箭矢运动及相关观念的东西方之差异

第六节　箭矢运动及相关观念的东西方之差异

我们以箭矢的飞行及其轨道问题作为上述力学史问题的结束，通过有关的叙述对东西方的静力学、运动学或动力学知识作比较性的考察。

古代人尤其重视弓箭的制造。《考工记》以“弓人”和“矢人”两篇文字叙述它，可见一斑。弓箭制造的所有技术问题始终围绕着一个目的：保证弓有足够的弹力和箭射中目标。暂且不涉及弓的制造，古代人对箭矢制造的技术要求就包括矢与箭杆的长度比、箭羽的多寡及其所在的位置、箭杆材料的选择及其强度与刚度的检验，等等。只有达到一定的技术要求，箭才能在空中有稳定的中的轨道。对于箭杆各部分不同强度与刚度所引致飞行偏差，《考工记·矢人》写道：

前弱则俯，后弱则翔；中弱则纡，中强则扬；羽丰则迟，羽杀则趮。

唐代杜牧在《考工记注》中对前四句作出这样的解释：

前弱则矢行而低，后弱则矢行而旋；中弱则矢行而曲，中强则矢行而起。

这里的“强”、“弱”是指箭杆的强度和刚度而言的。《考工记》和杜牧的注都是从箭杆本身结构不善而论述其飞行轨道出偏差。从今日有关箭杆受力而发挠的实验中可以知道箭离弦后的运动状态，以此可以证明《考工记》的有关记述是正确的。这些记述的一个显著特点是，从技术一物理学的角度讨论问题。

有趣的是，在指出箭矢的飞行状态中，无论《考工记》的作者还是唐代杜牧，都不涉及正常飞行的路径问题。这是出于射箭的实际需要，只指出其中的错误技术问题所造成的飞行偏差，抑或他们都知道正常轨道应当是什么？

同古代中国人从工艺技术角度讨论箭矢飞行相反，古代西方人将注意力集中在箭矢飞行的所谓“正常轨道”上。

如果箭以0角射出，亚里士多德说它沿着OAd路径运动：先沿OA直线上升，然后在顶点A垂直下落。这个观点一直统治到16世纪初期。文艺复兴时期的达·芬奇对亚里士多德的箭矢轨道稍稍作了修正。他认为，箭矢先沿Oa做直线运动，然后是沿ab做曲线运动，最后是沿bc垂直下落。甚至于意大利数学家，曾经对建立自由落体定律作出开拓性工作的塔尔塔利亚在初期也持同样的观点。近代力学的创始人伽利略对此才作出了正确的结论：箭矢沿OBx的抛物线路径飞行。显然，从技术上讲，《考工记》成书时代的“弓人”会毫不犹豫地将亚里士多德和达·芬奇的箭判为劣质箭。中西文化的差异在此表现得一清二楚。西方学者即使完全不合实际也要把意见表述出来；中国学者只按实际说话，甚至做而不说。由此，我们以为，认定古代中国人不知道箭矢的飞行轨道是不恰当的。就箭的飞行轨道而论，古代东西方都只知道问题的一半：西方人知道的一半是错误的，中国人知道的一半却指出了这种错误。

就动力学而言，亚里士多德和中世纪欧洲学者的以下观点显然是错误的：

箭矢所以飞行，是因为其尾部产生了真空。自然界害怕真空，因此，箭周围的空气涌向箭尾推动箭继续前进。

古代中国学者对飞矢动力学持何种看法？

前述王充论力中，王充曾言及“禁籍之箭，机不能动发缟不能穿”，并且指出，“机”（即弓）是由于“g弓之力”而张题的《考工记》虽然未曾明言空气对箭飞行产生阻力，但对于近代学者而言“羽丰则迟”所暗含的物理意义却是明确的。

17世纪中期，也即明代吕坤《救命书》成书后几十年，刘献廷在其著《广阳杂记》中就子弹、飞箭与空气阻力问题写道：

姜子发云：“曾闻朱未孩言，火炮中子弹必于沙中磨之极圆，出炮门后，空中之气不能阻碍，其去必远。捣蚯蚓成浆，以箭括淬之，其锋之锯利过于磨错。”此二语余所未闻者，拜教多矣。

姜子发与朱未孩二人，不知其详，其活动年代当不比刘献廷晚。朱未孩言及两件事：一是子弹要圆；一是箭矢要锋利。无论其所言是以什么样的技巧来保证它们的圆或锋利，其中关于“空中之气不能阻碍”一语却清楚表明空气是飞行体运动的阻力。从、以上诸多文献看，中国人的有关看法不仅是中国的传统见解，而且与亚里士多德的观点完全对立。虽然亚里士多德论述问题有一套逻辑推理方式，但他的错误结论是显而易见的。而他的观点能在西方流行十几个世纪，在中国人看来简直是难于想像。

在古代中国，有大量的关于弓弩制造及其射法的书籍，仅据《汉书·艺文志》载，就有《逢门射法》、《阴通成射法》、《望远连弩射法具》等十几种之多。可惜，它们都已亡佚。否则，有关动力：学的历史知识可以了解得更多。

比较东西方古代关于飞矢动力学的观点，不难发现，占代中国人和亚罩士多德正好持相反看法。前者直觉而敏锐地抓住物理问题的本质，从未陷进所谓“自然界害怕真空”等错误学说之中；后者提出物理问题的立足点是错误的，但有一套论证物理问题的表述方式。在近代科学诞生之前，中西物理学各具特色。