主题：【文摘】中国古代科学的理论学说1 -- 桃李不言
宇宙演化理论
在对宇宙生成演化问题的认识上，中国古人有着多种多样的见解。择要言之，这些见解可
以分为三类：不变说、循环论、演化说。
主张宇宙不变的，以《庄子?知北游》记载的孔子师徒的对话为代表：“冉求问于仲尼曰
：未有天地，可知邪？仲尼曰：可，古犹今也。……无古无今，无始无终。”晋朝郭象注
解这段话说：“言天地常存，乃无未有之时。”即是说，古时与现今一样，宇宙并不存在
生成演化问题。董仲舒的“天不变，道亦不变”之说，亦可归于此类理论。
用循环论观点解释宇宙生成演化，这在《庄子》书中已有萌芽，佛教的传入，加重了这种
倾向，最终形成了一套精致的宇宙循环论学说。《隋书?经籍志》对这一学说有所描述：
“佛道天地之外，四维上下，更有天地，亦无终极。然皆有成有败。一成一败谓之一劫。
自有此天地已前，则有无量劫矣。”
这一学说对中国人影响颇大，在后世一些哲学家和文学家身上，屡屡可窥此说之影子。
但是，在中国古代哲人中，占主导地位的则是宇宙逐渐生成演化的观点。这一观点早在先
秦时期就已经比较普及。神话传说盘古开天地反映出上古先民对宇宙起源的认识，即已透
露出宇宙早期是浑沌的，经过演化逐渐形成后世所见形状的思想萌芽。诗人屈原脍炙人口
的诗篇《天问》，开篇伊始就提出了与天地起源有关的问题，也反映了这种认识。哲学家
老子则直截了当提出：“天下有始，以为天下母。”阴阳家的代表人物，首创五德终始学
说的驺衍，善谈天事，齐国人称其为“谈天衍”，他主张宇宙创生学说，到处“称引天地
剖判”，推演“天地未生”。驺衍的学说在当时诸侯国中受到普遍欢迎，司马迁的《史记
?孟荀列传》对之有生动记述，很能说明问题。
承认宇宙是逐渐生成的，必然要回答一个问题：宇宙由何而生？老子《道德经》回答说：
“天下万物生于有，有生于无。”《庄子?庚桑楚》也说：
“万物生于无有。有不能以有为有，必出乎无有。”
这里所说的“有”、“无”，是一对哲学范畴，分别表示生成天地万物的原初物质的存在
与否。老庄主张有生于无，这有其内在的逻辑依据，因为就任一具体事物而言，都是由不
存在到存在，即是由无到有的。由此推而广之，把宇宙视为一个整体，而且认为它是逐渐
生成演化而来的，那么，在其存在之前的阶段，自然就是“无”了。三国时王弼在为老子
《道德经》作注时，对此做了总结，指出：“天下之物，皆以有为生，有之所始，以无为
本。”这样说，是逻辑的必然。
可是，逻辑并不能解决所有问题。绝对的无怎么能产生出有呢？西晋裴钛《崇有论》就明
确提出：“夫至无者，无以能生。”认为绝对的“无”不能产生“有”来。对此，即使睿
哲如老子，也只能模糊其词地解答说：“道生一，一生二，二生三，三生万物。”这当然
难以令后人满意。
为了避免“有生于无”的困境，古人对这一命题做了修正，认为无不是无有，而是无形。
这里“形”指固定的形体，无形，指没有固定形体的生成宇宙万物的原初物质，即所谓浑
沌不分的气。《淮南子?原道训》指出：
“夫无形者，物之大祖也。……视之不见其形，听之不闻其声，循之不得其身，无形而有
形生焉。……是故有生于无，实出于虚。”
《淮南子》的这一修正，既满足了讨论这一问题所不可避免的逻辑要求，又解答了人们关
于无如何生出有来的疑窦，把问题向前推进了一大步。这一推进，直接导致了中国古代宇
宙演化理论学说的繁荣，这首先就体现在《淮南子》书中。
《淮南子》多处涉及宇宙生成演化问题，其中以《天文训》、《精神训》、《?m真训》论
述最为详细。而《天文训》的论述尤具代表性：
“天地未形，冯冯翼翼，洞洞■■，故曰太昭。道始于虚烊，虚烊生宇宙，宇宙生气。气
有涯垠，清阳者薄靡而为天，重浊者凝滞而为地。清妙之合专易，重浊之凝竭难，故天先
成而地后定。天地之袭精为阴阳，阴阳之专精为四时，四时之散精为万物。积阳之热气生
火，火气之精者为日；积阴之寒气为水，水气之精者为月；日月之淫为精者为星辰。”
综合这段话及《淮南子》别处的论述，可以了解当时人们心目中的宇宙演化图景：宇宙初
始是一团浑沌不分的气，由这团气中产生了时间和空间，这导致阴阳二气的分离。阳气体
性轻清，飞扬上升而为天；阴气体性重浊，凝结聚滞而成地。阴阳二气的集聚，导致日月
星辰的产生；阴阳二气的推移运动，造成四季往复，万物衍生。宇宙万物就是这样逐渐演
化而成的。
《淮南子》绘出的宇宙演化图景具有典型性，后世的宇宙演化学说，大多是在《淮南子》
宇宙演化论基础上发展出来的。其中比较重要的有《易纬?乾凿度》、王符《潜夫论》、
张衡《灵宪》等著作中的天地起源理论。《乾凿度》对气演化过程作了阶段区分，给出了
代表不同阶段的太易、太初、太始、太素等专有名称。阶段性概念的出现，标志着认识的
深化，也有利于展开讨论，因而广泛被后人采用。王符的宇宙演化学说则特别强调人在宇
宙演化进程中的作用，认为人既是宇宙演变的产物，又可以参与宇宙演变过程。这就像“
车上御驰马，篷中擢舟船”一样，人虽然不能脱离天覆地载，但可以通过自己的行为作用
于天地，使宇宙演化沿着人所选择的方向进行。张衡的理论重视“道”的作用，认为道本
身也有一个发生、发展、演变的过程。道既是宇宙演变的产物，又是宇宙进一步演变的条
件，它又促成了宇宙的演变。这一认识，无疑多少反映了古人对自然规律在宇宙演变过程
中所起作用的思考。
宇宙演化理论要说明天地的形成，这就必然要与宇宙结构学说发生联系。早期的演化理论
认为元气轻清，上浮为天，阴气重浊，下凝为地，天在上，地在下。这与盖天说的宇宙结
构模型相一致。浑天说产生后，张衡作为浑天说的集大成者，他的宇宙演化理论也作了相
应改进，认为“元气剖判、刚柔始分、清浊异位”的表现是“天成于外，地定于内”，即
是天包着地的。这与浑天说的宇宙结构模型是一致的。
但是，既然阳气轻清，理应上扬，它为什么不上浮形成天，而是要包在地外？对此，在张
衡的理论中找不出合理的答案来，一直到了宋代，朱熹才提出了一个比较合理的力学解释
，他说：
“天地初间，只是阴阳之气，这一个气运行，磨来磨去，磨得急了，便拶许多渣滓，里面
无处出，便结成个地在中央。气之清者便为天，为日月，为星辰，只在外常周环运转，地
便只在中央不动，不是在下。”
朱熹的理论用习见的漩涡现象比拟宇宙演化，比较合理地说明了浑天格局的形成原因。这
一理论对后世影响很大，它标志着中国传统宇宙论发展到了新的阶段。一直到西方近代科
学关于宇宙起源演化的学说传入我国，这一理论才最后寿终正寝。
时间观念
时间是十分重要的基本物理量，中国古人对时间观念进行过内容丰富的探讨。这一探讨首
先体现在古人对时间的抽象定义上。
古人在谈论抽象的时间概念时，常常用“宙”表示时间。早在《管子》书中，就有《宙合
》篇。西汉刘向对这一篇名的解释是：“古往今来曰宙也。”可见，这里的“宙”指的是
抽象意义的时间。“古往今来”的说法，表明古人是从时间的流逝性及流逝的不可逆性角
度出发定义时间的。
在中国古代典籍中，《墨经》对时间概念的讨论，最具分析精神，它具体讨论了时间的定
义、时间的构成要素、时间与运动的关系等。在《墨经》中，时间被抽象称为“久”，其
具体定义为：
《经》：“久，弥异时也。”
《说》：“久，古今旦暮。”
这是说，时间概念是各种不同具体时刻的总称。像“古、今、旦、暮”，这些都是具体的
时间名称，它们的总和就是抽象的时间概念。
墨家还进一步分析了时间的构成要素：
《经》：“始，当时也。”
《说》：“始，时，或有久，或无久。始，当无久。”
本条分析的是时刻和时段的区别。墨家认为，时间可分为有久之时和无久之时，有久之时
对应于一段区间，无久之时则相当于时间坐标轴上的一个时点，这里被定义为“始”。近
代物理学在讨论时间概念时，也非常重视时刻和时段的区别，认为它们是时间计量的基础
。《墨经》的讨论能涉及于此，亦属难得。
《墨经》还对运动和时间的关系做了探索，认为运动和空间变化、时间流逝分不开：
《经》：“行修以久，说在先后。”
《说》：“行，者行者必先近而后远。远近，修也；先后，久也。民行修必以久也。”
者，这里是“诸”的省文。这条意思是说，运动（行）要经过一定的空间距离（修），必
须持续一定的时间（久），即运动和时间流逝、空间变化是分不开的。把这一描述进一步
数学化，就构成了近代物理学中常见的速度概念。所以，墨家此条的描述，为速度概念的
建立开辟了通道。
古人除了建立抽象时间概念，还从多方面探讨了时间特性。《淮南子?原道训》中有一段
话，就涉及到时间流逝的客观性问题：
“时之反侧，间不容息，先之则太过，后之则不逮。夫日回而月周，时不与人游。故圣人
不贵尺之壁，而重寸之阴，时难得而易失也。”
“间不容息”，表明时间流逝是连续的；“太过”、“不逮”之语，则是说时间在均匀流
逝，其流逝是客观的，独立于人的意识之外。这一认识非常重要，因为只有均匀而客观的
流逝，才能保证时间成为讨论物质运动的基本概念。时间流逝的客观性，决定了人们对其
流逝快慢主观感觉的不可靠性。《淮南子?说山训》中有一段话，对之有形象描述：
“拘囹圄者，以日为修；当死市者，以日为短。日之修短有度也，有所在而短，有所在而
修也，则中不平也。”
中，指的是人的内心。这里认为，一天的长短本来是一定的，有人感觉它短，有人感觉它
长，是由于他们内心不平静的缘故。这段话把时间流逝的客观性及人们对之主观感觉的不
确定性做了清晰区分，表明了对时间概念认识的深化。
古人在探讨时间特性时，还涉及到同时性问题。这些涉及多见于神话幻想之中。例如神话
小说《西游记》中就多处提到“天上一日，下界一年”的说法，《述异记》中有“烂柯山
”的传说，亦属同类。古代文学作品中此类说法甚多，俯拾皆是。这些说法都主张不同场
合时间流逝快慢不同，这与爱因斯坦相对论时空观主张的同时相对性，在结论上有相通之
处。但应指出，二者的基础及内涵完全不同。中国古人的提及，主要是出于对尘世仙境差
别的憧憬，并将这一差别用时间流逝反映出来，是文学艺术想象力所致，没有科学基础。
在中国的时间观念发展史上，元初耶律楚材率先涉足地方时概念，这是值得一提的。事情
起源于对一次月食的观察，根据当时通行历法《大明历》的推算，食甚应发生在子夜前后
，而耶律楚材在塔什干城观察的结果，“未尽初更而月已蚀矣。”他经过仔细思考，认为
这不是历法推算错误，而是由于地理位置差异造成的。对于月食，各地是同时看到的，但
在时间表示上则因地而异，据此，耶律楚材提出了里差概念，认为在地面上东西相距较远
的两地有不同的地方时，这是我国时间概念向前发展的标志。
古人对时间特性的探讨，还涉及到其有限与否的问题。在此问题上，古人两方面观点都有
。《庄子?庚桑楚》说，“有长而无本剽者，宙也。”本剽，即指始终。这是说时间无始
无终。张衡《灵宪》则直截了当提出：“宙之端无穷。”即时间是无限的。类似说法，在
历史上还有很多。另一方面，主张时间有限的，也大有人在。老子《道德经》说：“天下
有始，以为天下母。”《淮南子?天文训》说：“道始于虚烊，虚烊生宇宙。”西汉扬雄
说：“阖天谓之宇，辟宇谓之宙。”这些说法，都认为时间有起点，即是有限的。
主张无限时间观念的，多以逻辑推理作为自己的立论依据。《庄子?齐物论》说：“有始
也者，有未始有有始也者，有未始有夫未始有有始也者。”这就是以逻辑推理的方式，论
证宇宙并不存在一个最初的开始。即认为宇宙在时间上无限。
也有用时间古今差别的相对性来论证的。《庄子?知北游》记述了孔子师徒的一段对话：
“冉求问于仲尼曰：‘未有天地可知耶？’仲尼曰：‘可，古犹今也。……无古无今，无
始无终。”即是说，古代情况与现代一样，由此推论上去，时间当然就是“无古无今，无
始无终”了。成书于晋朝的《列子》提到：“殷汤问于夏革曰：‘古初有物乎？’夏革曰
：‘古初无物，今恶得物？后之人将谓今之无物，可乎？”古今差别是相对的，据此上溯
，时间当然没有起点。
但是，古人主张时间有起点的，也有他自己的逻辑，也值得一提。中国古代主张时间有起
始的观点，有一共同特征，都认为时间起源于混沌状态的结束。他们认为宇宙是从混沌状
态中演化出来的，在混沌状态下，时间概念失效。这反映了他们对时间本性至为深刻的认
识。因为时间与物质的运动分不开，时间的流逝只有通过事物的变化才能反映出来，才能
被人们感知。古罗马卢克莱修在其《物性论》中，也有类似说法。由此，在混沌状态下，
物质缺乏有序运动，时间流逝也就无从得以反映，这就不可能建立时间观念。所以，认为
时间始于混沌状态结束的结论，顺理成章，而且与宇宙演化理论并协，这是古人的高明之
处，不能轻易否定。
随着时间计量的进步，古人对时间本原的认识也渐趋深入。因为时间流逝是通过物质运动
表现出来的，在经典物理学范围内，对时间本源的认识也就成了对最能反映时间均匀流逝
特征的物质运动形式的探讨。其表现形式就是对基本时间单位的选择。大自然提供给人们
的自然时间单位是年、月、日，日是基本单位，积日成月，积月成岁。由此，对日这一自
然时间单位的探讨，充分反映了古人对时间本原的认识。
在传统上，古人一般把太阳连续两次上中天的时间间隔定义为一日，这就意味着太阳的周
日视运动能够本质地反映出时间流逝特征。这种做法有一定道理，因为太阳的周日视运动
，基本上是地球自转的反映，而在现代原子时钟被采用前，依地球自转计时是人们从大自
然所能获得的最为均匀的计时系统。后来，人们对之又做了改进。据《旧五代史?马重绩
传》的记载：“重绩又言漏刻之法，以中星考昼夜，为一百刻。”“以中星考昼夜”，是
指以同一恒星连续两次上中天的时间间隔作为一日，其物理实质是以地球自转作为时间计
量标准。由此，这一做法是富含科学内容的。
在对时间本原的认识上，明末徐光启具有重要地位。他通过比较各种计时方法的优劣，明
确提出了“时刻之原”概念，要求人们选择最能反映时间均匀流逝特征的物质运动形式作
为计时之本，据《明史?历志》记载，他说：
“定时之术，壶漏为古法，轮钟为新法，然不若求端于日星。昼则用日，夜则任用一星，
皆以仪器测取经纬度数，推算得之。”
“端”，即本原之意。徐光启又说：
“太阳依左行分昼夜，故此独为时刻之原。”（《崇祯历书?浑天仪说》）
左行，指太阳每天的东升西落，它与恒星周日视运动一样，都是地球自转的反映。徐光启
将其推崇到“时刻之原”的高度，反映出16世纪中国人对时间本原的探讨，已经进入理论
化阶段，这是应该肯定的。
空间观念
中国古代有着丰富多采的空间观念，这些观念极富科技史研究价值。这首先体现在古人对
空间概念的定义上。
在对空间概念的抽象上，古人有多种说法。常见的是用空间的三维性来定义空间。《管子
》书中有《宙合》篇，后人解曰：“四方上下曰合”，“合”即指空间。由“四方上下”
着眼定义，显然是强调的其三维性。
也有以“宇”表示空间的。据《文子?自然》篇记载：“老子曰：……四方上下谓之宇。
”这也是着眼于空间的三维性。
《庄子?庚桑楚》对空间的定义则强调其客观实在性，说：“有实而无乎处者，宇也。”
即是说，空间是一种客观实在，它可以容纳一切，其本身却不能被别的东西容纳。这一定
义同时也涉及到了空间的无限性。
《墨经》对空间的定义颇富分析色彩。《经上》有“宇，弥异所也”，《经说》解释道：
“宇，东西家南北。”即空间是各种不同场所或方位的总称。这里也涉及到空间方位定域
问题。
凡此种种，不一而足，这里从略。
除了对空间概念做出定义，古人还就空间性质进行过内容广泛的探讨。空间有限无限问题
，就是他们探讨的内容之一。
在古代中国，很多人主张无限空间观念。例如，《管子?宙合》即说：“宙合之意，上通
于天之上，下泉于地之下，外出于四海之外，合络天地，以为一裹。散之至于无间，……
是大之无外，小之无内，故曰有橐天地。”天地囊括万物，宙合又包含天地，大之无外，
这样的空间，应该说是无限的。最后一句特别指出，无限性是表现在宏观、微观两个方面
的。这一认识非常深刻。
唐代柳宗元《天对》，认为，“无极之极，莽弥非垠；”“东西南北，其极无方。”明确
指出空间是无限的。因为是无限的，所以它“无中无旁”，没有中心。由无限空间观念进
一步否定宇宙中心的存在，在人类认识史上是一大进步。
我国古代对空间无限性的议论甚多，这里不再详列。
空间无限的判断，合乎思维逻辑。古人常认为，有形则有极，无形则无尽，空间是无形的
，所以它是无极无尽的。这一思想方法具有普遍性，无论是在中国还是在古希腊，都可以
觅到它的踪迹。古罗马卢克莱修提出的投掷飞矛的理想实验，在思路上亦与此相仿。
另一方面，古人也确有主张有限空间观的。例如西汉学者扬雄即曾提出：“阖天谓之宇。
”空间（宇）的范围以浑天说所主张的天球（阖天）为尺度，当然是指有限空间。这种有
限空间观念的提出，也有它自己一定的观测依据和数理推算过程。三国王蕃的议论，就充
分表明了这一点。据《开元占经》的记载，王蕃说：
“夫周径固前定物，为盖天者尚不考验，而乃论天地之外，日月所不照，阴阳所不至，日
精所不及，仪术所不测，皆为之说，虚诞无徵，是亦邹子瀛海之类也。”
王蕃反对那种任意臆测天球之外空间范围的方法，他的话表现了一种求实精神。在历史上
，很多浑天家都计算过天球的大小，其结果虽然不能成立，但他们重视用数理方法研究空
间性质，也有其可取之处。
在这里，张衡的工作值得一提，他在其《灵宪》中说：
“八极之维，经二亿三万二千三百里，南北则短减千里，东西则广增千里。自地至天，半
于八极，则地之深亦如之。通而度之，则是浑已。将覆其数，用重（差）句股。悬天之景
，薄地之义（仪），皆移千里差一寸得之。过此而往者，未之或知也。未之或知者，宇宙
之谓也。宇之表无极，宙之端无穷。”
张衡所持是一种椭圆天球观念，认为这个天球的平均直径是二十三万二千三百里。他特别
强调，要得到这一结果，所用的数学工具是重差勾股术，物理依据是所谓地隔千里、影差
一寸的假说。此外，张衡的话中还隐含了这样一种认识：用数理方法所能观测和认识的空
间是有限的，超出这个范围，只能用思辨的方法去解决。换言之，在讨论空间范围时，哪
些属于物理问题，哪些属于哲学问题，张衡的理论对之做了区分，这充分表现了他的高明
。
中国古代空间观念的另一特征，是其主张空间不同方位有不同的性质。古代广泛流传的“
五方配五行”的说法，就反映了这种认识。五方，指东、西、南、北、中五个方位。古人
持地平大地观，认为地是平的，地的中心在今河南登封附近。从这种观念出发，可以建立
起绝对的东、西、南、北、中方位概念来。古人认为，五行按木、金、火、水、土顺序分
别属于上述五方。即空间方位不同有着五行意义的差异。
与上述概念相应的是古人对空间取向性的重视，认为空间各向异性，方向具有绝对意义。
《管子?七法》篇云：“不明于则而欲出号令，犹立朝夕于运钧之上。”立朝夕，即确定
东西取向。在旋转的钧石上不能建立方向标志，因为方向本身是固定的。这里就涉及到方
向的绝对性。
除了水平方向，古人对上下的取向亦很重视，认为这是自然本身的特质，人类在主观上不
能对之加以更改。例如，《墨子?辞过》说：“圣人有传：天地也，则曰上下；四时也，
则曰阴阳；人情也，则曰男女；禽兽也，则曰牡牝雄雌也。真天壤之情，虽有先王不能更
也。”这些，都反映了一种绝对的上下观念。
中国古人的绝对上下观，与其固有的地平大地观分不开。古人缺乏地球观念，认为大地是
平的，在量级上与天的大小差不多，由此，上下差别是绝对的，背离地面，就是向上，否
则为向下。这与古希腊人不同。希腊人笃信地为球形，他们的上下观以指向地心为下，背
离地心为上，可谓是一种相对的上下观念。绝对上下观与地球说不相容，在清初关于大地
形象的争论中，这一点得到了充分体现。
古人对空间取向的重视，有一定的物理因素作用。水平四向观念的产生，实际是对地球因
自转而导致的自转轴在空间中指向保持不变这一物理现象的反映；上下观念的产生，则是
对重力现象有所体会的结果。
空间取向是绝对的，这等价于说空间各向异性。古人这一认识与现代所谓的宇宙学原理大
相径庭。宇宙学原理主张宇宙均匀各向同性，它揭示了大尺度空间物质分布的特性。而中
国古代有关认识，则是就人直接可见尺度而言，至少就太阳系来说，这一判断具有物理意
义的真实性，它与现代宇宙学原理是互补的。
古人讨论空间观念，不可避免要涉及时间和空间的关系。
在古人有关时空关系的议论中，占主导地位的是时间与空间相关的说法。例如，《管子》
中有《宙合》篇，将时间、空间相提并论；古籍中常见四时配四方之说，将特定的时空相
联系。《庄子?则阳》引容成氏曰：“除日无岁，无内无外。”没有时间的累积，连空间
方位的内外都无从区分。明末方以智《物理小识》对时空关系更有精彩论述：
“《管子》曰宙合，谓宙合宇也。灼然宙轮转于宇，则宇中有宙，宙中有宇。春夏秋冬之
旋转，即列于五方。”
这里把时间比成轮子，认为时间的推移在空间中进行，空间中有时间，时间中有空间，二
者浑然一体。这种陈述，侧重于强调时空相关性，与牛顿的绝对时空观相比，着眼点有所
不同。
中国古代这种时空相关的观点，其科学基础并未超越经典物理学范围。它与爱因斯坦狭义
相对论时空观在依据的原理和具体内涵上都截然不同，不可将其混为一谈。它的哲学基础
是传统的五行思想。古人认为，五行说能够表示万事万物基本性质及其相互关系。时间一
年四季，空间东西南北，它们都与五行相对应。这样，时间空间就通过金、木、水、火、
土这五行联系在一起了。这就是中国古代时空相关说的实质。方以智对这种联系作了哲学
概括，但他的说法并未超越古人认识范围。即使如此，中国古人的议论依然表现了他们在
时空关系上深邃的哲学洞察力，还是值得一提的。
宇宙本原和物质结构学说
古人在讨论自然现象时，有一种倾向，就是力图从宇宙万物纷纭复杂的表象背后寻找出一
种或数种物质作为它们共同的本原。这是人类文明在探索自然奥秘时向前迈进的一大步。
因为探究宇宙万物组成并将其归结为几个基本物质要素，比之简单观察和记录自然现象要
复杂得多，它需要经过理性的思维和加工，才能抽象出一种宇宙本原理论来，并以之解释
自然。
寻找宇宙本原的努力，世界各民族都曾经有过。人们提出过各种各样的宇宙本原学说，例
如，古希腊的泰勒斯（前624―前546年）以为宇宙是由水组成的，阿那克西米尼（约前57
0―约前500年）认为气是原质，赫拉克利特（约前540―约前475年）提出火是宇宙万物本
原，留基伯（约490年―？）则发明了原子学说，……两千年来，人们对这个问题的努力持
续不断，一直延续到今天。
在中国古代，关于宇宙本原的记载同样丰富多采。春秋时史伯提出：
“夫和实生物，同则不继。以他平他谓之和，故能丰长而物归之；若以同裨同，尽乃弃矣
。故先王以土与金、木、水、火，杂以成万物。”（《国语?郑语》）
这里认为，单一元素不能“生物”，必须是不同元素的组合才能构成万物。用以构成万物
的基本元素是金、木、水、火、土这五行。这段话描述了一种比较粗糙的宇宙本原学说，
它认为五行是万物本原，除了五行，它还强调“先王”的作用，使得理论蒙上了强烈的人
为色彩，显得较为原始。
《管子?水地》篇说：“水者，何也？万物之本原也，诸生之宗室也。”这与泰勒斯主张
相仿，都认为水是万物之原。这一观点在后世杨泉《物理论》中得到了响应，杨泉说：“
所以立天地者，水也。夫水，地之本也，吐元气，发日月，经星辰，皆由水而兴。”但整
体来讲，以水为万物本原的思想，在中国古代没有得到多大发展，这与古希腊情况也相仿
。
此外，老子《道德经》说：“道生一，一生二，二生三，三生万物。”这是主张“道”是
宇宙本原。《易传?系辞上》提到：“易有太极，是生两仪；两仪生四象，四象生八卦，
八卦定吉凶，吉凶生大业。”突出了易的作用。还有强调“理”的作用的，也有论述“无
极”、“太极”的，如此种种，不一而足。
在诸多的宇宙本原学说中，以“气”作为宇宙本原的理论得到了长足发展，成为中国古代
宇宙本原理论的主流。
“气”概念的产生，与古人日常生活中对空气存在的感觉分不开，所以它具有很强的物质
性。古人在运用这一概念时，有时指的就是空气。例如，《庄子?齐物论》说：“夫大块
噫气，其名为风。”这里的“气”即指空气。但仅仅是物质性的气，还不足以解释自然现
象和各种事物。所以，古人对其性质作了补充，抽象出了元气概念，并以此作为宇宙万物
本原。
以“气”作为万物本原的思想，起源相当早。《管子?内业》中提出了一种“精气”说，
即可认为是这种思想的滥觞。该说认为，“凡物之精，此则为生：下生五谷，上为列星。
流于天地之间，谓之鬼神，藏于胸中，谓之圣人。是故此气，杲乎如登于天，杳乎如入于
渊，淖乎如在于海，萃乎如在于屺。”意思是说，世界上的一切得到精气就可以存在，地
上的五谷，天上的星辰，都是精气所形成。精气流布于天地之间，神妙莫测；藏于人们胸
中，就成为圣人。其光耀如同在天上，幽微似潜入深渊，湿润像大海，峭拔如高山。这里
就体现了一种用气来解释万事万物的倾向。
元气为万物本原，这一认识与古代宇宙演化学说相一致，这是它能够深入人心的原因之一
。古代的宇宙演化学说，不管是主张宇宙万物生于绝对的“无”的，还是认为天地一切源
于无形的“有”的，都同意浑沌不分的气是化生万物的直接来源，这就有助于人们树立气
为万物本原的思想。这一思想在后世哲学家中得到了充分论述，例如王充说：“（万物）
因气而生，种类相产。”（《论衡?物势篇》）三国嵇康说：“元气陶铄，众生禀焉。”
（《嵇康集校注?明胆论》）北宋张载说：“凡可状者皆有也，凡有皆象也，凡象皆气也
。”（《正蒙?乾称》）类似论述可以举出很多，这里不再罗列。
气化万物学说的进一步发展，是与阴阳五行学说相结合，构成一套完整的气生阴阳，阴阳
生五行，五行生万物的理论框架。唐初孔颖达疏解《礼记》时，已经对之有所涉及，他说
：
“案《左传》云：天有六气，降而生五行，至于含生之类，皆感五行生矣。”
这里表露出一种气生五行、五行生万物的思想。嗣后李筌发展了这一思想，他指出：
“天者，阴阳之总名也。阳之精气轻清，上浮为天；阴之精气重浊，下沉为地，相连而不
相离。……故知天地则阴阳之二气，气中有子，名曰五行。五行者天地阴阳之用也，万物
从而生焉。万物则五行之子也。”（《阴符经疏》）
这是说，元气运动使阴阳分离形成天地，阴阳二气蕴含了五行，五行又产生了万物。这样
，就构成了一个完整的由元气到阴阳、到五行、到万物的物质生成论。这一理论对后人影
响很大，周敦颐从道教图录中改装过来的太极图，对这套理论作了自己的图解；朱熹对此
也进行过讨论。这显示出这套理论在中国科学史和哲学史上具有极大的重要性。
当然，也有人反对这套理论。如明代哲学家王廷相就认为，在天地生成之前，万物的种子
已具备于元气之中，遇到合适的条件，自然就会衍发成物，不需要加入五行这一中间环节
。他说：
“夫天地之间，无非气之所为者，其性其种，已各具于太始之先矣。金有金之种，木有木
之种，人有人之种，物有物之种，各各完具，不相假借。”（《五行辨》）
“天地未形，惟有太空，空即太虚，冲然元气。气不离虚，虚不离气，天地日月万形之种
皆备于内，一氤氲萌蘖而万有成质矣。”（《雅述》）
不管赞成与否，气为万物本原的思想，是大家都认可的。
中国古代元气本原论有一个重要特点，它把物质存在形态的离散性和连续性统一起来了。
宇宙本原是呈连续形态分布的气，气聚而成物，可以为人所感知。人所感知到的物物分布
在宏观上是不连续的，是离散的，在离散分布的物之间，充满了连续分布的气。离散和连
续取决于气的聚散。就是说，物质存在的这两种形态，本质是统一的，它们统一于气。
作为比较，我们来看一下西方的原子论。原子论是西方一种主要的宇宙本原学说，它认为
万物都是由原子构成的，虚空中也存在着原子，原子间的运动和组合构成了世界上万事万
物。原子论描绘的自然界本质上是不连续的：物物之间的分布是离散的；空间中原子的分
布，因为彼此间有虚空，所以也是离散的。元气说本质上是连续的，同时又以气的聚合达
成离散性；原子论本质上是离散的，它排斥连续性，这是它的不足。但原子论在分析自然
时包含一种解析的思想方法，这有利于近代科学的产生，是为其优于元气说之处。元气说
和原子论各有千秋，它们同为人类文明探索宇宙本原所遗留的宝贵遗产而辉耀千古。
物质守恒理论
中国古人认为，元气是宇宙万物本原，它充斥于所有空间，亘古长存，永恒运动。气聚成
物，物散复气，物有存亡，气无生灭。从这些说法出发，古人又发展出一种物质守恒观念
，认为在形和气的转化过程中，气的总量不生不灭，在量上是守恒的。本来，元气的分布
是无限的，而无限的东西很难说其守恒与否，因为无法从量上去加以把握。古人似乎没有
考虑到这一点，他们是从物和气的转化过程及气的生灭角度提出这一守恒观念的。这早在
《淮南子》一书，就已经显露出一些端倪了。
《淮南子?精神训》说，“吾生也有七尺之形，吾死也有一棺之土。吾生之比于有形之类
，犹吾死之沦于无形之中也。然则吾生也物不以益众，吾死也土不以加厚。”为什么会如
此呢？《淮南子》解释说：“夫造化者之攫援物也，譬犹陶人之埏埴也。其取之地而已，
为盆盎也，与其未离于地也无以异；其已成器而破碎漫澜而复归其故也。”“造化者之攫
援物”，就是指的自然界物质的生成。《淮南子》以陶器的制成和毁灭为喻，形象地说明
了物质在转化过程中的不生不灭原理，表述了十分清晰的物质守恒观念。
在《淮南子》之后，则以北宋张载和明末清初王夫之的论述最具代表性。
张载认为，气充满了整个宇宙，没有任何物质的虚空是不存在的。他说“太虚不能无气”
，“气之聚散于太虚，犹冰凝释于水。”（《正蒙?太和》）因为气充斥于空间，没有固
定形体的空间就不能看作虚无，“太虚无形，气之本体，”“知太虚即气，则无无。”（
同上）
充斥于太虚的气处于无休止的运动之中，张载说：“气?t然太虚，升降飞扬，未尝止息。
”（同上）“若阴阳之气，则循环迭至，聚散相荡，升降相求，襟??相揉，盖相兼相制，
欲一之而不能，此其所以屈伸无方，运行不息，莫或使之。”（《正蒙?参两》）即气是
自动不止的。
在气的诸多运动形式当中，聚和散是其基本的一种。气聚而成有形物体，气散复归无形太
虚。张载说：“太虚不能无气，气不能不聚而为万物，万物不能不散而为太虚。”（《正
蒙?太和》）气的聚散构成了物体有形和无形之间的转化，它不是气的生灭。张载指出：
“气聚，则离明得施而有形；不聚，则离明不得施而无形。方其聚也，安得不谓之客；方
其散也，安得遽谓之无。”（同上）离明，指光线，气聚成物，光线可以作用上去，才能
为人所见。弥散分布的气，光线作用不上去，人也就感觉不到它的存在，但这并不等于气
不存在。物只是气一时的集聚，是气变化的客形，它的本质还是气，最终还要散归为气，
气是普遍存在的。
因为物由气聚而成，物散复气，可见气不会消亡。张载说：“聚亦吾体，散亦吾体，知死
之不亡者，可与言性矣。”（《正蒙?太和》）这就是说，聚后形成的物、散后回归的气
，都是气之体。只有认识到在物质形态转化过程中气并没有消亡，才可以与之谈论自然界
的道理。气不会消亡，也不会自生，“若谓虚能生气，则虚无穷，气有限，体用殊绝，入
老氏有生于无自然之论，不识所谓有无混一之常。”（《正蒙?太和》）张载强调无限的
空间不能自动产生气，说如果能生的话，空间是无限的，气则是有限的，这样气的“体”
与其功用（弥散分布于所有空间）就不相一致。所以，必须认为气是不生不灭、亘古长存
的。这样，在物质形态转化过程中，气的总量守恒的思想，已经被张载揭示出来了。
王夫之用更清晰的语言论证并发展了张载这一思想。他首先举例说明物质不同形态转化过
程中的守恒现象，说：“车薪之火，一烈已尽，而为焰、为烟、为烬，木者仍归木，水者
仍归水，土者仍归土，特希微而人不见尔。一甑之炊，湿热之气，蓬蓬勃勃，必有所归，
若毖盖严密，则郁而不散。汞见火则飞，不知何往，而究归于地。有形者且然，况其襟??
不可象者乎！”（《张子正蒙注?太和》）王夫之举了三个例子，来说明物质不灭。这三
个例子给人的直观感觉都是原来的物消失了。王夫之强调指出，这些物并没有消亡，它们
只不过是转化成了希微无形的气，人看不见而已。物本身也是气，在这些转化过程中，气
总体并没有减少。气“聚散变化，而其本体不为之损益，”“散而归于太虚，复其襟??之
本体，非消灭也。”“未尝有辛勤岁月之积，一旦悉化为乌有，明矣。”（《张子正蒙注
?太和篇》）
王夫之特别指出，气存在着各种形式的运动，但没有生灭。对于气，我们可以：“曰往来
、曰屈伸、曰聚散、曰幽明，而不曰生灭。生灭者，释氏之陋说也，倘如散尽无余之说，
则此太极浑沦之内，何处为其翕受消归之府乎？又云造化日新而不用其故，则此太虚之内
，亦何从得此无尽之储，以终古趋于灭而不匮邪？”（同上）“造化日新而不用其故”，
这是宋儒的语言，王夫之反对此论，他质问道：如果说气可以消灭，在宇宙之中何处是其
转移消亡的地方？如果说它不断地被产生出来，宇宙中怎么会有这么多的储藏来供它不断
消耗而不匮乏？王夫之的这些论述虽然是思辨产物，但它们所表述的“气”、“形”总和
不生不灭，亦即物质不可创造、不可消灭的思想还是比较明确的。
中国古代这种朴素的物质不灭思想，并非仅限于张载和王夫之，例如明代哲学家吕坤亦曾
提到：“元气亘万亿岁年，终不磨灭，是形化、气化之祖也。”（《呻吟语?天地》）张
载和王夫之的论述，只不过更为清晰而已。
应该指出，中国古人这种物质守恒思想，并非是通过定量观察物质不同形态之间的转化、
在大量科学实验基础上总结出来的科学结论，它是古人哲学思辨的产物，属于前科学阶段
，尚未达到物理学上所说的物质守恒原理的高度。
对光的认识
本篇讨论古人有关光的一些学说，内容涉及到古人对于光的本性、发光和反光、光的速度、光的传播等问题的认识。
在对光本性的认识上，古人深受元气学说影响，认为气是宇宙万物本原，光亦不例外，在本质上，光是一种气。例如，春秋时医和提到：“天有六气……六气曰阴阳风雨晦明也。”（《左传?昭公元年》）晦、明同为光的表现形式，差别在于光强的不同，医和将晦、明并列，显示出他没有觉察到二者的统一性。但无论如何，“明”可以视为光的表现形式，所以他无疑是主张光是气的。
《淮南子?原道训》从万物化生角度提出了同样认识：
“夫无形者，物之大祖也；无音者，声之大宗也。其子为光，其孙为水，皆出于无形乎？”
无形，指的就是元气。这一段告诉我们：光是元气的直接产物，它本身也应该是气。后人有许多说法，直接把光说成气。例如，《朱子语类辑略》卷一记述蔡元定的话说：
“日在地中，月行天上，所以光者，以日气从地四旁周围空处迸出，故月受其光。”
此处蔡元定就直接把日光说成了日气。明代医学家张介宾说得更为清楚：
“盖明者，光也，火之气也；位者，形也，火之质也。如一寸之灯，光被满室，此气之为然也；盈炉之炭，有热无焰，此质之为然也。”（《类经?素问?天元纪》）
他不仅明确表达了光为气的思想，而且还论述了光源与光的差别。
光既然为气，那么光源向外发光的过程就是光之气离开光源向外传播的过程，古人把这叫做外景。景就是光的意思。与外景相应有内景，表示物体被照而反光。外景、内景的说法在先秦文献中已可见到，《曾子?天圆》有“火日外景而金水内景”，《荀子?解蔽》有“浊明外景，清明内景”，都属于此类用法。到了汉代，《淮南子?天文训》用气的学说对“外景”、“内景”做了解释：
“天道曰圆，地道曰方。方者主幽，圆者主明。明者吐气者也，是故火曰外景；幽者含气者也，是故水曰内景。”
“明者”指光源，例如火，它向外发光，叫吐气，是为外景；“幽者”指反射物，例如水，它能接受外来光线，反射成像，看上去如同物在其内，故此叫含气，是为内景。亦即外景、内景的区别在于吐气、含气的不同。
“外景”、“内景”也有不同的叫法。张衡《灵宪》说：“夫日譬犹火，月譬犹水，火则外光，水则含景。”这里就用“外光”代替了“外景”，用“含景”代替了“内景”。葛洪说：“羲和外景而热，望舒内鉴而寒。”（《抱朴子?内篇?释滞》）羲和指日，望舒指月，内鉴指内景。所有这些叫法，本质上是一致的，都不出《淮南子》论述的范围。
与光是气的观点相应的是光行极限说，认为光的传播有一定范围。这类说法在古代甚为常见，例如《周髀算经》卷上说：“日照四旁各十六万七千里，人望所见远近宜如日光所照。”《淮南子?地形训》：“宵明烛光在河洲，所照方千里。”唐《开元占经》引石申说：“日光旁照十六万二千里，径三十二万四千里。”《尚书纬?考灵曜》说：“日光照三十万六千里。”这些数据，各不相同，但有一个共同特点，都主张光行有限。
光行有限观念的提出，应该与古人光为气的认识有关。光既然为气，那么由光源发出的光就只能在有限的范围内传播，不能设想有限量的气会传播到无穷远的空间中去。另外，光传播过程中近则亮、远则暗的现象，也易于使人想到它只能在有限的范围内传播。据此，古人提出光行有限说，也有其一定的内在依据，并非全出于臆想。即使以今天的知识来看，光行有限的思想，也不是全无道理。设想一个点光源，它以球面波形式向外辐射光能，在距光源一定距离之处单位面积接受到的光能与距离的平方成反比，这样，当距离增加到一定程度，单位面积上接受的光能就会低于接收鞯母兄?阈值，这个距离就可以视为光线传播的极限距离。从这个意义上来说，光的传播范围是有限的?
另一个相关的问题是光速：光的传播是即时的，还是需要一定时间？中国古人没有超距作用观念，他们先验地认为光的传播需要一定时间，即光速是有限的。古人没有就这一问题展开过专门意义的讨论，但我们可以从一些相关的材料中，间接窥知他们的态度。
《墨经?经下》记述小孔成像，《经说》在解释该实验时提到：“光之人，煦若射。”一个“射”字，就隐含了光有速度的观念。晋蔡谟《与弟书》，也明确涉及光速，原文为：
“军中耳目，当用鼓烽。烽可遥见，鼓可遥闻，形声相传，须臾百里，非人所及，想得先知耳。”
形声相传，是说光与声一样，都有一个传播过程，即是有速度的。须臾百里，则言速度甚快。
唐甘子布作《光赋》，畅论光的性质，其中提到：
“从盈空而不积，虽骏奔其如静。”
意为：光的传播纵然充盈太空，但并无质的堆积滞塞，光速极快但人们却不能直接感受。这两句话很形象地说明了光的特点，表述了古人认为光有速度的见解。
光速观念的产生，从逻辑上讲，与古人对光本性的认识有关：光既然为气，受光处被光照亮的过程，就是光之气由光源到达受光处的过程。另外，离光源近的则亮，远则暗，这也启示人们考虑光气有个传播过程。古人没有将光的传播与超距作用相联系，这样，光有速度观念的产生，是十分自然的。
本篇所要讨论的最后一个问题，是古人对光传播方式的认识：光是走直线还是走曲线？光行直线有直接观察依据，生活中也易于积累起这样的经验，古人不难掌握这方面的知识。晋朝葛洪说：“日月不能?す庥谇?穴。”（《抱朴子?外篇?备阙》）又说：“震雷不能细其音以协金石之和，日月不能私其耀以就曲照之惠。”（《抱朴子?外篇?广譬》）北宋张载说：“火日外光，能直而施。”（《正蒙?参两篇》）这些，都是谈的光走直线。
另一方面，古人也有光行曲线的思想，这主要表现在与天文学有关的论述上。例如，晋朝杜预解释日环食，提出：
“日月同会，月奄日，故日蚀。……日光轮存而中食者，相奄密，故日光溢出。”（《后汉书》卷二十八刘昭注引）
依据古人的认识，日月等大，若光依直线传播，则不可能发生日环食。杜预解释说：之所以会发生日环食，是由于月掩日时，有时因相距近，日光由四周溢入月之背影中一些的缘故。他的话，显然表现了一种光可弯曲行进的认识。
后秦姜岌解释月食，也运用了光行曲线思想：
“日之曜也，不以幽而不至，不以行而不及，赫烈照于四极之中，而光曜焕乎宇宙之内。循天而曜星月，犹火之循炎而升，及其光曜，惟冲不照，名曰暗虚。举日及天体，犹满面之贲鼓矣。”（《浑天论答难》）
这是说，日光在行进过程中，受到天球的局限，于是就沿着天球曲面向日的对冲传播，唯有正对冲之处不能照及，形成暗虚，月亮从那里经过，就产生月食。光沿着天球曲面传播，当然是走的曲线。
南宋朱熹对月亮中阴影成因的解释，也潜含了光行曲线思想。他认为月中黑影是地在月亮上的投影，指出：
“日以其光加月之魄，中间地是一块实底物事，故光照不透，而有些黑晕也。”（《朱子语类辑略》卷一）
根据古人认识，日月的尺度要远小于地，这样，大地在日光照耀下所成之阴影，不可能沿直线按几何关系投至月面上。要保持朱熹说法的成立，就必须认为日光是绕地沿曲线进行的。
综上所述，中国古人确实存在着光在远程传播，受物阻挡时，可沿曲线行进的认识。这与古人对光本性的猜测一致：光既然为气，当然不能排除它遇物阻挡时可以绕物曲行。但需要指出的是，中国古代的光行曲线之说，与现代波动光学认为光循波动规律传播的说法有本质不同，切不可将二者混为一谈。