《天工开物》的问世

《天工开物》的问世

作为科学家的宋应星，他的主要著作当然是1637年四月由涂绍奎资助在南昌府出版的《天工开物》。在朋友处于困境时，涂绍奎帮助出版这部书，也为科学事业作了件功德无量的事。此书是宋应星前半生多年付出的辛勤劳动的结晶，分为上中下三册，共十八章，8.4万字，有插图123幅。每章都从古书中找出切合讨论对象内容的词来命名，如《乃粒》（谷物）取自《书经·益稷》中的“录民乃粒”，意思是“民众有饭吃”；《陶埏》（陶瓷）取自《荀子·性恶》中“夫陶人埏埴而生瓦……辟亦陶埏而生之也”，意思是“糅合黏土烧成陶器”等等。作者将有关国计民生的《乃粒》章放在全书之首，而以《珠玉》章殿后，是有意安排的，专为体现“贵五谷而贱金玉”的思想。后魏农学家贾思勰（473—545）《齐民要术》（约38）中也有这一思想，都来自西汉政论家晃错（前230—前153）向汉文帝上《论贵粟疏》中之说：“夫珠玉、金银，饥不可食，寒不可衣。……粟米、布帛生于地，长于时，聚于力……一日弗得而饥寒至。是故明君贵五谷而贱金玉。”宋应星继承了古代这一优秀思想。

《天工开物》序还有以下内容：恳请那些以科举为大事业的文人，干脆将本书从书桌上扔在一边。因为这部书与考取功名、追求高官厚禄毫不相关。

这正体现宋应星决心与科举和儒学决裂，而转向研究实用技术科学的思想境界，他把这部书献给识字的农民、工人和工商业者，帮助他们获得技术知识和经济效益。序尾题曰：“崇祯丁丑孟夏月（1637年四月）奉新宋应星书于家食之问堂”。“家食”来自《易经·大畜》：“不家食，吉，养贤也”，意思是：“养贤人，让他们外出做官，不使其在家自食，乃吉也。”宋应星反其意而用之，唯家食是问。“家食之问”是研究在家自食的学问，不靠官禄为生，转意为研究靠工农业技术谋生的学问。古时读书人喜欢为自己的书斋取个堂名，如“十竹斋”、“玉茗堂”、“方玉堂”等，宋应星堂名为“家食之问堂”，意即研究实用技术的房间，也表明他以研究科学技术为己任。当明代很多士大夫和读书人一生埋头于“四书五经”、宋明理学和八股制艺的时候，他及早从这里自我解脱出来，积极研究被当时视为末技之学，从事这方面的著述，是难能可贵的先觉之士。据统计，《天工开物》中与食衣有关的章叙述得较为详细，篇幅约占全书40％；其余60％为工业各章，也多与国计民生有关，如金属工艺、陶瓷、非金属原材料、纸墨、车船、兵器等，酒曲和珠玉放在最后。按理说还应谈到漆器生产，大概因作者认为漆器不切民用，故予略去。唯一的遗漏是没有谈到建筑和印刷技术，但与此有关的原材料如砖瓦、石灰、纸墨的生产已经谈到了。因此可以说，书中研究的内容涉及国民经济中工农业、交通运输业、能源和国防工业等几乎全部生产领域，有史以来像这样内容广泛的技术书还是空前的第一部。

除少数地方引用现成的文献记载外，书中所述绝大多数内容都是宋应星在全国各地的现场调查资料，插图是据现场实态素描而成，因此书中所述多是第一手原始资料，具有权威性和真实性。而且所述内容都事先经作者筛选，谈到某一产品的制造时，以生产该产品技术最发达的地区为讨论对象，如江西景德镇陶瓷、闽广的蔗糖、浙江嘉兴与湖州的养蚕、江西的水稻、苏州和杭州的丝织、福建和江西的纸、遵化与佛山的冶铁、云南的炼铜、德州的制墨、淮场盐场的海盐、松江的棉布等等，因而所述的生产技术多是当时中国先进的技术。讨论的地区之广，使人对作者有足迹遍天下之感，因为很多技术不到现场考察是写不出来的。事实也正是如此，如前所述，宋应星在全国从事科学考察的路线基本上与同时代的旅行家和地理学家徐宏祖相同，但这两位同年出生的科学家考察重点有所不同。宋应星视野更广，他还对国内各民族地区的技术事物给予注意，如东北女真族（满族）地区的弓箭、捕貂、树叶盐，新疆维族地区的采玉、养羊、毛纺，西藏藏族地区的毛织和岭南瑶族地区的采金等，都有所触及。他放眼祖国各地，广阔神州一幅幅壮观的工农业生产景象尽观于他的书中。有些章的安排因成书出版匆忙，来不及理顺，如谷物章应与谷物加工章紧密相连，但中间被其他章隔开，造纸与制墨两章宜前后呼应，但中间出现冶金及兵器二章，等等。为使全书结构更为严密，在尊重作者“贵五谷而贱金玉”的思想前提下，我们对原有各章顺序作了调整，今将调整后的各章内容简介如下。

上卷：共七章。第一章《乃粒》主要叙述水稻、小麦的种植、栽培技术和各种农垦、水利机械，旁及其他杂粮作物如小米、大豆等。第二章《粹精》（米面）论谷物收获及加工，主要是水稻和小麦的收割、脱粒、去秕和碾米、磨面等工序。第三章《作咸》（食盐）论述海盐、池盐、井盐、上盐及岩盐，而以淮盐和长芦盐场的海盐技术为重点，井盐叙述四川井盐制法和工具，包括天然气煮盐及钻井技术。第四章《甘嗜》（制糖）讨论甘蔗种植、栽培及榨糖、熬糖技术，以福建、广东地区为代表，并旁及养蜂、酿蜜等。第五章《膏腋》（油脂）叙述各种食用、日用植物油的制造和所用工具，列举芝麻、大豆等16种原料，附带讲用乌桕仁油制蜡烛的方法。第六章《乃服》论丝、麻、棉、毛荨衣料，重点谈浙江嘉兴湖州先进的养蚕及杭嘉湖地区的丝织技术包括织花机、提花机构造，还谈到棉纺、麻纺和毛织。第七章《彰施》论染料植物种植及提制染料技术，着重靛蓝、红花，介绍各种染色方法及配料。以上与食衣有关，多属农业和农副业，故列入上卷，只有纺织属于工业。

中卷：共五章。第八章《五金》叙述金银铜铁锡铅锌等金属和合金的性质、产地、用途和冶炼，对采矿、选矿及井下作业亦有所涉及，还叙述金属分离技术。钢铁冶炼是本章重点。本章是有关于传统采矿冶金技术的重要文献。第九章《冶铸》重点论钟、釜（锅）和铜钱的铸造技术和工具，涉及不同铸造方式。第十章《铸锻》（锻造）介绍从万斤铁锚到轻小绣花针各种铁器的锻造技术，包括工农业生产工具斧、锄、锯等的制造和热处理（淬火）技术，还有铜制钲锣的锻造。第十一章《陶埏》（陶瓷）论烧造砖瓦、陶瓷的全套工艺，砖瓦是建筑材料，陶瓷以景德镇白瓷技术为重点。第十二章《燔石》讲采煤和非金属矿石的烧炼，包括石灰、各种矾石、硫黄和砒石，产品用于工农业生产中。从本卷起进入工业领域，各章多属火工工艺。

下卷：共六章。第十三章《杀青》（造纸）叙述造竹纸与皮纸技术和设备、工具，以福建竹纸制造为重点。第十四章《丹青》（朱墨）讲朱砂（硫化汞）和墨的制造，二者都是文房用品。墨偏重松烟墨，朱砂包括天然品加工和人造两种。第十五章《舟车》（车船）叙述水陆交通工具，包括马车、独轮车及各种船，特别是大运河上的漕船。对驾车及航船技术都有记载。第十六章《佳兵》（兵器）叙述武器制造，包括弓箭、弩、干戈等冷兵器和火药、火器，火器有火炮、炸弹、水雷、火枪，以弓箭、火枪和炸弹为重点。第十七章《曲蘖》（酒曲）介绍制酒母、神曲、丹曲之法，神曲作药酒用，丹曲（红曲）作药用及食物防腐剂。第十八章《珠玉》载水下采珍珠和玉、井下采宝石的方法、玉的雕琢，还谈到玛瑙、水晶、琉璃（玻璃）等。作者认为珠宝玉石不切民生日用，故置于书末，亦未作深入调查。

这部书不止是单纯叙述性的技术书，而且还闪烁先进科学思想和科学实验精神，同时理论和实践结合得相当紧密。宋应星以《天工开物》命名其书，也以此表达他的一种思想，即“天工开物思想”，可以说全书就是在这一思想指导下写成的。在宋应星看来，“天工”指自然界的功能和自然力的作用，是自然界的自发行为，而不是超自然的神秘之力。但只靠天工还不能从自然界取得有用之物，必须辅之以人工。“开物”指人类从自然资源中有目的地开发出有用之物，是人工的自觉行为，实际上是工农群众的生产劳动。将“天工”与“开物”二者结合起来，体现了正确的自然观与历史观的统一，意思是以天工补人工开万物，或以自然力配合人工技术巧从自然界开发物产。这要求将自然力与人力、自然界的自发过程与人的自觉行为相协调，通过技术从自然界开发出种种有用之物，让天工与人工都为开物这一目标服务，从而发挥了人在与自然界关系中的主观能动性。与此同时，人在利用天工时，应顺应自然规律，要与自然界相协调，不可与自然力及自然界相对立，否则就失去主观能动性。这就是宋应星天工开物思想的基本内容。它是中国人民特有的积极进取的技术哲学，在欧洲没有与此类似的思想。历史实践证明，天工开物思想直到现在还有现实指导意义，而且为当今世界各国所共识。这是宋应星在人类思想史中所作出的一大贡献。

当将天工开物思想运用于农业生产时，宋应星主张顺应天时、发挥地力和人力，获得最大的收成。为此要按时令节气操作，勤施肥，改良土壤并培育良种，使用有效农具和农药，精耕细作，正确处理好天、地、人三者的关系。当将天工开物思想运用于工业生产时，他主张根据各种原材料的自然属性，通过自然力与人力的协调作用，以较少的物料和能源消耗、省力的劳动，对原材料进行加工处理，获得产率较大的合格产品。为此，要使用正确的操作方法，采用有效的工具和设备，掌握生产的技术诀窍。掌握原材料的自然属性，如自然存在的状态、纯度及其物理和化学性质，是非常重要的，只有这样才能制订相应的操作方法和程序，选用适当的工具和设备。而只有掌握生产诀窍，才能有效发挥人力。不难看出，在这一普遍指导工农业生产的天工开物思想中，还含有经济学思想因素，即使生产获得最大的经济效益。在人和自然界关系中，他主张一方面人要利用大自然的恩惠，从中开发物产；另一方面要保护大自然并给以回报，不可对自然界无端掠夺、滥肆索取，否则就受到惩罚。例如从事农耕时要经常保持土地肥力，否则就要减产。开采珍珠时要给珠蚌繁衍后代的足够时间，否则就引起珠荒。他还主张保护稀有的野生动物，反对用珍禽异兽的毛皮为少数人缝制衣帽，更批判将大量纸张焚烧，搞送葬和迷信活动的浪费资源的歪风陋习。当自然界给人带来灾害（如水旱、风灾、虫灾等）时，他劝人们不要惊慌，尽力采取相应的技术措施，减小灾害造成的损失，而且平时就应事先有减灾、抗灾的思想。总之，天工开物思想充满着智慧的光芒。

宋应星在书中还陈述了一系列先进的科学思想，例如他在《乃粒》章中认为：

土质经历不同时代而发生变化，作物种和性质随着水土的不同而有所变异。

这是在达尔文以前二百多年表述的生物进化论思想。宋应星观察到动植物在家养下的变异现象后，还自觉运用选择原理描述良种作物的培育和用人工杂交方法育出良种蚕的实践。当他将人工杂交思想运用到工业生产时，便在《杀青》章提出以竹、楮及稻草等不同原料，按一定配比混合制浆造纸的思想，构成近代造纸学的一个基本原理。在《五金》章中他指出，16两水银与2.6两硫化合可得18.6两硫化汞。此处实得值比理论值差5％。宋应星不但以先进的科学思维模式为指导，而且倡导新的科学研究方法和治学精神，在当时起着启蒙作用。他在书中首先在中国发展了“穷究试验”这一总的思想方法。“穷究”是逻辑推理，探索事物发展规律；而“试验”是观察与实验，收集可靠的实际资料。试验是穷究的出发点，以试验、测试和观察得到的实际资料，经穷究而作出理论性的解释。二者相辅相成、交替使用，在科学研究中缺一不可。宋应星陈述这一思想方法论时，拒绝使用儒家的“格物穷理”概念，而宁用科学家自己的语言，这是他与众不同之处。他之所以取得科学成就，就是因为其思想方法与近代科学相近。他在这方面的论述，与英国科学家培根（Francis Bacoh, 1501—1626）和法国科学家笛卡尔（Rene du Descaites, 1561—1650）有异曲同工之效。为清除发展科学技术的思想障碍，宋应星还在书中批判神仙方术，破除迷信和神鬼谬说，反对主观臆断。

他在历史上第一次将工农业三十多个生产领域由分散于民间的技术经验，总结成系统而完整的知识体系，其中包括中国人取得的许多先进的技术成就和发明创造，而较少见于以前的文献记载。对各领域的技术过程、操作要点、所用原材料和产品用途、生产工具形式等都加以叙述，且以插图说明。例如金属及合金冶炼虽是支柱产业，过去书中却无系统论述，而《五金》章则填补这一空缺。其中提到将生铁炼炉与烧熟铁设备串联，趁生铁未冷却时便脱炭烧成熟铁，实现连续生产，减少生铁再熔化过程和烧铁时间。他还提到将熟铁打成薄片，捆起入炉，上面放生铁，以涂泥草席盖炉顶。升温后生铁水均匀掺入熟铁，取出锻打，再炼再锻，制成好钢，比前代灌钢技术有改进。冶铁以煤为燃料，用大型活塞风箱鼓风，在当时都属世界先进。以炉甘石（碳酸锌矿）炼锌并制锌铜合金，有关铁器、铜器的铸造、锻造技术，皆以本书所记最为详细。《燔石》叙述了竖井采煤时，井下用巨竹管排除有毒瓦斯、安装巷道支护的安全作业技术。《杀青》对竹纸制造技术和混合原料制浆的记载同样珍贵，而且提供了系统的工艺操作图，产生广泛国际影响。《乃服》所载织高级丝织物的大型提花机，是当时世界上最先进的织机。

有关农业各章也叙述了许多技术成就，如以浸种法育稻秧，秧生三十日便分栽插秧，秧田与本田之比1∶25。以含磷的骨灰蘸稻秧施底肥，并用砒霜作农药拌稻秧、麦种，还提出以石灰撒在苗根，用来中和酸性土壤，介绍了农民精心培育的一些优良作物品种。所用的农具中有以水力驱动的水碓和水磨，畜力驱动的龙骨水车，人力脚踏水车和手摇拔车，还有播种与耕地两用的畜拉耧车，以及手摇风扇车。更介绍江西广信一种大型立式机械装置，以水力驱动，兼有灌水、舂米和磨面三种功能。《乃服》章论浙江养蚕时，基于生物进化论思想，以一化性蚕的雄蛾与二化性蚕的雌蛾杂交，育出兼有两种蚕优点的良种。还将人工淘汰法用于蚕种处理、防止蚕病蔓延。《曲蘖》章叙述红曲制造时，强调用纯佳酒糟作菌种，使培养液呈微酸性以抑制杂菌生长，对发酵过程中培养基在不同阶段中颜色的变化作了生动的描述。对工农业各生产领域的叙述多是符合近代科学要求的定量叙述，对原料和能源的消耗、产品产率、设备各部件的尺寸和利用率等都有数字指示。例如金银铜在同一单位体积内的重量（比重），油粒每百斤出油若干斤，所涉及的数据包括容积、重量、比率、时间、厚度、直径、面积等计量单位。对漕船、榨糖车、造纸用蒸煮锅等设备各部件都标明尺寸及用料，各种插图有立体感，总共289名劳动者形态逼真。各章还有许多经济学方面的论述，教生产者和经营者如何提高经济效益。从书中还可看到当时中国各地经济发展情况和交通运输情况。《天工开物》不愧是17世纪中国一部技术百科全书，在当时全世界也是无可匹敌的。

从自然科学角度看，这部书所述内容涉及物理学、化学、生物学和地学领域，以及生物化学、地质学、采矿学、冶金学、燃料化学、铸造学、造纸学、航运学、材料科学、食品化学、染料化学、纺织科学，还有技术经济学、经济地理学等学科。宋应星在上述这些学科的早期发展史中作出了自己的特殊贡献和理论上的建树。因篇幅关系，此处不能详述。他的科学成就主要表现在《天工开的》中，但除此书之外，他在其他著作中也同样发表了他的科研成果。尤其是他在《论气》中提出物理学领域内的声学思想，最为出色。同时代的宋载育（1536—1614）也是一位声学专家，1584最先完成十二平均律，为各种乐器制造打下声学理论基础。宋应星的贡献是为这门科学的进一步发展提供了正确的理论思路和基本理论概念。在讨论声音发生原理时，他指出声因气动（空气的振动）而生，引起气动可借两种方式：“两气相轧”（挤）和“以形破气”。以有形物体破气是否能产生声，取决于破气动作的“急绫”（速度）和“劲懦”（力量）之大小。他为此引入了“势”的概念，只有“势”达到适当数值，气得势才产生声。现代声学告诉我们，逼气、破气的“势”就是空气振动的频率，只有在20—20000赫兹（Hz）之间的振动波才能使人听到声音。宋应星在谈到声音的传播介质、传播方式和声速时指出，传播声音的介质是空气，而且声在空气中以很大速度传播。他还认为声在空气中的传播很像以石击水所成的水波那样扩散，换言之，以波动形式传播，因而他已有了声波的思想观念。他的这些思想与近代声学理论多相符合，比同时期西方学者略高一筹，因为声的传播介质是“以太”或物质微粒，还是空气，在17—18世纪欧洲科学家中仍争论不休。至于声波概念，在宋应星以后很久才在欧洲建立。