第九章 科学思想
本章主要评述宋应星的科学思想，而在第十章则介绍其技术思想，他在科学技术方面所取得的成就在这两章中都有所反映，不再另辟一章。实际上科技成就的取得有赖于正确的科学思想的指引，而科学思想本身也是科学成就，而且还是概括科技成果的理论表现形式。宋应星在世时，正值全世界范围内的科学技术体系从古代和中世纪传统形式脱离出来逐步过渡到近代形式的历史大转变时期。应时而来的是批判并摆脱中世纪陈腐观念的新的科学思潮的兴起，它象人文科学领域内的社会思潮一样，都是反封建斗争在意识形态上的反映，其特征乃是宣扬理性、启发民智、破旧立新，而且是科学革命及后来的产业革命在思想上的前奏。我们把这称为近代早期的启蒙科学思潮，其目标是为新的社会秩序即资本主义社会制造舆论、提供物质技术基础。
可以说近代早期启蒙科学思潮不约而同地都在欧亚大陆出现，但因社会经济及科学文化发展背景不同，其表现形式和深度、广度以及结局等方面则有所不同。就中国而言，这种思潮之所以能出现，是因为封建社会至明代已进入其发展的晚期，这种腐朽没落的社会制度已经成为社会生产力发展的严重障碍，而资本主义萌芽在各地有了不同程度的滋长。旧制度的腐朽和新制度的萌发，正是刺激早期启蒙科学思潮出现的社会动因。另一方面，中世纪的儒学思想体系和各种宗教迷信观念，随着科学文化的发展已经成为束缚人们的精神枷锁，也成为科学技术发展的思想障碍。这是刺激早期启蒙科学思潮出现的思想动因。但中国未能象西方那样，从明代以后逐步发展成资本主义社会，在数理科学方面也未取得那样多的理论突破，因而中国近代早期启蒙科学思潮缺乏有力的社会基础和科学根基，也就未能最后结出科学革命和产业革命的硕果。尽管如此，这种科学思潮的早期形式在中国毕竟是出现了，而且是历史事实。宋应星就是这方面的代表人物之一。
中国启蒙科学思潮代表人物与其欧洲同行的共同点是对古代和中世纪陈腐观念、治学方法和神秘方术展开批判，又探索并发展出一套新的理论思维、研究方法和科学精神，从而使这时的科学技术有新的精神面貌。他们在破旧立新的过程中都继承了前辈遗留下来的思想养料，并予以发挥。他们都力求突破中世纪的旧传统，因而都作出了各自的贡献。不同点是，西方人能凭借文艺复兴以来的科学优势，在发展新的理论思维、科学方法方面，以强有力的数理科学为武装，所以他们在与中世纪传统决裂后，立即走人近代科学的殿堂。而中国同行只能就明代为止传统科学所能提供的成果，来探索新的理论思维和科学方法，与西方相比这些成果就显得有限。他们基本上挣脱了中世纪传统的束缚，但由于种种原因未能踏人近代科学的门槛。然而他们在有限范围内仍能凭借古老东方文明之智慧，发展出一套独特的理论思维和科学方法，此即本章所讨论者。由于宋应星及其他明代学者与西方学者的这类工作是在同一个时代里开展的，而且有某些共同点和不同程度上相近的历史背景，所以我们都称之为近代早期科学启蒙思潮代表人物。从总的方面看中国还不能与西方相比，但这并非中国学者的过错造成的，社会要负主要责任。
西方近代启蒙科学思潮的代表人物英国的弗朗西斯。培根（Francis Bacon，1561—1626）于1620 年完成其《科学新工具》（NOvum Organum）一书，17 年后（1637）法国的笛卡儿（Rene du Perron Discartes.1561—1650）发表了《方法论》（Descours de la methode）。这两部重要著作都为近代科学在西方的发展提供了新的理论思维、研究方法和科学精神。
其重要性并不亚于当时在某一具体学科内完成的重大发现，因为这类著作为科学研究提供了思想武器。而正确的理论思维一旦为人们所掌握，就会化为巨大的物质力量。笛卡儿的《方法论》全名是《为了正确引导理性、探求真理的方法论，附试用此方法的光学、气象学和几何学》，在这部书中他不但表述了他的科学思想和方法，还将其应用于具体学科研究中。有趣的是，在笛卡儿出版这部书的同一年，宋应星的《天工开物》也在中国问世。宋应星的书在数理科学领域内无法同笛卡儿的著作相比，因为那时中国在这些方面已落后于西方，但《天工开物》毕竟是在这同一历史时期在科学领域内体现出具有同样精神的中国式的作品。之所以称为中国式的作品，是因为宋应星的书用中国的科学语言和术语写成，他所提供的普遍的理论思维模式不见于任何西方著作，而为中国所独有。其次，中国尽管数理科学不及西方，但在生命科学领域内某些理论思想高出西方。宋应星能扬长避短，这就表现出了他的著作和思想的独到之处。应当指出，《天工开物》虽是部优秀的科学技术著作，但它并不局限于单纯叙述一些具体的技术知识，而是展现了不少思想理论观点，而且从头到尾都是在这些思想理论的指导下叙述各种技术问题的。从这个角度看，宋应星与笛卡儿有某种类似之处，他在《天工开物》中也是为了正确引导理性、探求真理而发展一些观点，再将这些观点应用于农业和工业的30 种技术领域的探讨中。他在《天工开物》中所发展的最重要的科学思维模式，我们认为就是“天工开物”思想。①这是包括中国在内的整个世界思想史中，尤其科学思想史中，宋应星所提供的一项独特的贡献。他用“天工开物”来命名其主要科技著作，也用“天工开物”来概括他的科学思想和科学技术观。这一思想完整地展现在他的著作中，但却不见于同时代的任何其他西方作品。当这种思想传播到中国东邻日本国后就为学术界的一种新的学说，即“开物之学”；形成新的学派，即“开物学派”。因此可以说这种思想为亚洲大陆，确切他说，为东亚国家所特有，故此处有详加介绍之必要。
按“天工开物”是个复合词，由“天工”及“开物”两个词所构成。“天工”中的“工”与“功”通，故“天工”亦可作“天功”。在了解“天工”含义时，首先应从“天”字开始。这是个多义字，指天空、天气、季节、大自然或出于自然的；亦指想象中的万事万物的主宰者，亦有依赖之意，如“民以食为天”。“工”指工匠、手工劳动、精巧、功绩与功效等意。但如果将这两个多义字联在一起构成“天工”这个词，便只有两层含义：（1）指自然界造成的工巧，反映着自然力的作用；（2）符合万物主宰者“天”意的事功，反映着超自然的神的意志。因而我们看到，围绕着对“天工”含义的理解，存在着唯物主义与唯心主义两种对立的认识路线。唐代诗人沈佺期（约656—714）的《过蜀龙门》中有“龙门非禹凿，诡怪乃天功”之诗句。宋代的诗人陆游（1125—1210）《新燕诗》称：“天工不用剪刀催，山杏溪桃次第开”。而元代文人赵孟頫（1254—1322）《松雪堂集。赠放烟火者》诗中更有“人间巧艺夺天工，炼药燃灯清昼同”之警句。这都是从自①潘吉星：明代科学家宋应星的思想，《中国哲学》，第二辑，第155 页（然力的作用、功能的唯物主义观点来理解“天工”的含义的，而且认为人工即人的技艺可以巧夺天工。与此相反，在《尚书。皋陶谟》中“无旷（空废）庶宫（众官），天工人其代之”这句话，便含有另一层意思：“不要空废了各种官职，天定的事功，人要代为完成。”①此话是任过舜时的刑法官对禹说的。据经学家孔颖达（574—648）的解释，此处“天工”谓天道当行之事。“天工人其代之”意为：天子代天统治人民、任命众官以佐之，以“行天道当行之事”②。这是商、周以来唯心主义“天命观”的表现，就是说“皇天上帝”是至高无上的神，而统治者以“天子”自居，代天统治，人人要服从天，也要服从天子。《尚书。舜典》还有“钦哉！惟时亮（明察）天工”之语，这是舜对众官讲的，意思是：“你们要谨慎呀！要时时明察天意注定的事业。”③与《皋陶谟》中的天命观如出一辙。
在对“天工”上述两种不同理解中，宋应星究竟作何理解呢？显然，他是从唯物主义角度把“天工”理解成自然力的作用。因为在他的世界观中根本不存在超自然的“天”或鬼神。他既不信天命也不信鬼神，只相信自然力和人力的作用。我们可以提供一个证据，说明他把“天工”理解为自然力。
《天工开物。五金》章谈到用沉铅勾银法从不纯的银中提取纯银的技术时写道：“人工、天工亦见一斑云”。就是说，自然力和人力的关系由此可见一斑。此处他将“天工”与“人工”并提，不是说二者对立，而是强调其相互协调。但丁文江（1885—1936）先生认为“曰天工者，兼人与天言之耳”。①其实宋应星所说的“天工”主要指来自自然的、自然力的作用，还不一定是“兼人与天言之耳。”从上所述，自然使我们得出结论说，宋应星理解的“天工”是来自自然界的，是自然力的作用。将自然力与人力巧妙配合，便可通过技术从事生产，创造财富。他的这一理解将超自然的天意排除于科学技术领域和日常生活之外。根据宋应星思想而发展开物之学的日本经济思想家佐藤信渊（1769—1850），也根据宋应星对“天工”的理解对《尚书。皋陶谟》中“无旷庶官，天工人其代之”的说法加以改造和重新解释。他在《经济要录》（1827）中说：“然主国者宜审勤经济之学，究明开物之法，探索山谷，知其颂内所生品物，不以空徒虚名、旷废天工耳。”②这是个很巧妙的思想发挥，既谈到“开物”，又谈到“天工”。但信渊将《尚书》中“无旷庶官”改为“无旷天工”及“无徒虚名”，主张“究明开物之法”，不任自然资源荒废，他己离开了经学之本义，而按“经世致用”原则以己义重加诠释，从而与应星思想汇合。我们在赞赏宋应星从科学哲学角度为“天工”规定正确思想含义的同时，也不能不赞赏佐藤信渊对此所作的进一步思想发挥。
“开物”一同由“开”与“物”二字构成。“开”具有开发、开创、启发等含义，而“物”指事物、内容实质、察看等义，如《左传》中“物土方，①屈万里：《尚书今注今释》，第22 页（台北：商务印书馆，1969）？？
②孔颖达：《尚书正义。皋陶谟》，卷四，十三经注疏本，上册，第139 页（上海：世界书局，1935）
③屈万里：《尚书今注今释》，第19 页（台北：商务印书馆，1969），此处笔者稍作改译①丁文江：天工开物卷跋（1928），载陶讨目刊本《天工开物》书尾（1929）
②三枝博音：《日本科学古典全书》，第九卷，第75—76 页（东京：朝日新闻社，1942）。原文为日文，此处由笔者转译议远迩“。”物“又与”魅“通，指精怪。将这二字联在一起构成”开物“
一词，也有两层含义：（1）通过工艺技巧开发自然界，造成有用的万物，因而这首先是广大工农群众从事的劳动；（2）借开启智慧通达万物之理，以成就事业，因而这首先是“圣人”才能作到的，黎民不与焉。因而围绕着对“开物”一词含义的不同理解，存在着群众观点与英雄史观两种对立的思想认识。
对“天工”的不同理解表现于自然观上，而对“开物”的理解在我们看来主要表现在历史观方面。唐代诗人高适（702—765）在《题杨主簿新厅诗》中写道：“用材兼柱石，开物象高深”，显然他借“开物”这个词是用来赞誉建筑工匠的。而罗隐（833—909）的“暂凭开物手，未展济时方”诗句，也有这层含义。与此相反，《周易。系辞上》云：“子日：夫《易》何为者也？
夫《易》开物成务，冒天子之道，如斯而已者也。是故，圣人以通天下之志，以定天下之业，以断天下之疑。“①意思是说：”孔子曰：为什么制作《易经》？
《易经》本来是开启智慧，成就事业，包藏天下一切道理的书，不过如此而已。所以圣人以《易经》沟通天下人的意志，奠定天下的事业，判断天下的疑问。“①据三国时经学家王弼（226—249）的注释，孔子上述那段话是说：”立《易》通万物之志，成天下之务，其道可以覆冒天下也“。因而”开物成务“指”圣人“、”天子“利用《易经》中包藏天下一切的道理，启迪人们开通万物之志，成就天下之务。由此可见，对”开物“的第一种理解认为天下万物是工农群众通过技术、技巧开发出来的，在这项社会活动中并没有圣人、天子的份儿。而第二种理解则鄙视工匠、农民群众从自然界开发万物的生产技术活动的社会意义，而只是强调开通万物之志有赖”圣人“以包藏万物之理的智慧启迪作用，而在这方面是没有”群氓“之份的。这正体现了商、周以来的奴隶主、贵族对广大黎民的高傲态度。
那么在对“开物”含义的上述不同理解（实际上也是不同立场）中，宋应星持何种态度呢？显然，他的思想是与《周易。系辞上》中的观点相左的，而持第一种观点。因为在历史观方面他有着鲜明而强烈的群众观点，批判古往今来鄙视群众和工农生产劳动的任何表现。他在《乃粒》章一开始便指出：“纨裤之子，以赭衣（囚服）视笠蓑（农民用的斗笠）。经生之家，以农夫为诟署（辱骂）。晨炊晚馕，知其味而忘其源者众矣！”②意思是说：“富贵家子弟把农民看作‘罪人’，读经书的儒生则把‘农夫’当作骂人话使用。
他们无端饱食终日，只知饭菜之味而忘其源。此等人实在是太多了！“正因为应星对工农群众生产劳动的社会意义有高度评价，所以他在《天工开物》一书中到处用赞叹的语调热情歌颂工匠、农民在开物过程中表现出来的奇巧智慧，并把他们的各种发明创造和技术革新详细载入书中，传诸后世。反之，他嘲笑圣人、天子尽管通晓《易》理，却对使其赖以生活的衣食如何而来的开物之学一窍不通。他写道：”且夫王孙帝子，生长深宫，御厨玉粒正香，而欲观耒耜（农具）；尚宫锦衣方剪，而想象机丝。当斯时也，披图一观，如获重宝矣！“（《天工开物序》）。意思是说：住在深宫里的王孙帝子，当品尝御厨中食物香味时，或许偶而想到农业；当见到宫内剪裁的锦服时，或许偶而想像纺织机及制丝。如果这时他们打开有关技术图册一阅，就会如①孔颖达：《周易正义。系辞上》，卷七，十三经注疏本，上册，第81 页（上①孙振声：《易经今译》，第366 页（海口：海南人民出版社，1988）
②宋应星：《天工开物。乃粒》，上册，第1 页（中华书局影印明崇祯十年本，1959）
获至宝了。这段话并非想说王孙帝子珍贵技术，而是嘲笑他们对技术的无知。
工农群众每天在生产活动中习以为常的技术和设备构造原理知识，对这些不劳而获的人来说就象至宝那样奇罕。从这段论述中人们自然可以看出究竟谁是智者。在《乃粒》章他还嘲笑了对谷物无知的“著书圣贤”。因而“卑贱者最聪明，高贵者最愚蠢”这个道理，在宋应星笔下是再明显不过地陈述出来了。
当宋应星把他的“天工”思想与“开物”思想、即把他的自然观与社会历史观结合起来的时候，便形成一种独特的“天工开物”思想。其中“天工”
思想承认自然界和自然现象的客观存在，万物有其自然属性，按自然界特有的规律而发展变化，同时还承认有不依人的意志为转移的自然力的存在及其作用。与《尚书》所谓“天工人其代之”的观点相反，在宋应星看来“天工人不可代”。人不能从外界干涉或代替自然界的行为，只能顺应自然界的固有规律，使天工与人工相协调、使自然力与人力相协调，因此他提出“天工人工互补”说。他认为人工在天工面前并不是无能为力的，如果将二者关系处理得好，就象用沉铅勾银法从杂银提炼纯银等过程那样，甚至可以达到“人间巧艺夺天工”之妙。宋应星的“开物”思想首先是承认工农群众生产活动是推动历史前进、创造物质财富的主要社会活动。当一个社会处于“民穷财尽”的经济危机之际，任何圣人都不能用什么《周易》之理来摆脱这种困境并成就大业，而必须象宋应星主张的切实发展农业和工业生产，调动劳动者的积极性，使他们参与社会的开物活动，这样国家才能富有。
因之，与《易系辞》中“圣人开物成务”的思想相反，宋应星提出“百姓开物成务”的观点，即工农群众积极开物以成就大业。
这就是为什么我们在他的书中插图所绘近二百人物中全是工农劳动者形象的原因。然而将“天工”与“开物”两种思想结合起来，有赖于技术作为桥梁。这两种单独的思想在宋应星以前就存在，只有到既是思想家又是科学技术家的宋应星那里才能融合到一起。他的这种个人素质，决定了他是发展“天工开物”思想最适合的人选。而最先把“天工开物”看作是宋应星思想加以研究的近代学者，也是唯物主义哲学家兼科学家三枝博音博士，这似乎不能认为是一种巧合。
在概述宋应星“天工开物”思想含义时，三枝博士写道：“天工■■人间■作为自然开物自然中含藏■■物人间生存人间加工”①就是说：“天工是与人类行为对应的自然界的行为，而开物则是根据人类生存的利益将自然界所包藏的种种物由人类加工出来”。三枝氏继续说：“在欧洲人的技术书中，恐怕没有象这类书名的著作。其实技术本来就是自然界与人类相协调的过程中的产物，技术可以看作是沟通人类与自然界之间的桥梁。我想，对技术的这种理解乃是东洋人世界观的特征。只有把天工与开物同时结合起来理解技术，才能说到对技术有了真正良好的理解。”（同上，重点是①三枝博音：支那代表的杂技术书一宋应星天工开物，载《支那文化谈丛》，第59 页（东京：名取书店，1942）；技术书古典、宋应星天工开物，《技术思想》，第107 页（东京：第一书房，1941）
原有的）。我们这位博学的老前辈三枝先生，可以说已完全掌握了宋应星所发展的“天工开物”思想之精髓，令人肃然起敬。在他写上述那些话时，中日两国还处于战争状态，他此时潜心研究《天工开物》，并把中国人宋应星的思想引为整个东洋人特有自然观的骄傲，尤其可敬可佩。根据近代前贤的诠释，我们认为“天工开物”中的“天工”指自然界的功能和自然力的作用，具有自发性，是一种自然过程的行为。“开物”指人类从自然资源中有目的性地开发、生产出种种有用之物或物质财富，是一种人为过程的行为。将“天工”与“开物”结合在一起，意味着通过技术的桥梁将（1）天工与人工、（2）
自然力与人力、（3）自然界的自发行为与人类的自觉行为相结合与协调，使之相得益彰，不断地从自然界开发出种种有用之物。这就是宋应星“天工开物”思想的精神实质。如果用一句话来概括他这一思想的字面含义，则为“以人工役使天工来开物”，或“利用天然力配合人工技巧开发出有用之物”。
宋应星的“天工开物”思想，正是他对他的书中从头到尾各章所叙述的30 种工农业生产技术内容的高度理论概括，尤其是他总结了有史以来人类在生产活动中处理与自然界相互关系时的经验教训后，导出的一种积极的哲学认识。十分难能可贵。因而我们看到，宋应星总的科学技术观中，儒家五经中所谓“代天行道”或“开物成务”的圣人天子，都一律被排除在由亿万群众参与的改造自然的伟大生产活动之外，创造物质文明史的是被上层贵族视作罪人和卑贱的广大工匠和农民。应星把实现他“天工开物”思想的希望，完全寄托在亿万劳动大众身上，他们的生产活动正是他这一思想的物化表现形式。其次，“天工开物”思想的丰富内容并不限于上述字面上的意义，还有更广泛的内涵。在人与自然界、人力与自然力的相互关系中，这种科学思想强调二者之间的配合与协调。但在开物的过程中则强调人的主观能动性，因为人能通过技术和技巧主动而自觉地作用于自然界，并迫使自然力与人力相协调。
比起大自然，人是渺小的，但人之所以万能，在于掌握了技术这种最有力武器。应星认为“人为万物之灵”（《乃服》卷首），但人与其他动物不同的是，当作用于自然界时，不只是靠自身器官，而主要靠生产工具，他特别重视工具的使用，通过工具和设备使自然力与人力协调。他说：“金木受攻，而物象曲成。，世无利器，即［鲁］般、倕安所施其巧哉？五兵（各种兵器）之内、六乐（各种乐器）之中，微（没有）钳锤之奏功也，生杀之机（兵器、乐器的功能）泯然矣。同出洪炉烈火，大小殊形。”（《锤锻》）。
如前所述，他谈到世上的银常杂有铜与铅，这是自然行为造成的。但如果将银放入坩埚内用火熔炼，则铜、铅必沉于埚底，再将其放入分金炉内熔炼，则铅先熔化流出，剩下的铜和银便可用铁条拨离分开，得到纯银。过程之所以实现，因为铜、铅有比银熔点低的自然属性，遇高温则按自然规律必先于银而熔化流入埚底。其次，铜与银在给定条件下不能成为合金，所以二者冷定后“井然不紊”，用铁条一拔便分离开来。在描述了这个技术过程后，宋应星才说出“人工、天工亦见一斑云”（《五金。银》）的话。这是强调人工与天工的互相协调，运用技术手段从杂银中得到纯银的开物过程。如果银与铜、铅熔点相近或银铜很易成为合金，则在当时条件下人工再巧，也无法分出纯银。事实上并非如此，因而可以作到人工与天工的互补。
宋应星在谈到人与自然界的相互关系时，还常对自然界给予人的恩惠加以赏赞。大自然施惠于人，提供各种有用的天然产物满足人的实践需要。万物“巧生以待”，但必须靠人力开发或利用人力与自然力二者来开发。他在《作咸》章称：“四海之内，五服而外（边远地区），？皆有寂灭之乡（不毛之地），而斥卤（盐质）则巧生以待。”又说：“或假人力，或由天造（天然结成）。
总之，一经舟车穷窘，则造物应付出焉。“后两句意思是说：”总之，只要有车船运不到盐的地方，大自然就会在那里出产出盐。“这里具体指少数民族居住的边远地区，虽无海盐、井盐、池盐，但有种树叶可分泌出盐质。此外在不毛之地、偏僻之乡亦有盐质巧生以待。只要用人力将天然产的盐加工，便可食用。他还在《甘嗜》章指出，芳香的气味、鲜艳的颜色和甘甜的味道是人的正常**。正是在这方面，大自然又一次满足了人的需求，有甘蔗可以提供糖质，而蜜蜂又”竭力争衡，采取百花，酿成佳味，使草木无全功“。
他于是问：“是哪种自然力的作用来造成这些东西使世人受益呢？”（“孰主张是而颐养遍于天下哉？”）。他在《乃服》中也感激自然界为人类提供蚕丝、禽兽毛皮、麻棉葛等衣料，使贫富人家“冬以御寒，夏以蔽体，以自别于禽兽”。这些材料都是大自然所具备的。应星热爱大自然，他对大自然的这种讴歌，使我们联想到与他同时代的英国作家笛福（DanieI Defoe，1659？—1731）的下述表白：“大自然对于这个在其他方面非常恶劣的国度所施的仁爱就是这样：工商业以及人民安乐所需的两件东西在这里都有，？我指的是煤和高山顶上的长流水。这看起来是由上天的智慧的手专为对制造业所服务的目的而安排的，否则制造业就无法进行。”
①这里笛福所说的“上天智慧的手”与宋应星所说的“造物有尤异之思”（《甘嗜》），是同一个意思，出于对自然界嘉惠于人类的奇妙作用的感叹，而不是说明他们都相信有造物主的存在。在理解“天工开物”思想或翻译宋应星著作时，必须对这些用词的含义仔细推敲，否则便把一位唯物主义的科学思想家变成相信上帝的人物了。而这就有意无意地曲解了宋应星的本义。“神”
这个字我们今天也用，比如说“用兵如神”。难道能因此说我们相信神的存在吗？古今人同此心，心同此理，要替宋应星设身处境地思考他用词的含义。
“天工开物”思想的另一层主要含义是，尽管自然界或天工为人类提供有用的自然资源，但人不应该袖手静等自然界的恩惠，而要主动地运用技术去开发自然资源。宋应星还指出，虽然自然界蕴藏着某种资源，但不会自动变成人可利用的物质形式，必待人工开发作用于自然界，才能得到有用之物。
欲开万物受人用，天工尚需人工催。这种思想在《天工开物。膏液》章表述得最为明确：“草木之实，其中蕴藏膏液（油质），而不能自流，［必］假媒水火、凭借木（榨）石（磨），而后倾注而出焉。”《野议。民财议》也指出：“夫财者，天生地宜，而人功运旋而出者也。”《乃粒》也指出：“生人不能自生，而五谷生之。五谷不能自生，而生人生之。”这就是说，自然界一些草木子实藏着植物油，但不会自动流出供人日用，人只有靠水火之力、凭借木榨和石磨作用于草木子实，而后才会倾注出植物油。同样，人的生存有赖于谷物，但谷物不会自行生长，必赖人的种植、田间管理和谷粒加工，最后才能成为粮食。只有通过技术劳动，人才能从自然界开发出满足食衣住行需要的物。如果单靠自然界恩惠，而不主动作用于自然，人便难于生存下去，无异于禽兽矣。宋应星要求在役①L.D.Bernal 著、伍况甫等译：《历史上的科学》，第235 页（科学出版社，1959）
使大工来开物的过程中，尽力发挥出人工的力量，充分调动人的主观能动性。
本着这种认识，他特别赞赏劳动群众在开物过程中表现出来的每一种积极性和创造性，对他们的开物技巧给予充分肯定。《冶铸》章曰：“火金功用（铸造技术）
日新而月异。？精粗巨细之间，但见钝者司舂（钝的铸件捣米），利者司垦（利的铸件犁可耕地）。薄其身（铸薄铁锅）以媒水火而百姓繁，虚其腹（空心铸钟）以振荡空灵（空气）而八音起？巧者夺上清之魄（精巧铜镜夺日月之光），而海寓遍流泉（铸钱作为货币通行四海）。即屈指唱筹（屈指计算），岂能悉数（怎能说尽）？要之，人力不至于此。“最后一句话是说：没有人力当然作不出这些自然界没有的东西，但只靠人力仍不至于此，还要靠天工与人工相协调。
宋应星又继续说：“凡工匠结花本者（操纵提花机的工匠）心计最精巧。
画师先画何等花色于纸上，结本者以丝线随画量度，算计分寸秒忽而结之。？
绫绢一棱一提，纱罗来梭提、往棱不提。天孙机杼，人巧备矣。“（《乃服。［结］花本》）。最后一句话是说：”象传说中天上织女那样的纺织技术，人间的巧匠均已具备“。这就道出了人间巧技夺天工的意思。《五金。黄金》节介绍工匠将黄金打成金箔，”每金七分造方寸金一千片，粘铺物面，可盖纵横三尺“。经近人计算，这样的金箔每片厚度为0.14 微米（micron）或0.14μ，”这是捶制金箔所能达到的最小厚度“。①于是宋应星评论说：”盖人巧造成异物也“。《乃粒。稻》介绍了被18 世纪朝鲜学者们羡慕的各种农田灌溉机械后写道：”汲灌之智，人巧已无余矣“。翻译成现代汉语就是”在引水灌溉方面的聪明才智，农民已通过其技巧发挥得淋漓尽至“。宋应星还有句本书常常引用的话这里必须再重复一下，当他去江西广信府（今上饶地区）
调查水稻技术时，发现那里有一种借水力驱动多用水碓，于是写道：“凡水碓山国之人居河滨者之所为也。攻稻之法省人力十倍，人乐为之。江南信郡水碓之法巧绝。？此心计无遗者之所为也。”即“这是考虑得十分周到的人制造出来的”。他之所以如此赞颂工农群众的发明创造，是因为他认为在工农业生产过程中把人的主观能动性发挥出来，让人工与天工都为开物这一目标服务，便可创造出各种人间奇迹。“天工开物”思想之所以是积极进取的哲学，原因也在这里。
宋应星还指出，尽管大自然给人以那么多的恩惠，但自然界有时也会加害于人，造成各种阻力甚至自然灾害。比如水，有利于工农业，但猛水就成水患了。这时就要用人力采取措施，化阻力为助力，使灾害减少到最小程度。
《乃粒。稻灾》云：“凡稻撒种时，或水浮数寸，其谷未即沉下，骤发狂风，堆积一隅，此二灾也。谨视风定而后撒，则沉匀成秧矣。”同章《水利》节云：“天泽不降，则人力挽水以济”。这是说如果水稻生长期正需要水时，偏遇干旱，便要用人力汲水灌溉。根据“天工开物”思想，当天工不作美时，人会遇到违背意愿的自然现象，则这时不必惊慌失措，应迅速用人力采取对应措施。宋应星认为自然灾害一般说只发生于局部地区，而且为时不长，在人力可及的情况下尽力防灾、抗灾，密切注意天时变化。在平时还要有备荒思想。在人力不可及的情况下，只好等待灾害过去后再采取补救办法。他在与天时有关的农业技术章《乃粒》中反复陈述了这一思想。总之，要以人力①见钟广言本《天工开物》，第339 页（广东人民出版社，1976）
补天工，以天工助人力，“聪明由人”、“唯人所使”，人在自然界面前不应是被动的，而应是积极主动的，人定胜天。宋应星的同乡人帅念祖（1723年进士）在《区田编》（1742）中在发展“天工开物”思想时也说：“盖以人力尽地利，补天工”。关于将自然界的阻力化为助力的思想，在《舟车。漕舫》节中表述得最为典型。其中说：“凡风从横来，名曰抢风。顺水行舟，则挂帆［作］‘之’、‘玄’［字形］游走。或一抢而东，止寸平过，甚至却退数十丈。未及岸时，捩（转）舵转篷，一抢向西，借贷水力兼带风力轧下，则顷刻十余里。”此论述极精辟，涉及很多流体力学原理。意思是说，顺水行舟如遇风从侧面吹来，须据风向及时调转船帆，使与风力成一定角度，帆便得到推船前进的风力。①但同时风亦推船作横向移动，此时用舵使船头迎风向，以抵消横向移动之影响，从而航至目标。如风从前侧方吹来，可将帆转多些，使其与风向保持一定角度，帆仍可得推船前进的风力，只比侧向风力小些，再以舵控制航向，仍可达预定目标。倘顺水行舟而逆风前进，宋应星认为船必须沿“之”或“玄”字形曲折航线行进。如船迎东风向东航行，就要轮换转舵，使船向东或西北{ewc MVIMAGE，MVIMAGE， ！13800300_0410_1.bmp}方向的曲折航线行进（图39）。据应星分析，虽然整体说船是逆风行进，但通过航线不断转曲，将逆风化为侧风或前侧风，变阻力为助力。大方向是前进的，只是航线曲折，必要时宁可倒退数十丈。他的指导思想是遇有阻力便“捩舵转篷”、“借贷水力兼带风力”补以人力，继续航行。“倒退数十丈”换来“顷刻十余里”，何乐不为？宋应星在险风恶浪的自然力挑战面前，总是乐观主义者。他认准通过人驱使的帆力和舵力，能对付更为迅猛无情的水力和风力，化险为夷，最后制服了险风恶浪。正所谓：任从风浪起，稳坐江上船。
概括起来说，宋应星的“天工开物”思想强调以下四个方面：（1）自然界蕴藏万物，巧生以待，却不能自动而出。人为满足其物质、文化和生活需要，应从自然界中不断主动地索取、开发，使之变成有用之物，而不应单靠自然界恩惠的现成之物。（2）在实现上述目标时，人力与自然力要相互配合与协调，人工与天工要相辅相成而互补。人通过工具与技术，利用物的自然属性从事工农业生产活动，从而变自然物为各种财富和产品。（3）人与天（自然界）要相互协调，人应适应自然界的变化规律，处理好与自然界的关系，依靠并利用自然界，进而征服自然、人定胜天。当自然界和自然力有阻或加害于人时，应尽力采取对应的技术措施以应变，化阻力为助力，力减自然灾害的损失。（4）人在自然界和自然力面前，不应消极被动，而要积极主动。
人应力图用智慧和技巧从自然①杨实英等：《造船史话》，第43—45 页（上海科技出版社，1979）界钳制中自我解脱出来，剥夺天或神的主宰作用，充分发挥人的主观能动性。在开物过程中，即物质生产活动中，主要角色是农民和工匠，还有技术家，只有把他们的积极性和聪明才智调动起来，社会才会有足够财富。
上述“天工开物”思想闪烁着深刻的哲理和智慧的光芒。历史表明，当没有处理好人与自然界、人力与自然力相互关系时，人就要受到自然界惩罚。这种思想因而至今仍有其现实意义，是中华民族思想文化宝库中的珍品。“天工开物”
思想是宋应星的基本科学思想。正如三枝氏所指出的，在西方还没有出现过类似的思想，而为东亚人所独有。技术在这里成为人与自然界、天工与人工相沟通的桥梁。那么当把宋应星的著作译成外文时，该怎样表达他的这一思想呢？19 世纪法国汉学家儒莲（Stanislas Juliek，1797—1873）将“天工开物”
译为“对自然界奇妙行为及人的技艺的阐明”（Exposi-tion des merverles de la nature et des arts），将“天工”理解为自然界的奇妙行为，而将“开物”理解为人的技艺。对西方学者而言，达到这种认识已属难能可贵了。但日本学者对这一思想的理解更深刻而准确的，是这一思想的外国知音。
迈年来有人将“天工开物”理解为出（1）“借自然力开物”（De-velopment of Materials by NaturaI Power）（2）也有译作“自然界和人的创造”
（The Creation of Nature and Man）。（3）但更流行的译法是“天工开发”（Exp1oitation of the Worksof Nature）。第一、三两种译法更强调天工的意义，但似乎没注意到开物并非靠天工，而主要是靠人工。
只有天工、人工相补才能开物。第二种译法注意到人的因素，也注意到自然界的因素，但没有反映出天工的含义，因为自然与自然力是两个范畴。因而我们这里拟试译为“Exp1oitation of Products from the Nature by Means of Combination of Natural Power and Artificia1 Skills”（“以自然力配合人工技巧开发物产”）或“以天工补人工开万物”）。在这个译法中强调开物主要通过人工，但与天工配合。句子稍长些，却多少反映了宋应星本义。
宋应星的农学思想，是“天工开物”思想在农学中的具体运用。而他的农学思想还直接继承了古代传统农学中的“三才”理论。他将二者结合起来。“三才”理论由来已久，①强调天、地、人三种因素，即所谓天时、地利、人和在农业中的作用。早在战国（前476—前222）时三才理论已用于指导用兵及农业生产。《吕氏春秋。审时》篇说：“夫稼，为之者人也，生之者地也，养之者天也”。《管子》主张在农业生产中要务天时、尽地力、用民力。《荀子》提出：“天有其时，地有其材，人有其治，夫是之谓能参（配合）”。西汉时的政论家晁错（前200—前154）也有“粟米布帛，生于地，长于时，聚于力”之语，而后魏农学家贾思勰在其《齐民要术》（533—544）中更论述曰：“顺天时，量地力，①中国农业遗产研究室编：《中国古代科学技术简史编》，第二章，第45 一53 页（江苏科技出版社，1985）
则用力少而成功多“。总之，天时、地利和人力的确是农业生产实践中的三个重大因素，必须妥善处理这三者的关系，才能保证农业上的收成。三才理论是中国传统农学思想的主要内容。三者缺一不可，任何一个因素失当，都会造成农业减产。这就要求农业生产的各个环节从播种直到收获都不违农时，按时令节气操作，同时充分发挥土地的潜力，用施肥、改良土壤性能和使土力得到休整等措施来尽地利。最后，也是更重要的是发挥人的主观积极性，通过精耕细作、改进农艺、使用有效农具和农药、培育优良品种、合理经营等等步骤，来弥补天时、地利上的短缺，作到用力少而成功多，三者处理得当则大获丰收。
宋应星在《天工开物》有关农业的各章中，全面继承并发挥了农学中的三才理论。在“三才”中他似乎相当强调人工和人力在农业生产活动中的重要性，而突出用“勤”、“巧”二字加以概括。他认为人的积极性的发挥、人工和人力在农业上的合理使用，只有通过勤干和巧干才能实现。勤就是在农业生产各个环节上都不能偷懒，而要功夫到家。比如《乃粒。麦工》中说：“耕种之后，勤议耨锄。凡耨草用阔面大膊。麦苗生后，耨不厌勤（有三过、四过者），余草生机尽诛锄下，则竟亩精华尽聚嘉实矣。功勤易耨，南与北同也。”又说：“凡麦收空隙，可再种他物，自初夏至季秋，时日亦半载，择土宜而为之，惟人所取也。南方大麦有既刈之后，乃种生粳稻者。勤农作苦，明赐无不及也”。①这一段话既叙述了抢时间、充分利用地宜多种作物，增加收入，又指出要这样作就必须勤苦，而勤苦的农家总会得到报偿。这里把三才理论运用得灵活自如。接下应星又指出，各地在割稻、豆后再种荞麦，虽吸肥性强，能使地瘦，“然计其获人，业偿半谷有余，勤农之家何妨再粪也。”
在《乃服。抱养》条谈到养蚕时，作者指出：“凡腾筐勤苦，皆视人工。怠于腾者，厚叶与粪湿蒸，多致压死。”《乃粒。稻工》亦称：“凡一耕之后，勤者再耕、三耕，然后施肥，则土质匀碎，而其中膏脉（肥分）释化也。”这是说勤耕与发挥土肥效宜有直接关系。在宋应星看来，天时、地利与人工三者不是各自孤立起作用，而是相互间有着密切的关系，因为掌握天时也要靠人力，天时虽好而人力不到，则坐失良机，故曰“谨视大时，在老农心计也”。关于巧干，《乃粒。菽》条指出：“江西吉郡种法甚妙，其刈稻田竟不耕垦，每禾稿头中拈豆三四粒，以指扱之，其稿凝露水以滋豆，豆性充发，复浸烂稿根以滋己”。①宋应星又指出：“汲灌之智，人巧已无余矣”。这表现在使用精巧的水转筒车，“激水转轮，挽水入筒，一一倾入枧（糟）内，流入亩中。昼夜不息，百亩无忧，”
大省人力。《膏液。法具》称：“出甑之时包裹怠缓，则水火郁蒸之气游走，为此损油。能者疾倾、疾裹而疾箍之，得油之多，诀由于此。榨工有自少至老而不知者。”这又是巧干之一例。只有勤苦与巧干，才能充分发挥人力。
宋应星农学思想中对天时、地宜也相当重视。《乃粒。稻》①宋应星：《天工开、乃粒。麦工》上册，第14 页（中华书局影印明崇祯十年刊本，1959）
①宋应星：《天工开物。乃粒。菽》，上册，第20 页（中华书局影印明崇祯十年原刻本，1959）
节指出：“秧生三十日即拔起分栽。？秧过期，老而长节，即栽于亩中，生谷数粒，结果而已。”这是提醒秧农，育秧期以30 天为准，到时必须拔起分栽。如秧龄过长，则秧老拔节，插入本田则结谷甚少。《乃服。老足》节谈蚕食桑叶成熟时，必须及时捉蚕结茧，“只争时刻，自卵出（幼蚕）多在辰、巳二时（上午7-11 时）。？？捉时嫩一分则丝少，过老一分又吐去丝，茧壳必薄。捉者眼法高，一只不差方妙。”现代蚁蚕孵化期为上午5—9 时，一般要求春蚕在上午收蚁。①而宋应星提出也在上午7—11 时收蚁，现代孵化期与宋氏所述相同（4 个小时），只是略早一个时辰开始孵化，因为现代采用催青技术。宋应星此处所述蚕的孵化期与老熟期的时间规律及老熟特征的描述，很少为其他农书作者所提及，而与现代养蚕原理及实践相吻合。《甘嗜。蔗种》谈到地宜时写道：“凡栽蔗必用夹沙土，河滨洲土为第一。试验土色，掘坑尺五许，将沙土入口尝味，味苦不可栽蔗。凡洲土近深山上流河滨者，即土味甘亦不可种。盖山气凝寒，则他日糖味亦焦苦。去山四、五十里，平阳洲土择佳而为之。”②这里所说对土质选择及辨认土质的方法都有道理。因为甘蔗长于高温湿润的气候，生长期平均气温以20℃为佳，土壤以排水方便的砂土或砂质壤土或冲积土为宜，重粘土则不可种。充足的日照使蔗茎粗而糖分多，故河边两岸日照多的冲击土（“河滨洲土”）为最宜。种蔗又宜于低地及河滨，不宜于高山地区，因水温及土温都不适宜。③总之，宋应星农学思想是强调勤、巧充分发挥人力，使地尽其用，顺应天时与自然规律，作到人工与天工相协调，夺得高产。如果把这种思想推广到工业领域，再进一步阐发，便成为指导整个工农业生产的“天工开物”思想，这种思想象红线座标那样始终贯彻在《天工开物》全书之中。因而我们说他的农学思想是“天工开物”思想在农学中的运用，也可以说“天工开物”思想还是他农学思想的进一步引申。他的农学思想还有个特色，是把经济学原理及原则引入到农业生产中，形成了他的农业经济思想。具体地说，他认为农业生产的最终目的是为社会提供农产品而流通于各个角落。因而如何提高农业生产的经济效益，是每个农民所关心的。他为此提出使农家增加收入的一系列途径。关于这方面的思想，将在本书第十章中详加评述。
与农学思想和农业技术有直接关连的，还有宋应星的生物进化论思想，值得在评述他科学思想时特别强调出来。生物学作为一门科学是比较年青的，但由于人自古与动植物接触，将野生动物及植物加以驯化和栽培，使之成为家养动物及植物，构成农牧业的主要内容，则关于生物学的知识必由来已久。作为近代生物学理论基础的进化论，是伟大英国学者达尔文（1809—1882）于1859 年在其《物种起源》（The Ori-gin of Species）一书中①陈锡潮：《桑蚕》，第68，141 页（科学出版社，1980）
②宋应星：《天工开物。甘嗜。蔗种》，上册，第74B 页（中华书局影印明崇祯十年本，1959）
③唐启字：《中国作物栽培史稿》，第561—568 页（农业出版社，1986）
奠定科学基础的。所谓进化，指生物通过变异、遗传和选择，从低级到高级、由简单到复杂、种类由少到多的逐渐演变及发展的过程。而自然选择和人工选择是生物进化的动力，二者又是建立在变异和遗传的基础上的。变异提供选择的材料，而遗传又保存并积累变异，形成选择过程中出现的新品种。因之可以说关于变异、遗传的学说和选择原理构成生物进化论的三大理论支柱，凡在这方面所发表的思想观点都与生物进化论有关。达尔文的生物进化论是在以往科学成就的基础上建立的，他为此广泛吸取了从古代以来各国的学术遗产其中包括中国的学术遗产。他在谈到选择原理时写道：“如果以为选择原理是近代的发现，也就未免与事实相差太远。我可以举出几种古代的文献，在这些文献里，已经承认这种原理的重要性。？在一部古代的中国百科全书中，已有关于选择原理的明确记述。”①既然如此，则我们从中国古代文献中发掘有关生物进化论原理的论述，并不意味给古人贴上近代科学的标签，因为进化论奠基人达尔文本人就在中国古书中找到他的学说所赖以建立的历史依据。在生物进化论发展史中存在着两种科学思想的对立。一种是物种不变论，否认生物界中有变异现象，而且认为生物物种是造物主创造出来的，从而也否定了生物进化的可能性。在哲学上这是一种神创论和形而上学自然观。与此相反，另一种思想可称之为物种可变论，承认生物界中有变异现象，认为物种是可变的、千差万异的，而归根到底是由自然选择和人工选择造成的，与“造物主”没有任何关系。这在哲学上是唯物主义的辩证自然观，正是这种科学思想成为达尔文进化论的历史渊源，而物种不变论则早已成为历史陈迹。
在宋应星陈述其有关生物进化论思想时，他在数理科学领域内的造诣无法与同时代的西方学者相比，但在生物学思想方面他甚至在某些地方比18世纪的西方生物学家还高明。17 世纪欧洲科学革命如秋风扫落叶，席卷不少中世纪科学阵地，但各学科发展是不平衡的。在生命科学方面，虽然那时解剖学有很大突破，因显微镜的发明（1590）使实验生物学作出一些发现。但在整个生物学基本指导思想方面仍是中世纪神创论的天下。比起数学、天文学、物理学的大步发展，生物学在理论上还并无大的进展，17、18 世纪西方博物学家已感到不光彩地落到数理科学的后面。既然物理学家发现了由自然规律结合起来的有秩序的物理世界，生物学家也许能找到规律对无秩序的动植物世界进行分类。他们把精力集中到分类上去，而且作出成绩，却忽视了生物学理论研究。如果说有的话，也不过是重复神创论的旧调。与宋应星同时代的英国生物学家约翰。雷（John Ray，1627—1705）在《上帝的智慧》（The Wisdom of God，1691）一书中声明：由于上帝完成了创造新物种的工作以后，在第七天就休息了，因此物种的数目从此不变。美国科学史家玛格纳（Louis Magner）就此写道：“在自然界中，雷找到了和上帝自己的设计相称的秩序和目的。？从雷的《上帝的智慧》的出版（1691）到1859年达尔文《物种起源》的发表是自然神学的繁盛时期。科学家和牧师都相信，对自然，即对上帝这部‘包罗万象的和公开的手稿’进行的研究，其结果总是和上帝的书面信息—《圣经》相符合的。”①这就是17 世纪欧洲生物学领①C. Darwin 著、谢蕴贞译：《物种起源》，第27 页（科学出版社，1955）
①L.Magner 著、李难等译：《生命科学史》（AHistoryoftheLifeSci- enccs），第460 页（武汉：华中工学院出版社，1985）
域内的思想现状。
上述情况到18 世纪仍未改变。与雷齐名的瑞典植物学家林耐（Carl von Linné，1707—1778）在其《自然体系》（SystemNaturae，1735）书中奠定了植物分类学的基础，这是值得称道的。但在理论思想方面，他在书中声称所有物种都是上帝所创造，自然界中没有新种。“物种的数目是永恒的，？
当初造物主手中创造出来的物种数目，就是现在我们计算的物种的数目。“他还指出：由于不存在新种、每种生物总是产生与其同类的生物、每种物种中的每个个体总是其后代的开始，因此必须把这些祖先的不变性归于某个全能全知的神，即上帝。他认为“通过繁殖，个体数是成倍地增加了。因此现在每种物种的个体数都比上帝创造出来时的数目多得多。”①但繁殖没有增加新的物种。至于变异，他认为因外界条件变化偶然改变物种，当外界条件消失后，变种又恢复到原初的状态。②因而我们再次看到古希腊物种说到18 世纪还产生思想影响，而这时又与基督上帝的自然种论同流了。造成这种情况的原因之一，是生物学家不肯摆脱强大的宗教势力和中世纪神创论的思想影响，他们对众多植物分类时视而不见或不肯正视物种变异现象，其科学思想从根本上说屈服于宗教。
直到1809 年法国生物学家拉马克（Jean Baptiste Lamarck，1744—1829）《动物的哲学》（Philosophie Zoologique）问世后，才提出物种的永恒是相对的，并承认在人工条件下物种的变异性和遗传性。他是西方生物进化论的先驱者。
再过50 年后，达尔文发表《物种起源》才使生物学理论有了真正基础。他的进化论打破了中世纪神创论和物种不变论的形而上学神学观念，这时生物学才发生了科学革命。当达尔文从事这项研究时，他从17、18 世纪的西方文献中所看到的，大多是雷和林耐那类反进化论的观点，但他却吃惊地从中国古书中发现了思想上的共鸣。这使他下了很深的功夫追查中国文献，而每一次都有思想收获。我曾在50 年代对中西文献的系统对比研究证明，达尔文涉猎过《齐民要术》、《本草纲目》、《天工开物》和《授时通考》等书部分内容，且不指名地引证过。③与西方国家不同，中国从汉代王充以来所开创的唯物主义自然观传统一直对生物学思想的发展产生了良好影响，到明代时神创论及物种不变论已基本上被逐出科学领域之外，不象欧洲那样居于主宰地位。在叙述宋应星从事科学著述时的国内外背景后，便可以在他的著作中找出一些使拉马克—达尔文的学说所赖以建立的历史依据了。我们知道，承认动植物物种的可变性及其在自然或人工选择下的变异，是达尔文生物进化论的基本观点之一，而变异是生物界普遍存在的自然现象。所谓变异（variation），指同种生物①L.Magner 著、李难等译：《生命科学史》（AHistoryoftheLifesci- ences），第468 页（武汉：华中工学院出版社，1985）
②郭家聪：《达尔文主义》，第10 页（人民教育出版社，1961）
③潘吉星：中国文化的西渐及对达尔文的影响，《科学》，35 卷，4 期。第211 页（1959 年10 月）；达尔文与中国生物科学，《生物学通报》，1959 年11 期，第517 页；JixingPan：CharlesDarwin，sChineseSources，Isis，1984.278，p.530.）
世代间或同代生物不同个体之间出现的性状差异，即形态特征或生理特性上的差异，如豌豆花的红色与白色、蚕卵的圆形与纺锤形等。变异分遗传变异与不遗传变异。前者通过遗传物质的改变（如杂交、嫁接等）而引起，后者仅由环境条件而引起。在生物进化中只有遗传变异才是选择的材料。
阐述变异现象，不能依靠哲学思辨，必须有学理上的论述并举出实际上的证据，才能成为科学思想。宋应星比拉马克早172 年已作到了这一点。他在《天工开物。乃粒。黍稷粱粟》节写道：“凡粮食，［食］米而不［磨］粉者种类甚多。相去数百里，则色、味、形、质随方而变，大同小异，千百其名。凡黍与稷同类，？黍有粘有不粘（粘者为酒），稷有粳无粘。？黍色赤、白、黄、黑皆有，而或专以黑色为稷，未是。”①就栽培植物而言，宋应星这里首先提出有关变异的普遍原理，其次指出这个原理在具体谷类作物中的表现形式。他说：栽培植物尤其谷类作物的种类很多，同一种谷物种植在不同地区，相差数百里之遥，其色、味、形、质都随地而变，“大同小异，千百其名”。“大同”指同一物种之共性，“小异”指同一物种不同变种之差异。他既提到“变”，亦提到“异”。“变”
是因地区不同（即外在环境不同）而引起，“异”是“变”的后果及产物。
由于有不同变种的存在，才引起不同名称的出现。他既指出变异产生的原因，又指出其表现形式。这与达尔文的下列论述是相一致的：“从古代一直到今天，不同气候和环境下所有种类的生物当家养或栽培时，都发生变异。”①“生活条件的几乎任何变化都足以引起变异。”其次，宋应星用他的普遍性学理解释黍这种具体谷物时指出：黍（shǔ）与稷（jì）是同种类的作物，但子实有粘与不粘之分。粘的叫黍，可以做酒；不粘的变种叫稷。黍粒在颜色上又有红、白、黄、黑之不同。如果只将其中黑色的叫稷，那就错了。
他的这些观点与《本草纲目》卷23《谷部》稷、黍条的论述相符，也与现代学者的认识相一致。查黍为禾本科黍属（Panicum miliaceum），北方栽培较多，亦称糜子。子粒有白、黄、褐等色。一般分为黍、稷两型；杆上有毛、偏穗而子粒粘者为黍型（Ptractum）；粒不粘者为稷型（Panicum miliacum var.effusum）②。前者可做酒，后者可食。
关于黍，宋应星又继续说：“凡黍在《诗［经］》、《［尚］书》有穈、芑、秬、秠等名，在今方语有牛毛、燕颔、马革、驴皮、稻尾等名。？凡黍粒大小，总视土地肥硗、时令害育（好坏）［而定］，宋儒拘定以某方黍定律，未是也。”①这是解释因黍的变种存在，而出现的各种名称即“千百其名”
的。他指出，在古代即《诗经》、《尚书》成书时代，黍便有不同变种及名称，如穈（mén，门）、芑（qǐ，起）、秬（jù，巨）、秠（pǐ，丕）等。典出于《诗经。大雅。生民》：“诞降嘉种（生出良种），维秬维秠，维芑维芑”。
①宋应星：《天工开物。乃粒。黍稷粱粟》，上册，第18 页（中华书局影印明崇祯十年本，1959）
①C.Darwin 著、叶笃庄、方宗熙译：《动物和植物在家养下的变异》，第497—498 页②夏征农主编：《辞海》1979 年版缩印本，第2072 页（上海辞书出版社，1988）
①宋应星：《天工开物。乃粒。黍稷粱粟》，上册，第18 页（中华书局影印明崇祯十年木，1959）
孔颖达疏，“秠是黑黍之大者，秬是黑黍之中有二米者”。沈括《梦溪笔谈》云：“秬、秠、穈、芑，皆黍属，以色有别，丹黍谓之穈.”《尔雅。释草》：“芑，白苗”。郭璞注：“今之白粱黍”。可见秠是大粒的黑黍，秬是黑黍中的一粒谷结两粒米者，芑是白黍，而穈是红黍。《诗经》那段话意思是：“后稷既做了［舜时掌］管五谷的官，便把好的谷种分给百姓。那好的谷种有大粒黑黍、一壳结两粒的黑黍，还有红黍、白黍。”关于这件事，宋应星在《乃粒》章首也提到：“神农去陶唐（舜），粒食已千年矣。？而纷纷嘉种必待后稷详明”。古史中后稷名弃，善于农业技术，传说由舜举为农官。由宋氏上述话中可看出，从神农氏到舜这一千年间农业有很大进步，后稷时已培育出许多良种谷物，包括颜色、米粒不同的黍的四个变种。接着他指出明代时各地又按黍的形态不同来取名，称之为牛毛、燕颔、马革、驴皮和稻尾等变种。他也是谈论“从古代一直到今天”黍的各种变异事例。接着他笔锋一转，批判说宋儒刻板地以某地产的黍粒作为长度标准是不恰当的。按《宋史。律历志》载仁宗时（1023—1063）定百黍粒排列之长为一尺。不久“以取黍校验不齐，诏罢。”旋以2400 粒黍为一两。一律以山西上党黍为准。宋应星评论这样作的弊病时指出：黍粒大小因土地肥瘦及时令好坏而走。既使同一地方，黍粒大小也因地、因时而异，没有一成不变的标准黍粒。他的这些论述可谓至理名言。使用的方法也是科学的，先提出一般原理，再就具体事例论证，而以黍作为典型详加剖析。
当论述水稻在人工栽培下的变异时，宋应星用了同样的方法。他先在《乃粒》序中提出了“土脉历时代而异，种性随水土而分”的原理，即土壤的丰度经历各个时代而有所差异，作物的品种和性质也因水土不同而有所区分。
接下在《稻》节中加以论证。他写道：“凡稻种最多，不粘者禾曰秔，米曰粳；粘者禾曰稌，米曰糯。？凡稻谷形有长芒、短芒，长粒、尖粒，圆顶、扁面不一。其中米色有雪白、牙黄、大赤、半紫、杂黑不一。”除此，他还举出人工培养的变异品种旱稻或陆稻：“凡稻旬日失水，则死期至。［然］幻出旱稻一种，粳而不粘者，即高山可插，又一异也。”稻种还有“香稻一种，取其芳气”。他更举出早稻和晚稻。由此看来，宋应星从六个角度全面地阐述了禾本科稻属稻（Oryza sativa）的各种不同的变种：（1）从稻穗及稻粒形态不同，分为长芒、短芒，长粒、尖粒，圆顶、扁面等。（2）按生育期长短分为早稻与晚稻。（3）按米粒淀粉性质不同分为粘稻与不粘稻。（4）
从米粒香味又分为香稻与不香稻。（5）按对土壤中水分适应性不同则分为水稻与旱稻。（6）按米粒颜色不同还可分为雪白、牙黄、大赤、半紫、杂黑。
证实其所述：“凡稻种最多”。他对稻种变异现象作出如此详细研究的同时，笔锋又一转，批判起儒家圣贤了：“五谷则麻、菽（豆）、麦、稷、黍，独无稻者，以著书圣贤起自西北也”。此处是针对东汉经学家郑玄（127—200）
注《周礼。天官。疾医》，以麻菽麦稷黍为五谷。为此宋应星还指出：“今天下育民者，稻居十七”。把占全国口粮7/10 的稻排除于“五谷”之外，岂非可笑之至！宋应星对稻的变异现象的论述，如果达尔文能看到，也会惊叹不已。他在《动物和植物在家养下的变异》（1868）一书第九章中“关于栽培植物的数目和系统的初步讨论”中，对谷物变种的叙述只限于欧洲人所熟悉的小麦、大麦、玉蜀黍及豆类，并没有提到稻。但达尔文是可以被谅解的，因为欧洲很少种植稻，他们的主食以麦为主，与中国是不同的。那时欧洲人对水稻可以说没有什么深入研究的作品发表，供达尔文参考。
宋应星在《乃粒。菽》中把大豆、绿豆、豌豆、小豆、扁豆、豇豆、刀豆等都归在一节内，是有道理的。从植物分类学上看它们多属双子叶植物中的豆科（Leguminosae）。在谈到豆科植物的变异时，他以大豆（Glycine max）
为典型：“凡菽种类之多，与稻、黍相等。？一种大豆，有黑黄两色，下种不出清明前后。黄者有五月黄、六月爆、冬黄三种。五月黄收粒少，而冬黄必倍之。黑者刻期八月收，淮北长征骡马必食黑豆，筋力乃强。？江南（江西）又有高脚黄，六月刈早稻方再种，九、十月收获。”这里他根据大豆颜色不同分为黄豆与黑豆两个变种，再根据对光照长短的反应和播种期不同分为五月黄、六月爆、冬黄或早大豆与晚大豆。而高脚黄应与冬黄同属晚大豆，但因其形态有异，另具别名。在谈到胡麻（芝麻）时，宋应星在《乃粒。麻》节中写道：“其色有黑、白、赤三者。其结角（蒴果）长寸许，有四棱者，房小而子少；八棱者，房大而子多。皆因肥瘠所致，非种性也。”。芝麻确有很多变种。叶多变异，有互生或对生。蒴果长形有棱，棱数因品种而异，分四棱、六棱、八棱等。种子呈扁椭圆形。有白、黄、棕红、黑等色。他这里提到芝麻子有黑、白、红等不同颜色和蒴果有四棱、八棱之分，都是正确的。但在此后他又说“皆因肥瘠所致，非种性也”，用词似没有表达清楚，需加诠释。我们的理解是，“房小而子少”、“房大而子多”，“因土地肥瘠所致”。但“色有黑、白、赤”及“结角有四棱、八棱”，乃品种决定。
《甘嗜。蔗种》谈禾本科甘蔗属甘蔗亦有两个品种，“似竹而大者为果蔗，？似获而小者为糖蔗“。但今天名称则与他那时不同，前者今称中国竹蔗（Saaccha-rum sinensis），后者称为热带蔗（S. officinarum）。在结束介绍宋应星对家养植物变异的论述后，让我们把他与林耐作个比较。应当承认，在对植物系统科学研究与分类体系的建立上，林耐是宋应星无法比得上的，他们之间差很大一个层次。但在自然观上宋应星又是林耐无法比得上的。
照理说林耐应当很容易地发觉并鉴别出每个特定植物的变种，奇怪的是他偏偏忽视了这一切。他也应当注意到在万紫千红的花园里会突然出现一些变种或“奇怪的”植物，是从普通植物中衍生出来的。他也当会发现上帝创造的那些植物物种与花匠培育的相应变种间常有显著的差异。然而他对这些却感到迷惑不解，因为他受神创论的思想压抑太深，无法自我解脱，晚年处于精神痛苦和思想矛盾之中。反之，宋应星没有这些思想包袱，敢实事求是地肯定所看到的植物变异现象，并给以较正确的理论解释。在这方面他们之间又相差一个很大的层次。此时我们看到，能否在理论观念上前进一步，取决于科学家是否有正确的哲学思维。宋应星正是在这方面占了上风。
宋应星不只考察了植物在家养下的变异，还考察了动物在家养下的变异。在这方面，他的科学思想尤其精彩。正如在植物界中他以稻、黍的变种作为变异典型一样，在动物界中他挑中家蚕变种为典型研究对象。这些家养动植物都具有较强的变异性，而且都属于达尔文所说的“中国人在饲养和管理上费了很多苦心”、“对选择付出了最重大的注意”的技术领域。正确思想的提出，还有赖于正确方法的运用和有力实际资料的掌握。宋应星为我们提供了不少启示。他在谈到桑蚕（Bombyx mori）的变异现象时写道：“凡蚕有早、晚二种。晚种每年先早种五、六日出，结茧亦在先，其茧较轻三分之一。？凡茧色唯黄、白二种。川、陕、晋、豫有黄无白，嘉［兴］、湖［州］有白无黄。若将白雄配黄雌，则其嗣变成褐茧［蚕］。黄丝以猪胰漂洗，亦成白色，但终不可染漂（应作缥）白、桃红二色。凡茧形亦有数种：晚茧结成亚腰（细腰）葫芦样，天露茧尖长如椎子形（椭圆形），又或圆扁如核桃形。又一种不忌泥涂叶者，名为贱蚕，得丝偏多。凡蚕形［色］亦有纯白、虎斑、纯黑、花纹数种，吐丝则同。今寒家（贫苦人家）有将早雄配晚雌者，［变］幻出嘉种，一异也。野蚕（柞蚕）自为茧，出青州、沂水等地，树老即自生。其丝为衣，能御雨及垢污。”①可以说宋应星上述论断是蚕种理论的经典论述，因为在他以前中外没有任何人对蚕种作过如此详明而系统的剖析。从生物进化论思想史角度来看，应星这段论述也是极其重要而流芳千古的，并且至今仍未失去其全部学术价值。因为他这里触及到变异、遗传和选择三大原理，而如前所述，这三大原理是达尔文进化论所赖以建立的理论基石。在评述宋应星思想前，要弄清几个概念。变异前已述及，所谓遗传指亲代生物性状又在下代重现的现象。但现代遗传学认为遗传是遗传物质从上代传给后代的现象。选择分自然选择与人工选择。我们此处指人工选择，即通过人类不断选择而形成生物新种类的过程。达尔文认为野生动植物在外界条件下发生变异，经人类有意无意的长期选择，加强了变异积累，成为家养动植物。再通过同样途径可从家养动植物得到新类型或新品种。这是个无止境的过程。
我们再转向宋应星的蚕种理论。这个理论的第一层含义是系统论述了蚕种的变异现象。蚕是昆虫纲鳞翅目蚕蛾科的动物，其变异性很大。宋应星从六个角度论述了蚕的变种：（1）按家蚕化性来区分，有早蚕与晚蚕，即一化性蚕与二化性蚕。前者指一年只发生一个世代便产越年卵（卵体休眠）的蚕，后者一年发生两个不休眠卵的世代。但应补充说，还有多化性蚕，不过中外多育一化性及二化性蚕。（2）按蚕茧颜色不同又分为黄茧蚕及白茧蚕。
（3）依茧的形状区分，有细腰葫芦形、尖长椭圆形及扁圆核桃形。（4）按蚕体颜色不同，分为纯白、虎斑、纯黑、花纹数种，吐丝则同。（5）按生长环境不同又分家蚕（Bombyx Mori）及野蚕或柞蚕（B.perhyi），最后，（6）按家蚕进食情况不同，分为“贱蚕”与一般的蚕。宋应星对蚕种的论述已经够全面的了，但他并不满足于此，还进一步论述了各不同蚕种的①宋应星：《天工开物。乃服。［蚕］种类》，上册，第24B 页（中华书局影印明崇祯十年本，1959）
地理分布和性状品质上的差异：（1）川陕晋豫产黄茧蚕而无白茧蚕，浙江嘉兴及湖州产白茧蚕而无黄茧蚕。黄茧蚕丝用猪胰漂洗，亦能成白色，但不能染缥白（青白）、桃红二色；而白茧蚕丝可染成各种颜色。（2）野蚕产于山东青州、沂水，可自为茧，独立生活能力强，其丝作衣能御雨及垢污。家蚕要在蚕箔上结茧，其丝抵雨及垢污能力不及野蚕丝。野蚕丝不须人工饲养。
（3）贱蚕不怕食沾泥的桑叶，体质壮，但吐丝反而多，这些地方比一般的蚕要好。（4）晚蚕（二化性蚕）比早蚕（一化性蚕）发育快、结茧早、体质强，但产茧量比早蚕少三分之一。（5）在《叶料》节内还指出，四川黄茧蚕与浙江桑蚕不同，不是以蚕桑（Morus allba）叶为食料，而是以柘或黄桑《cudrania trcaspidata）叶为食料。其所吐之茧叫“棘茧”，最为坚韧，其丝用作琴弦、弓弦。从宋应星的上述评比中可以看出，蚕的不同变种确实表现出了性状和品质上的显著差异，他所记载的是真正的变异现象。如果象17、18 世纪西方生物学家所说，上帝只造出一个品种的蚕，那么宋应星就在1637 年用事实证明，人要比上帝高明得多，造出了同一种蚕的各个不同的变种。
让我们把宋应星关于蚕种的论述与达尔文的论述作个比较。后者在《动物和植物在家养下的变异》第八章题为《家蚕》的一节中指出：（1）“不同族的卵在颜色上、在形状上（有圆的、椭圆或卵形的）以及大小上都有变异。”
（2）幼虫“在大小和颜色上变异很大。皮肤一般是白色的，有时呈现黑色的或灰色的斑纹，而且偶而还有完全黑色的。？不过虎斑族（race tigree）是一个例外，它以具有黑色横纹条而得到这个名称。”
（3）不同族的茧表现有特性上的差异，这种差异有大有小；有的茧接近球形而不是葫芦状的，？有的茧为圆筒形并且中间有一个深度不等的沟，而呈葫芦状；还有的在两端或只在一端多少呈尖形。“（4）”丝的粗细和品质也有差异，而且有的是接近白色的，有的是黄色的。“（5）”关于最不相同的族的蛾之间是否存在有任何固定的差异，我没有找到一点记载。“①由此可见，达尔文所述家蚕变异情况都可以在宋应星著作中找到，而且在用语上都极其相似。所不同的是，宋应星更谈到其他方面的内容，如对各变种品质的比较评述，则为达尔文所未言及。但达尔文由蚕的变种引出了一项重要结论：”根据这种种事实，我们知道了家蚕同高等动物一样，在长期不断的家养下发生了重大的变异。我们还知道了一个更加重要的事实：变异可能在生命的种种不同的时期中发生。
而在相应的时期中遗传给后代。最后，我们知道了本能是受伟大的‘选择原理’所支配的。“②而这又为宋应星所未言及，因为达尔文毕竟是19 世纪的大生物学家。达尔文关于《家蚕》一节便以上述结论而结束，他在该节末尾谈到了遗传和选择原理，但没有作进一步发挥，而把这两个问题放在别的章里专门讨论。不过宋应星则不同，他在《蚕种》节谈到变异现象①c，Darwin 著、叶笃庄、方宗熙译：《动物和植物在家养下的变异》，第220—223 页（科学出版社，1982）
②同上时，便趁热打铁，直接触及到遗传和选择。
宋应星的思路是，先论蚕的变种，再将不同变种性状与品质加以品评，最后自然而然地导出了一个重要的、具有普遍意义的科学思想：如果通过人的技巧，利用蚕的自然属性，将不同品种的蚕实行交尾，则所育的新品种必具有亲代双方的优点。这就是我们将在第十章中讨论的“两物交合，嗣取其长”的中国传统科技中起支配作用的普遍原理。就蚕的具体场合来说，就是人工杂交思想。所谓人工杂交，指对遗传性不同的生物体用人工方法使之相互交配或结合而产生杂种的过程。当宋应星论述四川北方产的黄茧蚕吐出的丝拉力大、但不能染成各种颜色，而浙江白茧蚕吐的丝虽拉力小些，但能染成各种颜色后写道：“若将白雄配黄雌，则其嗣变成褐茧”。这是说将白茧蚕雄蛾与黄茧蚕雌蛾杂交，则其后代杂种成为褐茧蚕，这种蚕吐出的丝拉力强，又能染成各种染色，具有亲代双方的优点。宋应星还指出，明代有的贫苦农家将一化性的早蚕雄蛾与二化性的晚蚕雌蛾杂交，育出了优良的杂种蚕。这种蚕象晚蚕那样强壮、发育快，而结茧又象早蚕那样多，真是一种奇异的变种。使这种人工杂交按预定目的育出所需后代的关键，是掌握好其亲代双方的雌雄性别，而宋应星正好明确提示了这一点，对实践有指导意义。
现代养蚕学对家蚕化性的遗传性研究表明，不同化性的家蚕杂交有个重要的遗传现象：一化性蚕与二化性蚕杂交，其杂种F1 代的化性与亲代雌性的化性相一致。①就是说：（1）如亲代雌蛾是一化性Ⅰ♂，则与二化性雄蛾Ⅱ♂杂交后，杂种亦是一化性F1Ⅰ；（2）如亲代雌蛾是二化性Ⅱ♂，则与一化性雄蛾Ⅰ♂杂交，根据上述遗传规律，宋应星所说“早雄配晚雌”，应按式（1）进行，其杂交后代F1 必定是二化性蚕F1Ⅱ。因而这种新的良种具有二化性蚕发育快、结茧早、体质壮的特点，又具有一化性蚕结茧多的特点。倘若相反，“早雌晚雄”，则杂种是一化性，不能作为夏蚕种在当年内用于生产。同理，“白雄配黄雌”，即以白茧蚕雄蛾w♂与黄茧蚕雌蛾Y♂杂交，其后代杂种褐茧蚕F1B，必具有黄茧蚕吐出拉力大的特性，有具有白茧蚕吐出丝能染成各种颜色的特点：由此我们看到，蚕种杂交是建立在遗传变异原理的基础上的。宋应星在《天工开物》中提出的蚕种杂交思想，是利用杂种优势、提高家蚕品质和吐丝量、改善蚕丝品质的理论基础，也与达尔文强调的长期自交有害、杂交有利的思想是一致的。杂交在物种形成与进化过程中起了促进的作用。然而每个物种在形成或改进的过程中还会发生变异，只有通过不断的选择才能保持其性状上的优势，否则就要退化。另一方面，发现并利用物种遗传的变异性，而不应用选择，也不能形成新的变种。从这个意义上说，蚕种杂交是应用了变异、遗传与选择原理的结果。选择的力量取决于变异，由于认识到变异性和遗传性，人类才能创造奇迹。
①汪子春：我国明代劳动人民关于家蚕杂交优势的发现，载《中国古代农业科技》，第436—439 页（农业出版社，1980）
而人工选择又分为有意识的与无意识的选择，前者指人按预定目标系统改变某一品种，后者指自然地保存有价值的并毁掉无价值的，而没有改变品种的意图。宋应星所述蚕种杂交思想是有意识人工选择原理的自觉运用，目的在于培育新的良种。这样就会比通过无意识人工选择改善物种所需的时间大大缩小。生物进化论还认为，引起物种变异的主要原因是其外在生活条件的变化（如时令、水土、食料等）及杂交对有机体的影响。而宋应星对此都有所论述，因而达尔文把包括《天工开物》养蚕部分内容的法文译本称为“权威著作”，便一点也不偶然。
达尔文写道：“在全世界，凡是产丝的地方，对于蚕茧的选择都付出了最大的注意，从这些茧育出作为繁育的蛾。？在中国的上海附近，有两块小地区的居民拥有培育蚕卵供给周围地区的特权，这样他们便能专门从事这种职业，并且法律禁止他们从事丝的生产。”①根据宋应星的记载，明代在距今上海不远的西南方，浙江嘉兴、湖州（今吴兴）二地，便是中国最先进的养蚕技术中心，也是优良蚕种的供应地。
他的《乃服》章论养蚕技术便反映了这两地的技术水平。因此达尔文所说的那“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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