物理模式

周敦颐的太极图宇宙图象模式和刘歆、扬雄、邵雍、蔡沈的数学宇宙图象模式少有物理内容。在中国宇宙论传统中，盖天说、浑天说和宣夜说则提供了宇宙图象的物理模式。盖天和浑天两说有明确的天体结构模式，宣夜说则提出天运的气功观点。南宋朱熹结合浑天与宣夜两说，建立了气旋宇宙动力模型，并以此为据力排历算家的天左旋而主七耀右旋的学说，支持并阐发张载（102～1077）的七耀与天共左旋的观点，为天运模式的研究建立了一个明确的物理机制。

秦汉时期形成盖天说、浑天说和宣夜说三种宇宙论，前两种学说的宇宙结构模式可以概括为“天圆地平”。这个论断需要解释，尽管已有不少著作论及。最早的盖天说出于周代，它主张“天圆如张盖，地方如棋局”（《晋书·天文志》）的所谓“天圆地方”说。到春秋时期，孔子的弟子曾参

（505BC～？）对此说提出疑问：“天圆而地方，则是四角之不弇也。”孔子加了一个“道”字，谓“天道曰圆，地道曰方”，将这一有关结构的命题转换为有关其规律的命题（《大戴礼记·曾参·天圆》）。秦相吕不韦（？～ 235BC）又对孔子的话作了解释：“天道圆地道方，圣王法之所以立上下。何以说天道之圆也？精气一上一下，圆周复杂，无所稽留，故曰天道圆。何以说地道方也？万物殊类殊形，皆有分职，不能相为，故曰地道方。”（《吕氏春秋·季春纪·圆道》）此谓第一次盖天说。第二次盖天说以《周髀》提供的“天象盖笠，地法覆盘”构形为代表。将这种模式理想化，天和地就是同心又同曲率的两个半球曲面。可是，在该书中，立圭表测日影长和北极出地高，运用勾股定理计算以确立数学模型，都是基于地平观念进行的。科学家钱宝琮（1892～1974）曾举出十条数学特征，其中包含地平假设[2]。

浑天说，就其天球概念说，可以认为慎到（395～315BC）的“天体如弹丸，其势斜倚（《慎子》）是其萌芽。这里并不涉及大地形状问题。惠施（370～ 310BC）的“南方无穷而有穷”及“天之中央，燕之北、越之南”论辩命题，可以推论出大地球形概念。浑天说流行于汉代，扬雄《新论》记载他同桓谭

（20BC～50）在白虎殿廓下讨论盖天与浑天问题。这次讨论使扬雄的观点从盖天转为浑天，并提出“难盖天八事”。扬雄给出的浑天说发展史是：“或问浑天，曰落下闰营之，鲜于忘人度之，耿中丞象之。”（《法言·重黎》）有关浑天说较为完备的记载出现在张衡的《浑仪注》[3]中：“浑天如鸡子。夭体圆如弹丸，地如鸡中黄，孤居于内，天大而地小，天表里有水。天之包地，犹壳之裹黄。天地各率气而立，载水而浮。周天三百六十五度又四分度之一；又中分之，则一百八十二度八分度之五覆地上，一百八十二度八分度之五绕地下。故二十八宿，半见半隐。其两端谓之南北极。⋯⋯两极相去一百八十二度半强。天转如毂之运也，周旋无端，其形浑浑，故曰浑天也。” 将这种模式理想化，天和地是两个同心球面。但是，张衡在《灵宪》中论天地生成时所说的“天体于阳，故圆以动；地体于阴，故平以静”。显然在大

地形状方面是矛盾的。于是对浑天说中大地形状问题争论不已。已有若干著作论证浑天说的结构模式是“天圆地平”说。《灵宪》关于大地形状为“地平”观似无疑义[4][5] 。对于《浑仪注》关于大地形状的观点认识尚不一致。认为属地圆说的诸论，这里不论；对于主地平说观点略加介绍。李志超和华同旭认为，《浑仪注》也是地平观，最主要的证据是“周天三百六十五度四分度之一，又中分，则半覆地上，半绕地下”一语，只有平直大地才能均分天球为二[6]。宋振海的更广泛的讨论确认，中国古代关于大地形状的观点是地平观[7]。他从地图技术、大地测量和航海领域的实践，论证中国古人持地平观。

维系天运的动力机制问题长期困绕着学者们的头脑。战国时期的屈原在其《天问》中提出的问题，盖天说和浑天说都难以作出合理的解释。对于这类问题，《管子·白心》首先给出一个模糊的解释：“天或维之，地或载之。天莫之维，则天已坠矣；地莫之载，则地以沉矣。夫天不坠、地不沉，或维而载之也。”席泽宗[8]注意到这段史料，并根据上下文的分析认为，其中的“或”就是“视之则不见，听之则不闻，洒乎满天下，不见其塞”的东西，也就是精气。《黄帝内经·素问》中假托黄帝与岐伯对话，岐伯论“地为人之下，太虚之中者也”，对大地不坠给出更明确的回答：“大气举之也。燥以干之，暑以蒸之，风以动之，湿以润之，寒以坚之，火以温之。⋯⋯故干盛则地干，暑盛则地热，风盛则地动，湿盛则地泥，寒盛则地裂，火盛则地固矣。”这里没有说到天。盖天和浑天两说都把天想象为硬壳。浑天说认为“天地各乘气而立”（《浑天仪图注》）。宣夜说则认为天就是气，说“天积气耳，无处无气，若屈伸呼吸，终日在天中行止”，“日月星辰亦积气中之有光耀者”（《列子·天端》）。宣夜还提出天运的气动观点，认为“日月众星，自然浮生虚空之中，其行其止，皆须气”（《晋书·天文志》），并且这气“无远不致，无隔不塞”（《全晋文卷三十九）。北未张载（1020～ 1077）以其气本论立论为天运的物理机制奠定了哲学基础，并一反天文学家成见提出七曜左旋说。有关天运模式问题在朱熹说手里发展到最高水平。

朱熹从小就为宇宙之谜所困扰。他曾自述：“某白五六岁，便烦恼道天地四边之外是什么。见人说四方无边，某思量也须有个尽处。如这壁相似，壁后也有什么事物。某思量得几乎成病。到如今也未知那壁后是何物。”（《朱子语类》卷九十四）在实践方面，他最早设想了中国的圆天象仪，他曾力图复原苏颂（1020～1101）1088 年建造的水远天象仪。在理论方面，朱熹不仅阐释并推广了周敦颐和邵雍的两个宇宙图象模式，而且在张载气化宇宙论的基础上，运用太极生化模型提出了一个离心式宇宙起源假说，并依据这一假说力驳天文学家关于天左旋而七曜右旋的天运图式，论证张载的七曜与天共左旋说。朱熹主张：“太极所说，乃生物之初，阴阳之精，自凝结成两个，后来方渐渐生去。万物皆然。如牛羊草木，皆有牝牡，一为阴一为阳。万物有生之初，亦各自有两个。”（《医旨绪余·太极图抄引》）并认为：“凡天下事，一不能化，惟两而后能化。且如一阴一阳，始能生化万物。虽是两个，要之亦是推行乎一尔。”（《侣山堂类辨·辨两肾》）在他看来生化的阴阳互动是具有普遍性的机制。他以一气有阴阳两种状态的新观点，静为阴而动为阳，阐释生化的对立势力，提出气旋宇宙生成说：

天地初间，只是阴阳二气。这一个气运行，磨来磨去，磨得急了，

并拶许多渣滓，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。清刚者为天，重浊者为地。天运不息，昼夜辗转，故地榷在中间。使天有一息之停，则地须陷下。惟天运转之急，故凝结的许多渣滓在中间。地者，气之渣滓也，所以道“轻清者为天，浊重者为地”。天以气而依地之形，地以形而附天之气。天包乎地，地特天中之一物尔。天以气而运乎外，故地榷在中间，岿然不动。（《朱子语类》卷一百）

他的这个“地心”宙字生成假说，虽不能与 600 年后康德（Immanuel Kant， 1724～1904）的“日心”星云假说相提并论，但在中国历史上是空前的，对以往的气化宇宙补充了一个生成的动力机制。正是以此物理机制为据，他接受了张载的七曜左旋说。他说：

问经星左旋纬星与日月右旋是否。日今诸家是如此说。横渠说天左旋日月亦左旋。看来横渠之说极是。只恐人不晓，所以诗传只载旧说。或日此亦易见，如以一大轮在外，一小轮载日月在内，大轮转急，小轮转慢，虽都是左转，只有急有慢便觉日月是右转了。日然，但如此则历家逆字皆着改做顺字，顺字、退字皆着改做进字。（《朱子语类》）

天道与日月皆是左旋。天道日一周天而常过一度、日亦一周天，起度端，终度端，故比天道常不及一度。月行不及十三度四分之一。今人却云月行速、日行迟，此错说也。”（《医旨绪余·命门图说》）

对于张载和朱熹的七曜与天道共左旋的假说，天文学家王锡阐（1628～ 1682）在与其学生讨论时批评此说与实测不符（阮元：《畴人传·王锡阐》）。而梅文鼎（1633～1721），一方面反对“废右旋之实测而从左旋之虚理”，另一方面又认为“右旋者已然之故，左旋者所以然之理”（《历学疑问·论左旋》）。理学家与天文学家的左旋和右旋之争，已受到当代科学史家的重视[9]。但我认为，把朱熹左旋说评论为落后观点是不公正的。左旋和右旋两者都是基于运动的相对性解释天体的视运动，虽然在解释现象方面左旋说不如右旋说，但从两个假说在各自理论体系中的自洽性看，左旋说是优越的。天文学家的右旋说主张，七曜如磨盘上的蚂蚁随天左旋的同时在磨盘上右行，除此比喻没有任何物理根据支持。而左旋说在张载那里，虽言天地七曜都顺气左旋，以七曜顺迟来解释所见为右旋，但只停留在运动学水平而未及动力学。朱熹则是从宇宙形成的动力学机制，阐明所有天体物理运动方向的一致并对视运动作出解释。

人们熟悉朱熹的以气论为基础的“离心宇宙模型”，鲜知他的太极循环说。姜广辉[10]首先揭示了这点。朱熹的“太极”概念有三义：就理的层面说，太极为至理；就数的层面说，太极为数之源，即大衍之数五十或去一不用之“一”；就万物总根源层面说，太极为造化之枢纽。他认为“太极分开，只是两阴阳，括尽了天下事物”，这阴阳统体的太极概念是他的宇宙循环说的基础。他把周敦颐的“无极而太极”的一次生成图式，改造成太极生灭的循环：

某问：“自阴阳以至于人物之生，是一时俱生？且如此说，为是节

次如此？”曰：“道先后不得，然亦须有节次。康节推致十二万八千云云。不知以前又如何。太极之前，须有个世界来，正如昨之夜，今之昼耳。阴阳亦一大阖辟也。但当初开始须昏暗，渐渐乃明，故有此节次，其实已一齐在其中。”又问：“今推太极以前如此，后去又须如此？” 曰：“故然。”（《朱子语类》卷十九）

宇宙就是太极生灭、明暗交替的无尽之循环。朱熹的这种宇宙循环假说正是恩格斯宇宙大循环假说的前驱。他的这种思想的进一步发展。在元代行成了林辕的宇宙膨涨说[11]，认为宇宙由一个半径约 1 毫米的元气球以大约 1 万年的周期不断间歇地爆炸和扩张而成。