致敬古代能工巧匠： 科學怪咖墨子和發明狂人諸葛亮|凌飛

說起墨子和諸葛亮，你第一印象是什麼？很多人的答案應該都是「墨家學派的創始人，戰國時期著名的思想家、教育家」以及「諸葛孔明，三國時期著名政治家軍事家」。

那小編今天就跟大家透個底兒，不談墨家思想，不唱空城計，帶大家看看這兩位鮮為人知另一面，跟大家爆料一下他們在科學和發明方面那些過人的造詣。

中國古代能工巧匠

科學怪咖墨子

墨子，名翟，東周春秋末期戰國初期宋國人。

墨子在少年時代做過牧童，學過木工，據說他製作守城器械的本領比公輸班還要高明。

他自稱是「鄙人」，被人稱為「布衣之士」。

作為沒落的貴族後裔，他自然也受到必不可少的文化教育，墨子是一個有相當文化知識，又比較接近工農小生產者的士人。

正是有著這樣的背景，墨子在科學方面才提出了許多獨樹一幟的思想。

墨子畫像

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宇宙理論

墨子認為，宇宙是一個連續的整體，個體或局部都是由這個統一的整體分出來的，都是這個統一整體的組成部分。

從這一連續的宇宙觀出發，墨子進而建立了關於時空的理論。

他認為，時空既是有窮的，又是無窮的。

對於整體來說，時空是無窮的，而對於部分來說，時空則是有窮的。

墨子的宇宙理論

在時空理論的基礎上，墨子建立了自己的運動論。

他把時間、空間和物體運動統一起來，聯繫在一起。

他認為，在連續的統一的宇宙中，物體的運動表現為在時間中的先後差異和在空間中的位置遷移。

沒有時間先後和位置遠近的變化，也就無所謂運動，離開時空的單純運動是不存在的。

運動與時空緊密相連

對於物質的本原和屬性問題，墨子也有精闢的闡述。

墨子認為，物質的「有無」中，「有」是客觀存在的。

關於物質屬性的問題，他認為如果沒有石頭，就不會知道石頭的堅硬和顏色，沒有日和火，就不會知道熱。

也就是說，屬性不會離開物質客體而存在，屬性是物質客體的客觀反映。

人之所以能夠感知物質的屬性，是由於有物質客體的客觀存在。

屬性離不開物質

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數學論述

墨子是中國歷史上第一個從理性高度對待數學問題的科學家，他給出了一系列數學概念的命題和定義，這些命題和定義都具有高度的抽象性和嚴密性。

墨子說：「圜，一中同長也。

」四個角都為直角，四條邊長度相等的四邊形即為正方形；三點共線即為直線。

墨子關於圓、正方形和直線的定義與歐幾里得幾何學中的定義完全一致。

墨子定義的幾何元素

此外，墨子還對十進位值制進行了論述。

他明確指出，在不同位數上的數碼，其數值不同。

例如，在相同的數位上，一小於五，而在不同的數位上，一可多於五。

這是因為在同一數位上（個位、十位、百位、千位……），五包含了一，而當一處於較高的數位上時，則反過來一包含了五．十進位的發明，是中國對於世界文明的一個重大貢獻。

十進位示意圖

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物理學研究

墨子關於物理學的研究涉及到力學、光學、聲學等分支，給出了不少物理學概念的定義，並有不少重大的發現，總結出了一些重要的物理學定理。

首先，墨子給出了力的定義，說：「力，刑（形）之所以奮也。

」也就是說，力是使物體運動的原因，即使物體運動的作用叫做力。

關於槓桿定理，墨子也作出了精闢的表述。

他指出，稱重物時秤桿之所以會平衡，原因是「本」短「標」長。

用現代的科學語言來說，「本」即為阻力臂，「標」即為動力臂，寫成力學公式就是動力×動力臂（「標」）=阻力×阻力臂（「本」）。

墨子發現的槓桿原理示意

在光學史上，墨子是第一個進行光學實驗，並對幾何光學進行系統研究的科學家。

他指出，光源如果不是點光源，由於從各點發射的光線產生重複照射，物體就會產生本影和副影；如果光源是點光源，則只有本影出現。

接著，墨子又進行了小孔成像的實驗。

墨子對平面鏡、凹面鏡、凸面鏡等進行了相當系統的研究，得出了幾何光學的一系列基本原理，墨子雖尚未能區分球心與焦點的差別，把球心與焦點混淆在一起，但其結論與近現代球面鏡成像原理還是基本相符的。

物體的本影

小孔成像原理

墨子還對聲音的傳播進行過研究，發現井和罌有放大聲音的作用，並加以巧妙地利用。

他曾教導學生說，在守城時置大罌於井中以偵聽敵方的動靜。

儘管當時墨子還不可能明白聲音共振的機理，但這個防敵方法卻蘊含有豐富的科學內涵。

聲音共振原理示意

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機械製造

墨子精通手工技藝，可與當時的巧匠公輸班相比。

他曾花費了3年的時間，精心研製出一種能夠飛行的木鳥（風箏、紙鳶），成為我國古代風箏的創始人。

他又是一個製造車輛的能手，可以在不到一日的時間內造出載重30石的車子。

他所造的車子運行迅速又省力，且經久耐用，為當時的人們所讚賞。

墨子所制木鳶復原圖

值得指出的是，墨子幾乎諳熟了當時各種兵器、機械和工程建築的製造技術，並有不少創造。

在《墨子》一書中的「備城門」、「備水」、「備穴」、「備蛾「、「迎敵祠」、「雜守」等篇中，他詳細地介紹和闡述了城門的懸門結構，城門和城內外各種防禦設施的構造，弩、桔槔和各種攻守器械的製造工藝，以及水道和地道的構築技術。

城門的懸門結構

桔槔（俗稱吊杆）

• 發明狂人諸葛亮

諸葛亮，字孔明，號臥龍，蜀漢丞相，三國時期傑出的軍事家、政治家、外交家、天文學家、氣象學家、心理學家、物理學家、化學家、書法家、文學家，當然千萬不要忽略了，他還是一個偉大的發明家！

羽扇綸巾的諸葛亮

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木牛流馬

諸葛亮從漢中北伐曹魏，由於征途崎嶇，軍隊不便運輸糧食，五出祁山時為了便發明了這種運量工具，稱為木牛流馬。

其構造極其像牛、馬，腿由粗木製成。

據推測其構造原理為絞盤和索道的結合體，其核心部分為一組將水平方向推動的絞盤轉為垂直方向轉動的一組傘齒輪傳動裝置。

據說木牛流馬載一年的糧食每天能行二十里，且能夠在崎嶇不平的山道上行走，木牛流馬使得蜀兵能在險惡的蜀道上迅速行軍，對當時的軍糧運輸有很大的貢獻。

木牛流馬猜想

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諸葛連弩

諸葛連弩是一種可以連續發射的弓箭，在當時是很厲害的武器，一次可以發射十枝箭，大大提高了蜀軍的戰鬥力。

蜀兵雖少，而能六出祁山，進逼渭河平原，魏兵躲在深溝高壘而不敢應戰，又如建興九年，魏將張合被蜀兵射殺，皆可證明連弩的功效。

這連弩有兩個基本數據，一是能連發十矢，二是矢長只有八寸。

中國人用弓箭是世界上最早的，歐洲人剛用弓箭的時候，中國人已經用了近千年了。

諸葛連弩仿製

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孔明鎖

孔明鎖相傳是三國時期諸葛孔明根據八卦玄學的原理髮明的一種玩具，曾廣泛流傳於民間。

在沒有釘子繩子的情況下，你能將六根木條交叉固定在一起嗎？兩千多年前的孔明就發明了一種方法，用一種咬合的方式把三組木條垂直相交固定，這種咬合在建築上被廣泛應用，在民間人們把孔明的這種發明製成了一種玩具——孔明鎖。

孔明鎖

孔明鎖咬合原理

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搭橋槍

諸葛亮平定南方之後，決定揮師北上，完成劉備興復漢室的遺願。

通往北方的地形極其艱難，山多河多。

爬山還好，關鍵是渡河：士兵們每次都要花很長的時間搭橋。

諸葛亮也為此苦惱。

一日，他聯想到古人如何造鐮鉤，從而發明出了搭橋槍。

搭橋槍的槍桿和紅纓槍一樣長，槍頭程螺狀，通過咬合連接起來，從而達到搭橋的目的。

搭橋槍模型

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地雷

因為蜀軍手裡的刀槍奈何不了孟獲手下的軍士身上堅韌的藤甲，諸葛亮不得不使用地雷破敵。

那時所謂的地雷，也不過是將火藥放在一個木盒子裡，因為沒有導火索，只好用竹筒裝上火藥作為引線。

諸葛亮發明和使用地雷，是在戰爭中初步對化學的運用。

冷兵器時代結束後，人們在此基礎上進行改進，最終得到現在的地雷。

諸葛亮發明的地雷

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孔明燈

孔明燈相傳源自四川平樂古鎮。

三國時期，此鎮乃為軍事重地，諸葛亮當時被司馬懿困於平陽，諸葛亮算準風向，製成紙燈籠系上求救信息放上天空，最終得以脫險。

諸葛亮是世界上第一個發現熱氣球空飄這個原理的人，對於後來的航空技術發展有著啟蒙性的重大意義。

漫天的孔明燈