中国古代自然科学的形而上学基础

摘要    中国古代自然科学始于对天的形而上的求索，从先秦的哲人开始就著有《天论》、《天运》与《天问》，诸子百家都有对天的论述和争鸣。古代思想家对天的多种含义，主要有三个方面：神灵的天、哲理的天和客观自然的天，由此对应了三种天学：作为神学的天学、作为哲理的天学和自然科学的天学。这三种天学有时是互相交叉融合的，有时是独立的，有时是以一种为主的。《天问》是屈原对天的形而上的追问，其中的“天”有多种含义。从自然科学的角度看，《天问》中对自然之天提出了许多近代科学的猜想。

关键词：    自然科学  天  天学  天问   形而上学基础

    1957年人类第一颗人造卫星上天,在这之前几千年，中国的古人就产生了飞天、嫦娥奔月、孙悟空大闹天宫的遐想。这是神话，是梦想。但是中国古人并没有把飞天的想象停留在神话和梦想之中，据据史料记载，两千多年以前的墨子，“为鸢三年，飞一日而敗”。“公输子削竹木以为鹊，成而飞之”。还有中国古人发明至今还在玩耍的火箭冲天炮。不必去追究墨子和公输子的鸢鹊是否真正飞起来了，但是飞天在中国古代就不仅仅是神话，而蕴含着航空航天的科学企望。这是古人由梦想转变到实现的欲望再到力行的过程。

随着古人很多梦境向现实转变的过程，人类开始了对自然由形而下至形而上的朦胧的哲学思考，由自然神话逐渐进入自然哲学。

中国古代自然哲学始于对天的形而上的求索，并形成了中国古人的世界图式。从先秦的哲人开始就著有《天论》《天运》《天问》，诸子百家都有对天的论述和争鸣。以后历朝历代又有《天志》《天对》《盖天》《浑天》等等。从而形成了对天和天学的多种含义。其中主要有三种：神灵的天、哲理的天和客观自然的天，由此对应了三种天学的观念：神学的、哲理的和客观自然的。这三种观念有时是互相交叉融合的，有时是独立的，有时是以一种为主的。在这三种天学的观念中以自然科学的观念形成的天学无论在理论上还是在实践上都是最重要，最主要的。自然科学的天学可以应用于神学或哲理之天论中，如占星术、理学，但这并不能因此改变天学作为自然科学的性质。

例如，《天问》是屈原对天的形而上的追问，其中的“天”有多种含义。从自然科学的角度看，《天问》中对自然之天就提出了许多近代科学中的猜想。

与中国古代天学密切相关的数学观也有三种类型，作为神学的数学观——神算、作为自然科学的数学观——自然之数，作为哲理的数学观点——理之数。

O my God！在西方世界上帝是宇宙万物之主，是自然的第一推动力。一切关于自然的知识出自于上帝，又回归于上帝。

哦！我的天！在中国古代“天”是自然的第一推动力，是万物的主宰，“天”包罗万“象”,这个象就是世界的图式，是天地万物运动变化的模式, 也就是海德格尔所谓的“世界图景”。

以下分别论述：一 中国古代天学观——神之学、理之学、自然之学；二 天人合一观；三 中国古代自然的数学化思想；四 天问中的科学猜想。

第一节    中国古代天学的三种观念——神学、理学、自然之学

1、中国古代天学之神学观

 “天者，百神之大君也。”(《春秋繁露•郊祭》）“天者，万物之祖，万物非天不生。”(春秋繁露•顺命》)。

以天为至上神的观念起源于古代人类对自然的崇拜，由此衍生出宗教、天象学、占星术、神话传说等等。

就神话传说而论。神话主要产生于原始社会，是原始的“混沌文化” ，这是人类社会早期对于人自身和自然界的想象性创造。它是美好的、富有想象力。但被我们今天认为属于神话世界的东西，而今人谈起盘古开天辟地、嫦娥奔月、女娲化生万物，谈起古希腊奥林匹斯山上的众神，往往只肯定其文学审美价值，可在远古时代却是先民对客观世界的认识，并真诚地相信这就是最具有真实性的“科学”。它包含多方面内容，是先民的历史、文学、宗教、哲学以及自然的知识。其中一类神话是源于人类对万物有灵的宗教信仰;另一种神话传说是源于先民对自然现象的猜想、假说和解释乃至人类对自然界的探索，可以称为自然神话和自然寓言。

“天地混沌如鸡子，盘古生其中。万八千岁，天地开辟，阳清为天，阴浊为地。盘古在其中，一日九变，神于天，圣于地，天日高一丈，地日厚一丈，盘古日长一丈，如此万八千岁，天数极高，地数极深，盘古极长，……故天去地九万里。”这是中国古代盘古开天辟地的神话（欧阳询等撰《艺文类聚》卷二，引自《三五历纪》）却蕴含着宇宙膨胀的假说。中国古代的盖天说、浑天说都可以在神话中找到它的原始形态。

“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。” (李筌：《阴符经疏》)。还有中国古代彝族一则神话说：“阴阳产生其中，青红两气体，按轨道旋转上升，……运转不息，由这一运转，就产生了天，也产生了地。”^[1]这就是先民们的宇宙生成的一种假说，颇像康德的星云假说。

浑沌之死、庄周梦蝶等神话可谓自然寓言，其蕴含有自然哲学的寓意。

原始社会生产力水平十分低下，面对难以捉摸和控制的自然界，人们不由自主地会产生一种神秘和敬畏的感情，而一些特殊的灾害性的自然现象，如地震、洪水，还有人类自身的生老病死等等，尤其能引起惊奇和恐慌。人们由此幻想出世界上存在着种种超自然的神灵和魔力，并对之加以膜拜，自然在一定程度上被神化了。神话也就由此产生。而将自然之天称为具有主宰作用的上帝。原始宗教从此产生。尚书·尧典》说：“(舜)在璇玑玉衡，以齐七政，肆（遂）类于上帝，禋于六宗，望于山川，遍于群神。”这里的上帝就是天。所以封禅是古代帝王称帝后首先要做的一件事。

天帝即中央天帝——黄帝。掌土神后土，手中一绳，掌管八方。

所谓“皇帝四面”各监一方：东方天帝：太昊，辅佐大臣：木神句芒，手中一规，为春神；西方天帝：少昊，辅佐大臣：金神蓐收，手中一曲尺，为秋神；南方天帝：炎帝，辅佐大臣：火神祝融，手中一秤，为夏神；北方天帝：颛顼，辅佐大臣：水神玄冥，手中一秤锤，为冬神。 
    巫术是巫教的重要组成部分。幻想通过巫术感应上天，实现人们的愿望，大者如干旱时通过巫术求雨，小者如祈求神灵护佑平安等等。

由于古人对天的崇拜，所以巫术和天学有千丝万缕的联系，由此派生出占星术、天象学。古代中外莫不如此。中国古代皇朝设置的钦天监既有负责天文测算的功能又有占星的功能；西方古代的天文学与占星术也是联系紧密的，例如大天文学家第谷和开普勒都是享誉欧洲的占星学家。

弗雷泽说：“巫术与科学在认识世界的概念上，两者是相近的。二者都认定事件的演替是完全有规律和肯定的。并且由于这些演变是由不变的规律所决定的，所以它们有时可以预见到和推算未来的世界。”“巫术就这样成了科学的近亲。”“但巫术与科学有本质区别，它把幻想的联系当作了真实的联系，注定要失败。只有当人类用科学来取代巫术时，人类的愿望才能逐步实现。” ^[2]

2    天学——自然之学

“天何言哉，四时行焉，百物生焉，天何言哉。” （《论语》）

 荀子则指出“天行有常，不为尧存，不为桀亡”。

 张载还说：“太虚无形，气之本体，其聚其散，变化之客形尔。”

当以客观自然为对象时，天学是自然科学。中国古代天学有观测天文的仪器、观测数据和科学的推算方法，所以中国古代天学堪称为数理天文学。

春秋战国时期以天为至上神的观念开始动摇，出现了以天为纯客观的自然的观念。孔子：“不语怪、力、乱、神”，对神灵和怪异之事不谈论，《论语》中提到天的地方有三十多处，这些言论大多不是将天作为神灵谈论的，而是从 “客观规律”的意义上谈论“天”， “天何言哉，四时行焉，百物生焉，天何言哉”。荀子则指出“天行有常，不为尧存，不为桀亡”。“循道而不贰，则天不能祸”。这些都强调天的客观性和规律性，而不是将它看成主宰人类命运的神灵。张载还说：“太虚无形，气之本体，其聚其散，变化之客形尔。”“太虚”可谓天，可谓宇宙。其中气（物质）聚散和变化是物质的客观属性。。这是十分深刻的科学结论。提出“地在气中， 地有升降，日有修短。 地虽疑聚不散之物，然二气升降其间，相从而不已也。”

自然科学知识是古代唯物主义自然观的基本来源。并提高到世界观、方法论乃至哲学的高度，进行唯物主义的概括和总结。例如，早在春秋时期的《管子·形势》篇说：“天不变其常，地不易其则，春夏秋冬不更其节，古今一也。”“天”、“地”都是有一定规律的自然，春夏秋冬的季节是自然规律的体现。这表明了《管子》唯物主义思想和天文知识的联系。战国时期杰出的唯物主义哲学家荀况，以日月星辰等天体运行具体固定规律的天文知识为依据，提出“天行有常”、“制天命而用之”的著名命题，并且据以批判占星术一类的迷信邪说，对于后来天文学逐渐摆脱占星术起了积极的作用，直接推动了天文学的发展。

东汉唯物主义哲学家王充批判打雷是老天爷发怒的迷信观念，说明雷实际是火，就用了客观“证验”的方法。他通过对打雷的闪电现象、被雷击折的树木和烧焦的尸体等多方面的观察、分析，然后总结性地说：“夫论雷之为火有五验，言雷为天怒无一效。然则雷为天怒，虚妄之言。”（论衡·雷虚）这是通过各种验证而作出的推论性的结论。当时限于科学水平，王充不可能懂得打雷是一种放电现象，但他讲的“雷是火”的看法是对天学中的神学观点的一种批判，是对雷电现象所作的理性的“证验”和更为科学的说明，在科学史和哲学史上都是有积极意义的。

王充对于江涛形成原因进行了论证。《论衡·书虚》篇记载史书的一个传说，吴王夫差错杀了大将伍子胥，并将其尸体投于江中。伍子胥死后心怀愤怒和怨恨，在江里“驱水为涛，以溺杀人”。王充以屈原、申徒狄怀恨含冤蹈河而死，江河却不起波涛，通过一系列的论证，王充得出了江涛是“无神之验”的结论。王充又从科学的角度分析江涛的成因，他说，江的入海口，“殆小浅狭，水激沸起，故腾为涛”，江涛的形成和江口狭窄、江底又浅有关，而江涛 的起因是：“涛之起也，随月盛衰，小大满损不齐同。”直接和天上的月相圆缺变化有关。这是十分出色地运用理性的科学观点进行的论证。

南北朝时期伟大的数学家、天文学家祖冲之推动中国古代天学由神学向自然科学的转化做出了重要贡献。南北朝祖冲之研究天文学不循古人之法，推算岁差、五星会合周期‘开数百年来之先河’，著为大明历。推算的每一回归年，跟现代科学测定的相差只有五十三秒。‘非有频年测候深有得于心者不能也‘。然而孝武帝召集保守的大臣批判他搞”伪科学” “诬天背经”“离经叛道”。祖冲之‘毅然不顾世俗之惊’ 写了著名的《驳议》，申明“愿闻显据，以核理实”，“浮词虚贬，窃非所惧”，针锋相对地予以痛斥。坚持真理反驳说“不能信古而疑今，天体运行，有形可检，有数可推，非出神灵”。但该历法仍被朝廷封禁至祖冲之逝世十多年以后才开禁。祖冲之和哥白尼、布鲁诺、伽利略具有同样的科学求真精神，在世界科学史上留下了可歌可泣的一页。祖冲之的探索自然奥秘的精神和成就震撼了世界近代科学界和民众，为此在天空中命名了一颗祖冲之星，月亮上命名了一座祖冲之山，国内有祖冲之学校、祖冲之博物馆，这是中外学者所公认的祖冲之和中国古代科学的光辉成就。

明末清初的王夫之说：“盖格物者，即物以穷理，唯质测为得之”（《搔首问》）。“格物”就是研究客观规律，并通过“质测”（实践）而形成理。

中国古代历史上的很多思想家如孔子、管子、荀子、王充、王夫之等用客观自然规律去反驳神学论，促进中国古代神学的自然观向理性的自然科学观转化发展，促进中国古代天学由神学向自然科学的转化和过渡。

3   天学-——理之学

“宇宙之间，一理而已。天得之以为天，地得之以为地。”（《朱子类语》），

 “尽其心者，知其性也，知其性，则知天矣。存其心，养其性，所以事天也。”（《孟子》）

以天为哲学之天、义理之天的观念在春秋战国时期即以萌芽，比较有代表性的是孟子的性天合一的天道观。孟子认为，天具有道德属性，人类的道德观念都是天赋予的，人类通过努力，可以达到性天合一的境界。宋明儒家把义理之天进一步深化为理学，把天作为义理之天和哲学本体，他们所谓的天即天理，无论自然象和人类社会，都由天理主宰，它“推之四海皆准”，是宇宙背后的动因，人的道德也是“天命所命”。“天地之间，有理有气。理也者，形而上之道也，生物之本也；气也者，形而下之器也，生物之具也。是以人物之生，必禀此理然后有性，必禀此气然后有形。其性其形虽不外乎一身，然其道器之间分际甚明，不可乱也。”

以上所论古代学说中这三种意义的天学，即神灵意义天学、客观自然意义天学以及哲理意义的天学有时是各自独立的，有时是交叉融合的。不同的学说可能有不同的侧重。这三种天学中以自然科学的天文学最为重要，并且是独立存在和发展的，其主要应用于农业和航海。如果应用于神学则为占星术天象学，应用于伦理则为理学。

二    天人合一观

“诚者天之道也，诚之者，人之道也。”（《礼记·中庸》）

“天人之际，合而为一。”（《春秋繁露·深察名号》）

天人合一在儒家学说中可谓“自然人化”或“人格化自然”。认为人只要发扬“诚”的德性，即可与天一致。汉儒董仲舒则明确提出“天人之际，合而为一。”这是二千年来儒家思想的哲理之天重要观点。

“人法地，地法天，天法道，道法自然。”（马王堆出土《老子》乙本）天人合一在道家学说中是“人的自然化”。即表明人与自然的一致相通、和谐统一。其实在儒家学说中也不乏这种思想，例如《朱子语类·卷十五》中记述:“非其时不伐一木, 不杀一兽, 不杀胎, 不夭一飞禽，,不覆巢, 此便是合内外之理。”

天人合一首先是由庄子提出的“天地与我并生，万物与我合一。”庄子的神话寓言更蕴含了深刻的天人合一的思想。

“昔者庄周梦为蝴蝶，栩栩然蝴蝶也，自喻适志与！不知周也，俄然觉，则蘧蘧然周也，.不知周之梦为蝴蝶与？蝴蝶之梦为周与？周与蝴蝶，则必有庄周梦蝶。”（《庄子·齐物论》)

南海之帝为倏（shu），北海之帝为忽，中央之帝为浑沌。倏与忽时相遇于浑沌之地，浑沌待之甚善，倏与忽谋报浑沌之德。曰：“人皆有七窍以视听食息，此独无有，尝试凿之。”曰凿一窍，七日而浑沌死。《庄子·应帝王》

两千多年前的庄子就用这则寓言警示二十世纪以后的人类，自然界是不可能被完全认知的，更不可按照人类的意愿肆意雕琢开发。这是从反面给予人类以天人合一的启示。

中国思想史上，“天人合一”是一个基本的信念。季羡林先生对其解释为：”天，就是大自然；人，就是人类；合，就是互相理解，结成友谊。西方人总是企图以高度发展的现代科学技术征服自然掠夺自然，而东方先哲却告诫我们，人类只是天地万物中的一个部分，人与自然是息息相通的一体。”但季羡林这种在天人的关系上把东西方截然分开有一定的片面性。

三   中国古代天学之时空观

1   宇宙空间的无限性

“天了无质，仰而瞻之，高远无极。”（《晋书•天文志》）

     宇宙空间的有限或无限问题，中外古今，都存在着矛盾和争论。从认识论的角度看宇宙无限性的内在矛盾就是无限和有限的统一，可谓‘至大无外，谓之大一；至小无内，谓之小一。”（《庄子•天下篇》）

中国古代的盖天说、浑天都假设有一个天穹存在，其上嵌镶着亮晶晶的星辰。而且有可以计算的界限。

然而张衡却并不认为这就是宇宙的大小:“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。”（《张河间集•炅宪》）这里反映了张衡一个十分深刻的时空无限的观点。

宣夜说是主张宇宙无限的。“天了无质，仰而瞻之，高远 无极。”（《晋书•天文志》）晋朝虞喜提出的安天论，天高穷 于无穷”(《晋书•天文志》)。宣夜说和安天论都否定天穹的存在。

宋代的理学家大多持宇宙有限论的观点。邵雍的先天象数学：“物之大者，无若天地，然而亦有所尽也。”(邵雍：《皇极经世•观物内篇》)自幼的宇宙问题充满好奇心的朱熹说“气外更须有躯壳甚厚，所以固此气者。”(《朱子全书•天地》)。

明代的杨慎（公元1488—1559)对于宇宙空间的有限和无限产生了极大的思想矛盾：“朱子遂云，天外更须有躯壳甚厚，所以固此气也。天岂有躯壳乎？谁曾见之乎？既自撰为此说，他曰遂因而实之曰：北海只挨着天壳边过，似曾亲见天壳矣。”（章潢:《图书编•天地总论父》）。“天有极乎？极之外何物也？天无极乎？凡有形必有极。”（杨慎:《升庵集•辨天外之说》）又引诗曰“不识庐山真面目，只缘身在此山中。盖处于物之外方见物之真也。吾人固不出天地之外，何以知天地之真实欤？且圣贤之学切问近思，亦何必天 外之事耶？”（ 杨慎：《升庵集•辨天外之说》）。

唐代学者柳宗元在回答屈原《天问》而写的《天对》中，对于宇宙无限性有十分深刻的见解₅

“无极之极，漭猕非垠。”

“无中无旁，乌际乎天则？”

“东西南北，其极无方”

“夫何鸿洞，而课校脩长？”

“茫忽不准，孰衍孰穷？”

由此可见，柳宗元的宇宙无限性的思想是十分丰富的。 而且提出“无中无旁，乌际乎天则？”宇宙没有中心，这点认识比哥白尼、牛顿、康德都高出一筹。哥白尼和牛顿都认为太阳是宇宙中心，康德虽然明白指出宇宙是无限的，但他也认为宇宙有一个中心。这是很不彻底的无限观，因为真正无限的宇宙是不可能有什么中心的。

2  宇宙在时间上的无限性的论述

“天地本无起灭，而以私意灭之，愚矣哉！ ”（ 王夫之：《张子正蒙注•大心篇》）

“气化流行，生生不息。”（戴震:《孟子字义疏证》）

“有始也者，有未始有始也者，有未始有夫未始有始也 者。有有也者，有无也者，有未始有无也者，有未始有夫未始有无也者。”（《庄子•齐物论》）

这是庄周自然哲学中的宇宙无限论，即宇宙无论以什么时间为起点，在这起点之前又有时间了。

从战国时代的邹衍开始，就把历史描绘成“五德终始”的 大循环。汉代董仲舒，进一步 把这大循环思想推广至自然界，这是董仲舒“天人感应”体系的很重要的一个方面。后世的儒家发展了大循环论，并从佛教吸取了轮回思想，形成宇宙大循环的宗教神学理论。

中国古代自然哲学中源于佛教的宇宙大轮回思想影响广泛，“所有一切世界，皆悉具四种相劫，连环无端。所谓一大劫也。”（《书蕉》，转引自4:古今图书集成•乾象典》卷七）。脍炙人口《西游记》第一回写着宇宙时间的大轮回：

“盖闻天地之数，有十二万九千六百岁为一元。将一元 分为十二会……每会该一万八千岁……若到戍会之终，则天地昏嚎而万物否矣。再去五千四百岁，交亥会之初，则当黑暗，而两间人物俱无矣，故曰浑沌。又五千四百岁，亥会将 终，贞下起元，近子之会，而复逐渐开明。”

宋代“先天象数”的神秘主义者邵雍，发挥了佛教轮回思想，邵雍以神秘主义“象数学”来推算:“易之数，穷天地始终。或曰：天地亦有始终乎？曰：既有消长，岂无始终。”（邵雍：《皇极经世*观物外篇》）而得出宇宙有限的结论。

后世王夫之批判这种循环论观点“天地本无起灭，而以私意灭之，愚矣哉！ ”（ 王夫之:《张子正蒙注•大心篇》）

比王夫之略晚的戴震（公元1723—1777年）则概括宇 宙的无限发展为：“气化流行，生生不息。”（戴震:《孟子字义疏证》）物质守恒，因而宇宙永无终始，这是坚持物质第一性的自然观₃

在元代一本叫《琅环记》的书上，有一则小故事，十分深 刻地反映了宇宙无始无终的思想：

“姑射谪女问九天先生曰：天地毁乎？曰：天地 亦物也， 若物有毁，则天地焉独不毁乎？曰：旣有毁也，何当复成？ 曰：人亡于此，焉知不生于彼？天地毁于此，焉知不成于彼 也？曰人有彼此，天地亦有彼此乎？曰：人物无穷，天地 亦无穷也。譬如蛔居人腹，不知是人之外，更有人也；人在 天地腹，不知天地之外，更有天地也。故至人坐观天地，一 成一毁，如林花之开谢耳，宁有既乎?”

3    时、空、运动的统一性

关于物质、时间、空间和运动的统一的问题，中国古代《墨经》就论述了时间同空间的联系，以及时空同物质和运动的联系。《经上》说：“动，或（域）徙也。”《经说》的解释是：“动，偏祭（际）徙者，户枢，兔，蚕。”这就是说，运动是物体所处的空间区域的界限（偏际）的迁移和变化。例如，门窗的开关，兔子的跳跃，蚕体的蠕动，都是通过空间界限的变化而显示出它们的运动。而空间界限的变化，又是和时间相联系的。《经下》说：“行修以久，说在先后。”《经说》的解释是：“行者必先近而后远。远近，修也；先后，久也。民行修必以久也。”人走路（运动），先近后远，经过一段空间距离（修），也必须经过一段时间（久）。可见，运动和时间有不可分割的联系。《墨经》又进一步说明时间和空间的依赖关系。《经下》说：“宇或徙，说在长宇久。”《经说》云：“长宇，徙而有处。宇南宇北，在旦有（又）在暮：宇徙久。”这段话的大意是：正是物体从一个区域迁移到另一个区域的这种运动，才显示出空间（宇）的广延性，所以叫“长宇”，没有物体的运动也就显示不出空间的特性。物体在空间的运动，又必须伴随着时间上的持续性，这就是“长宇久”。例如，一个物体的运动，在空间上从南到北，在时间长可能要从早到晚，这样“长宇久”也就是“宇徙久”。这就是墨子关于时间、空间、物质和运动就具有不可分割联系的论述。

四 天数——中国古代自然的数学化和数字化

    自然科学的数学化是自然科学由具象过渡到抽象，由感性过渡到理性的重要过程。

与天学类似，中国古代数学因与其应用的对象不同而有三种类型，神性的、哲理的和客观自然的。但以第三种客观自然的类型为主，即中国古代数学主要是客观自然的数学化工具，故有“自然之数”一说。中国古代数学的很多成果是出自天文的计算。这就是中国古代天文学之所以能成为数理天文学的重要原因。中国古代数学是解决实际问题的工具也主要体现为自然的数学化工具。

“宇宙虽广，可以一术齐之矣”（一行，大衍历议）。“夫算者，天地之经纬，群生之元首，五常之本末，阴阳之父母，星辰之建号，三光之表里，五行之准平，四时之终始，万物之祖宗，六艺之纲纪”(孙子算经)。

    1、中国古代自然世界数学化的思想^[3]

《老子》说:“道生一，一生二, 二生三，三生万物”；古希腊毕达哥拉斯学派则认为，“万物的始基是‘一元。从‘一元’产生出‘二元’”，进而产生出四种元素:水、火、土、空气”，进而产生了整个世界。总之，“数目的基本元素就是一切存在物的基本元素。宇宙的组织在其规定中是数及其关系的和谐体系。”老子主张“道生一”与毕达哥拉斯学派从一派生出整个世界来有异曲同工之处。

    南北朝时成书的《孙子算经》序言中说;“夫算者，天地之经纬，群生之元首，五常之本末，阴阳之父母，星辰之建号，三光之表里，五行之准平，四时之终始，万物之祖宗，六艺之纲纪。”这里把算学看成从精神到物质的一切事物的本源，是“万物皆数”思想的一种反映，充分体现了中国古算理论作为自然世界数学化工具的传统。即十三世纪秦九韶认为的“数与道非二本’以及刘徽关于数学的作用的观点“穷纤入微，探测万方”。

以刘徽、李冶为代表的数学家认为数学来源于客观自然世界的空间形式和数量关系。刘徽在破除数学的神秘性时说:“至于以法相传，亦犹规矩、度量可得而共，非特难为也。”规矩是古代画圆、画方的工具，这里代表空间形式，度量就是度、量、衡，这里代表数量关系。刘徽的话不仅说明了数学的对象和来源，而且体现了我国古代数学融几何、代数于一体的特点。十三世纪李冶发展了刘徽的思想，他说:“彼其冥冥之中，固有昭昭者存。夫昭昭者，其自然之数也。非自然之数，其自然之理也。”显然，他认为数学就是自然之数、自然之理的反映，“数一出于自然。”刘徽和李冶的数学本体论观点认为数学是控制空间形式和数量关系的抽象思维。

    中国古代数学神创的观点有所谓“河出图、洛出书”的神话，到十三世纪秦九韶提出“河图洛书闿发(数学的)秘奥”的看法，但是就是秦九韶本人也认为“数术之传，以实为体”，他提出的八十一个问题，绝大多数比他以前和同时的著作更加密切联系客观自然的实际，复归到《九章》的传统和刘徽的观点。

   中国古代数学以定量研究为主.以计算为中心，采取以术文统帅自然问题集的形式，代数学特别发达，长于算法理论的研究，形成了与古希腊以欧几里得《几何原本》为代表的公理化体系迥然不同的风格。中国数学起步的时候，即有当时世界上最先进的十进位制记数法和最先进的计算工具算筹，使古代的计算数学在中国得到充分发挥而长于实际应用。十进位制、二进位制、无理数的计算、负数、无穷小、无穷大、极限等数学慨念的建立都大大领先于世界，由此中国古代产生了数学是无所不能的思想，故有自然之数，其自然之理之说。这就是一切皆数，自然的数学化的学说在古代中国发展的基石。这正是中国古代数学的伟大之处。也正因此中国古代才实现了领先于世界的圆周率、吕律和天文学的计算。

《老子》说:‘无名天地之始，有名万物之母”，刘徽的同代人王弼说:“一数之始而物之极也。”刘徽受此影响提出:“一者多之始，一者数之母。”这就把任何数都看成与一有公度的。因此，可以自由地求无理根的近似值而不必考虑哲学上的困难。许多事物往往是利弊相辅相成。刘徽求微数的意义固然垂大，却永远关闭了在中国独立发现无理数的大门。

负数的引入是数系的一次大扩充，在欧洲直到十六世纪甚至十八、九世纪还对它的合理性提出怀疑。在欧洲的不可思议的事，在公元前一世纪的中国却未遇到任何麻烦，《九章算术》在线性方程组消元时就引入了负数，提出了“正负术”即正负数加减法则。刘徽进而提出了正负数的定义:“今两算得失相反，要令正负以名之。”并提出运算中取哪个数为正哪个数为负都是相对的，可以由计算的方便而决定。

对无限的认识，是数学哲学的重要问题。刘徽在世界上第一次把无穷小分析应用于数学证明。分析一下他关于圆面积公式的证明，刘徽从圆内接正六边形开始割圆，依次得到10， 24，……边形，它们与圆面积之差越来越小，刘徽说:“割之又割，以至于不可割，则与圆周合体而无所头矣。”这里的边数无限的正多边形与圆周合而为一体现了刘徽无穷小量的实无限性，接着刘徽指出，正多边形每边与圆周之间有一余径，余径乘边长加到多边形面积上，则大于圆面积。在与圆周合体时，“则表无余径，则幂不外出矣。”最后刘徽说：“故以半周乘半径而为圆幂。”这就是将与圆合体的正多边形分割成无穷多个以圆心为顶点以每边为底的小三角形，计算它们的面积，求其和，即证明了圆面积公式，显然，刘徽分割出来的这个正无穷多边形既与圆周合体，又保持了正多边形的特性，其每边既是零，又是非零，休现了无穷小量的潜无限性，总之，刘徽在证明园面积计算公式的过程中运用的无穷小量求和，这是微积分方法的体现。他的无穷小量的思想比古希腊的同类思想要高出一筹。由于无法解释芝诺悖论，希腊数学家不得不把无限排斥在自己的推理之外。如在穷竭法中，尽管从理论上讲所进行的分割可以无限继续下去，然而在用于数学证明时，却从未使用过无穷小量和极限思想，分割中总有一个剩余，包括数学大师阿基米德在内都用双重归谬法而不是极限思想证明已知的命题。在欧洲，最先采用与刘徽类似方法证明圆面积公式的是尼古拉斯(1401-1464)，他把圆定义为边数最多的多边形，其后的分割方法与刘徽完全一致他用定义回避了刘徽的两个极限过程。

2、世界图式的数字化——世界最早的二进制编码^[4][5]

     成书于殷周时期的古书《周易》中，用阳爻“一”、阴爻“一一”的不同排列构成“四象”(每次取两爻)、“八卦”(每次取三爻)和64卦(每次取六个爻)，这被认为是世界上最早讨论排列的书。如果把阴爻看作“0”多把阳爻看作“l”，则“八卦”正好是二进位制记数法的0到7，而64卦则相当于二进位制的0到63这64个数,…………这就是世界最早的二进制编码。   

《周易大传》竭力推崇《周易》古经的卦爻体系作为世界图式功能。《象辞》肯定《周易》古经的卦象是圣人模仿天地万物的实际情况而成，《系辞》进而认定卦象是反映万物的复杂情况，每卦的六爻是反映万物的变动情况，这都是自然客观的反映论的观点。《系辞上》说：《易》与天地准，故能弥纶天地。《周易》古经与天、地、人(“三才”)相当，包括天、地、人的一切道理。全书的卦爻体系是天地万物运动变化不可违离的固定模式，这是一种特殊的图式论。这正是两千年后20世纪信息科学的中最基础的数字化技术的思想。

但是以“八卦定吉凶”，把宇宙生成变化和社会人事的吉凶直接联系起来，宣传八卦的神机妙算作用，属于神秘主义的伪科学思想。

《周易》最早传入西方始于1626年,该书相继被译成多种欧洲文字。但最初使《周易》在西方产生较大影响的仍当推莱布尼茨和白晋讨论《易经》的信。

莱布尼茨在信件中论述了关于易卦二进制原理的发现,首次昭示了东方古老思想与西方现代科学之间的超时空的贯通一致,难怪西方学者称之为“科学史上一个奇特的问题”。

   莱布尼茨(1646一1716)从青年时期开始就一直设想能以数字为基础去建立一种新的演绎逻辑,使之具有和数学原理一样精确、简便的特点.《论个体性原则》(1663)一文即已提出“事物犹如数字”,只要建立一种基本的人类思想的字母表,并且懂得该字母表的用法,人们就能发现和判断任何事物。在《论组合术》(1666)一文中,他进一步指出,为了建立这种文字,关键在于把所有事物(概念)都简化成字母、符号,通过类似数字的乘法组合过程来进行推理演算。1677年,莱布尼茨又写了《通向一种普遍文字》一文,从哲学上全面总结和概括了上述符号逻辑思想。

     正是在上述思想导引下,莱布尼茨于1679年完成了科学史上的一篇重要论文《二进制算术的阐述》。该文创立的二进制算术为计算机原理奠定了基础。也正是由于上述两个重要发现,莱布尼茨本人亦被尊为数理逻辑的创始人和“计算机”之父。

    大约在1697年10月以后,莱布尼茨开始和当时在清代朝廷工作的法国神父白晋(1655一1730)通信。莱氏关于建立普遍文字的思想启发白晋对《周易》象数学方面研究.1701年4月,莱布尼茨将自己创制的二进制表寄给白晋.同年11月,白晋从北京复信,认为《易》卦的排列与莱氏送给他的数表是符合的,并寄给莱布尼茨两个《易》图。莱布尼茨发现其中卦的排列顺序与他在1679年发明的二进制原理是一致的:六十四卦图象中的两个基本符号阳爻(一)和阴爻(一一)对应于二进制算术中的两个基本符号1和0。,可以用1和0代替“一”和“一一”,使后者完全转译为前者。莱布尼茨后来提到这一发现时指出:“《易经》,也就是变易之书，蕴藏在六十四卦中的哲学秘密，恰恰是二进制算术，阴爻一一就是0。阳爻一，就是1。这个算术提供了计算千变万化数目的最简便的方式”。由于周易卦图佐证了他早就发明了的二进制算术的正确性和可靠性,因而促使他两年后将上述论文公开发表于《皇家科学院论文集》。

   莱布尼茨用数学方法论解说《易经》时得到的这一重大发现自然使他感到惊异,他由此推测伏羲在其推演的八卦中曾使用二元算术,因为《易经》至少是公元前二千年的作品。然而,不论伏羲等人创制八卦并重为六十四卦时是否自觉地运用了二进制算术,《易》卦排列组合顺序与二制算术的排列顺序之间不谋而合,这个事实本身都不仅表明了中国先民令人赞叹的深邃智慧,而且第一次雄辩地证明了《易经》符号系统是有其科学依据的,因而才能对国内外易学研究产生经久不衰的吸引力。

  五   从《天问》看中国古代形而上的自然观—穿越时空的科学猜想

 1953年由世界和平大会颁布，屈原与哥白尼、莎士比亚、拉伯雷并列为世界四大文化名人。同年在北京举行了隆重纪念屈原逝世二千二百三十周年，哥白尼逝世四百一十周年，拉伯雷逝世四百周年纪念大会。

中华第一诗人屈原留给世界无穷无尽的文化精神财富，“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。”激励着千秋万代的人们对真理的探索。而屈原的《天问》则是诗人对天理的形而上的求索。《天问》被李政道先生誉为用“诗写就的宇宙学论文。”也可称之为自然哲学之诗。

 《天问》中的“天”有多种含义，包括神灵的天、哲理的天和客观自然的天。虽然天问中荟萃了大量的神话传说，但诗人的思绪并没有停留在神话传说上，不是单纯的复述和保存这些神话传说，而是超越神话的思维追究第一次推动，试图在对各种神巫灵怪的美丽传说的怀疑中探索出真相与本质来。体现了更积极的形而上的理性意义。其目的在于“问”，问必出于“疑”，这就体现了他对传统观念的怀疑、批判和挑战。

孔子曰“天何言哉，四时行焉，百物生焉，天何言哉”，所以《天问》其本意就是天之道为何？天何言哉 ？是一句句对天所存在的问题的形而上的追问，充满着对天求索的理性精神。并没有因为敬天，惧天而把‘问天’反之为‘天问’为题作诗的用意。

从自然科学的角度看，《天问》被李政道誉为用诗写就的“宇宙学论文，屈原在2300年前就在诗中巧妙运用了几何学和物理学的对称性原理，提出了地球是圆的，可能是个东西、南北不一样长的扁椭圆球体。”

事实上，《天问》中还蕴含着更伟大的科学猜想。“阴阳三合，何本何化？” “圜则九重……斡维焉系？，“日月安属？列星安陈？”“隅隈多有，谁知其数？” 这些问题对应着宇宙演化、万有引力和时空弯曲的猜想。

爱因斯坦说“想象比知识更重要，知识是有限的，而想象是无限的。”“提出问题比解决问题更重要。”屈原的伟大想象来自何方？来自天上！，屈原不是一位普通诗人，是伟大的科学诗人！如果说李白是诗仙，那么屈原则是翱翔于天空的诗神。

 “遂古之初，谁传道之？上下未形，何由考之？““日月安属？列星安陈？”古今中外有谁提出过这一声声惊天地泣鬼神的《天问》。这是穿越2300年时空之问。

第一《天问》关于宇宙演化猜想之问：《天问》中蕴含宇宙是发展变化的猜想，提出了“阴阳三合，何本何化？”之问。

古希腊亚里士多德认为宇宙是一个大水晶球体，整体上是不变的，由于宗教的原因，宇宙不变论也是文艺复兴前西方学术界普遍的观点。直到18世纪，康德和拉普拉斯才提出了宇宙是变化的观念。1755年，康德出版了《自然通史和天体论》。其中提出了太阳系起源的星云假说：物质微粒从最初的混沌状态，通过吸引而不断凝聚，又由于排斥而发生旋转运动，并逐步发展而形成太阳系。康德还指出，整个宇宙也是从物质的原始分散状态而凝聚成一个中心，再逐步向四面无限地扩展下去。在宇宙中，天地不断地形成，又不断地熄灭。从而有力地批判了“宇宙不变论”。所以，康德-拉普拉斯的星云假说对于科学宇宙观的发展具有划时代的意义。

中国自古以来无论什么学派，元素论、道论、精气论、汽论、太极论、虚霩论、神创论、象数论和气形论等。都认为宇宙是在不停的演化着的。其中也不乏与星云说接近的气化说。早在《淮南子•天文训》中就有一种思想，认为:天地形成以前，是一团混沌状态的气体。 气有轻重，轻清者上升而为天，重浊者凝结而为地，天先成而地后定。天地的精气合而为阴阳， 阳气积久生火，火的精气变成太阳。阴气积久生水，水的精气变成月亮。太阳和月亮过剩的精 气变成星星。

既然在屈原之前就有天体演化的学说，那么为什么屈原会在天问中提出宇宙演化的猜想问题呢，因为中国自古以来，学者们如天马行空，对宇宙演化提出了许多不同的猜想。元素论、道论、精气论、汽论等等。我们可爱的屈老夫子要打破砂锅问到底，这是何本何化呀？这就是我们可爱的屈老夫子上下而求索的精神，着实令人钦佩不已，并值得我们学习并传承的。

第二 《天问》关于万有引力的猜想之问：在《天问》中，屈原提出了日月星辰分布于空中，是靠什么维系“圜则九重……斡维焉系。日月安属？列星安陈？这就是万有引力猜想的问题。

牛顿是从苹果落地引起对于引力的思考，屈原则是从日月星辰的分布引起“斡维焉系”？关于引力的思考，可见屈原的思想比牛顿广博得多。

1687年牛顿出版了《自然哲学数学原理》这一重要著作，在这本具有历史意义的著作中，牛顿系统表述了他的力学基本定律及万有引力定律。牛顿是继伽利略之后最伟大的科学家， 

牛顿因看到苹果落地，而触发了对引力思考的灵感，这就是他比常人高明之处，而屈原仰望星辰而触发了斡维焉系？天极焉加？的思考的灵感。二者有异曲同工之妙。

牛顿看到苹果落地就发现了万有引力定律，这是不切实际的。这个苹果故事起源于法国文学家伏尔泰在1738年写的小说，这段苹果佳话又是牛顿的侄女亲自告诉他的。所以由苹果落地触发了引力的灵感是可信的。这位老牛抓住苹果落地所触发了万有引力的“天问”灵感继而发挥牛劲经过艰苦努力的研究才发现了万有引力定律。

第三《天问》关于时空弯曲的猜想之问：屈原在天问中提出了时空弯曲的问题“隅隈多有，谁知其数？”

爱因斯坦1965年建立了新的时空理论，称为广义相对论。根据等效原理，引力可以等效为加速系统中的惯性力。引力可以用一个加速系统体现出来。爱因斯坦的广义相对论把引力与时间空间的几何特征联系起来了。所谓几何特征，那就是时间、空间距离的测量和时空的弯曲性质等。

现代科学的一些结论，在古代就有类似的猜想。并不仅限于中国古代，也不仅限于屈原的《天问》。发现万有引力的牛顿就曾说过，古代的先民早就知道万有引力定律这样的物理规律，只是随着人类的堕落，这些知识才逐步失传和遗忘。老牛哪里知道这神秘的真理却隐藏在两千年以前古老东方的老倔（屈原）的《天问》里！历史和先知是如此的巧合，屈原关于宇宙演化、万有引力、时空弯曲以及其它科学猜想，不正是由于以后中国两千年封建社会的堕落而被遗忘的吗！老倔（屈原）和老牛形而上的求索精神也着实令人钦佩和学习。

屈原以超前的理性思维探求天地宇宙之‘元’问题，往事越千年成为现代科学还在思考的问题。

英国诗人拜伦说“幻想是诗的翅膀，假设是科学的天梯。”屈原鼓动着幻想的翅膀飞向宇宙，高颂着惊天地泣鬼神之“天问”，穿越数千年时空，激荡着回响，闪耀着智慧的科学之光！

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