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二、从《考工记》到《墨经》
墨子的科技成就和科学思想主要集中在《墨经》中。《墨经》中有关自然科学的材料说明，墨子科学认识活动包括两方面的内容。其一是，围绕着自然的基本现象，诸如时空、运动、物质结构，进行探讨辩诘而得到的一般性认识，表现为自然哲学形态。其二是，对当时手工业技术实践中一些规律性现象作进一步的分析、研究、总结和概括，用定义、命题、经验公式等形式表现出来的初步理论形态，反映了从直观的经验判断式的实用科学形态向理论科学形态发展的倾向。从《考工记》到《墨经》在某种意义上标志着先秦科学技术开始从经验形态向理论形态的过渡，这是当时手工业技术需要规范化、标准化的一个必然结果。
（一）《考工记》和《墨经》的渊源关系
《考工记》与《墨经》是先秦两大科技文献，产生的时间应以前者为早。
因为，《考工记》只讲晋国，不提韩、赵、魏，显然它的初稿在三家分晋以前（即春秋时期）出现。其二，《考工记》只讲青铜熔铸，不讲钢铁锻铸，显然它成书于铁器流行之前（即战国前期之前），而《墨经》是战国前期的作品。
应该说，作为工艺技术汇总的《考工记》，主要反映了工匠的传统，而《墨经》则有更多的学者传统，它反映的一些科学理论认识是直接以手工业技术实践为基础的。墨子结合了学者传统和工匠传统，总结了工艺技术的经验知识，形成了初步的理论形态。虽然，早期工艺技术的发展，并不取决于它应用早期科学理论的程度，但早期科学理论认识的发展在很大程度上依赖于早期工艺技术发展的水平。《考工记》与《墨经》之间的渊源关系证明了这一点。
《考工记》与《墨经》存有渊源关系，现从下述几方面加以论证。
《考工记》作为一部官书，是周王朝关于各种器具制作标准及工艺过程的具体规定。①其中一部分条文是周天子颁告诸侯作为法定规范的，如"嘉量既成，以观四国，永启厥后，兹器维则"，②一部分条文是周天子颁告诸侯作为器具制作工艺的具体标准，如"凡陶瓬之事，髻垦薜暴不入市。器中膊，豆中县，膊崇四尺，方四寸"。③一部分条文是周天子颁告诸侯作为礼仪规范的，如"为天子之弓，合九而成规；为诸侯之弓，合七而成规；大夫之弓，合五而成规；士之弓，合三而成规。"④诸侯则将《考工记》作为周天子颁发的制度法令加以遵照执行，如月令、朔政。这样，就使《考工记》得以广泛流传。
由于各国手工业的继续发展，周王朝的衰落，《考工记》的内容也得到不断的增补和修改，增加了手工业的门类，改进了工艺过程和器具制作的标准。
《考工记》取材的地域很广，论及越剑，燕甲，秦庐，郑刀， 宋斤，鲁削，周舆等器。《考工记》的行文中夹有齐、楚等地的方言。据郑玄的《考工记》注，谓" "为蜀语，"辀"为楚语、卫语，"戚速"、"椑"为齐语。据杨雄的《方言》，《考工记》中的"矢"、"削"为关东语等。《考工记》各部分行文的口气也不一致，且有前后重复的地方。这些都说明《考工记》在当时流传范围是很广的，并且书中有根据各地的经验材料进行的增补和修改。
史籍的记载和地下文物的发掘，也证明《考工记》在当时确实流传很广。
例如，《南齐书·文惠太子传》记载："时襄阳有盗发古冢者，相传之是楚王冢。大获宝物：玉屐屏风，竹简书， 青丝编。简广数分，长二尺，皮节如新。盗以把火自照。后有得十余简，以示抚军王僧虔，虔云是科斗书《考工记》，《周官》所阙文也。"楚文化受周文化的影响较小，楚曾被称为荆蛮。
《国语·晋语八》说："昔成王盟诸侯于岐阳，楚为荆蛮，置茆蕝，设望表，与鲜卑守燎，故不与盟。"地下出土的文物也证实了战国初期楚已按《考工记》的标准制作器具了。《考工记》规定，上士之剑"身长四其茎长"，下士之剑"身长三其茎长"。长沙东郊战国初301 号墓出土一楚剑，其身长与茎的比为4：1，属中士之剑；216 号、317 号两墓各出土一楚剑，其身长与茎的比约为5：1，属上士之剑。①可见至少在战国初期，《考工记》在楚国已得到流传和应用，这是《考工记》广泛流传的一个证明。《考工记》的广泛流传，使墨子直接接触到《考工记》成为可能。
另一方面，墨子本人是工匠和学者的结合。墨子本人亲自参加各种手工业生产活动，是技术熟练的工匠，所以对各种手工业技术当然十分关心。墨子又是博学的学者，读书甚勤，"子墨子南游使卫，关中载书甚多"，①认为读书之事绝不敢废弃。由此可以知道，墨子对手工业技术的经验汇编《考工记》，只要看到，当然会爱不释手，详加研读。
墨子的活动范围相当大，据《贵义》、《公输》、《鲁问》等篇记载，墨子和他的学生足涉鲁、宋、卫、楚等国，游说各国君主。墨子大范围活动的特点，使墨子接触到《考工记》的机会就相当多了。
从内容上看，《墨子》书中的一些说法和《考工记》的说法均较为一致，这也可说明墨子的一些思想和《考工记》的渊源关系。
《考工记》和墨子关于五行和五方、五色相配的说法是一样的。《尚书·洪范》中的五行还没有和五方、五色相匹配。比《考工记》和《墨子》成书年代较早或差不多的经、书，如《周易》、《诗经》、《老子》、《论语》等都未提五行。《左传·昭公二十五年》记载，郑子大叔与晋赵简子的问题语，曾云："用其五行，气为五味，发为五色，章为五声"，已有五行配五色的思想萌芽，但未作具体规定。《考工记》对此作了明确的说明："画缋之事杂五色，东方谓之青，南方谓之赤，西方谓之白，北方谓之墨，天谓之玄，地谓之黄。"《贵义》篇也作了类似的表述："帝以甲乙杀青龙于东方，以丙丁杀赤龙于南方，以庚辛杀白龙于西方，以壬癸杀墨龙于北方。"②可见两者都是将东方与青色（木），南方与赤色（火），西方与白色（金），北方与墨色（水）相匹配。《考工记》有"染羽，三入为缍，五入为緅"的记载。《墨子·所染》篇也有类似记载，"所入者变，其色亦变，五入必，而已则为五色矣。"这类吻合，可看作是墨子与《考工记》有渊源关系的一个判据。
《墨经》中有一些思想是《考工记》中一些观点直接发展的结果。
《墨经》首先用"故"这个概念来表示自然界存在的普遍因果关系。普遍的因果观念是墨子科学思想的一个基本特征，表明了墨子对自然现象和自然事物存在方式的基本看法。《墨经》四篇共出现"故"字25 个，其中训"是以"的有16 个，训原因的有9 个。"故"作为表示因果联系的基本概念，以定义的形式列于《墨经》第1 条。《考工记》全书"故"字共33 个，其中训"是以"的有30 个，训"原因"的有3 个。如将《考工记》和《墨经》四篇应用"故"字来表达因果思想方面作一比较分析，可以看到，墨子用"故"字来表达因果观念（一是直接用来表示原因，一是以其文法上的逻辑功能，承前文的原因推言其结果，"故"训为"是以"。）和《考工记》中"故"字的应用有直接的渊源关系，在"故"字的应用方面是完全一致的。《墨经》进一步用定义形式确定"故"这一概念，是将因果思想用理论形态表达出来，这是对《考工记》的经验认识加以理论总结的结果。
《墨经》在理论陈述，揭示因果联系时，创造了"说"这个专门术语，"说，所以明也"。①《经下》除一条经文外都有说在某某的表达形式，这在先秦诸子中是罕见的。墨子的"说在某某"的表达形式和《考工记》有直接的联系。《考工记·凫氏》篇说："厚薄之所震动。清浊之所由出，侈弇之所由兴。有说，钟已厚则石，已薄则播，侈则柞，弇则郁，长甬则震。"这就是一种说在某某的表达形式，"有说"前的一句是描述钟声的各种状态，"有说"后的一句是说明产生这种状态的原因。《墨经》进一步将"说"这个术语用定义的形式确定其内涵，指出"说"在理论陈述中的作用，"以说出故"，用说来揭示原因，并形成"说在某某"的表达方式，作为理论陈述中表示因果联系的固定形式。
墨子在科学活动中的一些思想观念的确立，如强调规范标准的思想，重视工匠作用的观念等都和《考工记》的看法相一致。
《考工记》十分强调手工业制作工艺的规范标准，要求"圆者中规，方者中矩，立者中县，衡者中水"，①对车、弓、剑、量器、饮器的制作都有具体明确的尺寸、比例和质量的规定。这种强调规范标准的思想，被墨子在科学活动中完全接受，并作为科学认识的一个基本思想。《墨子·法仪》篇说："百工从事者亦皆有法，百工为方以矩，为圆以规，直以绳，正以县，平以水，无巧工不巧工，皆以此五者为法。"②这段话和上引的《考工记》的那段话极为相似。轮人以规，匠人以矩，经常被墨子作为建立规范标准必要性的比喻。以规范标准作为判别比较的依据，这是墨子认识活动的出发点的基础。
墨子对工匠的社会地位有较高的评价，不象儒家那样鄙视工匠，视其为小人，贱人，役夫。《墨子·耕柱》篇说："能谈辩者谈辩，能说书者说书，能从事者从事，然后义事成也。"墨子是将工匠活动和学者活动等量齐观，都看成是成义事的一个组成部分。这一看法和《考工记》表达的看法是一脉相承的。《考工记·序》说："国有六职人，百工与居一焉"，"百工之事，皆圣人之作也"。
（二）《墨经》将《考工记》的经验知识初步理论化
《考工记》在总结各种手工业技术生产时，已涉及到一些科学问题，并积累了一些经验性的知识。例如，滚动摩擦，空间方法的测定，浮力问题，火色与火温的关系等等经验认识。《墨经》进一步通过科学概念、经验定律、命题、推理判断等方式将这些经验认识深化，出现了初步的理论化的萌芽。
从《考工记》能发展到《墨经》，墨子作为一个科学技术专家起了基本作用，因为墨子是"士"和"工匠"的结合，具有学者和工匠两种知识传统。
墨子能制作机械，对手工业技术熟悉并具有直接的感性认识，因而对手工业技术实践中所出现的一些问题具有经验基础。同时，墨子具有较高的逻辑修养，使之能用逻辑手段将经验材料加工，提炼成理论形态。
墨子重视对定义、判断、推理等逻辑手段的研究和应用，十分注意概念和对象的对应关系，注意用词的准确性和概念的明确性，注意推理、论证的严密性和一致性。在研究自然现象、科技实践中的科学问题时，逻辑方法作为"明同异之处，察名实之理"的有力工具被墨子应用于科学认识过程中，目的是为了有效地"摹略万物之然"。科学技术的经验材料和逻辑形式的结合是墨子的学者和工匠两种知识传统相结合的一种表现，从而使墨子的科学认识呈现出具有内在逻辑结构的理论形态，使墨子的科学认识的内容和形式能在确定性、一致性的基础上统一起来。
正是墨子具备了这些基本条件，才使墨子在几何学、光学、力学、运动学等方面取得了较为出色的成果。特别是《墨经》中的有关光学问题的八条经和经说，比较系统地说明了几何光学中有关光与影的关系，小孔成象的问题及各种镜面的反射成象的问题。墨子的这些光学认识是建立在简单实验和细致观察的基础上，相当正确地概括了这些几何光学现象，并从经验材料中总结出一些规律性的认识。此外，《墨经》中这八条关于光学的条文，其论述排列的顺序是合乎科学意义的，从某种程序上已组合构成了一篇具有相对完整的逻辑结构的光学论文。首条说明了影与物体之间的关系。第二条说明了影和光源的关系。第三条说明了小孔成倒像的现象和原理。这前三条都是论述了光的直线传播的基本现象。第四条说明了光的反射。第五条说明了成影的大小与光源和物体间角度的关系。第六条说明成影的大小与光源和物体的比例及距离远近有关。第六条，第八条说明了凹凸镜面的成象问题。《墨经》这八条有关光学问题的经说，从光的直线传播这一基本现象出发，讨论了光源、物体、成影之间的关系，并由此研究了各种类型镜面的成像。这个论说顺序，从科学论文的角度看，是合乎逻辑的。这充分显示了墨子的科学理论思维的能力，表明了墨子是自觉地从理论构成的角度分析、掌握各种经验材料。
下面我们分析一下墨子是如何将《考工记》中的各种经验材料提高到理论认识的。
《考工记》记叙了车轮制作的经验，认识到要使车跑得快， 轮子触地面积必须小，"不微至，无以为戚速也"，①而"欲其微至也，无所取之，取诸圆也"，②在检验车轮圆否，就是用"规之以眡其围也"。③《墨经》对圆的认识，进一步从其本质内涵方面加以抽象，用定义的形式加以确定，"圆，一中同长也。"④圆的科学定义的确立，标志着制作车轮时轮圆与车速关系的感性经验已上升到理论形态了。在轮圆与触地面积的考察中，《墨经》又得出了另一个认识，"环俱柢"，⑤说明圆与平面相切于一点，这是车轮"微至"的极限。
《考工记》对空间方位的测定已有详细的记载："匠人建国，水地以县，置以县，眡以景。为规，识日出之景与日入之景，昼参诸日中之景，夜考之极星，以正朝夕。"⑥《考工记》是以日出，日入之影作为基础，以日中之影作为参考，来定东西方向。用这方法确定东西方向取决于影之端的测定。这存在着两个困难，一是由于各处地理环境的差异，日出、日入之时不一，日出影之端和日入影之端的测定误差较大。二是由于光的衍射现象，直接观测影之端难以准确。因此，《考工记》这种以定东西方向为基础的空间方位的测定还是很粗略的，是一种对一根、影与日光关系的直接观测。
《墨经》中关于空间方位的测定有两条相应的经文，"日中，正南也"。
①"直，参也"。②《墨经》确定日中影的方向为正南北的方向。在对影的观测和反复比较中，日中的影最短，所以比较容易确定。因此，《墨经》以确定正南北方向为基础的方法比《考工记》定东西方向为基础的方法，其准确度要高。《墨经》以日中定南北，进而定东西，是以中为出发点来认识东西南北的。所以，《墨经》在定义空间的概念时指出："宇。东西家南北。"③家即中的意思。这是墨子在空间方位测定的实践中得出的概括性认识。
"直，参也。"这条经文可能是对方位测定具体方法的陈述，也可能是"日中，正南也。"这条经文的经说。伍非百曾指出，此两条应是一经一说。
④如果把它们和《考工记》的有关内容联系起来考察，似乎"直，参也"是经说。现存文字过简，其后似有脱漏之嫌。《说文》云，直，"正见也"。
参，三也，即、日中之影、目之视线三者在同一平面，亦即端、影端、人目三点决定一平面。目正视的方向就是正南方向。直，亦可有直立、直线、正见诸意。参，三也。东西，南北两直线方向正交于中， 合两而定一中。方向直线正交，可用矩测定之，即所谓方者中矩。这是一种以日中影定正南北方向为基础，以定东西方向为参考，确定空间方位的基本方法。《墨经》关于小孔成像的记载，说明墨家已认识光是直线行进的性质。因此，"直，参也。"也可能是说，根据光直线行进的原理，利用两个表标的顶端和日出，日入之光的上边缘三者在同一直线上，来定东西的方向。这种方法和《淮南子·天文训》中所记载的方法一样。《淮南子·天文训》说："正朝夕：先树一表示东方操一表却去前表十步，以参望日始出北廉。日直入，又树一表示东方，因西方之表，以参望日入北廉。则定东方两表之中与西方之表，则东西之正也。"对这个方法，可作简图加以说明。
先立一表A 于东方，表B 在表A 西十步，移动表，从表B 的顶端观测日出之光，直到表B、表A 的顶端和日出之光的上边缘在同一直线上，即"参望日始出北廉"，就固定表B。又立一表C 于东方，表C 和表B 的距离亦为十步，移动表C，从表C 的顶端观测日入之光，直到表C、表B 的顶端和日入之光的上边缘在同一直线上，即"参望日方入北廉"，固定表C。确定表A与表C 联线的中点D。D 与B 的联线就是正东西的方向。这个测定方法比《考工记》记载的方法要科学的多。
《考工记》在测定影时，已注意到"水地以县，置以县"。地要平，表标要竖直，这样测到的影对方位的准确测定才有效。《墨经》进一步研究了光、物、影之间的关系，研究了表标同光源、及地面相对位置的变化而引起杆影的变化。"景不绽，说在改为。"①表杆不动，从日出到日入，标影的位置自西向东移动。这种移动是由于光源（太阳）移动而得到的不同位置的标影，而不是标影本身的移动，说明墨子对表标同光源相对位置及成影位置关系已有认识。"景，光至景亡。若在，尽古息。"②说明了光、物、影之间的关系，影的产生是光被物遮蔽的结果。"景之小大，说在杝正远近。"③是斜的意思。同一物与成影面的正斜角度有关，即光源线与成影面的角度有关， 也同光源与物的远近距离有关。《墨经》对光影关系的深入认识和测影的实践有密切的联系，并且进一步从对自然光的观测深入到对人工光源的观测，这实际上已孕育了墨子进行科学实验的萌芽，如对小孔成像的观测。
《考工记》有四处记载了水的浮力在实际生产中的作用。其一，"作舟以行水"。④其二，"揉辐必齐，平沈必均"，"水之以眡其平沈之均"。
⑤其三，"水之，以辨其阴阳，夹其阴阳，以设其比，夹其比，以设其羽"。
⑥其四，"改煎金锡则不耗，不耗然后权之，权之然后准之，准之然后量之，量之以为鬴"。⑦第一处的记载说明了对水的浮力存在的认识。第二处的记载说明了根据车轮各部分在水中浮沉的情况，判断车辐，车轮各部分质量分布是否均匀。
质量分布均匀，车轮、车辐就比较坚固，在受力时，不致因为质量分布的不均匀，而易在某处破裂折断。对物体质量分布与负力之间的关系这一现象，《墨经》作了进一步的研究，得出了一个结论，"轻重而发绝，不均也。均，其绝也莫绝。"①指出物体所以受力而断，是因为物体质量分布有不均之处。
头发虽细，如果质量分布处处均匀，则悬重物而不断，所谓"发引千钧，势至等也"，②"引绳而绝之，其绝必有处"就是这个意思。③第三处的记载说明，通过箭杆各部分的质量之比（"夹其阴阳，以设其比"），根据箭杆各部分质量的差别，再决定装置羽毛的多少（"以设其羽"）。这样，才能避免"羽丰则迟，羽杀则趮"，达到"虽在疾风，亦弗之能惮之矣"，使箭矢保持飞行的稳定性。第四处记载说明，《考工记》已认识到同一重量的同一物质，不管其形状如何，它的体积应是一样的。"改煎金锡则不耗"是说青铜合金炼至精纯而没有杂质。权之，是说称出规定重量的青铜合金。准之，是说以水测度青铜合金的体积是符合规定。量之，是说将其浇铸为鬴。这样制成的鬴，其容量都符合规定的标准。《考工记》记载的这个方法和阿基米德用水测定皇冠的方法是一样的，都是利用具有相同重量的同一物质，其排开水的体积应是相同的这一道理。对这一现象的认识是发现浮力定律的基础。
《墨经》对《考工记》记载的浮力现象作了进一步的分析研究。认为，"形之大，其沉浅也，说在具。"①"形，沉形之衡也，则沉浅，非形浅也。
若易五之一。"②物体大，在水中下沉较浅，原因在于物体受到的水的浮力和物体本身重量相平衡。物体浸入水的那部分重量与水对这部分的浮力之比是1：5。可能从外表观测，看到一块规则物体浸入水中的部分是整块物体的1/5。由此推测，这块物体的重量和其五分之一体积所受的浮力相等，"若易五之一"。这说明墨子已认识到物体在水中所受到的浮力和其浸入水中的那部分的体积有关，并试图以定量的方式来表达这种认识。虽然墨子没有认识到浮力与排开液体重量之间的关系，但墨子的这种认识已接近浮力定律的发现了。
《考工记》关于从火色和火温的关系来掌握青铜合金熔炼的过程，已有比较正确的经验认识。"凡铸金之状，金与锡。黑浊之气竭，黄白次之，黄白之气竭，青白次之，青白之气竭，青气吹之，然后可铸也。"③黑浊之气是青铜熔炼时，木炭、木柴燃烧的产物。黄白之气，青白之气，青气都是和合金中各种金属的焰色有关，可用金属焰色的变化来判断合金熔炼的程度，"青气次之，然后可铸也"。在合金熔炼时，连续加温，炉内温度不断升高，合金的焰色也不断变化，从墨浊之气、黄白之气，青白之气直到青气次之。
焰色的变化和炉内温度的升高就有了直接的联系。《墨经》对火色和火温的关系作了进一步分析，"火热，说在炖。"①炖，杨雄的《方言》谓："炖??赫也"。许慎的《说文》谓："赫，火赤貌"。炖，意就是火色。从火的颜色可得知火的温度。对火温的测知，不必通过对其温度的直接感知，而是通过对火的颜色的观察即可判断。在高温熔炼时，这是经常运用的方法。《经说下》作了进一步解释："火。谓火热也，非以火之热我有，若视日。"对高温的测定，在没有相应测定仪器的情况下，不可能直接感知其温度高低，但通过对温度辐射的光谱颜色（即火色）的观察可测知温度的高低。现代物理学已证实各种金属其熔点、发射光谱波长与谱线颜色之间的内在联系。墨子认为，对太阳光色的观测，可推断太阳是很热的。
《墨经》关于从火色测知火温的可能性的认识，是将当时冶金生产从火色测知火温的经验认识加以普遍化和深化的结果，是和当时冶金生产实践直接相联系的。
从上述的考察中，我们可以得出两点结论。其一，《墨经》和《考工记》所总结的手工业技术的经验和知识是墨子科学思想形成的来源之一。其二，墨子科学理论认识的形成和当时手工业技术实践的直接相关，体现了工匠和学者，科学理论和技术实践的结合。
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