成, 使口盡向 (屋) 內, 則室中所作之聲皆收入甕, 不達于外, 貼鄰不克聞也。
鄭光祖于1822年完成其著作《一斑錄》的初稿, 他記述的吸音墻和隔聲建筑可能已成為眾所周知的知識了。
四、“地聽”技術的演變--聲響探測 (魚) 技術
值得注意的是, 明代人發明以去節竹筒探聽水下魚群的方法, 竹筒功能類似現代“聲納”.明代田汝成在《西湖游覽志余》中記載:
杭人最重江魚, 魚首有白石二枚, 又名石首魚。每歲孟夏, 來自海洋, 綿亙數里, 其聲如雷, 若有神物驅押之者。漁人每以竹筒探深水底, 聞其聲, 乃下網截流之。
類似的描述也見李時珍《本草綱目》和王士性的《廣志繹》等著作。清郭柏蒼還在《海錯百一錄》中寫道:
或以洋山魚能鳴, 網師以長竹筒插水聽之, 聞其鳴, 則下網。
從這些記載可見, 以竹筒探聽水下魚群, 至晚始于明代, 并一直被沿海地區漁民襲用至今。
或許受到竹筒探聽魚群的啟發, 人又以去節竹筒作為地聽器。鄭光祖在《一斑錄》中寫道:
凡平地, 數十里外人馬大眾行聲, 可探之于地。以四五尺大竹管, 通去其節, 埋入地, 以耳聽之即知。
五、結語--回顧是為了前瞻
也許會有人覺得, 墨家的科技思想和成就, 從現在的科技發展水平來看, 已經顯得太過簡單, 甚至還有缺陷。但我們要從發展的眼光看問題, 要看到在先秦科技發展處于萌芽狀態的時候, 墨家的科學精神和創新精神。以亞里士多德為例, 盡管他在今天看來犯了很多科學錯誤, 盡管伽利略等新的科學巨人們在提出他們的新思想時幾乎總是把亞里士多德當做靶子, 但這并不影響亞里士多德的偉大, 因為科學巔峰的攀登者都是踩在亞里士多德的肩上繼續攀登的。
“地聽”作為一種經典的信息的獲取或傳輸技術, 在中國遠古時期就已經出現端倪, 并且在實踐中形成了一種有效的探測技術。例如, 偵聽敵方的挖掘地道的情況或偷襲的可能性, 偵測魚群的情況, 甚至私鑄錢幣的人也運用了防止聲音泄漏的技術, 等等。今天, 中國的科技工作者應該繼承這種科技研發和創新應用的傳統, 以爭取更大的進步。也許, “墨子號”的命名就是我們對中國古代科技成就的一次回顧, 體現了我們不忘傳統的精神?;仡櫜皇亲晕姨兆?, 而是為了更好的前瞻。不忘先賢探索自然的初心, 當下的科技創新之路方能越走越寬。希望這顆承載著我們傳統文化自信的“墨子號”能夠在宇宙中綻放中華民族的智慧光芒, 重塑中華民族的文化自信, 也讓世界感受到中國的燦爛文明和創新能力。