重視現象觀察而忽視原因探討*
——中國古代物理認識活動的一個特點

胡化凱

（中國科學技術大學科技史與科技考古系，安徽 合肥 230026）

由古代相關文獻可以發現，出于職業活動的需要，中國古代不同的人群對不同的物理現象各有特殊的關注，如算學家對機械運動現象、醫家對火的燃燒現象、道士對金屬鏡組合成像現象、煉丹家及醫家對一些天然晶體的色散現象、天文星占家對一些大氣光學現象、醫家及煉丹家對磁石吸鐵現象、堪輿家和航海家對磁針的指向性都比較關注。不過，這些人對相關物理現象的關注，都只是出于某種現實活動的需要，而不是要探討這些現象發生的原因。換言之，他們只是相關物理現象的運用者，而不是這些現象的研究者；他們對這些物理現象背后隱藏的原因和道理關注不多，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于物理現象的經驗資料，但卻沒有形成具有一定理論深度的知識體系。

出于一些現實的需要，注重觀察現象而很少探討原因，這是中國古代物理認識活動的基本特點之一。認識這種特點，有助于理解中國古代在物理認識方面沒有形成系統的知識體系及其發展緩慢的原因。

不可否認，中國古代也有一些人對物理現象進行過比較認真的研究，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，都進行了簡單的模擬實驗觀察；趙友欽為了探討小孔成像的規律，專門設計了規模可觀的系統性實驗。這些工作都是非常可貴的。不過，就整個中國古代而言，這些行為實屬鳳毛麟角，遠未形成風氣，并未對科學認識活動產生明顯的影響。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于認識特點的判斷。

關于中國古代物理認識的成就，學者們已進行了相當充分的研究，取得了豐碩的成果，而關于上述物理認識特點的考察，則尚未引起學界的注意。

古代算學家對機械運動現象比較關注，他們把各種機械運動現象提煉成數學問題，運用數學方法予以求解，這種傳統從秦漢時期一直保持到近代西方物理學知識的傳入。這是中國古代關于機械運動現象認識的一個特點。《九章算術》的相關內容表明，早在西漢時期，算學家已能近似求解加速運動問題。但是，就物理認識的發展而言，算學家的這種做法具有明顯的局限性，因為沿著這條認識路線，無法發展出物理運動學理論。盡管解決運動學問題需要運用數學，但這是在物理學框架內把數學作為一種必要的工具使用，而不是以數學代替物理學。關于古代算學家對機械運動現象的認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。文章擬對其他幾個方面所表現的認識特點做一初步探討。

1 醫家對火的燃燒現象比較關注

火的燃燒現象屬于熱學研究的內容。中國先人很早就發明了火。經過長期的用火實踐，古人對其性質有了初步的認識，西漢《淮南子·詮言訓》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。”由此可見，至遲在西漢時期，人們已認識到無論外界環境是冷是熱，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“質有之也”。[2]北齊劉晝《劉子·大質》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，關注的重點是人，而不是火。

夏日雷雨天氣，閃電會引起火災，由此使得古人對雷火也有所認識。《南齊書·五行志》記載，永明八年（490）四月六日，會嵇山陰恒山保林寺發生雷擊現象：“剎上四破，電火燒塔下佛面，而窗戶不異。”[3]379北宋沈括的《夢溪筆談》記載，內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，極堅剛，就刀室中熔為汁，而室亦儼然。”[4]170這類現象使古人認識到，雷電之火與草木之火是兩種不同性質的火，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，不過很少有人總結火的種類及性質。直至南宋，朱熹弟子蔡沈才根據燃火的材質不同，將其分為木火、石火、雷火、油火、蟲火、磷火七類。[5]其中蟲火、磷火雖然發光，但并不是火。可見蔡沈對火的基本屬性的認識并不充分。

中國古代最關注火的燃燒屬性者當數醫家，因為他們將火作為一種療疾的工具，認為不同材質的火，具有不同的醫療效果。[6]正是基于醫療活動的需要，醫家對火的燃燒現象及其性質特別關注。

明代李時珍《本草綱目》設有《火部》，總結了各種類型的火，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。古代醫家依據五行理論解釋人體的生理結構和疾病成因，因而認為人體中也有“火”。從物理認識來看，這種分類未必合理，但李時珍對火的燃燒屬性所做的總結，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。李時珍關于兩者燃燒屬性的總結，用現代科學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》，設有《火部》，所收內容可分為兩類：一是前人書籍中記述的涉及火的一些事情，其中多有荒誕不經的東西；二是前人對火的一些零星認識，也多無深意。北宋李昉等編的《太平御覽》，其中有《火部》，所收內容比《藝文類聚》全面，但所反映的認識水平也遠不能與《本草綱目》相比。

古代有“四時變國火”之說。《周禮·夏官》設有“司爟”之官，“掌行火之政令，四時變國火，以救時疾”。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。”[8]1157古人提倡隨著季節的變化及時更換日常燃火的柴薪，認為此舉有益于人們的健康。對于“四時變國火”，李時珍解釋說：“蓋人之資于火食者，疾病壽夭生焉。四時鉆燧，取新火以為飲食之用，依歲氣而使無亢不及，所以救民之時疾也。”[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行了解釋。可以看出，李時珍的解釋是根據五行說關于四季與五色的對應關系而做出的推論，但也不排除他有可能對這些木柴燃火的顏色進行過仔細觀察。

清代不少本草學著作都列有《火部》，對各種火的治療效果進行了總結，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病；張璐在《本經逢原·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。乾隆時期，趙學敏著《本草綱目拾遺》，除著錄了繼《本草綱目》之后本草學取得的一些重要成就外，也對李時珍關于火的燃燒性質的認識有所發展。該書卷二《火部》指出：“陽火無質，以物為質，然后寄其形以燃物。陰火有質，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。”[9]這是用傳統的陰陽氣化理論解釋火的燃燒現象。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余種火的醫療作用。

從物理學認識來看，上述內容并無多少深意，但由此反映了醫家出于醫療活動的需要而對各種火的性質及其療效的高度關注。有理由認為，醫家總結各種火的醫療作用時，是對各種火的燃燒情況進行了認真觀察的。

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用頗為講究。然而，對火的燃燒現象及其性質有比較全面認識的當數醫家。

2 道士對金屬鏡組合成像現象非常癡迷

物體在鏡面中反射成像是一種比較常見的幾何光學現象，中國古人對此早有認識。《莊子·德充符》告誡人們：“人莫鑒于流水，而鑒于止水。”古代最理想的反射鏡當數金屬鏡。在日常生活中，人們只需對著一面鏡子觀照自己的容貌，無需同時使用幾面鏡子組合成像，而古代的道士在修煉活動中，則發明了金屬鏡組合成像方法。他們將幾面鏡子組合起來，使人在鏡中產生多次反射成像，構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有兩種：一是長生，二是通神。而“欲長生，當勤服大藥；欲得通神，當金水分形”。[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。”[12]273并且他認為：“其鏡道成，則能分形為數十人，衣服面貌皆如一。”[12]326這顯然是采用幾面鏡子組合而產生的多次反射成像現象。葛洪把人經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。

隨著道教的發展，道士們賦予了“明鏡之道”更多的功能，如成書于南北朝時期的《上清明鑒要經·真人道士摩鏡經》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。”[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。《洞玄靈寶道士明鏡法》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“四規鏡”，前者是用兩面尺寸合適的金屬鏡，在人的左右兩側同時對照，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，同時對照，即“以尺二寸鏡，前后左右一焉，名曰四規。”[15]道士們認為，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《太上明鑒真經》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“用四規所見來神甚多”。[12]273道教典籍中有不少這類描述，內容多大同小異。

既然“明鏡之道”有這般神奇的作用，道士們當然樂此不疲。據葛洪《抱樸子內篇·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的《明鏡經》《日月臨鏡經》《四規經》。葛洪在《抱樸子內篇·雜應》中也描述了日月鏡和四規鏡的使用方法及效果。這說明，至遲在東晉時期，所謂“明鏡之道”已經形成，到了唐宋時期，這種道術又有所發展。

《抱樸子內篇》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。”[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。”[13]第20冊，354顯然，所謂“七魄”，即同時在七面鏡子中看到自己的像。筆者經過模擬實驗發現，欲使一個人同時在七面鏡中成像，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造的一種虛幻境界，其中既有一定的幾何光學根據，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，還被認為是可以使妖魔鬼怪現出原形的重要法器，[12]300因此道教對金屬鏡的鑄造技術及打磨工藝都相當重視。道門中人不僅發明了打磨鏡面的“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”。結果造成“是形也與影無殊，是影也與形無異。乃知形之非實，影之非虛，無實無虛，可與道俱”。[17]這正是他們希望達到的一種狀態。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的經驗內容，卻無法推動相關認識的進一步深入。

3 煉丹家及醫家對天然晶體的色散現象觀察得特別仔細

晶體材料的微觀結構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生五彩繽紛的色散現象。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，需要鑒別其真偽，判定其優劣。古代煉丹家和醫家都是利用它們的色散現象來實現這一目的的，因而對這些晶體的色散現象觀察得特別仔細。

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。古代醫家及煉丹家根據丹砂的形狀及色散性質不同，將其分為不同種類，如呈細小顆粒或粉末狀，色紅明亮，觸之不染手者，稱朱寶砂；呈不規則板片狀、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，色發暗或呈灰褐色，質重而堅者，稱豆瓣砂，等等。梁陶弘景《名醫別錄》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，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，其質堅秘。白光耀目者，號曰丹砂。紅明者上，紫者次，赤濁者下。”[18]195唐蘇敬《新修本草》亦稱：“丹砂有十數品，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，觀察色散現象是醫家和煉丹家鑒別丹砂質量的基本方法。

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。成書于三國時期的《仙經》是道教的一部重要經典，該書早已亡佚，其中不少內容被道書及本草著作反復引用。據《云笈七簽》引述《仙經》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，耐風寒，增壽二千年；色黃白皛皛，名云液，宜秋服之，堅筋骨，通經脈，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，四時皆服，堅筋骨，通經脈，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，令人患淋發瘡；色雜黑而厚強肌者，是銅鐵間雜，名地碌（涿），不可服，伐人命。”[19]《仙經》根據云母的色散狀況不同，將其分為八種，并根據五行理論中五色與季節的對應關系，確定各自適于服用的季節及其對人體的影響。之后，葛洪在《抱樸子內篇·仙藥》中明確指出：“云母有五種，而人多不能分別也。法當舉以向日，看其色，詳占視之，乃可知耳。”“舉以向日，看其色”，是利用云母色散現象鑒別其種類的明確表述。葛洪所說的五種云母，即《仙經》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。”[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《名醫別錄》、張君房《云笈七簽》、寇宗奭《圖經衍義本草》及李時珍《本草綱目》等許多相關典籍中，都有與上述類似的論述。色散現象為古人提供了一種鑒別云母類別的簡便方法。古人據此將云母分為八種，足見其觀察、辨別之認真程度。

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《名醫別錄》稱：白石英“六面如削，白澈有光”，“味辛，無毒，主治肺痿，……”。關于其他顏色的石英，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》、寇宗奭《圖經衍義本草》、李時珍《本草綱目》等也都有類似論述。受五行、五色、五藏對應理論的影響，古人認為，人服用青、赤、黃、白、黑五色石英，“其補益隨臟色而治，青者治肝，赤者治心，黃者治脾，白者治肺，黑者治腎”，[20]即“五石脂各隨其色補五臟”[21]。既然石英的顏色與其藥效有明確的對應關系，因此，仔細觀察、準確鑒別其顏色即成為保證用藥效果的重要條件。

丹砂、云母、石英等物的色散現象并不為一般人所關注。出于煉丹和醫療活動的需要，道士和醫家根據它們的色散現象，將丹砂分為十數品、云母分為八種、石英分為五類，足見觀察之仔細。不過，對于這些光學現象，無論煉丹家還是醫家都是只知其然而不復強求其所以然，從不探討它們發生的原因及相關道理。

4 天文星占家對一些大氣光學現象特別關注

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

在天人感應觀念的影響之下，古人仰觀天文，不僅僅是“以察時變”，[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表達的就是這種認識。古人認為，日月星辰、虹霓云氣的某些變化，預示著天道吉兇及人事災難，因而對這類現象的觀察特別用心。中國歷史上幾乎每個朝代都有精于此術者，如殷代有巫咸，戰國有齊之甘德、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。古代的天文學家，絕大多數都是星占家。古人所說的天文，既包括日月星象，也包括虹霓云氣，其中許多內容屬于大氣光學現象。

觀察天文如此重要，因此歷代王朝都設有專門的機構負責這類工作。秦及兩漢有太史令，南北朝及隋唐有太史局、太史監，宋遼金元有司天監，明清有欽天監。這些機構中少則幾十人，多則幾百人，專門從事天象觀測、歷法制定以及星氣占驗等工作。此外，一些軍事家、文人術士等，或出于職業需要，或出于個人興趣，也會進行一些觀天象、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方面有所實踐、有所作述的人。

據《周禮·春官》記載，周代不僅設有掌管天象占驗的官員“保章氏”，其職責是根據各種天象“以觀妖祥”，“辨其吉兇”，[8]而且還設有掌管云氣占驗的官員“視祲”，其“掌十輝之法，以觀妖祥，辨吉兇”[8]944。“十輝”是祲、象、觹、監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現象。[23]

中國歷代諳于星占術的人撰寫了大量的星占著作，各種史書中的《藝文志》或《經籍志》對此有大量載錄，如：《漢書·藝文志》列有《漢日旁氣行事占驗》《漢日食月暈雜變行事占驗》等天文占驗書目20余種；《隋書·經籍志》收載的星氣占卜著作多達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《乙巳占》、瞿曇悉達《開元占經》等都是富有影響的星占著作。

中國古代雖然戰爭謀略十分發達，但觀察天象，預判吉兇，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天象云氣判斷戰爭勝負的內容，如曾公亮《武經總要后集》、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。

古代各種星占術專著、史書天文志以及一些軍事著作的相關篇章中，包含了十分豐富的關于大氣光學現象的內容，以下略舉幾例以示之。

戰國石申著有《石氏星經》，此書早已散佚，唐《開元占經》對之有大量引述，由此可以窺見其豐富的星占內容，其中關于日暈、月暈、日冠、日戴、日珥、日抱、日背、日玦、日直等現象的描述，頗具大氣光學價值，如“日旁有氣，圓而周匝，內赤外青，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”。《開元占經》也引述了甘德對“日提”“日格”等現象的描述，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現象，而且描述得相當詳細。這說明，早在戰國時期，星占家即對一些大氣光學現象進行了非常仔細的觀察。

《史記·天官書》中有大量天文占卜內容，其中說：“兩軍相當，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。”[25]1331這是根據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”和“戴”都是表示不同形態及顏色的云氣，屬于大氣光學現象。

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。”[26]

據戴念祖先生研究，《晉書·天文志》描述的屬于暈的大氣光學現象即有斗、戴、冠、纓、紐、負、戟、珥、抱、背、璚、直、提、格、承、承福、履、破走、白虹貫日、暈等，多達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、月珥等大氣光學現象，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于大氣光學現象的資料，這是歷代星占家辛勤觀察的結果。從這些文獻可以看出，星占家們對各種天象變化所形成的大氣光學現象非常重視，進行了大量的觀察，據此以判斷某種事物的吉兇，而對產生這些現象的原因或道理則不做物理的探討。在天人感應觀念影響下，他們認為：“虹霓之屬,因政而見；治道失于下，則天文變于上。”[29]因此將這些異常現象的發生看作是天對人事活動的吉兇昭示，其發生的根本原因在人而不在天。

5 醫家及煉丹家對磁石吸鐵現象比較關注

戰國時期，人們發現磁石具有吸鐵性，《呂氏春秋·精通》云：“慈石召鐵，或引之也。”[30]212之后，《淮南子》《論衡》《曹子建集》等都進一步指出，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弱？一般人不太關注這種事情。磁石是一種藥物，有療疾作用，成書于秦漢時期的《神農本草經》即認為它具有“主周痹風濕，肢節中痛，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。出于醫療和煉丹活動的需要，醫家和煉丹家對磁石的真偽及質量優劣非常在意，而吸鐵性能的強弱是用以鑒別其質量優劣的簡便而有效的方法。

成書于劉宋時期的雷斅《雷公炮炙論》說：“夫欲驗者，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。”雷斅根據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驗檢測的結果。該書還指出了磁石與“玄中石”及“中麻石”的區別：“此石之二真相似磁石，只是吸鐵不得”。[32]

陶弘景《名醫別錄》也說：“磁石好者，能懸吸針，虛連三四為佳”；并說“《仙經》、丹方、黃白術中多用之”[7]583。道教丹書《皇帝九鼎神丹經訣》也稱：“磁石好者，能懸吸針，虛連三四為佳。”[18]225隋代道士蘇玄朗所著《太清石壁記》強調：“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《本草經集注》基礎上增補內容，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”。這里描述的顯然是一種吸鐵性能很強的磁石。在早期的本草類著作中，磁石與玄石、處石多不做區分，認為是同一種東西，以至于“無識其形者，不知與磁石相類否”。《新修本草》對它們做了區分，書中指出，玄石雖然“光澤純黑”，貌似磁石而并非磁石，因為它“不能懸針”。[33]宋代蘇頌《本草圖經》也說，磁石最佳者，“能吸鐵虛連十數針，或一二斤刀器回轉不落者尤良”[7]583。《本草綱目》等明清本草學著作也多有與上述類似的論述。

醫家和煉丹家根據磁石的吸鐵性能，將其分為延年沙、續采石、磁石等不同類別，并將它們與玄石等類似之物區分開來。他們對磁石吸鐵性能的關注和利用，豐富了古人關于磁石性質的認識，同時也找到了鑒別磁石的有效方法。

至于磁石為何吸鐵，醫家及煉丹家則極少予以關注，因此在本草和煉丹類著作中幾乎沒有提及。對磁石吸鐵現象給予解釋的是少數學者。東漢王充用同類感應觀念解釋這種現象，認為磁石與鐵針，雖形質不同，但屬同類，同類則氣性相通，相互感應；異類之物，“氣性異殊，不能相感動也”。[34]晉代郭璞也認為：“磁石吸鐵，玳瑁取芥，氣有潛通，數亦冥會，物之相感，出乎意外。”[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象。古代醫家和煉丹家雖然對磁石吸鐵現象有著長期的觀察，并做過一些簡單的量化測試，但始終未對這種現象做過深入的考察，以至于認識水平一直停留在膚淺的經驗層面上。

6 堪輿家及航海家對磁針的指向性特別關注

指南針是中國古代的一項重大發明，被用于堪輿、航海、軍事等活動。古代關注指南針指向性的有兩類人，一類是指南針的使用者，另一類是士人或學者，前者是出于實用需要，后者則是出于探索興趣。

沈括在《夢溪筆談》中記載了指南針所指方向與地理南北方向不一致的現象：“方家以磁石磨針鋒，則能指南，然常微偏東，不全南也。”至于磁針為何指南而偏東，沈括“莫可原其理”。[4]201之后，寇宗奭在《本草衍義》中重復了沈括關于指南針的描述。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的理論，西方屬金。指南針為鐵所制，也屬金類。指南針所用羅盤有二十四向方位，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進行過測量，清代梅文鼎乃至康熙帝也都討論過指南針的指向問題。這些情況反映了學者對磁針指向性的關注。

北宋《武經總要前集》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，不過古代文獻中這方面的記載極少。

關于指南針用于航海活動，北宋末期朱彧《萍洲可談》及徐兢《宣和奉使高麗圖經》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。毫厘之差，生死系焉。”[37]南宋吳自牧《夢梁錄》描述得更為詳細：“風雨晦冥時，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，時時觀察磁針的指向，并據此以確定船的航行方向。明清時期，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指南針的指向所確定的航行方向，是指南針用于航海活動的真實記錄和經驗總結。

關于指南針何時被用于堪輿活動，目前尚未發現明確的史料依據。堪輿術在唐宋時期獲得了很大發展，形成了系統的理論和多個流派，這與指南針（羅盤）的普遍運用有很大關系。羅盤是堪輿活動的重要工具。堪輿家在勘察陰宅、陽宅活動中，根據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磁針指向判別地理方位的方法。

出于職業活動的需要，堪輿家對磁針指向性的關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。坎離正位人難識，差卻毫厘斷不靈。”由此即可看出風水師對磁針指向情況的高度關注。

古代堪輿著作中有大量關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。”注文說：“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。”[39]坎離即子午，是地理南北方向。壬丙是磁針所偏方向。該書認為，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，以是完。”其注文說：“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，感應必然之機。”[39]21-22這是用陰陽感應觀念做出的解釋。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。這既與他們的職業身份有關，也與他們缺乏探索興趣有關。

7 結語

由上述可以看出，算學家關注機械運動現象，將之提煉成數學問題，用純粹的數學方法解答，因而不可能提煉出一般性物理問題，形成一般性物理概念。沿著這種認識路線，不可能發展出物理學的運動理論。醫家關注火的燃燒現象及其性質，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。道教徒對平面鏡組合成像現象的運用，只關注成像的效果，而不問成像的原因，因而不可能對幾何光學有深入的認識。煉丹家及醫家利用丹砂、云母、石英等天然晶體的色散現象判斷其類別及效用，而對相關光學現象的形成原因則不感興趣。天文星占家把各種大氣光學現象看作天人感應的不同表現，觀察它們是為了揣測天意、預知吉兇，而不是要探究它們形成的原因。煉丹家及醫家根據磁石的吸鐵情況判斷其質量優劣，至于磁石為何吸鐵，他們并不關心，只有少數學者以同類感應觀念解釋這種現象。堪輿家和航海家對磁針指向性的關注，也是出于職業的需要。他們只在意磁針的指向與地理南北方向的偏離情況，而不太關心產生這種偏離的原因。即使少數學者及風水師對這類現象發生的原因有所探討，也只是簡單地將其歸之于陰陽感應作用。

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