胡化凱

（中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)科技史與科技考古系，安徽 合肥 230026）

由古代相關(guān)文獻(xiàn)可以發(fā)現(xiàn)，出于職業(yè)活動的需要，中國古代不同的人群對不同的物理現(xiàn)象各有特殊的關(guān)注，如算學(xué)家對機(jī)械運(yùn)動現(xiàn)象、醫(yī)家對火的燃燒現(xiàn)象、道士對金屬鏡組合成像現(xiàn)象、煉丹家及醫(yī)家對一些天然晶體的色散現(xiàn)象、天文星占家對一些大氣光學(xué)現(xiàn)象、醫(yī)家及煉丹家對磁石吸鐵現(xiàn)象、堪輿家和航海家對磁針的指向性都比較關(guān)注。不過，這些人對相關(guān)物理現(xiàn)象的關(guān)注，都只是出于某種現(xiàn)實(shí)活動的需要，而不是要探討這些現(xiàn)象發(fā)生的原因。換言之，他們只是相關(guān)物理現(xiàn)象的運(yùn)用者，而不是這些現(xiàn)象的研究者；他們對這些物理現(xiàn)象背后隱藏的原因和道理關(guān)注不多，或缺乏探究的興趣。這就使得中國古代雖然積累了豐富的關(guān)于物理現(xiàn)象的經(jīng)驗(yàn)資料，但卻沒有形成具有一定理論深度的知識體系。

出于一些現(xiàn)實(shí)的需要，注重觀察現(xiàn)象而很少探討原因，這是中國古代物理認(rèn)識活動的基本特點(diǎn)之一。認(rèn)識這種特點(diǎn)，有助于理解中國古代在物理認(rèn)識方面沒有形成系統(tǒng)的知識體系及其發(fā)展緩慢的原因。

不可否認(rèn)，中國古代也有一些人對物理現(xiàn)象進(jìn)行過比較認(rèn)真的研究，如北宋沈括、元代趙友欽和明代朱載堉為了探討月相變化的原因，都進(jìn)行了簡單的模擬實(shí)驗(yàn)觀察；趙友欽為了探討小孔成像的規(guī)律，專門設(shè)計(jì)了規(guī)模可觀的系統(tǒng)性實(shí)驗(yàn)。這些工作都是非?？少F的。不過，就整個(gè)中國古代而言，這些行為實(shí)屬鳳毛麟角，遠(yuǎn)未形成風(fēng)氣，并未對科學(xué)認(rèn)識活動產(chǎn)生明顯的影響。因此，雖然有這類零星的探索活動存在，但并不影響我們從整體上做出上述關(guān)于認(rèn)識特點(diǎn)的判斷。

關(guān)于中國古代物理認(rèn)識的成就，學(xué)者們已進(jìn)行了相當(dāng)充分的研究，取得了豐碩的成果，而關(guān)于上述物理認(rèn)識特點(diǎn)的考察，則尚未引起學(xué)界的注意。

古代算學(xué)家對機(jī)械運(yùn)動現(xiàn)象比較關(guān)注，他們把各種機(jī)械運(yùn)動現(xiàn)象提煉成數(shù)學(xué)問題，運(yùn)用數(shù)學(xué)方法予以求解，這種傳統(tǒng)從秦漢時(shí)期一直保持到近代西方物理學(xué)知識的傳入。這是中國古代關(guān)于機(jī)械運(yùn)動現(xiàn)象認(rèn)識的一個(gè)特點(diǎn)。《九章算術(shù)》的相關(guān)內(nèi)容表明，早在西漢時(shí)期，算學(xué)家已能近似求解加速運(yùn)動問題。但是，就物理認(rèn)識的發(fā)展而言，算學(xué)家的這種做法具有明顯的局限性，因?yàn)檠刂@條認(rèn)識路線，無法發(fā)展出物理運(yùn)動學(xué)理論。盡管解決運(yùn)動學(xué)問題需要運(yùn)用數(shù)學(xué)，但這是在物理學(xué)框架內(nèi)把數(shù)學(xué)作為一種必要的工具使用，而不是以數(shù)學(xué)代替物理學(xué)。關(guān)于古代算學(xué)家對機(jī)械運(yùn)動現(xiàn)象的認(rèn)識以及這種做法存在的局限性，筆者已有專文討論，[1]在此無需贅述。文章擬對其他幾個(gè)方面所表現(xiàn)的認(rèn)識特點(diǎn)做一初步探討。

1 醫(yī)家對火的燃燒現(xiàn)象比較關(guān)注

火的燃燒現(xiàn)象屬于熱學(xué)研究的內(nèi)容。中國先人很早就發(fā)明了火。經(jīng)過長期的用火實(shí)踐，古人對其性質(zhì)有了初步的認(rèn)識，西漢《淮南子·詮言訓(xùn)》即指出：“大寒地坼水凝，火弗為衰其暑；大熱鑠石流金，火弗為益其烈?！庇纱丝梢姡吝t在西漢時(shí)期，人們已認(rèn)識到無論外界環(huán)境是冷是熱，火本身的熾熱程度則不會改變，這是由其本性決定的，即所謂“質(zhì)有之也”。[2]北齊劉晝《劉子·大質(zhì)》篇也有類似的論述。這是中國古代論述火的本性的兩條重要史料。不過，《淮南子》和劉晝都是以火的屬性比喻人的品德，關(guān)注的重點(diǎn)是人，而不是火。

夏日雷雨天氣，閃電會引起火災(zāi)，由此使得古人對雷火也有所認(rèn)識?！赌淆R書·五行志》記載，永明八年（490）四月六日，會嵇山陰恒山保林寺發(fā)生雷擊現(xiàn)象：“剎上四破，電火燒塔下佛面，而窗戶不異?！盵3]379北宋沈括的《夢溪筆談》記載，內(nèi)侍李舜舉家曾遭雷擊：“有一木格，其中雜儲諸器。其漆器銀扣者，銀悉熔流在地，漆器不曾焦灼。有一寶刀，極堅(jiān)剛，就刀室中熔為汁，而室亦儼然?！盵4]170這類現(xiàn)象使古人認(rèn)識到，雷電之火與草木之火是兩種不同性質(zhì)的火，它可以熔化金屬而不燃草木。

古人在日常生活中會接觸到各種材料燃燒的火，不過很少有人總結(jié)火的種類及性質(zhì)。直至南宋，朱熹弟子蔡沈才根據(jù)燃火的材質(zhì)不同，將其分為木火、石火、雷火、油火、蟲火、磷火七類。[5]其中蟲火、磷火雖然發(fā)光，但并不是火?？梢姴躺?qū)鸬幕緦傩缘恼J(rèn)識并不充分。

中國古代最關(guān)注火的燃燒屬性者當(dāng)數(shù)醫(yī)家，因?yàn)樗麄儗⒒鹱鳛橐环N療疾的工具，認(rèn)為不同材質(zhì)的火，具有不同的醫(yī)療效果。[6]正是基于醫(yī)療活動的需要，醫(yī)家對火的燃燒現(xiàn)象及其性質(zhì)特別關(guān)注。

明代李時(shí)珍《本草綱目》設(shè)有《火部》，總結(jié)了各種類型的火，將之分為陰、陽兩類，凡十二種，包括太陽之火、鉆木之火、擊石之火、戛金之火、石油之火、雷電之火，也包括所謂人體中的陰火和陽火，而沒有把蟲火、磷火列于其中。古代醫(yī)家依據(jù)五行理論解釋人體的生理結(jié)構(gòu)和疾病成因，因而認(rèn)為人體中也有“火”。從物理認(rèn)識來看，這種分類未必合理，但李時(shí)珍對火的燃燒屬性所做的總結(jié)，則基本上是正確的。他指出：“諸陽火遇草而焫，得木而燔，可以濕伏，可以水滅。諸陰火不焚草木而流金石，得濕愈焰，遇水益熾；以水折之，則光焰指天，物窮方止；以火逐之，以灰撲之，則灼性自消，光焰自滅。”[7]415陽火，即草木燃燒之火；陰火，即雷電之火。李時(shí)珍關(guān)于兩者燃燒屬性的總結(jié)，用現(xiàn)代科學(xué)知識來看是比較容易理解的。此外，《本草綱目》還討論了桑柴火、炭火、蘆火、竹火、艾火、燈火的療疾作用。此前，唐代歐陽詢撰《藝文類聚》，設(shè)有《火部》，所收內(nèi)容可分為兩類：一是前人書籍中記述的涉及火的一些事情，其中多有荒誕不經(jīng)的東西；二是前人對火的一些零星認(rèn)識，也多無深意。北宋李昉等編的《太平御覽》，其中有《火部》，所收內(nèi)容比《藝文類聚》全面，但所反映的認(rèn)識水平也遠(yuǎn)不能與《本草綱目》相比。

古代有“四時(shí)變國火”之說?！吨芏Y·夏官》設(shè)有“司爟”之官，“掌行火之政令，四時(shí)變國火，以救時(shí)疾”。東漢鄭眾注云：“春取榆柳之火，夏取棗杏之火，季夏取桑柘之火，秋取柞楢之火，冬取槐檀之火?！盵8]1157古人提倡隨著季節(jié)的變化及時(shí)更換日常燃火的柴薪，認(rèn)為此舉有益于人們的健康。對于“四時(shí)變國火”，李時(shí)珍解釋說：“蓋人之資于火食者，疾病壽夭生焉。四時(shí)鉆燧，取新火以為飲食之用，依歲氣而使無亢不及，所以救民之時(shí)疾也?！盵7]417并且他對鄭眾所說的榆柳、杏棗、桑柘、柞楢、槐檀之火所具有的顏色進(jìn)行了解釋?？梢钥闯?，李時(shí)珍的解釋是根據(jù)五行說關(guān)于四季與五色的對應(yīng)關(guān)系而做出的推論，但也不排除他有可能對這些木柴燃火的顏色進(jìn)行過仔細(xì)觀察。

清代不少本草學(xué)著作都列有《火部》，對各種火的治療效果進(jìn)行了總結(jié)，如吳儀洛在《本草從新·火部》中討論了桑柴火、櫟炭火、烰炭火、蘆火、竹火、燈火等適宜治療的疾?。粡堣丛凇侗窘?jīng)逢原·火部》中討論了煤火、薪火、桑柴火、燧火、石火、馬矢火、葦薪火、燈火、燭火、煙草火等適合治療的病癥。乾隆時(shí)期，趙學(xué)敏著《本草綱目拾遺》，除著錄了繼《本草綱目》之后本草學(xué)取得的一些重要成就外，也對李時(shí)珍關(guān)于火的燃燒性質(zhì)的認(rèn)識有所發(fā)展。該書卷二《火部》指出：“陽火無質(zhì)，以物為質(zhì)，然后寄其形以燃物。陰火有質(zhì)，不必寄形于物，而不能盡焚諸物。蓋陽火乃火之魂，屬陽，氣熱；陰火乃火之魄，屬陰，氣不熱?！盵9]這是用傳統(tǒng)的陰陽氣化理論解釋火的燃燒現(xiàn)象。書中還討論了太陽之火、鉆木之火、擊石之火、戛金之火、石油之火、燒酒之火、雷火、煤火、松柴火、櫟柴火、稻麥穗火、煙草火、神燈火等30余種火的醫(yī)療作用。

從物理學(xué)認(rèn)識來看，上述內(nèi)容并無多少深意，但由此反映了醫(yī)家出于醫(yī)療活動的需要而對各種火的性質(zhì)及其療效的高度關(guān)注。有理由認(rèn)為，醫(yī)家總結(jié)各種火的醫(yī)療作用時(shí)，是對各種火的燃燒情況進(jìn)行了認(rèn)真觀察的。

古代祭祀活動，要求用陽燧引取太陽之火以燔物；民眾烹煮食物，要求隨季節(jié)變化而取薪火以用之；文人雅士煮茶，以“擊石取鮮火”為尚；[10]甚至有人能夠品嘗出用不同薪火烹煮的食物的味道存在差別，[11]可見古人對于火的運(yùn)用頗為講究。然而，對火的燃燒現(xiàn)象及其性質(zhì)有比較全面認(rèn)識的當(dāng)數(shù)醫(yī)家。

2 道士對金屬鏡組合成像現(xiàn)象非常癡迷

物體在鏡面中反射成像是一種比較常見的幾何光學(xué)現(xiàn)象，中國古人對此早有認(rèn)識。《莊子·德充符》告誡人們：“人莫鑒于流水，而鑒于止水?！惫糯罾硐氲姆瓷溏R當(dāng)數(shù)金屬鏡。在日常生活中，人們只需對著一面鏡子觀照自己的容貌，無需同時(shí)使用幾面鏡子組合成像，而古代的道士在修煉活動中，則發(fā)明了金屬鏡組合成像方法。他們將幾面鏡子組合起來，使人在鏡中產(chǎn)生多次反射成像，構(gòu)成一種真假莫辨的虛幻境界，以滿足修煉的需要。

依照東晉煉丹家葛洪的說法，道士修行所追求的目標(biāo)有兩種：一是長生，二是通神。而“欲長生，當(dāng)勤服大藥；欲得通神，當(dāng)金水分形”。[12]326所謂“金水分形”，即人對著金屬鏡或水鏡反射成像。道教稱這種過程為修“明鏡之道”，這是道士修行的方法之一。葛洪說：“用明鏡九寸以上自照，有所思存，七日七夕則見神仙?！盵12]273并且他認(rèn)為：“其鏡道成，則能分形為數(shù)十人，衣服面貌皆如一?！盵12]326這顯然是采用幾面鏡子組合而產(chǎn)生的多次反射成像現(xiàn)象。葛洪把人經(jīng)鏡面多次反射所成的像，看作人的“分形”，并且把“分形”與“通神”看作一回事。

隨著道教的發(fā)展，道士們賦予了“明鏡之道”更多的功能，如成書于南北朝時(shí)期的《上清明鑒要經(jīng)·真人道士摩鏡經(jīng)》稱：“明鏡之道，可以分形變化，以一為萬；又能令人聰明，逆知方來之事；又能令人與天上諸神仙見，行其道得法，則天上諸神仙皆來至。道士自見己身，則長生不老，還成少童?！盵13]418由此可見，修明鏡之道有四種作用，即分形變化、令人聰明、與神相通及長生不老?！抖葱`寶道士明鏡法》等道教著作也有類似的論述。

道教常用的鏡面組合成像方法有“日月鏡”和“四規(guī)鏡”，前者是用兩面尺寸合適的金屬鏡，在人的左右兩側(cè)同時(shí)對照，即“以明鏡九寸，無令面中有疵瑕，正令清明，左右各一，去人一尺五寸，與目齊”；[14]后者是用四面金屬鏡置于人的前后左右，同時(shí)對照，即“以尺二寸鏡，前后左右一焉，名曰四規(guī)?！盵15]道士們認(rèn)為，參與組合成像的鏡子越多，其修行效果就越好，功能也就越多。據(jù)《太上明鑒真經(jīng)》稱，“以一尺鏡一枚，正置其前，亦以見神，而不能長生”；[13]第28冊，422而 日 月 鏡 既 可 以 使 人“分 形 萬千”，又能“身形不衰”，延年益壽；[14]418四規(guī)鏡不僅使人“分身散形，坐在立亡，上升黃庭，長生不死”，而且使人具有“役使百靈，入水入火，入金入石，入木入土，飛行在意”的能力[16]。正所謂“用四規(guī)所見來神甚多”。[12]273道教典籍中有不少這類描述，內(nèi)容多大同小異。

既然“明鏡之道”有這般神奇的作用，道士們當(dāng)然樂此不疲。據(jù)葛洪《抱樸子內(nèi)篇·遐覽》記載，其師鄭隱收藏的道書中即有專門論述修煉明鏡法術(shù)的《明鏡經(jīng)》《日月臨鏡經(jīng)》《四規(guī)經(jīng)》。葛洪在《抱樸子內(nèi)篇·雜應(yīng)》中也描述了日月鏡和四規(guī)鏡的使用方法及效果。這說明，至遲在東晉時(shí)期，所謂“明鏡之道”已經(jīng)形成，到了唐宋時(shí)期，這種道術(shù)又有所發(fā)展。

《抱樸子內(nèi)篇》稱：“形分則自見其身中之三魂七魄，而天靈地祇皆可接見，山川之神皆可使役?！盵12]326如何能夠見到自己的“三魂七魄”？葛洪并未說明。唐代道書《金鎖流珠引》給出了一種方法：“常以一年之中，取中元日，排鏡七面，可為一尺八寸闊，照身中神，看有七魄以否?！盵13]第20冊，354顯然，所謂“七魄”，即同時(shí)在七面鏡子中看到自己的像。筆者經(jīng)過模擬實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，欲使一個(gè)人同時(shí)在七面鏡中成像，需將七面鏡子沿著一段圓弧排列，鏡面向著圓心，人位于圓心處。這也是一種鏡面組合成像方法。既然能在七面鏡子中成像，自然也能在三面鏡子中成像，因而也就能看到所謂的“三魂”了。

道教所謂的“分形”“通神”，是借助于鏡面組合成像效果構(gòu)造的一種虛幻境界，其中既有一定的幾何光學(xué)根據(jù)，又有很大的想象、臆斷的成分。

明鏡不僅是道士們修煉“鏡道”的工具，還被認(rèn)為是可以使妖魔鬼怪現(xiàn)出原形的重要法器，[12]300因此道教對金屬鏡的鑄造技術(shù)及打磨工藝都相當(dāng)重視。道門中人不僅發(fā)明了打磨鏡面的“摩鏡藥”，而且不乏鑄造金屬鏡的能工巧匠。唐代上清派法師司馬承禎即是一位鑄鏡高手，曾為唐明皇鑄造有名的“含象鑒”。

道士們運(yùn)用鏡面組合成像方法，“以一鏡照形，以余鏡照影。鏡鏡相照，影影相傳，不變冠劍之狀，不奪黼黻之色”。結(jié)果造成“是形也與影無殊，是影也與形無異。乃知形之非實(shí)，影之非虛，無實(shí)無虛，可與道俱”。[17]這正是他們希望達(dá)到的一種狀態(tài)。道士們癡迷于這種真假難辨的虛幻境界，追求的是所謂的“分身”“通神”效果，而對鏡面組合成像的道理則全然不知，而且也毫無探求這些道理的興趣。因而，這種活動固然豐富了中國古代幾何光學(xué)的經(jīng)驗(yàn)內(nèi)容，卻無法推動相關(guān)認(rèn)識的進(jìn)一步深入。

3 煉丹家及醫(yī)家對天然晶體的色散現(xiàn)象觀察得特別仔細(xì)

晶體材料的微觀結(jié)構(gòu)在三維空間呈周期性排列，對光具有折射性，因而在日光照射下會產(chǎn)生五彩繽紛的色散現(xiàn)象。丹砂、云母及石英是常見的天然晶體，也是古代用于煉丹和療疾的重要材料。使用這些材料，需要鑒別其真?zhèn)危卸ㄆ鋬?yōu)劣。古代煉丹家和醫(yī)家都是利用它們的色散現(xiàn)象來實(shí)現(xiàn)這一目的的，因而對這些晶體的色散現(xiàn)象觀察得特別仔細(xì)。

丹砂是硫化汞礦物,屬三方晶系，在日光照射下呈紅色，有光澤，味甘，微寒，有毒，有安神、解毒作用。古代醫(yī)家及煉丹家根據(jù)丹砂的形狀及色散性質(zhì)不同，將其分為不同種類，如呈細(xì)小顆粒或粉末狀，色紅明亮，觸之不染手者，稱朱寶砂；呈不規(guī)則板片狀、斜方形或長條形，色紅而鮮艷，光亮如鏡面而透明者，稱鏡面砂；呈方圓形或多角形，色發(fā)暗或呈灰褐色，質(zhì)重而堅(jiān)者，稱豆瓣砂，等等。梁陶弘景《名醫(yī)別錄》稱：“（丹砂）惟須光明瑩澈為佳。”[7]517成書于初唐的道書《黃帝九鼎神丹經(jīng)訣》卷十三稱：“打破亦明，色焰焰然，有精似火星，向日看之，如動搖光明沙，若其體細(xì)，重破之白光昱昱然。又片版粗大如馬牙，或小如卷，晃晃昱昱，光明暉徹，其質(zhì)堅(jiān)秘。白光耀目者，號曰丹砂。紅明者上，紫者次，赤濁者下?！盵18]195唐蘇敬《新修本草》亦稱：“丹砂有十?dāng)?shù)品，最上者光明砂……形似芙蓉，破之如云母，光明照徹。”[7]517唐張果《玉洞大神丹砂真要訣·辨丹砂訣》也云：“上品光明砂，……色如未開紅蓮花，光明耀日；外白浮光明者，是上品馬牙砂；若有如云母白光者，是中品馬牙砂也。其次又有圓長似笑生而紅紫者，亦是上品紫靈砂也。又有如石片棱角生而青光者，是下品紫靈砂也。”[13]第19冊，37北宋蘇頌《圖經(jīng)本草》指出，判斷真假丹砂的重要方法是看其在日光下是否“光明瑩澈”。[7]518北宋寇宗奭《本草衍義》也指出，上品丹砂具有“光明可鑒，研之鮮紅”等屬性。[7]518這些引述說明，觀察色散現(xiàn)象是醫(yī)家和煉丹家鑒別丹砂質(zhì)量的基本方法。

云母屬單斜晶系，常呈板狀或塊狀，外觀上為六方形或菱形，一般帶有輕微的淺黃、淺綠、淺灰等色，有一定的透明度及光澤。成書于三國時(shí)期的《仙經(jīng)》是道教的一部重要經(jīng)典，該書早已亡佚，其中不少內(nèi)容被道書及本草著作反復(fù)引用。據(jù)《云笈七簽》引述《仙經(jīng)》稱：“云母有八種，各有名，向日視乃別之。色黃白而多青者，名云英，宜春服之，令人身輕，入水不寒，增壽四千年；色青黃，煌煌而多赤者，名云珠，宜以夏服之，令人身輕，耐寒暑，增壽三千年；色如承云，乍白乍黃，名云沙，季夏服之，身輕生光，耐風(fēng)寒，增壽二千年；色黃白皛皛，名云液，宜秋服之，堅(jiān)筋骨，通經(jīng)脈，增壽一千年；色青白多黑，名云母，宜以冬服之，身輕，入火不灼，增壽五千年；色皎然白而明徹者，名磷石，四時(shí)皆服，堅(jiān)筋骨，通經(jīng)脈，增壽五千年；色暗暗純黑，若有黑文斑斑如鐵者，名云膽，不可服，令人患淋發(fā)瘡；色雜黑而厚強(qiáng)肌者，是銅鐵間雜，名地碌（涿），不可服，伐人命?！盵19]《仙經(jīng)》根據(jù)云母的色散狀況不同，將其分為八種，并根據(jù)五行理論中五色與季節(jié)的對應(yīng)關(guān)系，確定各自適于服用的季節(jié)及其對人體的影響。之后，葛洪在《抱樸子內(nèi)篇·仙藥》中明確指出：“云母有五種，而人多不能分別也。法當(dāng)舉以向日，看其色，詳占視之，乃可知耳?！薄芭e以向日，看其色”，是利用云母色散現(xiàn)象鑒別其種類的明確表述。葛洪所說的五種云母，即《仙經(jīng)》中前五種對人體有健康作用者。隋蘇玄朗《太清石壁記》卷下《水煉云母法》也說：“取其云母，向日看，五色煥爛然無瑕穢者良?！盵13]第18冊，763唐孫思邈《枕中記·餌云母法》亦稱：“云母有八種，各有異名，向日視之乃別。”[13]第18冊，465唐代道書《金石簿五九數(shù)訣·云母》謂：“云母有六種，向日看乃分明。”[13]第10冊，102此外，陶弘景《名醫(yī)別錄》、張君房《云笈七簽》、寇宗奭《圖經(jīng)衍義本草》及李時(shí)珍《本草綱目》等許多相關(guān)典籍中，都有與上述類似的論述。色散現(xiàn)象為古人提供了一種鑒別云母類別的簡便方法。古人據(jù)此將云母分為八種，足見其觀察、辨別之認(rèn)真程度。

石英屬三方晶系，常呈六方柱狀或錐形，在光照下透明、半透明或不透明。石英顏色不一，無色透明者名白石英，紫色者名紫石英，等等。陶弘景《名醫(yī)別錄》稱：白石英“六面如削，白澈有光”，“味辛，無毒，主治肺痿，……”。關(guān)于其他顏色的石英，該書稱：“黃端白棱者，名黃石英；赤端，名赤石英；青端，名青石英；黑端，名黑石英。”[7]510孫思邈《千金翼方》也有與此相同的論述。北宋唐慎微《經(jīng)史證類備急本草》卷三對各種石英的色散情況描述得更為具體，認(rèn)為青端赤后者是青石英，赤端白后者是赤石英，黃色如金在端者是黃石英，黑澤有光者是黑石英。蘇頌《本草圖經(jīng)》、寇宗奭《圖經(jīng)衍義本草》、李時(shí)珍《本草綱目》等也都有類似論述。受五行、五色、五藏對應(yīng)理論的影響，古人認(rèn)為，人服用青、赤、黃、白、黑五色石英，“其補(bǔ)益隨臟色而治，青者治肝，赤者治心，黃者治脾，白者治肺，黑者治腎”，[20]即“五石脂各隨其色補(bǔ)五臟”[21]。既然石英的顏色與其藥效有明確的對應(yīng)關(guān)系，因此，仔細(xì)觀察、準(zhǔn)確鑒別其顏色即成為保證用藥效果的重要條件。

丹砂、云母、石英等物的色散現(xiàn)象并不為一般人所關(guān)注。出于煉丹和醫(yī)療活動的需要，道士和醫(yī)家根據(jù)它們的色散現(xiàn)象，將丹砂分為十?dāng)?shù)品、云母分為八種、石英分為五類，足見觀察之仔細(xì)。不過，對于這些光學(xué)現(xiàn)象，無論煉丹家還是醫(yī)家都是只知其然而不復(fù)強(qiáng)求其所以然，從不探討它們發(fā)生的原因及相關(guān)道理。

4 天文星占家對一些大氣光學(xué)現(xiàn)象特別關(guān)注

來自日月和其他光源的光通過大氣層時(shí)，會發(fā)生選擇性吸收、散射、反射、折射、衍射等現(xiàn)象，使其傳播的路徑及顏色發(fā)生改變，呈現(xiàn)出各種色彩繽紛的大氣光學(xué)現(xiàn)象。大氣中發(fā)生的光學(xué)現(xiàn)象主要有暈、虹、華、幻日、海市蜃樓、曙暮光、早晚霞等。對于這些現(xiàn)象，中國古人都進(jìn)行過長期的觀察，并做過大量的記錄。虹是日光沿著一定的角度進(jìn)入空氣中的水滴，經(jīng)過比較復(fù)雜的折射與反射過程所造成的一種色散現(xiàn)象；暈是由于太陽或月亮光線在冰晶上折射與反射引起的一系列光學(xué)現(xiàn)象的總稱；華是由于云中的水滴和冰針分別起小孔與狹縫的作用，使光發(fā)生衍射，從而圍繞太陽或月亮形成許多彩色圓環(huán)。古人對暈和華不做區(qū)分，都稱為暈。當(dāng)暈、虹等典型的大氣光學(xué)現(xiàn)象在天空中出現(xiàn)時(shí)，一般人只是出于好奇而觀望一下，而對于大多數(shù)非典型的大氣光學(xué)現(xiàn)象，一般人則視而不見。真正對各種大氣光學(xué)現(xiàn)象產(chǎn)生興趣、特別關(guān)注的是中國古代的天文星占家。

在天人感應(yīng)觀念的影響之下，古人仰觀天文，不僅僅是“以察時(shí)變”，[22]更為重要的則是以“辨吉兇”。所謂的“天垂象見吉兇，圣人象之”，[22]63表達(dá)的就是這種認(rèn)識。古人認(rèn)為，日月星辰、虹霓云氣的某些變化，預(yù)示著天道吉兇及人事災(zāi)難，因而對這類現(xiàn)象的觀察特別用心。中國歷史上幾乎每個(gè)朝代都有精于此術(shù)者，如殷代有巫咸，戰(zhàn)國有齊之甘德、楚之唐昧、趙之尹皋、魏之石申等。之后的朝代，星占名家更是層出不窮。古代的天文學(xué)家，絕大多數(shù)都是星占家。古人所說的天文，既包括日月星象，也包括虹霓云氣，其中許多內(nèi)容屬于大氣光學(xué)現(xiàn)象。

觀察天文如此重要，因此歷代王朝都設(shè)有專門的機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)這類工作。秦及兩漢有太史令，南北朝及隋唐有太史局、太史監(jiān)，宋遼金元有司天監(jiān)，明清有欽天監(jiān)。這些機(jī)構(gòu)中少則幾十人，多則幾百人，專門從事天象觀測、歷法制定以及星氣占驗(yàn)等工作。此外，一些軍事家、文人術(shù)士等，或出于職業(yè)需要，或出于個(gè)人興趣，也會進(jìn)行一些觀天象、占吉兇的活動。廣義地說，這些人都可以被稱為天文星占家。文章所說的天文星占家，泛指古代在星氣占驗(yàn)方面有所實(shí)踐、有所作述的人。

據(jù)《周禮·春官》記載，周代不僅設(shè)有掌管天象占驗(yàn)的官員“保章氏”，其職責(zé)是根據(jù)各種天象“以觀妖祥”，“辨其吉兇”，[8]而且還設(shè)有掌管云氣占驗(yàn)的官員“視祲”，其“掌十輝之法，以觀妖祥，辨吉兇”[8]944?！笆x”是祲、象、觹、監(jiān)之類的十種異常天象，其中包含了抱、珥、背、璚、暈、虹、日傍氣刺日、白虹彌天貫日等大氣光學(xué)現(xiàn)象。[23]

中國歷代諳于星占術(shù)的人撰寫了大量的星占著作，各種史書中的《藝文志》或《經(jīng)籍志》對此有大量載錄，如：《漢書·藝文志》列有《漢日旁氣行事占驗(yàn)》《漢日食月暈雜變行事占驗(yàn)》等天文占驗(yàn)書目20余種；《隋書·經(jīng)籍志》收載的星氣占卜著作多達(dá)60種，其中有《日月暈》《日月暈圖》《魏氏日旁氣圖》《天文占云氣圖》《月暈占》《日月食暈占》《日月暈珥云氣圖占》等；《舊唐書·經(jīng)籍志》及《新唐書·藝文志》分別收入天文星占類著作26家和20家，其中劉表《荊州星占》、庾季才《靈臺秘苑》、李淳風(fēng)《乙巳占》、瞿曇悉達(dá)《開元占經(jīng)》等都是富有影響的星占著作。

中國古代雖然戰(zhàn)爭謀略十分發(fā)達(dá)，但觀察天象，預(yù)判吉兇，仍然是高明的軍事家需要具備的基本技能，因而一些兵書中也有專門論述根據(jù)天象云氣判斷戰(zhàn)爭勝負(fù)的內(nèi)容，如曾公亮《武經(jīng)總要后集》、李克家《戎事類占》、王鳴鶴《登壇必究》、何汝賓《兵録》及茅元儀《武備志》等都有這方面的篇章。

古代各種星占術(shù)專著、史書天文志以及一些軍事著作的相關(guān)篇章中，包含了十分豐富的關(guān)于大氣光學(xué)現(xiàn)象的內(nèi)容，以下略舉幾例以示之。

戰(zhàn)國石申著有《石氏星經(jīng)》，此書早已散佚，唐《開元占經(jīng)》對之有大量引述，由此可以窺見其豐富的星占內(nèi)容，其中關(guān)于日暈、月暈、日冠、日戴、日珥、日抱、日背、日玦、日直等現(xiàn)象的描述，頗具大氣光學(xué)價(jià)值，如“日旁有氣，圓而周匝，內(nèi)赤外青，名為暈”；“月旁有氣，圓而周匝，黃白，名為暈”；“氣有青赤，立在日上，名為冠”；“氣在日上，名為戴；戴之色青赤”；“日兩旁有氣，短小，中赤外青，名為珥”；日抱，“氣青赤在日旁”；日背，“氣青赤而曲外向”；“氣青赤曲向外，中有一橫，狀如帶鉤，名為玦”；“色赤丈余，正立日月之旁，名為直”?！堕_元占經(jīng)》也引述了甘德對“日提”“日格”等現(xiàn)象的描述，如“日四傍有赤云，曲而向日，名曰四提”；“有青氣橫在日上下者為格”，等等。[24]這些都屬于大氣光學(xué)現(xiàn)象，而且描述得相當(dāng)詳細(xì)。這說明，早在戰(zhàn)國時(shí)期，星占家即對一些大氣光學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行了非常仔細(xì)的觀察。

《史記·天官書》中有大量天文占卜內(nèi)容，其中說：“兩軍相當(dāng)，日暈。暈等，力鈞；厚長大，有勝；薄短小，無勝。重抱，大破；無抱，為和；背，不和，為分離相去。直為自立，立侯王；指暈若曰殺將。負(fù)且戴，有喜。圍在中，中勝；在外，外勝。青外赤中，以和相去；赤外青中，以惡相去。氣暈，先至而后去，居軍勝?！盵25]1331這是根據(jù)日旁云氣的形狀及顏色判斷軍事勝敗的一段占文，其中“暈”“抱”“背”“直”“負(fù)”和“戴”都是表示不同形態(tài)及顏色的云氣，屬于大氣光學(xué)現(xiàn)象。

長沙馬王堆三號漢墓出土帛書《天文氣象雜占》由彩圖和文字構(gòu)成，全書有占文約300條，其中有星氣、日暈、月暈、日珥、赤虹、白虹、兩月并出、四月并出等多幅圖及占詞，還有一幅六重月暈圖，其占詞云：“月六暈到九暈，天下亡邦?！盵26]

據(jù)戴念祖先生研究，《晉書·天文志》描述的屬于暈的大氣光學(xué)現(xiàn)象即有斗、戴、冠、纓、紐、負(fù)、戟、珥、抱、背、璚、直、提、格、承、承福、履、破走、白虹貫日、暈等，多達(dá)20余種。[27]

成書于明洪熙元年（1425）的《天元玉歷祥異賦》是一本圖文并茂的天文占卜書，書中以圖描繪了各種云氣、日暈、日珥、月暈、月珥等大氣光學(xué)現(xiàn)象，并附有簡短的占詞，如“日暈十重占”圖下說：“日暈十重，主大亂”；“月暈十重占”圖下說：“暈十重，乃更元”；“十重者有大變”。[28]

上述說明，中國古代天文星占著作中保存了豐富的關(guān)于大氣光學(xué)現(xiàn)象的資料，這是歷代星占家辛勤觀察的結(jié)果。從這些文獻(xiàn)可以看出，星占家們對各種天象變化所形成的大氣光學(xué)現(xiàn)象非常重視，進(jìn)行了大量的觀察，據(jù)此以判斷某種事物的吉兇，而對產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因或道理則不做物理的探討。在天人感應(yīng)觀念影響下，他們認(rèn)為：“虹霓之屬,因政而見；治道失于下，則天文變于上?！盵29]因此將這些異?，F(xiàn)象的發(fā)生看作是天對人事活動的吉兇昭示，其發(fā)生的根本原因在人而不在天。

5 醫(yī)家及煉丹家對磁石吸鐵現(xiàn)象比較關(guān)注

戰(zhàn)國時(shí)期，人們發(fā)現(xiàn)磁石具有吸鐵性，《呂氏春秋·精通》云：“慈石召鐵，或引之也?！盵30]212之后，《淮南子》《論衡》《曹子建集》等都進(jìn)一步指出，磁石只能吸鐵，而不能吸引瓦石銅金等其他物體。

磁石具有吸鐵性，如何判斷這種性能的強(qiáng)弱？一般人不太關(guān)注這種事情。磁石是一種藥物，有療疾作用，成書于秦漢時(shí)期的《神農(nóng)本草經(jīng)》即認(rèn)為它具有“主周痹風(fēng)濕，肢節(jié)中痛，不可持物，洗洗酸消，除大熱煩滿及耳聾”的功效。[31]磁石也是一種煉丹原料，東漢魏伯陽《周易參同契》所提到的煉丹藥物即有鉛、汞、硫磺、丹砂、云母、磁石等。出于醫(yī)療和煉丹活動的需要，醫(yī)家和煉丹家對磁石的真?zhèn)渭百|(zhì)量優(yōu)劣非常在意，而吸鐵性能的強(qiáng)弱是用以鑒別其質(zhì)量優(yōu)劣的簡便而有效的方法。

成書于劉宋時(shí)期的雷斅《雷公炮炙論》說：“夫欲驗(yàn)者，一斤磁石，四面吸鐵一斤者，此名延年砂；四面只吸鐵八兩者，號曰緒采石；四面只吸鐵五兩以來者，號曰磁石?！崩讛赂鶕?jù)磁石吸鐵能力的大小，將其分為三類。這種定量化的描述，顯然是基于簡單的實(shí)驗(yàn)檢測的結(jié)果。該書還指出了磁石與“玄中石”及“中麻石”的區(qū)別：“此石之二真相似磁石，只是吸鐵不得”。[32]

陶弘景《名醫(yī)別錄》也說：“磁石好者，能懸吸針，虛連三四為佳”；并說“《仙經(jīng)》、丹方、黃白術(shù)中多用之”[7]583。道教丹書《皇帝九鼎神丹經(jīng)訣》也稱：“磁石好者，能懸吸針，虛連三四為佳?！盵18]225隋代道士蘇玄朗所著《太清石壁記》強(qiáng)調(diào)：“磁石但取引針，相連五六者為良，連針唯多最好。”[13]第18冊，733唐代蘇敬、李績等在陶弘景《本草經(jīng)集注》基礎(chǔ)上增補(bǔ)內(nèi)容，纂成《新修本草》，其中注文說，磁石“初破好者，能連十針，一斤鐵刀亦被回轉(zhuǎn)”。這里描述的顯然是一種吸鐵性能很強(qiáng)的磁石。在早期的本草類著作中，磁石與玄石、處石多不做區(qū)分，認(rèn)為是同一種東西，以至于“無識其形者，不知與磁石相類否”。《新修本草》對它們做了區(qū)分，書中指出，玄石雖然“光澤純黑”，貌似磁石而并非磁石，因?yàn)樗安荒軕裔槨?。[33]宋代蘇頌《本草圖經(jīng)》也說，磁石最佳者，“能吸鐵虛連十?dāng)?shù)針，或一二斤刀器回轉(zhuǎn)不落者尤良”[7]583?！侗静菥V目》等明清本草學(xué)著作也多有與上述類似的論述。

醫(yī)家和煉丹家根據(jù)磁石的吸鐵性能，將其分為延年沙、續(xù)采石、磁石等不同類別，并將它們與玄石等類似之物區(qū)分開來。他們對磁石吸鐵性能的關(guān)注和利用，豐富了古人關(guān)于磁石性質(zhì)的認(rèn)識，同時(shí)也找到了鑒別磁石的有效方法。

至于磁石為何吸鐵，醫(yī)家及煉丹家則極少予以關(guān)注，因此在本草和煉丹類著作中幾乎沒有提及。對磁石吸鐵現(xiàn)象給予解釋的是少數(shù)學(xué)者。東漢王充用同類感應(yīng)觀念解釋這種現(xiàn)象，認(rèn)為磁石與鐵針，雖形質(zhì)不同，但屬同類，同類則氣性相通，相互感應(yīng)；異類之物，“氣性異殊，不能相感動也”。[34]晉代郭璞也認(rèn)為：“磁石吸鐵，玳瑁取芥，氣有潛通，數(shù)亦冥會，物之相感，出乎意外?！盵35]宋代張邦基《墨莊漫錄》、明代王廷相《雅述》等也都有類似的表述。同類感應(yīng)說是中國古代長期流行的一種自然觀，被廣泛用于解釋各種自然現(xiàn)象。古代醫(yī)家和煉丹家雖然對磁石吸鐵現(xiàn)象有著長期的觀察，并做過一些簡單的量化測試，但始終未對這種現(xiàn)象做過深入的考察，以至于認(rèn)識水平一直停留在膚淺的經(jīng)驗(yàn)層面上。

6 堪輿家及航海家對磁針的指向性特別關(guān)注

指南針是中國古代的一項(xiàng)重大發(fā)明，被用于堪輿、航海、軍事等活動。古代關(guān)注指南針指向性的有兩類人，一類是指南針的使用者，另一類是士人或?qū)W者，前者是出于實(shí)用需要，后者則是出于探索興趣。

沈括在《夢溪筆談》中記載了指南針?biāo)阜较蚺c地理南北方向不一致的現(xiàn)象：“方家以磁石磨針鋒，則能指南，然常微偏東，不全南也?！敝劣诖裴槥楹沃改隙珫|，沈括“莫可原其理”。[4]201之后，寇宗奭在《本草衍義》中重復(fù)了沈括關(guān)于指南針的描述。對于磁針偏東丙位的原因，寇宗奭解釋說：“蓋丙為大火，庚辛金受其制，故如是物理相感耳。”[36]24按照五行木火土金水與東南中西北相對應(yīng)的理論，西方屬金。指南針為鐵所制，也屬金類。指南針?biāo)昧_盤有二十四向方位，其中庚辛位于西方，屬金；丙位于南方偏東，南方屬火。根據(jù)五行相克理論，火克金，因此磁針受火所克，無法指向正南，而偏向丙位。此即所謂的“物理相感耳”，這是以自然感應(yīng)觀念解釋磁針的指向性。此后，明代朱載堉和徐光啟對指南針偏東的度數(shù)進(jìn)行過測量，清代梅文鼎乃至康熙帝也都討論過指南針的指向問題。這些情況反映了學(xué)者對磁針指向性的關(guān)注。

北宋《武經(jīng)總要前集》有“或出指南車及指南魚以辨所向”的記載，指南魚以鐵片制成，即指南針。這是指南針被用于軍事活動的明確記載，不過古代文獻(xiàn)中這方面的記載極少。

關(guān)于指南針用于航?；顒?，北宋末期朱彧《萍洲可談》及徐兢《宣和奉使高麗圖經(jīng)》已有明確的記載。南宋趙汝適《諸蕃志》稱：“舟舶來往，惟以指南針為則，晝夜守視惟謹(jǐn)。毫厘之差，生死系焉?！盵37]南宋吳自牧《夢梁錄》描述得更為詳細(xì)：“風(fēng)雨晦冥時(shí)，惟憑針盤而行，乃火長掌之，毫厘不敢誤差，蓋一舟人性命所系也。”[38]航海過程中，由舟師或火長專門掌管航海羅盤，時(shí)時(shí)觀察磁針的指向，并據(jù)此以確定船的航行方向。明清時(shí)期，中國留下了大量的航海針路圖，其中記載了海船航行過程中根據(jù)指南針的指向所確定的航行方向，是指南針用于航?；顒拥恼鎸?shí)記錄和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。

關(guān)于指南針何時(shí)被用于堪輿活動，目前尚未發(fā)現(xiàn)明確的史料依據(jù)?？拜浶g(shù)在唐宋時(shí)期獲得了很大發(fā)展，形成了系統(tǒng)的理論和多個(gè)流派，這與指南針（羅盤）的普遍運(yùn)用有很大關(guān)系。羅盤是堪輿活動的重要工具?？拜浖以诳辈礻幷㈥栒顒又?，根據(jù)磁針的指向情況確定墓穴或房屋的坐向，由此也提出了一系列使用羅盤的方法以及根據(jù)磁針指向判別地理方位的方法。

出于職業(yè)活動的需要，堪輿家對磁針指向性的關(guān)注程度不亞于海船上的舟師及火長。宋初堪輿家王伋《針法詩》即云：“虛危之間針路明，南方張度上三乘?？搽x正位人難識，差卻毫厘斷不靈?！庇纱思纯煽闯鲲L(fēng)水師對磁針指向情況的高度關(guān)注。

古代堪輿著作中有大量關(guān)于磁針指向性的論述，如約成書于晚唐或宋初的《管氏地理指蒙》中說：“針指坎離，定陰陽之分野；格偏壬丙，探僭越之津涯?！弊⑽恼f：“針指子午，萬古不易，陰陽之定位也。格偏壬丙者，非天也，蓋子之西屬壬，午之東屬丙，以子午而較之，則有壬子，有丙午?！盵39]坎離即子午，是地理南北方向。壬丙是磁針?biāo)较?。該書認(rèn)為，磁針指向壬丙，是僭越，是越位。至于磁針的指向偏離南北方向的原因，少數(shù)堪輿家也有所討論，如《管氏地理指蒙》稱：“磁者，母之道。針者，鐵之戕。母子之性，以是感，以是通。受戕之性，以是復(fù)，以是完?！逼渥⑽恼f：“磁石為鐵之母，亦有陰陽之向背，以陰而置南，則北陽從之；以陽而置北，則南陰從之。此顛倒陰陽之妙，感應(yīng)必然之機(jī)?！盵39]21-22這是用陰陽感應(yīng)觀念做出的解釋。明代徐善繼《繪圖地理人子須知》也說：“針頗偏于丙，蓋非南北之偏，實(shí)浮針之畏正火而然也。”[40]徐善繼的解釋是沿用了寇宗奭的說法。

羅盤成為堪輿和航海的工具后，其使用者會頻繁地觀察磁針的指向情況，卻很少探討磁針偏離地理南北方向的原因。這既與他們的職業(yè)身份有關(guān)，也與他們?nèi)狈μ剿髋d趣有關(guān)。

7 結(jié)語

由上述可以看出，算學(xué)家關(guān)注機(jī)械運(yùn)動現(xiàn)象，將之提煉成數(shù)學(xué)問題，用純粹的數(shù)學(xué)方法解答，因而不可能提煉出一般性物理問題，形成一般性物理概念。沿著這種認(rèn)識路線，不可能發(fā)展出物理學(xué)的運(yùn)動理論。醫(yī)家關(guān)注火的燃燒現(xiàn)象及其性質(zhì)，將火分為陰陽兩類，用陰陽氣化理論解釋火的屬性，這種解釋顯然無法揭示火的本質(zhì)。道教徒對平面鏡組合成像現(xiàn)象的運(yùn)用，只關(guān)注成像的效果，而不問成像的原因，因而不可能對幾何光學(xué)有深入的認(rèn)識。煉丹家及醫(yī)家利用丹砂、云母、石英等天然晶體的色散現(xiàn)象判斷其類別及效用，而對相關(guān)光學(xué)現(xiàn)象的形成原因則不感興趣。天文星占家把各種大氣光學(xué)現(xiàn)象看作天人感應(yīng)的不同表現(xiàn)，觀察它們是為了揣測天意、預(yù)知吉兇，而不是要探究它們形成的原因。煉丹家及醫(yī)家根據(jù)磁石的吸鐵情況判斷其質(zhì)量優(yōu)劣，至于磁石為何吸鐵，他們并不關(guān)心，只有少數(shù)學(xué)者以同類感應(yīng)觀念解釋這種現(xiàn)象?？拜浖液秃胶＜覍Υ裴樦赶蛐缘年P(guān)注，也是出于職業(yè)的需要。他們只在意磁針的指向與地理南北方向的偏離情況，而不太關(guān)心產(chǎn)生這種偏離的原因。即使少數(shù)學(xué)者及風(fēng)水師對這類現(xiàn)象發(fā)生的原因有所探討，也只是簡單地將其歸之于陰陽感應(yīng)作用。

以上幾個(gè)方面，大致反映了中國古代物理認(rèn)識活動的一個(gè)基本特點(diǎn)，即注重物理現(xiàn)象的觀察和運(yùn)用，而很少探討這些現(xiàn)象的形成原因。各類人群之所以認(rèn)真觀察相關(guān)物理現(xiàn)象，目的是要更好地利用這些現(xiàn)象，而不是對之進(jìn)行研究。所以，中國古代對于物理現(xiàn)象感興趣的主要群體，只是相關(guān)現(xiàn)象的運(yùn)用者，而不是這些現(xiàn)象的研究者。他們對這些現(xiàn)象背后隱藏的原因和道理，缺乏探究的興趣，即使少數(shù)人進(jìn)行了探討，也只是滿足于陰陽感應(yīng)之類的思辨性解釋。這種狀況雖然使得古代積累了大量的關(guān)于各種物理現(xiàn)象的資料，但卻始終未能形成比較深入的理論認(rèn)識。因而，中國古代對各種物理現(xiàn)象的認(rèn)識（除音律學(xué)等個(gè)別領(lǐng)域外）只能長期停留在零散的經(jīng)驗(yàn)積累水平上，無法發(fā)展成系統(tǒng)的、有一定理論深度的知識體系。