郑光祖的宇宙观
厚宇德

戴念祖先生对清代学者郑光祖的宇宙观有较高中肯的评价：“……郑光祖对神化的托勒密体系和十二重天的理论提出了尖锐的质疑，并根据中国传统的地动观和《尚书纬·考灵曜》中叙述的相对性原理，提出了宇宙结构的‘地心地动说’，这是中西宇宙观的第一次大融合。”[1]“郑光祖的‘地心地动说’，既高于中国古代传统宇宙观，也高于由耶酥会士带进中国的托勒密体系和神化的宇宙观。”[1]
“地心地动说”无疑是郑光祖的一大贡献，但经过深入分析研究本文作者发现，“地心地动说”只是郑光祖的宇宙论一个重要部分，而实际上，郑光祖对宇宙由来、万物生化等基本的“天地生人”的问题都有自己的独到见解，其中有些思想现在来看达到了当时空前的高度甚至是远远超乎其时代的。
1．宇宙天地之创生观
在其著作《一斑录·卷一·天地》中，郑光祖说：“天地以前无天地也，只以一动而天地成。阴凝于内而为地，阳空于外而结日。”显然他继承了中国古代“天地有始”（《吕氏春秋·有始览》）的思想。在天地宇宙之由来方面，郑光祖还继承了老子的创生思想：“天下万物生于有，有生于无”（《老子》）。郑光祖自己的说法是：“细求其故方知天地只以一 动而成，原是无中生有……”（《一斑录·卷一·天地元机》）
“无中生有”在经典物理框架内是与基本的物理规律相矛盾的。然而，随着物理学的发展，人们对无——无物即真空有了更深一层的认识，并进而使“无中生有”成为了可能，如赵峥教授认为“惯性效应起源于真空的变化”[2]。经过研究推导，文献[2]得出结论： 

其中a表征Hawking温度的的坐标加速度， 是能量尺度的变化率。“由于是仿射联络的缩并，Hawking效应与时空联络有关，它应是惯性效应的一部分。惯性力是惯性的力学效应，Hawking效应则是惯性的量子效应、热效应。如果Hawking效应确实起源于真空能级零点的下降，一个自然的推论是，包括惯性力在内的一切惯性效应，都应看作真空变化产生的反作用。这就是说，惯性既不起源于绝对空间，也不起源于遥远星系。惯性实质上是一个起源于真空形变的局域效应。”[2]可见郑光祖天地“原是无中生有”、“只以一动而天地成”的观点是符合现代物理学、现代宇宙学基本精神的。
2．地心地动说
托勒密体系于16-17世纪之间传入中国。作为中国传统科技文化的饱学之士，郑光祖思想中固有的传统知识与托勒密体系发生了一定冲突。经过思索，他对托勒密体系提出了质疑：“诸人（指利玛窦等相继来华土）不谓地之旋于中，而谓天之旋于外，则不敢知；又，既以为地球不动于内，第十二重天不动于外，却以期间各重或自东旋西，或自西旋东，尤不敢知；又以为日月五星之丽诸天如木节在板，诸天自内及外如葱白，层层包裹，然，日与金、水、火三星彼此上下无一定，此四重天何以忽内忽外；错杂并行，则愈不敢知。”[1]
郑光祖的“地心地动说”就是他在这些质疑基础上，努力解除东西知识体系冲突的结果。
“地转于中，动也。
天空于外，地旋于中。人居地上，不知地之旋于中，而谬谓天之旋于外。犹坐舟中，从穴隙外窥，反认两岸行动，不知舟之载已而行之也。
以于地全势论之，有中外无上下。盖于地如球，实空悬无著。中即是下，外则方面皆上也。七曜因地之旋而随之旋，近地者随地较速。月最近地，故每日随旋13度；远地者随地渐迟，日已远地，故每日随旋一度；恒星更远，故71年随旋一度；犹以竹竿搅缸中之水，使之旋，愈中则旋剑速也。”（《一斑录·卷一·天地》）
现在看来郑光祖的地心地动学说无疑已成历史，但考虑到当时“他还不知道哥白尼的日心地动说，更不知道开普勒的椭圆轨道和牛顿万有引力。”[1]那么，我们应该承认他的这一学说还是有许多进步的积极的意义的。
3．地之演变物之生化观
郑光祖捕捉到了地球沧桑巨变遗留下的一些信息，从而形成了他的大地有变的思想：“地虽五行皆全，其实不过水土两物。当其初尚未分山海，其后历年久远天上之日月星辰定，大地亦稍有变动，大水尽归赤道之下而成海洋，而地下之山川河岳亦渐定。今观层岩上尚有嵌空之湖石，平地上尚留莫大之沙滩，非当年大水冲成之实证乎？即塞外沙碛地势已高，在当年亦皆水底。至开山而知山石片片，掘井而见土性层层，非大地始凝之遗迹乎？石片本无者，历年久而不动之物亦不能不动也。若近海之乡土亦层层各异，其中多锈铁如指如豆则前此曾有沧桑之变也。” （《一斑录·卷一·天地原始》）
郑光祖认为世间生物就是在天地变化中生成的而又随天地之变以及族群间之争斗而兴衰更迭的。他说：“有天地以来阳日照临于外，地球旋转于内，地球之面万物化生。始生虫鱼继化鸟兽，生化既众于是生人。各土各生其人而成各国。迨人事既盛，定人伦与礼乐，语言各异、风俗各异。久之或因寇贼凶残战争夷灭，一小劫也。又久之或更因水旱饥荒历疫灾，害至各土胥空，一巨劫也。自后各土又各生人，语言文字风俗一切各与前异。初不知其地前曾有人，亦不知其地后尚有劫，又焉能知劫后再成人世？”不仅如此郑光祖认为自天地之创生始，历经无数大劫小劫，终将达到一个相对稳定的状态：“如是历百千万变化以迄于今，成今日久安长治之世界，凡食毛践土著，皆得常享太平之福矣。” （《一斑录·卷一·世界由来》）
4．空间有限与时间有始说
4．1空间有限说
宇宙空间是有限的还是无限的，这是古今中外思想家科学家都极为关心极为感兴趣的一个问题。
文献[3]表达了一种普遍共识：相对论宇宙学“认为宇宙有限，这是对20世纪以前宇宙观念的极大改观。”[3]事实上，古希腊的亚里士多德就是一位宇宙有限论者，清代的郑光祖也是一位真正的宇宙空间有限论者。
郑光祖在（《一斑录·卷一·天地元机》）中说：“大地空悬无著，六面皆空，六而皆上也，即六面皆无也。无物之外谓之空，空者，气所贮也；不空之处皆是物。物者，气所凝而成之者也。气本乎日，日者气所主也。地之面阴阳交会而生气成，万物为气鼓舞以生、以杀、以盛、以衰。若五百里之上生气尽而无云，千里之上生气远而无风，再上而至月天，再上而至日与五星天，再上而至恒星天，再上而日光渐远，再上而日光渐渐微，再上而日光竟绝，昏暗如深夜，不独万物皆无也，因无气亦无空。盖物为气所凝，空为气所贮，日光不到尚有气与物乎？”毫无疑问，这样的宇宙，不仅物质，就是空间也必然是有限的。
在（《一斑录·卷三·物理》）中郑光祖又说：“天之内物莫大于日阳也。阳之本，火也。火生气，气者，火之表也，即空也，无空非气亦无气非空。人在气中而不知有气如鱼在水中而不知有水。特鱼能出水而至无水之处，人不能出气而至无气之处。近地则气浓而重，远地则气淡而轻，至恒星天外远极，气尽然后无空。”他再一次阐释了他的宇宙空间物质有限主张。
如前所述，郑光祖虽然对亚里士多—托密勒的以地球为中心的有限宇宙论中的一些不完备处进行了批判，但不可否认，亚—托体系对郑光祖形成有限宇宙论的影响是客观存在的。不过亚里士多德之所以提出宇宙有限论，是因为他相信地球是宇宙中心这一点是不能动摇的，而一个无限的宇宙，亚里士多德非常清楚，是没有中心的；而另一方面郑光祖论证宇宙有限论所依据的却是中国古代自然观中普遍认同的物（气）与空（间）的关系：无气亦无空，至恒星天外，远极，气尽随之无空。将古老的气论与宇宙论联系起来，得出宇宙空间有限的结论是如此容易，然而这却是一件了不起的创新。在郑光祖之前没有人认识到自地球向外，至恒星天之外极远处，“日光渐微”以至“日光竟绝”。而郑光祖认为：“阳之本，火也。火生气，气者，火之表也，即空也。” （《一斑录·卷三·物理》）。那么在恒得天外“日光竟绝”处，当然是无气而无空了，因为“无空非气，亦无气非空。” （《一斑录·卷三·物理》）这样，宇宙必然是有限的。
郑光祖提出宇宙有限论充分显示了他不仅批判西方学说也理智吸收其合理内容，同时对数千年来占统治地位的本土学说也有敢于大胆超越的精神。在中国历史上“盖天说”、“浑天说”和“宣夜说”最有影响。宣夜说认为：“天了无质，仰而瞻之，高远无极……”（《晋书·天文志》）可见宣夜说认为宇宙是无限的。“浑天说”学界也普遍认为是一种无限宇宙观，而“盖天说”则是有争议的。李志超先生认为“盖天说”实应为“平天说”。其说以天和地为无穷大的平行平面，间距八万里，天以北极为心轴旋转，日月星皆附于天。“盖（平）天说和浑天说都以宇宙为无限。”[4]因此中国古代历来宇宙空间无限论占统治地位，因此郑光祖大胆提出宇宙有限论，这足可谓为一场科学革命。而要认清这场科学革命的意义，尚需真正弄明白有限宇宙论的含义。

4．2古代有限宇宙论的内涵
学术界普遍认为爱因斯坦依据广义相对论提出的有限无边宇宙论，开创了现代宇宙论的先河，正如文献[3]所说“这是对20世纪以前宇宙观念的极大改观。”
文献[5]将西方宇宙论的几个高峰进行了总结性比较与区别：“从亚里士多德到牛顿，再到爱因斯坦，宇宙理论经历了一个否定之否定的发展过程。爱因斯坦在某些方面又回到了亚里士多德，但又不是简单地重复亚里士多德的观点。从亚里士多德的宇宙有限有边，到牛顿的宇宙无限无边，又到爱因斯坦的宇宙有限无边；从亚里士多德承认水晶球般的实在天球，到牛顿否定天球，又到爱因斯坦承认由空间弯曲所构成的天球；从亚里士多德认为空间关系（自然位置）决定天体运动，到牛顿认为引力决定天体的运动，又到爱因斯坦认为空间的几何性质决定天体的运动，但这种空间的几何性质又是由物质的分布决定的。”[5]可见亚里士多德的有限宇宙论在该文献作者看来是有边的，这也正是与爱因斯坦有限宇宙论不同之处。那么亚里士多德的宇宙真的是有边的吗？这需要首先认真搞清楚，因为弄明白亚里士多德有限宇宙论的内涵也就同样把握了郑光祖有限宇宙论的真谛。
亚里士多德在论述了空间的有限性后就明确指出：“整个空间不会大于物体所占有的空间（因此物体也不会是无限的），物体也不会大于空间……”[6]因此，有空间则必有物质，空间即物体所占之空间。所以“在天之外，不可能存在任何单纯的物体。……如果单纯物体不可能，混合物体也不可能……”[7]“一切事物都在宇宙里，因为宇宙就是‘万有’。空间不是宇宙，而是宇宙的一个与运动物体接触的内限。……因此，地在水里，水在空气里，空气在以太里，以太在宇宙里。但宇宙再不能在别的事物里了。”[6]而且，“现在没有，以前未曾出现过、将来也决不可能出现多个‘天’。我们的这个天是单一的、仅有的、完全的。同时也很明显，在这个天之外既无地点，亦无虚空和时间。”[7]
从亚里士多德以上观点足以肯定，宇宙、空间、物质都是有限的。在现实世界中，我们所认识的任何物质系统都是有限的，这些有限的物质系统都有边界，如果皮，如水面等等，而且正是边界将不同的物质系统隔离区分开来。从另一个角度看，正因为一个有限物质系统之外还有其它物质系统，因此它才有边界。依据现代数学的基本观点，二维区域靠边界线或境界线与周围区别开来。边界线或境界线由边界点或境界点组成，而边界点或境界点就是指邻域中必须既有内点又有外点的特殊点。因此其它区域（由所研究的区域的外点构成）的存在是所研究的二维区域边界线或境界线的存在的必备条件之一。一个物质系统的边界是它和其周围物质系统共同拥有的、共同决定的，而不是这个物质系统自身所能独自拥有独自决定的。因此，在有限宇宙论中，虽然宇宙也是一个有限系统，但它与其它任何一个具体的居于其中的有限物质系统有质的区别：宇宙无外。因此有限宇宙自然是无边无界的；因为如果它有边界，则它必有外。因此，本文作者认为，无论认为宇宙有限还是无限，只要承认它是万事万物的大集合，它就必然无边界。无边界是这样包罗万象的宇宙的特征而不是有限或无限的特征。因此，认为只有古代无限的宇宙才无边界的观点是错误的，同样认为有限的宇宙论中只有爱因斯坦的宇宙才是无边界的也是不妥的，有限无边宇宙论不是爱因斯坦的专利。
再请看爱因斯坦对他的有限无边宇宙论的说明：
“空间—时间未必能被看作是一种可以离开物理实在的实际客体而独立存在的东西，物理客体不是在空间之中，而是这些客体有着空间广延。因此，‘空虚空间’的概念就失去了意义。”[8]“除了我们的宇宙之外，没有别的宇宙。“[8]
不难看出，其基本精神与亚里士多德十分相似。本文作者认为，爱因斯坦在这里超乎亚里士多德之处，也是他对有限宇宙论的最大贡献就在于他对有限宇宙如何无边问题给出了一种解释，他借助于黎曼几何，将宇宙有限无边的模型让人们在“不能看到和直觉地想象的情况下”接受了，甚至也可以说通过一个类比而让人们理解了。他是这样说的：

“你看这只在地球表面生存过的完全压扁的臭虫。这只臭虫也许被赋予分析的理智，能研究物理学，甚至写书。它的世界将是二维的。在思想上和数学上，它甚至能理解第三维，可是它不能把第三维直觉地想象出来。人就同这只不幸的臭虫完全一样，处在这种情况中，只有一点区别，那就是人是三维的。在数学上，人能想象第四维，可是在物理上，人不能看到和直觉地想象第四维。对于他来说，第四维只是在数学上存在着。”[8]
就这样，爱因斯坦以二维弯曲空间的臭虫不能直觉想象三维类比说明了三维空间里的人不能直觉想象四维空间。而有限无边宇宙如同在三维空间可以直观看见的二维空间的弯曲构成有限球面一样，就是四维空间里可以清楚看见的三维空间的弯曲构成的。可惜人类只能生存于三维空间，而不能到四维空间徜徉，因此我们无法直观想象四维空间是什么样，也不知道三维空间如何弯曲从而构造了有限无边的宇宙。爱因斯坦就这样说服了人们。
文献[9]对广义相对论的宇宙空间观有极好的说明：“广义相对论认为，不能先验地假定宇宙空间一定是三维无限的欧几里得空间，宇宙空间的结构或几何性质决定于宇宙间的物质运动与分布。根据对宇宙天体分布的分析，可以假定宇宙空间是非欧几里得的弯曲空间，一个弯曲的三维空间完全可能是既有限又无边界的。有限指空间体积有限，无边界指这个三维空间不是一个更大三维空间的一部分，而是它已经包括空间的全部。”[9]其中对“无边界”的诠释犹为中肯，恰恰与亚里士多德对有限宇宙的理解谋而合。既然有限宇宙必然无边，那么郑光祖的宇宙也当然是有限无边的宇宙。当然，我们不能不理智地期望郑光祖彻底达到爱因斯坦的认识程度，事实上认为宇宙无限总比宇宙有限更易理解。在这方面郑光祖还是心存疑惑：“夫天之内一个有字，天之外一个无字。就天之内论，其所有之物皆为真有，合天之外论，则所有之物皆属虚无……天地之间凡物小有尽而大无尽，大极于天矣，天之外于何穷尽？大无穷尽……以天地为真形然却无以解大无穷尽之故，姑俟渊博者参之。”（《一斑录·卷一·天地》）
4．3 时间有始论
虽然在逻辑思辩基础上亚里士多德得到了宇宙空间有限论，但他认为时间是无限的：“时间和运动是无限的……”[6]“整个天既不生成，也不可能被消灭，而是像有些人所说的那样，是单一和永恒的，它的整个时期既无开端也无终结，在自身中包含着无限的时间。”[7]
而郑光祖关于宇宙产生之前（天之前）是这样描述的：“天地之中一阴阳也。阴阳分而天地定，阴阳交而万物生。……未有天之前实同天之外也。岂先有蒙蒙昧昧之空中乎？岂先有无日无月昏昏暗暗之处所乎？”（《一斑录·卷三·物理总论》）显然他认为时间存在起点。
郑光祖认为时间有始是他的宇宙天地创生观的一个必然结果，而这又恰恰和现代宇宙论宇宙大爆炸学说认为时间自宇宙原始奇点大爆炸始的观点相契合。在这一点上显然郑光祖坚持了中国传统时间有始观。
5．结语
深谙中国古典科技文化的郑光祖借鉴亚里士多德—托密勒宇宙体系的某些合理思想，挣脱宇宙无限论的中国传统思想的束缚，批判亚—托体系中的不完备处以及神化思想，提出宇宙有限进而无边、时间有始等思想，无论对比当时的东方还是西方，都具有革命性的意义。但由于当时中国社会因素及历史限制，这些闪光的思想注定在那个时代是必然夭折的早产儿。郑光祖智慧翅膀的有力扇动，并未能引发一场科学的革命的风暴。
郑光祖的宝贵思想就一如他本人一样在这个世界消失了，被掩埋在浩瀚的历史中，掩埋之深竟然逃过了热衷于中国古代科技史研究的国内外几代专家和大师的眼眸。在本文作者能够查阅到的关于郑光祖的文字中，没见到深入挖掘其有限宇宙论等思想的先例，尤其丢弃了许多宝贵的东西。真愿时空倒转，本文能给郑公灵魂的慰藉。更希望一位前辈的话能成为现实：“如果我们能自觉地把东西方文化中这两种不同却互补的思想方法结合起来，我们可能更快地攀登上人类新的思想高峰。”[10]郑光祖就是成功结合东西方文化及思想方法做出卓越贡献的先行者。唤醒更多今天人的这种意识，应是本文也是整个古代科技史研究的价值和意义的主要所在。

参考文献： 
[1] 戴念祖. 中国科技史·物理学卷[M]. 北京: 科学出版社, 2001. 17; 543; 542; 543.
[2] 赵峥. 惯性起源于真空的变化[J]. 北京师范大学学报(自然科学版), 1995(12): 481－482.
[3] 吴翔等. 文明之源——物理学[M]. 上海:上海科学技术出版社, 2001, 222.
[4] 李志超. 国学薪火[M]. 合肥: 中国科学技术大学出版社,2002. 316－317.
[5] 林德宏. 科学思想史[M]. 南京: 江苏科学技术出版社, 1985. 396.
[6] 亚里士多德. 物理学[M].张竹明译. 北京:商务印书馆, 1997. 83; 105; 91.
[7] 亚里士多德全集第二卷:论天[M]. 苗立田译. 北京:中国人民大学出版社, 1991. 296; 297; 312.
[8] 爱因斯坦文集第一卷[M].许良英, 范岱年译. 北京: 商务印书馆, 1976. 560; 285; 286.
[9] 张瑞琨. 物理学的进展和前沿[M]. 上海: 上海教育出版社,1998. 18.
[10] 刘辽. 有生于无——现代量子宇宙学对于老子哲学的回归[J]. 自然辩证法通讯, 1994(1): 8.