对运动的认识

本篇讨论古人对运动的基本认识。从物理学角度来讲，对运动有所认识的标志，首先是运动定义的建立，速度概念的掌握。在中国古代，早在先秦时期，我国先民就已经做到了这一点。

先秦典籍《墨经》讨论过运动的定义问题：

《经》“动，或从也。”

《说》“动：偏祭从，若户枢免瑟。”

对本条具体文字的解说，各家意见不一，然而大家都能同意的是：这一条是对运动所下的定义。“或”，可理解为古“域”字；“从”，指改变、变化。即运动就是空间位置的变化。《经说》举例说明《经》的定义，认为像屋门绕着门枢的旋转，就是一种运动。

《墨经》还讨论了构成运动的时空要素：

《经》：“行修以久，说在先后。”

《说》：“行：者行者必先近而后远。远近，修也；先后，久也。民行修必以久也。”

《经说》中的第一个“者”字是“诸”的省文。在这一条中，墨家明确指出

空间位置的变化与时间流逝是紧密结合在一起的，这实际是对速度这一物理量的两个构成要素——空间位移和时间间隔的强调。这样，墨家虽然没用数学术语，但也确实是在向速度概念逼近。

在现存的中国古籍中，找不到速度概念的明确定义，但这并不等于说， 我国先民没有掌握速度概念的内涵。实际上，早在先秦著作《管子》中，已经有了与速度有关的记载：

“天下乘马服牛，而任之轻重有制，有一宿之行，（原注：一宿有定准， 则百宿可知也。）道之远近有数矣。”（《管子·乘马》）

“一宿之行”，指的是平均速度数值。以平均速度乘以所用“宿数”，则“道

之远近有数矣”。在数学典籍《九章算术》中，也有明确利用速度概念编制的应用题。这些，都说明当时人们对速度、位移、时间间隔三者之间定量关系已经有了熟练的掌握。对速度概念的把握，标志着对运动的认识已经进入了定量化阶段，因而十分重要。

但是，仅仅掌握了定量关系还是不够，因为速度的值决定于所选定的参照系，即物体的运动具有相对性。中国古代没有明确提出过参照系概念，但在许多讨论中都涉及到了它。例如著名的寓言传说“刻舟求剑”，谈论的实际上就是不同参照系中位置坐标转换问题，这类例子还可以举出一些，这里从略。

那么，究竟如何才能判定物体是否在运动呢？这就涉及到所谓绝对参照系问题。中国古人大都认为地是不动的，他们一般即以此为参照来描述物体运动。但是，这样有一个问题：一旦认为地也在运动，又以何为依据判断物体的运动与否？《列子·天瑞》即记述了这样的疑问：

“粥熊曰：运转亡已，天地密移，畴觉之哉？”

要解答这一问题，就需要找出一个不动的绝对参照系来。北宋张载的论述， 可以说已经意识到了这一问题。他在讨论天体运动时说：

“恒星所以为昼夜者，直以地气乘机左旋于中，故使恒星河汉因北为南， 日月因天隐见。太虚无体，则无以验其迁动于外也。”（《正蒙·参两篇》）

张载认为地也在运动，地的运动带动了日月星辰，使它们呈现出周日视运动。他慨叹说，因为天不是一个有形有质的壳体，所以无法检验日月星辰的这种运动。换言之，如果“太虚有体”，静止不动，以之为参照，即可判定日月星辰究竟在做何种运动。在这段话中，已经孕含了一种寻找绝对参照系的努力。

古代西方对此问题的解决，是认为天体分布在不同的球层上，处于内层的天体受到其外层天体的推动，最外层的恒星球层是由处在宇宙边缘的原动天或不动的推动者所推动。这个不动的原动天，就是一个理想的绝对参照系。这一思想随着明末传教士进入我国，也被传了进来，并为中国学者所接受。深受西学影响的《历象考成》在讨论天体运动时，说：

“欲明诸圆之理，必详诸圆之动，欲考诸圆之动，必以至静不动者准之， 然后得其盈缩。⋯⋯至静者自有一天，与地相为表里，故群动者运于其间而不息。若无至静者以验至动，则圣人亦无所成其能矣。人恒在地面测天，而七政之行无不可得者，正为以静验动故也。”（《清史稿·天文志一》）

这里明确提出寻找绝对参照系的必要，认为“至静者自有一天”，该天即为

所要寻找的参照系。大地相对于该天静止，也是一种绝对参照系，因此在地面测天，就可以了解天体运动的真实情况。这段话是中国古代寻找绝对参照系所达到的最高认识，中西双方在此问题上走到一起来了。追求绝对参照系的努力，在科学史上已成为过去，但这种努力作为人们对物质运动性质一种较为深入的探讨，其历史价值是永存的。

在古人对运动的探讨中，还涉及到运动的迭加。所谓运动迭加，是指一物同时参与两种运动时，这两种运动按一定规则相互迭加，该物按迭加结果运动。早在《左传》书中，人们就运用运动的迭加来解释有关奇异现象。《春秋·僖公十六年》曾记载过“六鹢退飞过宋都”这样一种现象，《左传》解释说：

“六鹢退飞过宋都，风也。”

即是说，鹢本是向前飞的，可由于遇到强烈逆风，虽保持向前飞姿态不变， 却被风吹得向后退去，因而看上去成了“退飞过宋都”。这就是用运动迭加的观点来解释这一奇异现象的。

在天文学中，古人常用运动迭加的观点解释天体的视运动，例如，《隋书·天文志》记叙周髀家云：

“天圆如张盖，地方如棋局。天旁转如推磨而左行，日月右行，天左转， 故日月实东行，而天牵之以西没。譬之于蚁行磨石之上，磨左旋而蚁右去，磨疾而蚁迟，故不得不随磨以左回焉。”

即是说，天壳是左旋的，日月本身是向右移动的，可是由于它们依附在天壳

上，同时参与了天壳的左旋运动，二者反向迭加的结果，使得日月本身也呈现出左旋运动，但比天壳左旋速度要慢。这是一个典型的运用运动迭加观点的例子。

中国古代运动理论的一个重要成果是对相对性原理的描述，那是古人在解释古老的地动说为何与人们日常感觉不一致时提出来的，以《尚书纬·考灵曜》的说法最为典型：

“地恒动不止，而人不知。譬如人在大舟中，闭牖而坐，舟行而人不觉也。”

换成现代语言就是：在封闭的系统内，人们很难判定系统本身是否在运动。

由此，凭主观感觉不能否定大地在运动的判断。在欧洲，类似的描写最早出现于伽利略 17 世纪 30 年代出版的《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》之中。伽利略的目的在于说明运动是相对的，并以此证明哥白尼日心地动说的正确。他自己并未认识到这一论述所具有的极深刻的物理意义。正确认识到伽利略陈述的内在物理价值，并称其为相对性原理，这 是 20 世纪的事情。《考灵曜》的论述，情况与之类似，其作者在论证地动说正确的同时， 无意中却阐发了物理学上甚为重要的力学相对性原理，尽管这一阐发在历史上并未起到多大作用，但其本身依然应该得到充分肯定。