重视现象观察而忽视原因探讨*——中国古代物理认识活动的一个特点

胡化凯

（中国科学技术大学科技史与科技考古系，安徽 合肥 230026）

由古代相关文献可以发现，出于职业活动的需要，中国古代不同的人群对不同的物理现象各有特殊的关注，如算学家对机械运动现象、医家对火的燃烧现象、道士对金属镜组合成像现象、炼丹家及医家对一些天然晶体的色散现象、天文星占家对一些大气光学现象、医家及炼丹家对磁石吸铁现象、堪舆家和航海家对磁针的指向性都比较关注。不过，这些人对相关物理现象的关注，都只是出于某种现实活动的需要，而不是要探讨这些现象发生的原因。换言之，他们只是相关物理现象的运用者，而不是这些现象的研究者；他们对这些物理现象背后隐藏的原因和道理关注不多，或缺乏探究的兴趣。这就使得中国古代虽然积累了丰富的关于物理现象的经验资料，但却没有形成具有一定理论深度的知识体系。

出于一些现实的需要，注重观察现象而很少探讨原因，这是中国古代物理认识活动的基本特点之一。认识这种特点，有助于理解中国古代在物理认识方面没有形成系统的知识体系及其发展缓慢的原因。

不可否认，中国古代也有一些人对物理现象进行过比较认真的研究，如北宋沈括、元代赵友钦和明代朱载堉为了探讨月相变化的原因，都进行了简单的模拟实验观察；赵友钦为了探讨小孔成像的规律，专门设计了规模可观的系统性实验。这些工作都是非常可贵的。不过，就整个中国古代而言，这些行为实属凤毛麟角，远未形成风气，并未对科学认识活动产生明显的影响。因此，虽然有这类零星的探索活动存在，但并不影响我们从整体上做出上述关于认识特点的判断。

关于中国古代物理认识的成就，学者们已进行了相当充分的研究，取得了丰硕的成果，而关于上述物理认识特点的考察，则尚未引起学界的注意。

古代算学家对机械运动现象比较关注，他们把各种机械运动现象提炼成数学问题，运用数学方法予以求解，这种传统从秦汉时期一直保持到近代西方物理学知识的传入。这是中国古代关于机械运动现象认识的一个特点。《九章算术》的相关内容表明，早在西汉时期，算学家已能近似求解加速运动问题。但是，就物理认识的发展而言，算学家的这种做法具有明显的局限性，因为沿着这条认识路线，无法发展出物理运动学理论。尽管解决运动学问题需要运用数学，但这是在物理学框架内把数学作为一种必要的工具使用，而不是以数学代替物理学。关于古代算学家对机械运动现象的认识以及这种做法存在的局限性，笔者已有专文讨论，[1]在此无需赘述。文章拟对其他几个方面所表现的认识特点做一初步探讨。

1 医家对火的燃烧现象比较关注

火的燃烧现象属于热学研究的内容。中国先人很早就发明了火。经过长期的用火实践，古人对其性质有了初步的认识，西汉《淮南子·诠言训》即指出：“大寒地坼水凝，火弗为衰其暑；大热铄石流金，火弗为益其烈。”由此可见，至迟在西汉时期，人们已认识到无论外界环境是冷是热，火本身的炽热程度则不会改变，这是由其本性决定的，即所谓“质有之也”。[2]北齐刘昼《刘子·大质》篇也有类似的论述。这是中国古代论述火的本性的两条重要史料。不过，《淮南子》和刘昼都是以火的属性比喻人的品德，关注的重点是人，而不是火。

夏日雷雨天气，闪电会引起火灾，由此使得古人对雷火也有所认识。《南齐书·五行志》记载，永明八年（490）四月六日，会嵇山阴恒山保林寺发生雷击现象：“刹上四破，电火烧塔下佛面，而窗户不异。”[3]379北宋沈括的《梦溪笔谈》记载，内侍李舜举家曾遭雷击：“有一木格，其中杂储诸器。其漆器银扣者，银悉熔流在地，漆器不曾焦灼。有一宝刀，极坚刚，就刀室中熔为汁，而室亦俨然。”[4]170这类现象使古人认识到，雷电之火与草木之火是两种不同性质的火，它可以熔化金属而不燃草木。

古人在日常生活中会接触到各种材料燃烧的火，不过很少有人总结火的种类及性质。直至南宋，朱熹弟子蔡沈才根据燃火的材质不同，将其分为木火、石火、雷火、油火、虫火、磷火七类。[5]其中虫火、磷火虽然发光，但并不是火。可见蔡沈对火的基本属性的认识并不充分。

中国古代最关注火的燃烧属性者当数医家，因为他们将火作为一种疗疾的工具，认为不同材质的火，具有不同的医疗效果。[6]正是基于医疗活动的需要，医家对火的燃烧现象及其性质特别关注。

明代李时珍《本草纲目》设有《火部》，总结了各种类型的火，将之分为阴、阳两类，凡十二种，包括太阳之火、钻木之火、击石之火、戛金之火、石油之火、雷电之火，也包括所谓人体中的阴火和阳火，而没有把虫火、磷火列于其中。古代医家依据五行理论解释人体的生理结构和疾病成因，因而认为人体中也有“火”。从物理认识来看，这种分类未必合理，但李时珍对火的燃烧属性所做的总结，则基本上是正确的。他指出：“诸阳火遇草而焫，得木而燔，可以湿伏，可以水灭。诸阴火不焚草木而流金石，得湿愈焰，遇水益炽；以水折之，则光焰指天，物穷方止；以火逐之，以灰扑之，则灼性自消，光焰自灭。”[7]415阳火，即草木燃烧之火；阴火，即雷电之火。李时珍关于两者燃烧属性的总结，用现代科学知识来看是比较容易理解的。此外，《本草纲目》还讨论了桑柴火、炭火、芦火、竹火、艾火、灯火的疗疾作用。此前，唐代欧阳询撰《艺文类聚》，设有《火部》，所收内容可分为两类：一是前人书籍中记述的涉及火的一些事情，其中多有荒诞不经的东西；二是前人对火的一些零星认识，也多无深意。北宋李昉等编的《太平御览》，其中有《火部》，所收内容比《艺文类聚》全面，但所反映的认识水平也远不能与《本草纲目》相比。

古代有“四时变国火”之说。《周礼·夏官》设有“司爟”之官，“掌行火之政令，四时变国火，以救时疾”。东汉郑众注云：“春取榆柳之火，夏取枣杏之火，季夏取桑柘之火，秋取柞楢之火，冬取槐檀之火。”[8]1157古人提倡随着季节的变化及时更换日常燃火的柴薪，认为此举有益于人们的健康。对于“四时变国火”，李时珍解释说：“盖人之资于火食者，疾病寿夭生焉。四时钻燧，取新火以为饮食之用，依岁气而使无亢不及，所以救民之时疾也。”[7]417并且他对郑众所说的榆柳、杏枣、桑柘、柞楢、槐檀之火所具有的颜色进行了解释。可以看出，李时珍的解释是根据五行说关于四季与五色的对应关系而做出的推论，但也不排除他有可能对这些木柴燃火的颜色进行过仔细观察。

清代不少本草学著作都列有《火部》，对各种火的治疗效果进行了总结，如吴仪洛在《本草从新·火部》中讨论了桑柴火、栎炭火、烰炭火、芦火、竹火、灯火等适宜治疗的疾病；张璐在《本经逢原·火部》中讨论了煤火、薪火、桑柴火、燧火、石火、马矢火、苇薪火、灯火、烛火、烟草火等适合治疗的病症。乾隆时期，赵学敏著《本草纲目拾遗》，除著录了继《本草纲目》之后本草学取得的一些重要成就外，也对李时珍关于火的燃烧性质的认识有所发展。该书卷二《火部》指出：“阳火无质，以物为质，然后寄其形以燃物。阴火有质，不必寄形于物，而不能尽焚诸物。盖阳火乃火之魂，属阳，气热；阴火乃火之魄，属阴，气不热。”[9]这是用传统的阴阳气化理论解释火的燃烧现象。书中还讨论了太阳之火、钻木之火、击石之火、戛金之火、石油之火、烧酒之火、雷火、煤火、松柴火、栎柴火、稻麦穗火、烟草火、神灯火等30余种火的医疗作用。

从物理学认识来看，上述内容并无多少深意，但由此反映了医家出于医疗活动的需要而对各种火的性质及其疗效的高度关注。有理由认为，医家总结各种火的医疗作用时，是对各种火的燃烧情况进行了认真观察的。

古代祭祀活动，要求用阳燧引取太阳之火以燔物；民众烹煮食物，要求随季节变化而取薪火以用之；文人雅士煮茶，以“击石取鲜火”为尚；[10]甚至有人能够品尝出用不同薪火烹煮的食物的味道存在差别，[11]可见古人对于火的运用颇为讲究。然而，对火的燃烧现象及其性质有比较全面认识的当数医家。

2 道士对金属镜组合成像现象非常痴迷

物体在镜面中反射成像是一种比较常见的几何光学现象，中国古人对此早有认识。《庄子·德充符》告诫人们：“人莫鉴于流水，而鉴于止水。”古代最理想的反射镜当数金属镜。在日常生活中，人们只需对着一面镜子观照自己的容貌，无需同时使用几面镜子组合成像，而古代的道士在修炼活动中，则发明了金属镜组合成像方法。他们将几面镜子组合起来，使人在镜中产生多次反射成像，构成一种真假莫辨的虚幻境界，以满足修炼的需要。

依照东晋炼丹家葛洪的说法，道士修行所追求的目标有两种：一是长生，二是通神。而“欲长生，当勤服大药；欲得通神，当金水分形”。[12]326所谓“金水分形”，即人对着金属镜或水镜反射成像。道教称这种过程为修“明镜之道”，这是道士修行的方法之一。葛洪说：“用明镜九寸以上自照，有所思存，七日七夕则见神仙。”[12]273并且他认为：“其镜道成，则能分形为数十人，衣服面貌皆如一。”[12]326这显然是采用几面镜子组合而产生的多次反射成像现象。葛洪把人经镜面多次反射所成的像，看作人的“分形”，并且把“分形”与“通神”看作一回事。

随着道教的发展，道士们赋予了“明镜之道”更多的功能，如成书于南北朝时期的《上清明鉴要经·真人道士摩镜经》称：“明镜之道，可以分形变化，以一为万；又能令人聪明，逆知方来之事；又能令人与天上诸神仙见，行其道得法，则天上诸神仙皆来至。道士自见己身，则长生不老，还成少童。”[13]418由此可见，修明镜之道有四种作用，即分形变化、令人聪明、与神相通及长生不老。《洞玄灵宝道士明镜法》等道教著作也有类似的论述。

道教常用的镜面组合成像方法有“日月镜”和“四规镜”，前者是用两面尺寸合适的金属镜，在人的左右两侧同时对照，即“以明镜九寸，无令面中有疵瑕，正令清明，左右各一，去人一尺五寸，与目齐”；[14]后者是用四面金属镜置于人的前后左右，同时对照，即“以尺二寸镜，前后左右一焉，名曰四规。”[15]道士们认为，参与组合成像的镜子越多，其修行效果就越好，功能也就越多。据《太上明鉴真经》称，“以一尺镜一枚，正置其前，亦以见神，而不能长生”；[13]第28册，422而 日 月 镜 既 可 以 使 人“分 形 万千”，又能“身形不衰”，延年益寿；[14]418四规镜不仅使人“分身散形，坐在立亡，上升黄庭，长生不死”，而且使人具有“役使百灵，入水入火，入金入石，入木入土，飞行在意”的能力[16]。正所谓“用四规所见来神甚多”。[12]273道教典籍中有不少这类描述，内容多大同小异。

既然“明镜之道”有这般神奇的作用，道士们当然乐此不疲。据葛洪《抱朴子内篇·遐览》记载，其师郑隐收藏的道书中即有专门论述修炼明镜法术的《明镜经》《日月临镜经》《四规经》。葛洪在《抱朴子内篇·杂应》中也描述了日月镜和四规镜的使用方法及效果。这说明，至迟在东晋时期，所谓“明镜之道”已经形成，到了唐宋时期，这种道术又有所发展。

《抱朴子内篇》称：“形分则自见其身中之三魂七魄，而天灵地祇皆可接见，山川之神皆可使役。”[12]326如何能够见到自己的“三魂七魄”？葛洪并未说明。唐代道书《金锁流珠引》给出了一种方法：“常以一年之中，取中元日，排镜七面，可为一尺八寸阔，照身中神，看有七魄以否。”[13]第20册，354显然，所谓“七魄”，即同时在七面镜子中看到自己的像。笔者经过模拟实验发现，欲使一个人同时在七面镜中成像，需将七面镜子沿着一段圆弧排列，镜面向着圆心，人位于圆心处。这也是一种镜面组合成像方法。既然能在七面镜子中成像，自然也能在三面镜子中成像，因而也就能看到所谓的“三魂”了。

道教所谓的“分形”“通神”，是借助于镜面组合成像效果构造的一种虚幻境界，其中既有一定的几何光学根据，又有很大的想象、臆断的成分。

明镜不仅是道士们修炼“镜道”的工具，还被认为是可以使妖魔鬼怪现出原形的重要法器，[12]300因此道教对金属镜的铸造技术及打磨工艺都相当重视。道门中人不仅发明了打磨镜面的“摩镜药”，而且不乏铸造金属镜的能工巧匠。唐代上清派法师司马承祯即是一位铸镜高手，曾为唐明皇铸造有名的“含象鉴”。

道士们运用镜面组合成像方法，“以一镜照形，以余镜照影。镜镜相照，影影相传，不变冠剑之状，不夺黼黻之色”。结果造成“是形也与影无殊，是影也与形无异。乃知形之非实，影之非虚，无实无虚，可与道俱”。[17]这正是他们希望达到的一种状态。道士们痴迷于这种真假难辨的虚幻境界，追求的是所谓的“分身”“通神”效果，而对镜面组合成像的道理则全然不知，而且也毫无探求这些道理的兴趣。因而，这种活动固然丰富了中国古代几何光学的经验内容，却无法推动相关认识的进一步深入。

3 炼丹家及医家对天然晶体的色散现象观察得特别仔细

晶体材料的微观结构在三维空间呈周期性排列，对光具有折射性，因而在日光照射下会产生五彩缤纷的色散现象。丹砂、云母及石英是常见的天然晶体，也是古代用于炼丹和疗疾的重要材料。使用这些材料，需要鉴别其真伪，判定其优劣。古代炼丹家和医家都是利用它们的色散现象来实现这一目的的，因而对这些晶体的色散现象观察得特别仔细。

丹砂是硫化汞矿物,属三方晶系，在日光照射下呈红色，有光泽，味甘，微寒，有毒，有安神、解毒作用。古代医家及炼丹家根据丹砂的形状及色散性质不同，将其分为不同种类，如呈细小颗粒或粉末状，色红明亮，触之不染手者，称朱宝砂；呈不规则板片状、斜方形或长条形，色红而鲜艳，光亮如镜面而透明者，称镜面砂；呈方圆形或多角形，色发暗或呈灰褐色，质重而坚者，称豆瓣砂，等等。梁陶弘景《名医别录》称：“（丹砂）惟须光明莹澈为佳。”[7]517成书于初唐的道书《黄帝九鼎神丹经诀》卷十三称：“打破亦明，色焰焰然，有精似火星，向日看之，如动摇光明沙，若其体细，重破之白光昱昱然。又片版粗大如马牙，或小如卷，晃晃昱昱，光明晖彻，其质坚秘。白光耀目者，号曰丹砂。红明者上，紫者次，赤浊者下。”[18]195唐苏敬《新修本草》亦称：“丹砂有十数品，最上者光明砂……形似芙蓉，破之如云母，光明照彻。”[7]517唐张果《玉洞大神丹砂真要诀·辨丹砂诀》也云：“上品光明砂，……色如未开红莲花，光明耀日；外白浮光明者，是上品马牙砂；若有如云母白光者，是中品马牙砂也。其次又有圆长似笑生而红紫者，亦是上品紫灵砂也。又有如石片棱角生而青光者，是下品紫灵砂也。”[13]第19册，37北宋苏颂《图经本草》指出，判断真假丹砂的重要方法是看其在日光下是否“光明莹澈”。[7]518北宋寇宗奭《本草衍义》也指出，上品丹砂具有“光明可鉴，研之鲜红”等属性。[7]518这些引述说明，观察色散现象是医家和炼丹家鉴别丹砂质量的基本方法。

云母属单斜晶系，常呈板状或块状，外观上为六方形或菱形，一般带有轻微的浅黄、浅绿、浅灰等色，有一定的透明度及光泽。成书于三国时期的《仙经》是道教的一部重要经典，该书早已亡佚，其中不少内容被道书及本草著作反复引用。据《云笈七签》引述《仙经》称：“云母有八种，各有名，向日视乃别之。色黄白而多青者，名云英，宜春服之，令人身轻，入水不寒，增寿四千年；色青黄，煌煌而多赤者，名云珠，宜以夏服之，令人身轻，耐寒暑，增寿三千年；色如承云，乍白乍黄，名云沙，季夏服之，身轻生光，耐风寒，增寿二千年；色黄白皛皛，名云液，宜秋服之，坚筋骨，通经脉，增寿一千年；色青白多黑，名云母，宜以冬服之，身轻，入火不灼，增寿五千年；色皎然白而明彻者，名磷石，四时皆服，坚筋骨，通经脉，增寿五千年；色暗暗纯黑，若有黑文斑斑如铁者，名云胆，不可服，令人患淋发疮；色杂黑而厚强肌者，是铜铁间杂，名地碌（涿），不可服，伐人命。”[19]《仙经》根据云母的色散状况不同，将其分为八种，并根据五行理论中五色与季节的对应关系，确定各自适于服用的季节及其对人体的影响。之后，葛洪在《抱朴子内篇·仙药》中明确指出：“云母有五种，而人多不能分别也。法当举以向日，看其色，详占视之，乃可知耳。”“举以向日，看其色”，是利用云母色散现象鉴别其种类的明确表述。葛洪所说的五种云母，即《仙经》中前五种对人体有健康作用者。隋苏玄朗《太清石壁记》卷下《水炼云母法》也说：“取其云母，向日看，五色焕烂然无瑕秽者良。”[13]第18册，763唐孙思邈《枕中记·饵云母法》亦称：“云母有八种，各有异名，向日视之乃别。”[13]第18册，465唐代道书《金石簿五九数诀·云母》谓：“云母有六种，向日看乃分明。”[13]第10册，102此外，陶弘景《名医别录》、张君房《云笈七签》、寇宗奭《图经衍义本草》及李时珍《本草纲目》等许多相关典籍中，都有与上述类似的论述。色散现象为古人提供了一种鉴别云母类别的简便方法。古人据此将云母分为八种，足见其观察、辨别之认真程度。

石英属三方晶系，常呈六方柱状或锥形，在光照下透明、半透明或不透明。石英颜色不一，无色透明者名白石英，紫色者名紫石英，等等。陶弘景《名医别录》称：白石英“六面如削，白澈有光”，“味辛，无毒，主治肺痿，……”。关于其他颜色的石英，该书称：“黄端白棱者，名黄石英；赤端，名赤石英；青端，名青石英；黑端，名黑石英。”[7]510孙思邈《千金翼方》也有与此相同的论述。北宋唐慎微《经史证类备急本草》卷三对各种石英的色散情况描述得更为具体，认为青端赤后者是青石英，赤端白后者是赤石英，黄色如金在端者是黄石英，黑泽有光者是黑石英。苏颂《本草图经》、寇宗奭《图经衍义本草》、李时珍《本草纲目》等也都有类似论述。受五行、五色、五藏对应理论的影响，古人认为，人服用青、赤、黄、白、黑五色石英，“其补益随脏色而治，青者治肝，赤者治心，黄者治脾，白者治肺，黑者治肾”，[20]即“五石脂各随其色补五脏”[21]。既然石英的颜色与其药效有明确的对应关系，因此，仔细观察、准确鉴别其颜色即成为保证用药效果的重要条件。

丹砂、云母、石英等物的色散现象并不为一般人所关注。出于炼丹和医疗活动的需要，道士和医家根据它们的色散现象，将丹砂分为十数品、云母分为八种、石英分为五类，足见观察之仔细。不过，对于这些光学现象，无论炼丹家还是医家都是只知其然而不复强求其所以然，从不探讨它们发生的原因及相关道理。

4 天文星占家对一些大气光学现象特别关注

来自日月和其他光源的光通过大气层时，会发生选择性吸收、散射、反射、折射、衍射等现象，使其传播的路径及颜色发生改变，呈现出各种色彩缤纷的大气光学现象。大气中发生的光学现象主要有晕、虹、华、幻日、海市蜃楼、曙暮光、早晚霞等。对于这些现象，中国古人都进行过长期的观察，并做过大量的记录。虹是日光沿着一定的角度进入空气中的水滴，经过比较复杂的折射与反射过程所造成的一种色散现象；晕是由于太阳或月亮光线在冰晶上折射与反射引起的一系列光学现象的总称；华是由于云中的水滴和冰针分别起小孔与狭缝的作用，使光发生衍射，从而围绕太阳或月亮形成许多彩色圆环。古人对晕和华不做区分，都称为晕。当晕、虹等典型的大气光学现象在天空中出现时，一般人只是出于好奇而观望一下，而对于大多数非典型的大气光学现象，一般人则视而不见。真正对各种大气光学现象产生兴趣、特别关注的是中国古代的天文星占家。

在天人感应观念的影响之下，古人仰观天文，不仅仅是“以察时变”，[22]更为重要的则是以“辨吉凶”。所谓的“天垂象见吉凶，圣人象之”，[22]63表达的就是这种认识。古人认为，日月星辰、虹霓云气的某些变化，预示着天道吉凶及人事灾难，因而对这类现象的观察特别用心。中国历史上几乎每个朝代都有精于此术者，如殷代有巫咸，战国有齐之甘德、楚之唐昧、赵之尹皋、魏之石申等。之后的朝代，星占名家更是层出不穷。古代的天文学家，绝大多数都是星占家。古人所说的天文，既包括日月星象，也包括虹霓云气，其中许多内容属于大气光学现象。

观察天文如此重要，因此历代王朝都设有专门的机构负责这类工作。秦及两汉有太史令，南北朝及隋唐有太史局、太史监，宋辽金元有司天监，明清有钦天监。这些机构中少则几十人，多则几百人，专门从事天象观测、历法制定以及星气占验等工作。此外，一些军事家、文人术士等，或出于职业需要，或出于个人兴趣，也会进行一些观天象、占吉凶的活动。广义地说，这些人都可以被称为天文星占家。文章所说的天文星占家，泛指古代在星气占验方面有所实践、有所作述的人。

据《周礼·春官》记载，周代不仅设有掌管天象占验的官员“保章氏”，其职责是根据各种天象“以观妖祥”，“辨其吉凶”，[8]而且还设有掌管云气占验的官员“视祲”，其“掌十辉之法，以观妖祥，辨吉凶”[8]944。“十辉”是祲、象、觹、监之类的十种异常天象，其中包含了抱、珥、背、璚、晕、虹、日傍气刺日、白虹弥天贯日等大气光学现象。[23]

中国历代谙于星占术的人撰写了大量的星占著作，各种史书中的《艺文志》或《经籍志》对此有大量载录，如：《汉书·艺文志》列有《汉日旁气行事占验》《汉日食月晕杂变行事占验》等天文占验书目20余种；《隋书·经籍志》收载的星气占卜著作多达60种，其中有《日月晕》《日月晕图》《魏氏日旁气图》《天文占云气图》《月晕占》《日月食晕占》《日月晕珥云气图占》等；《旧唐书·经籍志》及《新唐书·艺文志》分别收入天文星占类著作26家和20家，其中刘表《荆州星占》、庾季才《灵台秘苑》、李淳风《乙巳占》、瞿昙悉达《开元占经》等都是富有影响的星占著作。

中国古代虽然战争谋略十分发达，但观察天象，预判吉凶，仍然是高明的军事家需要具备的基本技能，因而一些兵书中也有专门论述根据天象云气判断战争胜负的内容，如曾公亮《武经总要后集》、李克家《戎事类占》、王鸣鹤《登坛必究》、何汝宾《兵録》及茅元仪《武备志》等都有这方面的篇章。

古代各种星占术专著、史书天文志以及一些军事著作的相关篇章中，包含了十分丰富的关于大气光学现象的内容，以下略举几例以示之。

战国石申著有《石氏星经》，此书早已散佚，唐《开元占经》对之有大量引述，由此可以窥见其丰富的星占内容，其中关于日晕、月晕、日冠、日戴、日珥、日抱、日背、日玦、日直等现象的描述，颇具大气光学价值，如“日旁有气，圆而周匝，内赤外青，名为晕”；“月旁有气，圆而周匝，黄白，名为晕”；“气有青赤，立在日上，名为冠”；“气在日上，名为戴；戴之色青赤”；“日两旁有气，短小，中赤外青，名为珥”；日抱，“气青赤在日旁”；日背，“气青赤而曲外向”；“气青赤曲向外，中有一横，状如带钩，名为玦”；“色赤丈余，正立日月之旁，名为直”。《开元占经》也引述了甘德对“日提”“日格”等现象的描述，如“日四傍有赤云，曲而向日，名曰四提”；“有青气横在日上下者为格”，等等。[24]这些都属于大气光学现象，而且描述得相当详细。这说明，早在战国时期，星占家即对一些大气光学现象进行了非常仔细的观察。

《史记·天官书》中有大量天文占卜内容，其中说：“两军相当，日晕。晕等，力钧；厚长大，有胜；薄短小，无胜。重抱，大破；无抱，为和；背，不和，为分离相去。直为自立，立侯王；指晕若曰杀将。负且戴，有喜。围在中，中胜；在外，外胜。青外赤中，以和相去；赤外青中，以恶相去。气晕，先至而后去，居军胜。”[25]1331这是根据日旁云气的形状及颜色判断军事胜败的一段占文，其中“晕”“抱”“背”“直”“负”和“戴”都是表示不同形态及颜色的云气，属于大气光学现象。

长沙马王堆三号汉墓出土帛书《天文气象杂占》由彩图和文字构成，全书有占文约300条，其中有星气、日晕、月晕、日珥、赤虹、白虹、两月并出、四月并出等多幅图及占词，还有一幅六重月晕图，其占词云：“月六晕到九晕，天下亡邦。”[26]

据戴念祖先生研究，《晋书·天文志》描述的属于晕的大气光学现象即有斗、戴、冠、缨、纽、负、戟、珥、抱、背、璚、直、提、格、承、承福、履、破走、白虹贯日、晕等，多达20余种。[27]

成书于明洪熙元年（1425）的《天元玉历祥异赋》是一本图文并茂的天文占卜书，书中以图描绘了各种云气、日晕、日珥、月晕、月珥等大气光学现象，并附有简短的占词，如“日晕十重占”图下说：“日晕十重，主大乱”；“月晕十重占”图下说：“晕十重，乃更元”；“十重者有大变”。[28]

上述说明，中国古代天文星占著作中保存了丰富的关于大气光学现象的资料，这是历代星占家辛勤观察的结果。从这些文献可以看出，星占家们对各种天象变化所形成的大气光学现象非常重视，进行了大量的观察，据此以判断某种事物的吉凶，而对产生这些现象的原因或道理则不做物理的探讨。在天人感应观念影响下，他们认为：“虹霓之属,因政而见；治道失于下，则天文变于上。”[29]因此将这些异常现象的发生看作是天对人事活动的吉凶昭示，其发生的根本原因在人而不在天。

5 医家及炼丹家对磁石吸铁现象比较关注

战国时期，人们发现磁石具有吸铁性，《吕氏春秋·精通》云：“慈石召铁，或引之也。”[30]212之后，《淮南子》《论衡》《曹子建集》等都进一步指出，磁石只能吸铁，而不能吸引瓦石铜金等其他物体。

磁石具有吸铁性，如何判断这种性能的强弱？一般人不太关注这种事情。磁石是一种药物，有疗疾作用，成书于秦汉时期的《神农本草经》即认为它具有“主周痹风湿，肢节中痛，不可持物，洗洗酸消，除大热烦满及耳聋”的功效。[31]磁石也是一种炼丹原料，东汉魏伯阳《周易参同契》所提到的炼丹药物即有铅、汞、硫磺、丹砂、云母、磁石等。出于医疗和炼丹活动的需要，医家和炼丹家对磁石的真伪及质量优劣非常在意，而吸铁性能的强弱是用以鉴别其质量优劣的简便而有效的方法。

成书于刘宋时期的雷斅《雷公炮炙论》说：“夫欲验者，一斤磁石，四面吸铁一斤者，此名延年砂；四面只吸铁八两者，号曰绪采石；四面只吸铁五两以来者，号曰磁石。”雷斅根据磁石吸铁能力的大小，将其分为三类。这种定量化的描述，显然是基于简单的实验检测的结果。该书还指出了磁石与“玄中石”及“中麻石”的区别：“此石之二真相似磁石，只是吸铁不得”。[32]

陶弘景《名医别录》也说：“磁石好者，能悬吸针，虚连三四为佳”；并说“《仙经》、丹方、黄白术中多用之”[7]583。道教丹书《皇帝九鼎神丹经诀》也称：“磁石好者，能悬吸针，虚连三四为佳。”[18]225隋代道士苏玄朗所著《太清石壁记》强调：“磁石但取引针，相连五六者为良，连针唯多最好。”[13]第18册，733唐代苏敬、李绩等在陶弘景《本草经集注》基础上增补内容，纂成《新修本草》，其中注文说，磁石“初破好者，能连十针，一斤铁刀亦被回转”。这里描述的显然是一种吸铁性能很强的磁石。在早期的本草类著作中，磁石与玄石、处石多不做区分，认为是同一种东西，以至于“无识其形者，不知与磁石相类否”。《新修本草》对它们做了区分，书中指出，玄石虽然“光泽纯黑”，貌似磁石而并非磁石，因为它“不能悬针”。[33]宋代苏颂《本草图经》也说，磁石最佳者，“能吸铁虚连十数针，或一二斤刀器回转不落者尤良”[7]583。《本草纲目》等明清本草学著作也多有与上述类似的论述。

医家和炼丹家根据磁石的吸铁性能，将其分为延年沙、续采石、磁石等不同类别，并将它们与玄石等类似之物区分开来。他们对磁石吸铁性能的关注和利用，丰富了古人关于磁石性质的认识，同时也找到了鉴别磁石的有效方法。

至于磁石为何吸铁，医家及炼丹家则极少予以关注，因此在本草和炼丹类著作中几乎没有提及。对磁石吸铁现象给予解释的是少数学者。东汉王充用同类感应观念解释这种现象，认为磁石与铁针，虽形质不同，但属同类，同类则气性相通，相互感应；异类之物，“气性异殊，不能相感动也”。[34]晋代郭璞也认为：“磁石吸铁，玳瑁取芥，气有潜通，数亦冥会，物之相感，出乎意外。”[35]宋代张邦基《墨庄漫录》、明代王廷相《雅述》等也都有类似的表述。同类感应说是中国古代长期流行的一种自然观，被广泛用于解释各种自然现象。古代医家和炼丹家虽然对磁石吸铁现象有着长期的观察，并做过一些简单的量化测试，但始终未对这种现象做过深入的考察，以至于认识水平一直停留在肤浅的经验层面上。

6 堪舆家及航海家对磁针的指向性特别关注

指南针是中国古代的一项重大发明，被用于堪舆、航海、军事等活动。古代关注指南针指向性的有两类人，一类是指南针的使用者，另一类是士人或学者，前者是出于实用需要，后者则是出于探索兴趣。

沈括在《梦溪笔谈》中记载了指南针所指方向与地理南北方向不一致的现象：“方家以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也。”至于磁针为何指南而偏东，沈括“莫可原其理”。[4]201之后，寇宗奭在《本草衍义》中重复了沈括关于指南针的描述。对于磁针偏东丙位的原因，寇宗奭解释说：“盖丙为大火，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与东南中西北相对应的理论，西方属金。指南针为铁所制，也属金类。指南针所用罗盘有二十四向方位，其中庚辛位于西方，属金；丙位于南方偏东，南方属火。根据五行相克理论，火克金，因此磁针受火所克，无法指向正南，而偏向丙位。此即所谓的“物理相感耳”，这是以自然感应观念解释磁针的指向性。此后，明代朱载堉和徐光启对指南针偏东的度数进行过测量，清代梅文鼎乃至康熙帝也都讨论过指南针的指向问题。这些情况反映了学者对磁针指向性的关注。

北宋《武经总要前集》有“或出指南车及指南鱼以辨所向”的记载，指南鱼以铁片制成，即指南针。这是指南针被用于军事活动的明确记载，不过古代文献中这方面的记载极少。

关于指南针用于航海活动，北宋末期朱彧《萍洲可谈》及徐兢《宣和奉使高丽图经》已有明确的记载。南宋赵汝适《诸蕃志》称：“舟舶来往，惟以指南针为则，昼夜守视惟谨。毫厘之差，生死系焉。”[37]南宋吴自牧《梦梁录》描述得更为详细：“风雨晦冥时，惟凭针盘而行，乃火长掌之，毫厘不敢误差，盖一舟人性命所系也。”[38]航海过程中，由舟师或火长专门掌管航海罗盘，时时观察磁针的指向，并据此以确定船的航行方向。明清时期，中国留下了大量的航海针路图，其中记载了海船航行过程中根据指南针的指向所确定的航行方向，是指南针用于航海活动的真实记录和经验总结。

关于指南针何时被用于堪舆活动，目前尚未发现明确的史料依据。堪舆术在唐宋时期获得了很大发展，形成了系统的理论和多个流派，这与指南针（罗盘）的普遍运用有很大关系。罗盘是堪舆活动的重要工具。堪舆家在勘察阴宅、阳宅活动中，根据磁针的指向情况确定墓穴或房屋的坐向，由此也提出了一系列使用罗盘的方法以及根据磁针指向判别地理方位的方法。

出于职业活动的需要，堪舆家对磁针指向性的关注程度不亚于海船上的舟师及火长。宋初堪舆家王伋《针法诗》即云：“虚危之间针路明，南方张度上三乘。坎离正位人难识，差却毫厘断不灵。”由此即可看出风水师对磁针指向情况的高度关注。

古代堪舆著作中有大量关于磁针指向性的论述，如约成书于晚唐或宋初的《管氏地理指蒙》中说：“针指坎离，定阴阳之分野；格偏壬丙，探僭越之津涯。”注文说：“针指子午，万古不易，阴阳之定位也。格偏壬丙者，非天也，盖子之西属壬，午之东属丙，以子午而较之，则有壬子，有丙午。”[39]坎离即子午，是地理南北方向。壬丙是磁针所偏方向。该书认为，磁针指向壬丙，是僭越，是越位。至于磁针的指向偏离南北方向的原因，少数堪舆家也有所讨论，如《管氏地理指蒙》称：“磁者，母之道。针者，铁之戕。母子之性，以是感，以是通。受戕之性，以是复，以是完。”其注文说：“磁石为铁之母，亦有阴阳之向背，以阴而置南，则北阳从之；以阳而置北，则南阴从之。此颠倒阴阳之妙，感应必然之机。”[39]21-22这是用阴阳感应观念做出的解释。明代徐善继《绘图地理人子须知》也说：“针颇偏于丙，盖非南北之偏，实浮针之畏正火而然也。”[40]徐善继的解释是沿用了寇宗奭的说法。

罗盘成为堪舆和航海的工具后，其使用者会频繁地观察磁针的指向情况，却很少探讨磁针偏离地理南北方向的原因。这既与他们的职业身份有关，也与他们缺乏探索兴趣有关。

7 结语

由上述可以看出，算学家关注机械运动现象，将之提炼成数学问题，用纯粹的数学方法解答，因而不可能提炼出一般性物理问题，形成一般性物理概念。沿着这种认识路线，不可能发展出物理学的运动理论。医家关注火的燃烧现象及其性质，将火分为阴阳两类，用阴阳气化理论解释火的属性，这种解释显然无法揭示火的本质。道教徒对平面镜组合成像现象的运用，只关注成像的效果，而不问成像的原因，因而不可能对几何光学有深入的认识。炼丹家及医家利用丹砂、云母、石英等天然晶体的色散现象判断其类别及效用，而对相关光学现象的形成原因则不感兴趣。天文星占家把各种大气光学现象看作天人感应的不同表现，观察它们是为了揣测天意、预知吉凶，而不是要探究它们形成的原因。炼丹家及医家根据磁石的吸铁情况判断其质量优劣，至于磁石为何吸铁，他们并不关心，只有少数学者以同类感应观念解释这种现象。堪舆家和航海家对磁针指向性的关注，也是出于职业的需要。他们只在意磁针的指向与地理南北方向的偏离情况，而不太关心产生这种偏离的原因。即使少数学者及风水师对这类现象发生的原因有所探讨，也只是简单地将其归之于阴阳感应作用。

以上几个方面，大致反映了中国古代物理认识活动的一个基本特点，即注重物理现象的观察和运用，而很少探讨这些现象的形成原因。各类人群之所以认真观察相关物理现象，目的是要更好地利用这些现象，而不是对之进行研究。所以，中国古代对于物理现象感兴趣的主要群体，只是相关现象的运用者，而不是这些现象的研究者。他们对这些现象背后隐藏的原因和道理，缺乏探究的兴趣，即使少数人进行了探讨，也只是满足于阴阳感应之类的思辨性解释。这种状况虽然使得古代积累了大量的关于各种物理现象的资料，但却始终未能形成比较深入的理论认识。因而，中国古代对各种物理现象的认识（除音律学等个别领域外）只能长期停留在零散的经验积累水平上，无法发展成系统的、有一定理论深度的知识体系。