第九章 科学思想
第九章 科学思想 (第3/3页)
说的那“两块小地区”，很可能便是指嘉、湖。《乃服》章对蚕种的选择确实给予了最大的注意。其中指出在蚕的雄雌蛾交尾后，雌蛾产卵于桑皮纸上，将蚕卵纸收起，放在高的通风处，避免油烟气及低温。到十二月时再行“蚕浴”，即对蚕种的消毒处理。嘉、湖所用的方法是将留作繁殖的早蚕种卵在天寒时用天然露水、石灰水或盐卤水浸之，“盖低种经浴则有死不出，不费叶故，且得丝亦多也”。意思是说经过这样处理后，抵抗力小的劣种便被淘汰而死，不致让其生长，浪费桑叶；而保留下来的良种增加抵抗力，以后吐丝就会多。蚕浴除有淘汰劣种的作用外，还有消毒的作用。顺便说，《蘖。丹》论红菌种培养时，也提出用明矾水（硫酸钾铝）处理。因其呈酸性，可抑制杂菌生长，而红菌耐酸性强，这都是有意识地选择良种，又有意识地淘汰劣种或有害个体的两个措施同时并举的方法，以便保证所需物种顺利成长并繁殖后代。
宋应星还指出晚蚕（二化性蚕）或夏蚕种不必蚕浴，因为这种蚕体质强壮、抵抗性强，只有早蚕（一化性蚕）抵抗性弱。当然，留作繁殖的种卵都是取用最好的蚕种。在良种中再经选择，则剩下的便是良种中之良者。
当幼蚕从卵中孵出后至成虫阶段，还要经受一次选择，这就是将病蚕从蚕群中人工淘汰出去。为此，《乃服。病症》节中论述了蚕病致因、病蚕性状及淘汰病蚕的措施。“凡蚕将病，则脑（胸）上放光（透亮），通身黄色，头（按指胸部）渐大而尾渐小。并及眠之时，游走不眠，食叶又不多者，皆病作也。急择而去之，勿使败群。凡蚕健美者，必眠叶面。压在下者，或力弱或性情，作茧亦薄。其作茧不知收法，妄吐丝成阔窝者乃蠢蚕（反常的蚕），非懒蚕（不健美的蚕）也。”
①C.Darwin 著、叶笃庄、方宗熙译：《动物和植物在家养下的变异》，第455 页（科学技术出版社，1982）
根据这一论述，便可从蚕的生活规律中发现何者健美可作种蚕，何者病作应予淘汰、何者反常不能留种了。宋应星关于病蚕特征的描述，已得到现代科学的确证。根据对病蚕的电子显微镜观察、尸体解剖以及病理学研究取得的最新资料，食欲不振和蚕体大小不齐（头大尾小），与患中肠型脓病、病毒性软化病等有关。举止不活泼、游走不定与败血病、中毒症有关。而中肠后呈黄色、遍体透明与病毒性软化病及细菌性胃肠病有关。①蚕的所有上述病症都具有很大的传染性，必须使病蚕与健蚕隔离。宋应星所用的方法是“急择而去之，勿使败群”。这里他用了“择”字，即迅速选择出病蚕毁掉，以免败坏蚕群。伟大的选择原理在这里再一次被自觉地运用。宋应星分析蚕病致因时指出，凡蚕受闷热、湿热、暖温骤变、风吹、食不洁桑叶，或周围环境的杂物、油烟气侵袭以及除沙不勤等，都是导致症病的外因，必须在饲养时排除这些不利的外因（《乃服。种忌》、《抱养》）。这些认识也基本上与现代的认识一致。
作为科学家宋应星对动植物有机界的研究所取得的成就，一点不次于他对金石无机界的研究所取得的成就。在两种情况下，他都以“天工开物”思想作为总的科学思想加以贯彻。但将这种思想运用在某个具体领域时，则有不同的表现形式。就有机界而言，以天工补人工开万物的思想在他论蚕种杂交及谷物育种时表现得最为典型。即运用抵抗性强的晚蚕雌蛾的自然遗传功能（天工），通过人工方法使之与结茧多的早蚕雌蛾杂交，结果开发出新的物种；或利用某种水稻变种抗旱性强的功能，加以人工选择，结果开发出陆稻这个新品种谷物。在这里天工是通过动植物的变异、遗传功能而表现出来的，人工则是以育种、杂交和选择的形式出现，是遵循生物学规律行事的。
而在金石无机界中，天工则表现为金属、矿石、陶土等原材料的物理、化学属性和功能，在设备中通过水、火和机械力的人工处理，最后开发出有用之物。是遵循物理、化学变化规律行事的。介于上述二者之间的，是对来自动植物原材料的再加工工艺，如谷物加工、纺织、榨油、制糖、造纸、造船等，在这里只利用动植物“死的”产物的自然属性和功能，象对待金石无机物一样地加以人工处理，而不再借用原来动植物的生命属性及功能，因而仍遵循物理学、化学规律行事。有一种类型的工艺比较特殊，即制，涉及生物发酵、微生物繁殖，又涉及机械处理，则这里便须同时遵循生物学规律及物理、化学规律。宋应星所研究的便是所有上述过程及所遵循的自然规律，而以天工开物思想作为总的指导思想。可见天工反映自然力、自然属性和自然过程，开物反映人工处理的生产过程，二者通过技术得以沟通。
宋应星的天工开物思想与其唯物主义自然观相结合，在研究动植物生命自然界时便表现为达尔文以前的早期生物进化论思想，可归纳为以下几个方面：（1）承认生物界是从低级到高级、由简单到复杂、品种由少到多的进化过程中发展的。他这方面具体论述已在第八章中介绍。（2）他承认生物物种是不断变化的，而不是固定不变的。物种不是超自然的神创造的，而是生物进化、发展过程的自然产物。（3）他注意到并记录下一些动物和植物在家养下的变种及变异，认为引起变异的原因是时令、水土、食物等生活条件的改变和人工杂交、人工嫁接的结果。他认为不单是生物物种在不断变化，而且①陆雪芳：蚕的病害防治，载陈锡潮等著《桑蚕》，第四章，第156—160 页（科学出版社，1980）
其生活条件如时令、水土也在不断变化。（4）他论述了通过有意识的人工选择与人工淘汰原理来培育并保持优良物种的方法。他的物种杂交思想反映了人积极控制自然界过程的主观能动性和力图从自然界中开物的进取精神。他有明确的目标，想通过杂交创造新的物种变种或通过嫁接改进现有物种，在这个过程中他也就必然有意无意地应用了变异、遗传和选择这三大原理，否则杂种就不会出现。对于一位三百多年前的古代科学家来说，获得上述四项认识已经是难能可贵了。
在这方面宋应星不但超过了他同时代的西方学者，也比下一个世纪的某些西方学者在理论认识上先行一步。前述的瑞典学者林耐，直到1758 年《自然体系》出第十版时，才在大量科学事实面前，被迫删去了关于物种不变的提法，而开始注意到变异现象。拉马克《动物的哲学》出版后，没有引起时人的重视。他晚年双目失明，贫困潦倒，直到1829 年逝世时，这部书还有很多册摆在巴黎等地书店的书架上而无人问津，因为神创论、物种不变论在欧洲的影响实在太深。反观中国，从先秦的战国以来历代著作中关于生物进化的早期思想不时出现，成为中国传统科学中的主流思想之一，而在农业生产实践中利用变异、遗传及选择原理而推出的新品种层出不穷。
西方人从文艺复兴时代以来在无生命自然界的研究中掀起了科学革命，为人类作出了很大贡献，但他们在涂上了种种神秘色彩的生命自然界研究中却长期未能越出中世纪神创论的藩篱。这该算是中西思想文化背景的一个不同之点吧。从这个意义上说，把宋应星看作是拉马克一达尔文学说在东方的早期思想先驱者之一，是有充分理由的。通过进一步的考证，我们甚至表明达尔文本人曾直接或间接得到宋应星传递的科学信息，但这已越出本书讨论范围。
明代科学家多具有世界眼光和敏锐的时代感，由于中西交通和中西文化交流的大开，使他们能接触国外事物，不再把目光只局限于海内。有的科学家还直接与外国人合作，研讨科学，介绍西洋著作。意大利人利玛窦（Matthieu Ricci，1552—1610）的《坤舆万国全图》和艾儒略（Julius Aleni，1582—1649）的《职方外纪》（1623）的出版，使士大夫知道天外有天，地球的另一端欧罗巴洲的科学文化正在崛起。用西士带来的望远镜观察天体，的确能大开眼界。他们所介绍来的数学、天文学、历法等以及一些机械，为中国传统科学所欠缺。
总之，西方文艺复兴时期科学革命的飓风也吹到了中土境内。
思想敏锐的中国科学家在思考本国科学下一步如何发展的大问题。他们得出的结论是，中国科学技术面对新时代的挑战，只能前进而不能停滞，更不能倒退，也不能象过去那样，再沿传统的老路走下去。否则，中国在科技领域内与外国先进水平间的差距就会越来越大。
而明末科学家己痛感当时科学落后的危险局面。
为了使中国科学技术在当时新的世界历史背景下得以发展，需要扫清其前进道路上的一些思想障碍，并探讨新的科学研究方法和治学精神，就象欧洲早期的科学代表人物所做的那样。这是一项在思想上除旧迎新的清扫工作，一股新的科学思潮应运而起。它是明代后期在科学界涌现出来的，在社会上与思想界中“经世致用”的实学思想相呼应，共同汇合成为明末的启蒙社会思潮。虽然由于种种内外因素，使这场本来可望会到来的中国科学复兴运动，在胎动时期便已流产，但为了呼唤这种运动的到来，宋应星象李时珍、徐光启（1562—1633）、方以智（1611—1671）等科学家一样，也事先为此作出了各种努力。他们在除旧迎新的科学清扫工作中，都尽全力去批判各种迷信神怪之说和虚伪方术之类的伪科学，使其无立足之地。因为正是这些神鬼、方术之说是科学之敌和科学前进道路上的思想障碍。它们与科学是势不两立的，而且对工农业生产也带来危害，迷信神怪妨碍人们制订正确的技术措施对付自然灾异和生产中的异常现象，束缚人们发挥自身的聪明才智。而有的巫术、方术甚至直接害人、骗财。不清除这些思想垃圾，科学是无从健康发展的。
然而神怪、方术之说在中世纪中国和西方都有相当大的市场，起着愚民作用。在宋应星所生活的时代里，情况也是如此。要发展科学，首先要破除迷信并批判虚伪巫术、方术。宋应星在这方面下了不少功夫。例如，《乃粒。稻灾》节斥责所谓“鬼火”乃“鬼变枯柴”之说，指出“此火乃朽木腹中放出？逐火之人见他处树根放光，以为鬼也。奋挺击之，反有鬼变枯柴之说，不知向来鬼火见灯光而已化矣”。①近代科学告诉我们，所谓“鬼火”
是棺木内尸骨腐烂后所分解出的磷化物，遇空气而自燃发光。宋氏虽不能作出这种解释，但他认为“此火乃朽木腹中放出”并无鬼怪作祟，这种精神是可取的。同节又指出，稻谷入仓前，应先行晒干，再放凉之后入库。如果“入仓廪中关闭太急，则其谷粘带暑气。明年田有粪肥，土脉发烧，东南风助暖，则尽发炎火。大坏苗穗。”接着又写道：“祟在种内，反怨鬼神”。这就是说，稻谷所受稻瘟病的灾害根源不是鬼神作祟，而是因为带有病根的稻种所引起。书中分析了病根致因及防治办法。
《陶埏》章谈到“窑变”时写道：“正德（1506—1521）中，内使监造御器。时宣红失传不成，身家俱丧。一人跃入**，托梦他人造出，竞传窑变。好异者遂妄传烧出鹿、象诸异物也”。这是说所谓“窑变”为鬼魂托体他人造出之说，是好谈神异者妄传所致，乃无稽之谈。按窑变瓷始于宋代钧窑（河南禹县）。当时本以氧化铁为釉的着色剂烧青瓷，但因釉料成分、烧成温度及窑内气氛偶然控制不当，烧出蓝中带红或紫红的瓷，出乎意料，故称“窑变”。这是因为釉内含铜的氧化物在还原气氛下烧成红色，结果降低了氧化铁的作用。由于这种瓷釉色彩美观，后来便有意以铜的氧化物为釉的着色剂在还原气氛下烧制，将意外产物变为意料产物。明永乐、宣德时的霁红就是这样烧成的，但因釉料成分、温度及气氛都难以掌握得当，窑变瓷从宣德后便难以制出。至正德时再想仿制，终未成功，官府逼陶工，酿成人窑**的悲剧。《珠玉》章谈到《后汉书。孟尝传》载合浦（今广西）产珠，因官府贪财，滥采无度，珠遂迁至交趾（今越南）境界，及孟尝任太守，“革易前敝，求民病利，曾未逾岁，去珠复还”。因有“合浦还珠”乃清官感召之说。宋应星认为：“采取太频，则其［珠］生不继。经数十年不采，则蚌乃安其身，繁其子孙而广孕宝质。所谓‘珠徙珠还’，此煞定死谱，非真有清官感召也。”这是说“珠徙珠还”之说是不通情理的杜撰，并非真有清官感召之事。同一章还指出：“其云蛇腹、龙颔、鲛皮有珠者。妄也”，不足①宋应星：《天工开物。乃粒。稻灾》，上册，第5B 页（中华书局影印明崇祯十年原刻本，1959）
为信。《天工开物。杀青》章谈竹纸时写道：“盛唐时，鬼神事繁，以纸钱代焚帛，故造此者名曰火纸。荆楚近俗，有一焚侈至千斤者。此纸十七供冥烧，十三供日用”。这是指为死者焚烧纸钱的迷信活动，据说可在阴曹行贿以免下“地狱”。宋应星指出这种迷信活动在唐代时已盛行，至明代越演越烈，以至湖广省有一次焚烧千斤纸者。他又指出当时生产的竹纸十分之七用于火纸。这种迷信活动造成巨大经济浪费。
比迷信更能对科学研究带来直接危害性的，是社会上流行已久的神仙方术，尤其是炼丹术。这种与宗教有密切关系的方术，有时披上科学的外衣，方土甚至用铅硫汞等作炉火实验，俨然以“化学家”自居，中、西方都是如此。虽然他们在实验过程中积累某些化学知识、发展一些设备，甚或作出某种发现，但就整体而言，方土所贪求的长生不死的目的是反科学的空想，“仙丹”常常是毒药，服食后不但不会长生。反而提前致死。另一方面，方士所炼的“黄金”、“白银”多是伪金、伪银，欺世害人。只有发展本草学和开物之学，才能使人除病长寿和增加真正的物质财富。因而从16—17 世纪时起，在世界范围内炼丹术或炼金术已成为科学尤其是化学和药学发展道路上的障碍，开展了全球范围内对这种方术的批判运动。参与这场批判运动的西方代表人物是德国的阿格里柯拉（G.Agricola，1490—1555）、帕拉塞斯（Paracelsus，1493—1541）和英国化学家波义耳（Robert Boyle，1627—1691）等人，中国方面的代表人物则是李时珍和宋应星等人。
他们都不约而同地遥相呼应，将炼丹术或炼金术从科学领域中驱逐出去。
宋应星在《五金》章论银的冶炼后，附有《朱砂银》一节，所谓“朱砂银”是将朱砂（硫化汞）与铅熔炼后得出的伪银，这是炼丹术士搞的骗人勾当，因此本节一开始便写道：“凡虚伪方士以炉火惑人者，唯朱砂银愚人易感。”接下揭穿了制“朱砂银”的方法，然后又写道：“拣出其银，形存神丧，块然枯物。入铅煎时，逐火轻折。而经数火，毫忽无存。折去［朱］砂价、炭资，愚者贪惑犹不解，并志于此”。①《燔石》章前言中谈到“矾现五色之形，硫为群石之将，皆变化于烈火”后写道：“巧极丹铅炉火。方士纵焦劳唇舌，何尝肖像天工之万一哉！”意谓炼丹术士虽已施出全部伎俩，又何尝及自然力之万一。《怜愚诗》第二十七首亦云：“天垂列象圣遵模，为问还丹事有无。万斛明珠难换颗，痴人妄想点金须。”
这也是讥讽炼丹术的。宋应星批判炼丹术和方士时总是用严厉而激烈的言词，表示与之势不两立，具有战斗精神，这是可取的。但有时他把本草书尤其《本草纲目》中的正确说法也与炼丹方书放在一起批判，混淆了二者之间的界限，未见得当，这勿宁说是受到知识的局限所至。如《五金。锡》节云：“方书云马齿苋取草锡者，妄言也。谓砒为锡苗者，亦妄言也。”此处对方书的批判可能是正确的，但说本草书中载锡矿中有砒亦属妄言，就未必尽然。但在破除迷信、神怪谬说时宋氏还不①宋应星：《天工开物。五金。朱砂银》，下册，第7A 页（中华书局影印明崇祯十年原刻本，1959）
够彻底，有时失去警觉和批判能力，如《珠玉》章称珠宝取“日精月华之气”而成、珠有龙神守护、玉由玉神推徙河中，均属误信。这种情况在当时西方科学家中也不时发生，如牛顿（1642—1727）在阐明万有引力定律时，不是也为上帝保留了“第一推动力”吗？这说明，反对迷信、神怪谬说是科学的长期性的战斗任务。
宋应星在扫除科学发展道路上的思想障碍的同时，还进一步探索新的科学方法论和科学研究精神，这也是他的唯物主义自然观在科学领域中的具体运用。首先他发展了“究穷试验”的思想。他在中国较早地把“试验”这个术语引入科学技术文献中，把“穷究试验”引入科学研究中。所谓“穷究试验”，是一种总的科学思想方法，出现于《天工开物。膏液。油品》节中。
它由“穷究”与“试验”两个词组成，分别表述科学研究中两种相辅相成、相互交替使用的研究步骤和研究方法。“穷究”是逻辑推理过程，“试验”
是观察实验过程，二者在科学研究中缺一不可。而试验尤其重要，是科学研究的出发点和基本功夫。宋应星特别强调试验的重要性，没有试验便不能取得可靠的实际资料，而他还特别强调研究者本人参加试验的必要性。在试验的基础上取得实际资料后，还要穷究，运用逻辑推理，对实际资料进行理论概括，运用科学概念获得对自然现象和生产过程的科学认识。
“穷究试验”思想在《天工开物》中到处闪现。例如在全书总序中作者就主张对中国万里方圆中的何事何物都要“见见闻闻”，通过在田间、作坊里的亲自调查获得关于工农业生产技术的第一手资料，通过“目见口授而后识之”。《膏液》章关于15 种油料作物出油率的精确描述，就是根据反复调查、试验和测试后作出的。作者在叙了15 种油料作物的出油率后写道：“此其大端，其他未穷究试验，与夫一方已试而他方未知者，尚有待云。”①《佳兵》章《火药料》节亦指出：“其狼粪烟昼黑夜红，迎风直上，与江豚（哺乳纲鱼类）灰能逆风而炽，皆须试见而后详之”。同一节还写道：“火药、火器，今时妄想进身博官者，人人张目而道，著书以献，未必尽由试验。”
《甘嗜。蔗种》节谈甘蔗适合栽于河边沙土时写道：“试验土色，掘坑尺五许，将沙土入口尝味，味苦者不可栽蔗。”这是讲以口亲试土味而辨土质。
以上是关于试验的有关论述。宋应星在试验的基础上得出一些有规律性的理性认识，因而进入穷究阶段。《丹青。朱》节论从水银（汞）与硫升炼银朱（人造硫化汞）的过程后写道：“每水银一斤，得朱十四两、次朱三两五钱，出数硫质而生。”就是说用16 两水银升炼，可得上等银朱14 两、次朱3.5两，共17.5 两，多出来的重量是从参与反应的硫那里得到。这是非常符合近代化学原理的解释。据我们用现代理论计算，596.8 克（16 两）汞与硫化合后得到硫化汞的理论量为692 克（18.56 两），而宋应星所述只比理论量少1.06 两。《锤锻。治铜》论锤铜坯成锣时写道：“声分雌与雄（高低），则在分厘起伏之妙，重数锤者其声为雄”。就是说，加重锤铜则使铜锣变薄，故而其声低；反之，轻锤则锣厚，故其声高。也是符合科学原理的。《乃粒。老足》提出蚕老熟时须于辰已二时（上午7—11 点）及时捉起结茧，“捉时嫩（早）一分，则丝少；老过一分，又吐去丝，茧壳必薄”，也是从实践中总结出来的规律。
由此可见，宋应星的“穷究试验”思想方法含有两层意义。第一，要想①宋应星：《天工开物。膏液。油品》，中册，第64B 页（中华书局影印明崇祯十年本，1959）
认识自然界及其规律，并进而获得从自然界开物的有关农工业技术知识，首先要靠实践，通过见闻、调查、试验、测试等步骤，才能获得实际资料和感性认识，完成科学研究的第一步。其次，要在上述基础上推理，穷究事物的内在联系，建立理论并使实际资料条理化，从感性认识上升到理性认识，实现科学研究的全过程。因而“试验”指试见（观察）与实验，“穷究”指穷理与推究。明代其他科学家如方以智，还用“质测”一词表达同一思想方法，“质”与“测”相当“穷究”与“试验”。但看来“质测”不如“穷究试验”
更易于理解并接近现代含义。这里再举个实例，看看宋应星是如何运用穷究试验思想方法研究科学技术问题的。他在《五金》章谈到金时写道：“凡金质至金，每铜方寸重一两者，银照依其则（标准），则［方］寸增重三钱；银方寸重一两者，金照依其则，［方］寸增重二钱。”古代人们都知道，在常见金属中金较重，铜较轻，但较少作过定量描述。宋应星对金、银、铜三种金属作等体积重量测定后，发现如果假定铜每立方寸重1 两，则银每立方寸重1.3 两；如果银每立方寸重1 两，则金每立方寸重1.2 两。从这里可知宋应星已有了比重概念。我们根据他的思路作计算后，发现铜、银、金的相对比重为1：1.3：1.56.近代科学取20℃时的水在1 立方厘米的密度为1 克（比重为1.0），再与其余物每立方厘米的密度相较，则铜比重为8.9、银为10.5，而金为19.3.再经换算，铜、银、金的相对比重为1：1.16 ：2.1.将现代铜、银、金比重与宋应星给出的值比较，只是宋应星没有采用某一物作为公有的比重标准，而他给出的比重值与现代值有误差。尽管如此，他毕竟对三种金属的相对比重作出了定量说明。他在作出这种说明后又继续写道：“凡金性又柔，可屈折如枝柳。
其高下［成］色，分七青、八黄、九紫、十赤。登试金石上，立见分明。“这是用金在试金石上磨擦时所留条痕颜色深浅，以检验金的纯度的简便方法。试金石是黑色坚硬的硅质岩石，如燧石，化学成分为二氧化硅（SiO2），含少量氧化铝（A1203），今南京雨花石即是这类石头。从这里可见，只有通过测试、试验，才能真正可靠地知道金银铜的比重差异和金的成色高低，而且通过穷究，找出定量指标并用数字加以显示，最后获得对金属物理性质和化学成分的较准确的认识。
类似的例子不胜枚举。
值得注意的是，宋应星陈述其科学思想方法论时，拒绝采用理学家的“格物穷理”概念，而宁用科学家自己的语言。
要知道，在他那个时代里，程朱陆王的理学仍在思想领域内占统治地位，而这正是束缚科学研究的思想枷锁。朱熹（1139—1200）认为“理在气先”，“心包万理，万理具于一心”。他所谓“格物致知”：“即物穷理”，不涉及对事物本质及其规律的认识，而是体会万事万物都是“理”的化身，在内心中将理发挥出来便明白一切。①王守仁（1472—1529）更主张“天地万物俱在我良知的发用流行中，何尝又有一物起于良知之外”，因此，他提出“心①杨荣国编：《简明中国哲学史》，第262，299 页（人民出版社，1975）；侯外庐主编：《中国思想史纲》，上册，第304，336 页（中国青年出版社，1980外无物”、“心外无理”。他反对从实践中认识事物，而要求从内心求良知。
他的“知行合一”说，主张知即是行，这个“行”不指实践，而属于内心修养范畴。既然在理学体系中，认识事物的观察、试验、调查和推究事物道理的科学实践被排斥在外，当然也就谈不到认真的科学研究。因而空谈性理、轻视实学与实践的学风在晚明流行甚广，而这正是科学之大敌。针对这些，宋应星在《天工开物》序中指出：“世有聪明博物者，稠人推焉，乃枣梨之花未赏，而臆度‘楚萍’：釜鬵之范鲜经，而侈谈莒鼎，画工好图鬼魅而恶犬马，即郑侨（子产）、晋华（张华），岂足为烈哉？‘①《乃服》章前言也指出：”治乱经伦字义，学者童而手之，而终身不见其形象，岂非缺憾也！“
不管理学家如何从内心格物、借良知反身克己，如果他们不接触耒耜与机杼，仍无法求得工农业实际技术知识。这就是宋应星的结论。面对宋明理学主张内心修养、空谈性理的陋习，宋应星反其道而行之，以自身行动实践其“穷究试验”的思想。他在南北各地奔走，往来于田间、作坊，终于写成《天工开物》。这部书的生动而丰富的内容和插图正是他“穷究试验”思想的结晶，也宣告了理学家所谓“心外无物”、“心外无理”、“心包万理”的空洞哲学的破产。如果声名显赫的理学家所鼓吹的“心”、“理”有那么大的神通，而他们又是修养最高的人，为什么他们写不出象《天工开物》这样的书呢？
道理很简单，因为他们一不肯从事实践、试验，二不肯向群众学习，而且蔑视实践和劳动群众。
把宋应星提出的“天工开物”与“穷究试验”二者结合起来，就会成当时有力而先进的科学思想方法，在科学技术研究中具有普遍的意义。这是明代科学的一项较重要的理论建树。除此以外，宋应星还在自然科学的个别学科中提出一些较先进的理论。他在生物学领域内提出的有关生物进化的思想，前已述及。就是在数理科科学领域内，他也并非无所作为。这里要介绍他在《论气》一书中发展的物理学领域内的声学思想，首先是“气声论”。声学现象古人多所注意，但首先着眼于音乐。宋应星也是因为对音乐有兴趣，而研究声学问题的。他曾著有《乐律》，原准备与《天工开物》同时发表，但临时决定删去，今不可得见。现传世的是他在《论气》（1637）一书中的《气声》篇，共九章。在明代学者中研究声学最有成就的是朱载堉（1536—1614），他于1584 年最先完成了十二平均律，为各种键盘乐器打下了声学理论基础。①而宋应星的工作也值得一提。他对声学的主要贡献是提出了一系列理论思路，为这门学科的进一步发展提供理论观点。与朱载堉、宋应星同时代的欧洲人伽里略、伽桑第（Pierre Cassendi，1592—1655）等也在研究声学问题。②中、西学者当时都以不同方式共同试图解决影响声调的各种条件、声速、声音的传①宋应星：《天工开物。序），上册，第1 页（中华书局影印明崇祯十年原刻本，1959）
①戴念祖：《朱载■一明代的科学和艺术巨星》，第四章（人民出版社，1986）
②F.Cajori 著，戴念祖译：《物理学史》，第103 页（内蒙古人民出版社。1982）；A. Wolf 著，周昌忠等译：《十六、十七世纪科学技术和哲学史》，第61，323 页（商务印书馆，1985）
播媒介和影响声强的因素等问题，各自作出了贡献。
中国学者虽然在研究声学时使用的实验手段不及西方人先进，但提出的理论并不亚于西方同行，有的在思想上还居于领先地位，就象在生物学方面那样。从世界声学史角度看，17 世纪是奠定理论基础的时代，而宋应星参与了这项工作。他的这方面工作只是近年来才引起国内人士的注意，但在西方还很少有人知道。因此有详加介绍的必要。
首先应当指出，《论气。形气》篇中的“气”与《气声》篇中的“气”，在我们看来不可等同。前者是宋应星自然哲学体系中构成万物的最原始的物质本原，具有更广泛的含义；后者是他在研究声学问题时专门用以指空气者，具有特定的含义。《气声》篇中的“气”是用人的听觉器官可以触及到的，虽然不一定用视觉器官可以看得到。因此虽然使用同一术语。却有不同含义。
只有这样理解，才能评论宋氏的声学思想。同样，《气声》篇中的“形”，指一切有形的物体，这是可以看得见的。但有时作者在本篇中对“形”与“气”
这两个概念，未曾加以严格区划，遇到这种情况便要根据所讨论的内容加以理解。有时作者还把《形气》篇中的自然哲学论述，也放在讨论声学问题的段落中，遇到这种情况也须注意。我们不能要求三百多年前的作者在运用哲学和科学概念时象现在这样清楚。
在讨论声音发生的原理时，宋应星认为声因气动而生。他在《气声七》中写道：“静则气静而皆无声，动则气动而皆有声也”。《气声二》又进而指出，引起气动而成声，可以通过两大途径实现。一是“两气相轧而成声，风是也。人气轧气而成声者，签簧是也。”这是说因两部气相挤而成声。其二是“以形破气而为声”。北宋张载在《正蒙。动物》中也提出“声者形气相轧而成”，但宋应星作了发展。因为气无所不在，所以只要发生“以形破气”或“两气相轧”，则“分寸之间，亦具生声之理”。①用有形之物体以不同方式破气可以产生各种音品的声音：“冲之有声焉，飞矢是也。界之有声焉，跃鞭是也。振之有声焉，弹弦是也。辟之有声焉，裂缯是也。合之有声焉，鼓掌是也。持物击物，气随所持之物而逼及于所击之物有声焉。挥椎（碓）是也。“②（气声二）这就是说，飞矢因冲气而成声，跃鞭因界（间离）气而成声，弹弦因振气而成声，裂缯因辟气而成声，鼓掌因合气而成声，挥碓因逼气而成声。以形破气因发声体及破气方式不同而发出的声在音品上亦不同。这里列举了作者试验过的冲气、界气、振气、辟气、合气及逼气等六种破气方式，实际上当然不止于此。看来，以形破气所产生的声，比两气相轧所产生的声更为丰富多采。
宋应星在《气声二》还强调指出，当以形破气或两气两轧时，声之产生不在破气、轧气的物体本身，而在于以物破气、轧气时所引起的气的“微芒之间一动”：“当其射，声不在矢。当其跃，声不在鞭。当其弹，声不在弦。
当其裂，声不在帛。当其合，声不在掌。当其挥，声不在椎（碓）。微芒之间一动，气之征也。“他还指出，当以形破气时是否能产生声，取决于破气动作的急缓（速度）和劲懦（力量）：”凡以形破气而为声也，急则成，缓则否；劲则成，懦则否。“有时物体偶然与气相遇，造成逼气、轧气之势，但因逼气、轧气的速度与力量不够，被逼、轧之气很快便又恢复到平衡状态，①宋应星：《论气。气声七》，第12B 页（明崇祯十年原刻本，1637）
②宋应星：《论气。气声二），第8 页（崇祯十年原刻本，1637）
并不成声：盖气“偶逢逼轧，而旋复静满之位，曾不移刻。故急冲、急破，归措无方，而其声方起。若矢以轻掷，鞭以慢划，弦以松系，帛以寸栽，掌以雍容而合，碓以安顿而亲，则所破所冲之隙，一霎优扬还满，究竟寂然而已。”①这些说法都是正确的，是日常经验的理论概括。从现代声学来看，逼气、破气的动作缓急与空气振动的频率有关，而振动频率大小又决定是否人能听到声音及声音大小。现代声学告诉我们，一般说只有频率在20—2 万赫兹HZ 之间的振动波才能刺激人的听觉神经而有声的感觉。
《气声八》还提出声响无数、不可以数的思想，这是因为“形、声一也，形万变而不穷，声亦犹之。”既然“天覆地载，物数号万”，万物皆可以各种方式破气而成声，则声也应象形一样，万变而不穷尽。“凡逼气而成声也，差等有亿万焉。”（《气声七》。《气声三》在解释高山瀑布与沟渠之水都是流水，为什么声音大小不同时，引入了“势”的概念：“此所谓气势也。
气得势而声生焉。不得其势，气则馁甚。“②不只是飞泉、流水如此，就是以斧、锯攻木也都如此。”势至而气至焉，气至而天地之气应之。通乎此理，而声音之道思过半矣。“这里的”势“，似指破气动作的速度及力量大小，要产生声，”势“必须达到一个起码的数值，气得势而声生焉。以击鼓而言，内外的气为革相隔，击鼓后内外之气相应，用现在的话说是在鼓膜引起振动。
“呼大而应之以大，呼小而应之以小；呼疾而应之以疾也。”③（《气声四》）。
击鼓的速度和力量大小，造成“势”值的不同，因而鼓声也相应变化，声有大有小。
《气声七》讨论了声的传播介质、传播方式及声速问题。较为精彩。其中指出：“矢及百步，声之过也必倍焉。特所冲地面无几，故其声不扬。衡炮而冲之，火力止于一里。而山谷传声十里焉。
总之，动气之故也。“①这里指出两点，一是传播声音的介质是空气，二是单位时间内声所到达的距离比引声之物到达的距离远，也就是说声以很大的速度传播。按照此处所说，如求得箭或炮弹飞行速度，则声速亦不难求得，尽管数值不一定准确。不管怎样，宋应星已认识到声音通过空气媒介以很大速度传播。现在我们知道声在空气中的传播速度是每秒331 米。关于传播方式，他写道：”物之冲气也，如其激水然。气与水同一易动之物，以石投水，水面迎石之位一拳而止，而其文浪以次而开，至纵横寻丈而犹未歇。其荡气也亦犹是焉，特微渺而不得闻也。“②（《气声七》）。这就是说，宋应星认为以物冲气而产生的声，在空气中的传播方式很象以石击水所成的水波扩散那样，按波的形式传播。他已有了关于声波的思想萌芽。
宋应星的上述思想与近代声学理论多相暗合，而且预告了此后声学理论发展的正确方向。为了说明这一点，我们不妨看看在他前后几代的欧洲科学家的有关工作。比宋应星大二十三岁的伽里略，通过实验证明声调决定于振动速度即频率，这个概念是宋应星所未有的。比他小五岁的法国物理家伽桑①宋应星：《论气。气声二》，第9 页（崇祯十年原刻本，1637）
②宋应星：《论气。气声三》，第9 页（明崇祯十年原版本）
③宋应星：《论气。气声四》，第10 页（明崇祯十年原刻本）
①宋应星：《论气。气声七》，第12 页（明崇祯十年原刻本）
②同上，第12—13 页第测得声速为1473 巴黎尺/秒，与今值（331 米/秒）比偏高。其他人所测声速值又偏低，这时也未求得准确值。关于声音的传播媒介，伽桑第认为是特殊的原子，1719 年另一法国物理学家梅朗（J.Mairan，1678—1771）认为是弹性空气微粒。而英国学者德勒姆（William Derham，1657—1735）则认为声的传播介质是空气或以太微粒或物质微粒，仍是个悬而未决的问题。
直到用德国学者盖里克（Otto vonGuericke，1602—1686）制造的抽气机作传声实验后，才证明声音的传播介质是空气。①①A.Wolf 著、周昌忠等译：《十六、十七世纪科学技术和哲学史》，第328 页（商务印书馆，1985）
至于声波概念，那是在这以后很久才建立起来的。因此我们说宋应星在声学方面的科学思想比起同时代的西方学者并不逊色，有时还略高一筹，尽管他在提出有关声波的思想萌芽时还未能区分纵波和横波。
从以上所述我们可以说，宋应星的科学思想在好几方面都已达到较高的学术水平，足可以列入世界科学家之林，而他的物质不灭思想在理论上也步入世界先进行列，只是还欠缺实验上的进一步论证和更精确的表述，还没有形成为普遍的自然科学定律的形式。本书第八章已作了评述，此处便不重复了。想补充的是，在其“穷究试验”的科学方法论中他特别注重数字、数据和自然现象以及物质生产过程中的数量关系。以定量论述代替定性描述，是他在科学技术研究中引入的另一新的治学精神。这方面的具体实例将在第十章中列举。
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