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道教科学思想发凡-第27部分
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室有小罅，虽不皆圆而罅景所射未有不圆。及至日食则罅景亦如所食分数。罅虽宽窄不同，景却周径相等，但宽者浓而窄者淡。若以物障其所射之处，迎此景于障物上，则此景较狭而加浓。《革象新书》卷五《小罅光景》，《四库全书》第786册，第263页。
赵友钦善于观察，他发现光线透过小孔时有一些特殊现象：日光、月光通过壁间小孔，小孔虽然不圆，但所得到的象却皆呈圆形；在日食发生时所观察到的象和日食的分数相同；小孔的大小虽有不同，但象的大小相等，只是浓淡不同（即照度不同）。如果把象屏移向小孔，则象变小，照度加大。这些光学现象引起赵友钦的深思：
予始未悟其理因熟思之。凡大罅有景必随罅之方圆长短尖斜而不别，乃因罅大而可容日月之体也。或罅小则不足容日月之体，是以随日月之形而皆圆，及其缺则皆缺。罅渐窄则景渐淡，景渐远则周径渐广而愈加淡，大罅之景渐远亦渐广，然不减其浓，此则浓淡之别也。《革象新书》卷五《小罅光景》，《四库全书》第786册，第263页。
赵友钦经过反复实验和思索，终于找到了原因：由于“罅小则不足容日月之体，是以随日月之形而皆圆，及其缺则缺”。如果把小孔逐渐缩小，则像逐渐变谈。如果把象屏逐渐移远，象逐渐加大而照度减小。通过这一实验研究，赵友钦正确地得出了小孔成（倒）像的光学思想。同时赵友钦对大孔成（正）像（指明亮部分）、照度问题也有正确认识。他发现如果墙壁的孔相当大，则情况有所变化，象必随孔的方、圆、长短、尖和斜而与大孔的形状相类似，这是因为“罅大而可容日月之体也”。由于《小罅光景》的前一部分实验是以日、月为光源，只能改变孔的大小、形状及象距，故实验研究的范围受到限制。为了克服这一局限性，赵友钦在《小罅光景》后一部分中又别出心裁地设计了一套小孔成像实验，这一大型的光学实验是全篇的重点内容。其实验装置原文如下：
假于两间，楼下各穿圆NFDC5于当中，径皆四尺余，右NFDC5深四尺，左NFDC5深八尺，置桌案于左NFDC5内，案高四尺，如此则虽深八尺只如右NFDC5之线。作两圆板，径广四尺，俱以蜡烛千余枝密插于上，放置NFDC5内而燃之。比其形于日月，更作两圆板径广五尺，覆于NFDC5口，地上板心各开方窍。《革象新书》卷五《小罅光景》，《四库全书》第786册，第263页。
赵友钦选取楼房作为实验场所，在楼下两房间的地面上挖两个直径四尺多的圆NFDC5，右NFDC5深四尺，左NFDC5深八尺，根据实验需要，可在左NFDC5中另放一张四尺高的桌子。取两块直径为四尺的圆板，每块板上密插上一千多支蜡烛，分别点燃，放入NFDC5底（或桌面上）作为实验光源。分别用中心开孔的木板遮盖NFDC5口。楼板在实验中可作为固定象屏。这个光学实验被公认为世界物理史上的一个独创，享有盛誉。
第四部分：观变察机——道教物理学思想钩沉运思巧妙的实验物理思想
赵友钦的这一光学实验构思巧妙，其实验设计思想的先进性和科学性有三点：其一，蜡烛放在NFDC5内，烛焰比较稳定；其二，将光源封闭在圆NFDC5中，光线只能以板孔中穿出，这样就可以保证观察结果的准确和清晰；其三，在地下深挖圆NFDC5，增大了光线与象屏之间的间距，扩大了调节范围。
整个实验分五个基本步骤进行：
第一，保持光源、小孔，像屏三者之间距离不变，点燃蜡烛，两边楼板（屏幕）上所成的像（明亮部分）形态相同，“总成一景而圆”，然而“却有一浓一淡之殊”。对于这一结果，赵友钦“详察其理”，指出都呈图像可用光线直进原理来解释。对于像的浓淡原因，赵友钦指出：“所以有浓淡之殊者，盖两处皆得千景叠砌，圆径苦无广狭之分，但见其窍宽者所容之光较多，乃千景皆广而叠砌稠厚，所以浓。窍窄者所容之光较少，乃千景皆狭而叠砌稀薄，所以淡。”《革象新书》卷五《小罅光景》，《四库全书》第786册，第264页。这一解释通俗易懂。
第二，改变光源。赵友钦进行了一个“小景随日月亏食”的模拟实验，“向右NFDC5东边减却五百烛，观其左间楼板之景缺其半于西，乃小景随日月亏食之理也。”《革象新书》卷五《小罅光景》，《四库全书》第786册，第264页。
接着，赵友钦“又灭左NFDC5之烛但明二三十枝，NFDD9密得所。观其楼板之景，虽是周圆布置各自点点为方，不相粘附而愈淡矣。”《革象新书》卷五《小罅光景》，《四库全书》第786册，第264页。这一实验结果揭示了光学理论的一个思想，即距离不变时，物体上的照度正比于光源强度。
第三，赵友钦又改变了一下实验装置：“别将广大之板二片各悬于楼板之下较低数尺，以障楼板而迎夺其景”，将像距缩小。实验结果发现：“此景较于楼板者敛狭而加浓。所以迎夺其景者表其景近则狭而浓，远则广而淡也。”《革象新书》卷五《小罅光景》，《四库全书》第786册，第264页。为什么会出现这样的情况？赵友钦做了正确解释：“烛光斜射愈远则所至愈偏，则距中之数愈多，围旁皆斜射，所以愈偏则周径愈广，景之周径虽广，烛之光焰不增，如是则千景展开而重叠者薄。所以愈广则愈淡，亦如水多则味减也。”《革象新书》卷五《小罅光景》，《四库全书》第786册，第264页。这一实验结果实际上揭示了一个光学思想，即在平行光线照射下，被照面上的照度随光线入射角的大小而变化。
第四，赵友钦再次改变了一下实验装置：“去其所悬之板，举其左NFDC5连板之烛，撤去NFDC5内桌案，复燃连板之烛，置于NFDC5底而NFDC5蒁（掩）之。”《革象新书》卷五《小罅光景》，《四库全书》第786册，第264页。即保持光源强度、孔的大小和像距不变，改变物距。其实验结果是：“窍既远于烛，景则敛而狭。”《革象新书》卷五《小罅光景》，《四库全书》第786册，第264页。对这一光学现象，赵友钦做了探讨，指出：“所以敛铗者盖是窍与烛相远则斜射之光敛而稍直，光皆敛直，则景不得不狭，景狭则色当浓，烛远则光必薄，是以难于加浓也。”《革象新书》卷五《小罅光景》，《四库全书》第786册，第264页。
第五，赵友钦又改变孔的大小和形状，对大孔成像也做了实验研究，并与小孔成像进行了对比分析。
通过上述一系列实验研究，赵友钦归纳出小孔成像的规律：“景之远近在窍外，烛之远近在窍内。凡景近窍者狭，景远窍者广；烛远窍者景亦狭，烛近窍者景亦广。景广则淡，景狭则浓。烛虽近而光衰者，景亦淡；烛虽远而光盛者，景亦浓。由是察之，烛也、光也、窍也、景也四者消长胜负皆所当论者也。”《革象新书》卷五《小罅光景》，《四库全书》第786册，第264页。这里，赵友钦通过实验实际上已经定性地得出了光学的一个基本定律思想，即照度随光源的强度增大而增大，随距离的增大而减小。这一照度随距离成反比的光学思想早于西方科学四百年，这充分说明道教科学家赵友钦在天文、物理领域内所具有的深邃而先进的科学思想。
关于赵友钦光学实验在科学思想史上的创新意义，为避免所谓的“道教情结”嫌疑，笔者在这里仅仅援引杨仲耆、申先甲主编《物理学思想史》一书里的有关评论作为本章的结语：赵友钦“是中国古代最接近现代物理实验思想的科学家。他实验目的明确，实验条件可控，实验步骤清晰，实验结果可靠。不足的是他还没有进行定量分析。如果赵友钦的实验思想有一小部分在中国得到发扬，中国明代以后的科学可能会有更加令人嘱目的成就。”杨仲耆、申先甲主编《物理学思想史》，湖南教育出版社，1993，第92页。
第五部分：化化不间——道教外丹黄白术与古代化学思想道教外丹黄白术与古代化学思想（1）
金丹术是道教的一种重要方术，包括外丹黄白术和内丹术。道教金丹思想是道教徒从事金丹活动的思想依据、思想方法。隋唐至北宋时期，道教外丹黄白术发展达到了高峰，出现了一批重要的外丹黄白术著作，外丹黄白术的理论与方法日臻完善；与此同时，道教内丹炼养也逐步兴盛，内外丹合修逐渐成为道徒修仙证真的一条主要途径和手段。道教外丹黄白术从某种意义上来说是一种变化之术。这种变化之术最直接的理论基础就是万物自然嬗变论，即认为各种物态、物质之间，包括有情之物（有机物）和无情之物（无机物）之间都可以相互转化。南唐道士谭峭著有《化书》六卷，分道化、术化、德化、仁化、食化、俭化六化，共一百余篇。其主题思想是自然万物之间可以互化，所谓“化化不间，由（犹，笔者注）环之无穷”：
虚化神，神化气，气化血，血化形，形化婴，婴化童，童化少，少化壮，壮化老，老化死。死复化为虚，虚复化为神，神复化为气，气复化为物。化化不间，由环之无穷。
丁祯彦、李似珍点校《化书》卷一，中华书局，1996，第13页。
《化书》认为，自然之道的一个重要规律就是变化，《化书》称之为道化。道化有两种变化趋势，一是从无到有的过程，《化书》名之为“道之委”：“道之委也，虚化神，神化气，气化形，形生而万物所以塞也。”丁祯彦、李似珍点校《化书》卷一，中华书局，1996，第1页。二是从有到无的过程，《化书》名之为“道之用”：“道之用也，形化气，气化神，神化虚，虚明而万物所以通也。”丁祯彦、李
似珍点校《化书》卷一，中华书局，1996，第1页。不仅有无可以转化，有形之物和无形之物可以互化，而且存在“老枫化为羽人，朽麦化为蝴蝶，自无情而之有情也”；“贤女化为贞石，山蚯化为百合，自有情而之无情也”丁祯彦
、李似珍点校《化书》卷一，中华书局，1996，第2页。，这段话若转换成近代化学的术语来说，就是无机物可以转化为有机物，有机物也可以转化为无机物。这一认识在五代时期是一个非常先进的科学思想，要知道西方近代化学一直到19世纪之前，始终认为无机物和有机物之间存在一条不可逾越的界限。直到1828年德国青年化学家维勒用无机小分子人工合成有机物尿素，才打破了这一陈旧的思想。道教认为只要通晓造化之源，在适宜的场合和时间里，选择适当的原材料，经过一定的中间手段处理，就完全能使物质的性质发生根本性的变化，炼制出仙丹和金银来。
外丹黄白术从内容上分炼丹术和炼金术两部分。它以丹砂、铅、汞、硫、砒霜为主要原料与其药物相配合，置于炉鼎之中。运用“飞”、“抽”、“伏”、“点”、“关”、“养”、“煅”、“炙”、“封”、“研”、“沐浴”、“渍”、“烧”、“淋”等手段加以烧炼，以求制得服饵后能使人长生不死、羽化登仙的仙丹以及能点化铜铁等贱金属为贵金属的丹药。从历史渊源上分析，外丹黄白术滥觞于春秋战国的神仙方士，在秦汉时便有了原始雏形。道教创兴后，原始外丹黄白术为道教所承袭并加以发扬光大。经过魏晋南北朝的不断充实和发展，道教外丹黄白术在隋唐、北宋发展达到了鼎盛时期。
第五部分：化化不间——道教外丹黄白术与古代化学思想道教外丹黄白术与古代化学思想（2）
道教丹家从事炼丹作金活动有其特有的金丹理论思想和方法。道教丹家在长期的炼丹烧金实验中逐步形成一整套以阴阳五行说等道教哲学为统摄，以万物自然嬗变等金丹思想为核心，服食丹药以求长生不死为目标的系统化理论体系。具体说来，道教外丹黄白术理论体系由三个不同层次的概念、思想和经验方法构成。最高层次是道教的哲学思想，主要是道、阴阳五行说等，它构成了道教外丹黄白术理论的“硬核”；其次是中间层次，由万物自然嬗变论�
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