第七章 古代中国人的宇宙

“宇宙”之字义/　宇宙有限还是无限？/　被夸大了的宣夜说/　所谓《周髀算经》盖天宇宙的“自相矛盾”/　“北极璇玑”究竟是何物/　《周髀算经》盖天宇宙的正确形状──双层平面宇宙/　前人对“天象盖笠，地法覆盘”的误读/　王充对盖天宇宙的理解/　浑天宇宙模式的纲领及其起源的困惑/　浑天宇宙模式何以能成为主流/　中国古代到底有没有地圆学说？/　评价宇宙理论优劣的标准/　天人感应的宇宙/　能不能认识宇宙

自抱芬芳心一片

浩浩江流

不送兰舟转

梦里几番参聚散

醒来又被时空限

十二重帘遮素面

碧海沉沉

尚比柔情浅

只望花荫重遇见

无人行处都行遍

物理学教授戈革先生上面这首《鹊踏枝》（步五代冯延巳原韵八首之一），置之古人词作中几可乱真，只是“醒来又被时空限”一句，展露出讲授电动力学和相对论时的功架。盖“时空”也者，出于现代人对西文time-space之对译，古代中国人从不这么说。

《尸子》（通常认为成书于汉代）上说：

四方上下曰宇，往古来今曰宙。

这是迄今在中国典籍中找到的与现代“时空”概念最好的对应。不过我们也不要因此就认为这位作者（相传是周代的尸佼）是什么“唯物主义哲学家”──因为他接下去就说了“日五色，至阳之精，象君德也，五色照耀，君乘土而王”之类的“唯心主义”色彩浓厚的话。

在今天，“宇宙”一词听起来十分通俗（在日常用法中往往只取空间、天地之意），其实倒是古人的措词；而“时空”一词听起来很有点“学术”味，其实倒是今人真正通俗直白的表达。语言中的现象有时就是这么有趣。

以往的不少论著在谈到中国古代宇宙学说时，常有“论天六家”之说，即盖天、浑天、宣夜、昕天、穹天、安天。其实此六家归结起来，也就是《晋书·天文志》中所说“古言天者有三家，一曰盖天，二曰宣夜，三曰浑天”三家而已。

在下面的讨论中，先论此三家古人心目中物理性质的（在这里我们当然只是借用现代词汇，意思是说近似于现代科学中客观性假设的、被视为在人的认识主体之外的）宇宙模式。但是在最后，我们还要讨论那种将人的存在及行动考虑进去的宇宙观──古人在这种情况下不用“宇宙”这一字眼，却与现代宇宙学思考产生了某种暗合。

既然宇是空间，宙是时间，那么空间有没有边界？时间有没有始末？无论从常识还是从逻辑角度来说，这都是一个很自然的问题。然而这问题却困惑过今人，也冤枉过古人。

困惑今人，是因为今人中的不少人一度过于偏信“圣人之言”，他们认为恩格斯已经断言宇宙是无限的，那宇宙就一定是无限的，就只能是无限的，就不可能不是无限的！然而“圣人之言”是远在现代宇宙学的科学观测证据出现之前作出的，与这些证据（比如红移、3K背景辐射、氦丰度等）相比，“圣人之言”只是思辩的结果。而在思辩和科学证据之间应该如何选择，其实圣人自己早已言之矣。

今人既已自陷于困惑，乃进而冤枉古人。凡主张宇宙为有限者，概以“唯心主义”、“反动”斥之；而主张宇宙为无限者，必以“唯物主义”、“进步”誉之。将古人抽象的思辩之言，硬加工成壁垒分明的“斗争”神话。在“文革”及稍后一段时间，这种说法几成众口一词。直到今日，仍盘踞在不少人文学者的脑海之中。

首先接受现代宇宙学观测证据的，当然是天文学家。现代的“大爆炸宇宙模型”是建立在科学观测证据之上的。在这样的模型中，时间有起点，空间也有边界。如果一定要简单化地在“有限”和“无限”之间作选择，那就只能选择“有限”。

古人没有现代宇宙学的观测证据，当然只能出以思辩。《周髀算经》明确陈述宇宙是直径为810,000里的双层圆形平面──后面马上就要证明不是先前普遍认为的所谓“双重球冠”形。[1] 汉代张衡作《灵宪》，其中所述的天地为直径“二亿三万二千三百里”的球体，接下去的看法是：

过此而往者，未之或知也。未之或知者，宇宙之谓也。宇之表无极，宙之端无穷。

张衡将天地之外称为“宇宙”，与《周髀算经》不同的是他明确认为“宇宙”是无穷的──当然这也只是他思辩的结果，他不可能提供科学的证明。而作为思辩的结果，即使与建立在科学观测证据上的现代结论一致，终究也只是巧合而已，更毋论其未能巧合者矣。

也有明确主张宇宙为有限的，比如汉代扬雄在《太玄·玄摛》中为宇宙下的定义是：

阖天谓之宇，辟宇谓之宙。

天和包容在其中的地合在一起称为宇，从天地诞生之日起才有了宙。这是明确将宇宙限定在物理性质的天地之内。这种观点因为最接近常识和日常感觉，即使在今天，对于没有受过足够科学思维训练的人来说也是最容易接纳的。虽然在古籍中寻章摘句，还可以找到一些能将其解释成主张宇宙无限的话头（比如唐代柳宗元《天对》中的几句文学性的咏叹），但从常识和日常感觉出发，终以而主张宇宙有限者为多。[2]

总的来说，对于古代中国人的天文学、星占学或哲学而言，宇宙有限还是无限并不是一个非常重要的问题。而“上下四方曰宇，往古来今曰宙”的定义，则可以被主张宇宙有限、主张宇宙无限以及主张宇宙有限无限为不可知的各方所共同接受。

李约瑟在《中国科学技术史》的天学卷中，为“宣夜说”专设一节。他热情赞颂这种宇宙模式说：

这种宇宙观的开明进步，同希腊的任何说法相比，的确都毫不逊色。亚里士多德和托勒密僵硬的同心水晶球概念，曾束缚欧洲天文学思想一千多年。中国这种在无限的空间中飘浮着稀疏的天体的看法，要比欧洲的水晶球概念先进得多。虽然汉学家们倾向于认为宣夜说不曾起作用，然而它对中国天文学思想所起的作用实在比表面上看起来要大一些。[3]

这段话使得“宣夜说”名声大振。从此它一直沐浴在“唯物主义”、“比布鲁诺（Giordano Bruno）早多少多少年”之类的赞美歌声中。虽然我在十多年前已指出这段话中至少有两处技术性错误，[4] 但那还只是枝节问题。这里要讨论的是李约瑟对“宣夜说”的评价是否允当。

“宣夜说”的历史资料，人们找来找去也只有李约瑟所引用的那一段，见《晋书·天文志》：

宣夜之书亡，惟汉秘书郎郗萌记先师相传云：天性了无质，仰而瞻之，高远无极，眼瞀精绝，故苍苍然也。譬之旁望远道之黄山而皆青，俯察千仞之深谷而窈黑，夫青非真色，而黑非有体也。日月众星，自然浮生虚空之中，其行其止皆须气焉。是以七曜或逝或住，或顺或逆，伏现无常，进退不同，由乎无所根系，故各异也。故辰极常居其所，而北斗不与众星西没也。摄提、填星皆东行。日行一度，月行十三度，迟疾任情，其无所系著可知矣。若缀附天体，不得尔也。

其实只消稍微仔细一点来考察这段话，就可知李约瑟的高度赞美是建立在他一厢情愿的想象之上的。

首先，这段话中并无宇宙无限的含义。“高远无极”明显是指人目之极限而言。其次，断言七曜“伏现无常，进退不同”，却未能对七曜的运行进行哪怕是最简单的描述，造成这种致命缺陷的原因被认为是“由乎无所根系”，这就表明这种宇宙模式无法导出任何稍有积极意义的结论。相比之下，西方在哥白尼之前的宇宙模式──哪怕就是亚里士多德学说中的水晶球体系，也能导出经得起精确观测检验的七政运行轨道。[5] 前者虽然在某一方面比较接近今天我们所认识的宇宙，终究只是哲人思辩的产物；后者虽然与今天我们所认识的宇宙颇有不合，却是实证的、科学的产物。[6] 两者孰优孰劣，应该不难得出结论。

宣夜说虽因李约瑟的称赞而在现代获享盛名，但它根本未能引导出哪怕只是非常初步的数理天文学系统──即对日常天象的解释和数学描述，以及对未来天象的推算。从这个意义上来看，宣夜说（更不用说昕天、穹天、安天等说）根本没有资格与盖天说和浑天说相提并论。真正在古代中国产生过重大影响和作用的宇宙模式，是盖天与浑天两家。以下几节，先论盖天，次论浑天。

在《周髀算经》所述盖天宇宙模型中，天与地的形状如何，现代学者们有着普遍一致的看法，姑举叙述最为简洁易懂的一种作为代表∶

《周髀》又认为，“天象盖笠，地法覆盘”，天和地是两个相互平行的穹形曲面。天北极比冬至日道所在的天高60,000里，冬至日道又比天北极下的地面高20,000里。同样，极下地面也比冬至日道下的地面高60,000里。[7]

然而，这种看法的论述者又总是在同时指出∶上述天地形状与《周髀算经》中有关计算所暗含的假设相互矛盾。仍举出一例为代表:

天高于地八万里,在《周髀》卷上之二,陈子已经说过，他假定地面是平的；这和极下地面高于四旁地面六万里,显然是矛盾的。……它不以地是平的, 而说地如覆盘。[8]

其实这种认为《周髀算经》在天地形状问题上自相矛盾的说法，早在唐代李淳风为《周髀算经》所作注文中就已发其端。李淳风认为《周髀算经》在这一问题上“语术相违,是为大失”。[9]

但是，所有持上述说法的论著, 事实上都在无意之中犯了一系列未曾觉察的错误。从问题的表层来看, 这似乎只是误解了《周髀算经》的原文语句,以及过于轻信前贤成说而递相因袭，未加深究而已。然而再往深一层看,何以会误解原文语句? 原因在于对《周髀算经》体系中某些要点的意义缺乏认识──其中一个是“北极璇玑”。下面先讨论北极璇玑，再分析对原文语句的误解问题。

解决《周髀算经》中盖天宇宙模型天地形状问题的关键之一就是所谓“北极璇玑”。此“北极璇玑”究竟是何物，现有的各种论著中对此莫衷一是。钱宝琮赞同顾观光之说，认为“北极璇玑也不是一颗实际的星”，而是“假想的星”。[10] 陈遵妫则明确表示∶

“北极璇玑”是指当时观测的北极星；……《周髀》所谓“北极璇玑”，即指北极中的大星，从历史上的考据和天文学方面的推算，大星应该是帝星即小熊座β星。[11]

但是，《周髀算经》谈到“北极璇玑”或“璇玑”至少有三处，而上述论述都只是针对其中一处所作出的。对于其余几处，论著者们通常都完全避而不谈──实在是不得不如此，因为在“盖天宇宙模型中天地形状为双重球冠形”的先入之见的框架中，对于《周髀算经》中其余几处涉及“北极璇玑”的论述，根本不可能作出解释。如果又将思路局限在“北极璇玑”是不是实际的星这样的方向上，那就更加无从措手了。

《周髀算经》中直接明确谈到“璇玑”的共三处，依次见于原书卷下之第8、9、12节，[12] 先依照顺序录出如下∶

欲知北极枢、璇玑四极，常以夏至夜半时北极南游所极，冬至夜半时北游所极，冬至日加酉之时西游所极，日加卯之时东游所极，此北极璇玑四游。正北极璇玑之中，正北天之中，正极之所游……（以下为具体观测方案）。

璇玑径二万三千里，周六万九千里（《周髀算经》全书皆取圆周率=3）。此阳绝阴彰，故不生万物。

牵牛去北极……。术曰∶置外衡去北极枢二十三万八千里，除璇玑万一千五百里，……。东井去北极……。术曰∶置内衡去北极枢十一万九千里，加璇玑万一千五百里，……。

从上列第一条论述可以清楚地看到，“北极”、“北极枢”和“璇玑”是三个有明确区分的概念∶

那个“四游”而划出圆圈的天体，陈遵妫认为就是当时的北极星，这是对的，但必须注意，《周髀算经》原文中分明将这一天体称为“北极”，而不是如上引陈遵妫论述中所说的“北极璇玑”。

“璇玑”则是天地之间的一个柱状体，这个圆柱的截面就是“北极”──当时的北极星（究竟是今天的哪一颗星还有争议）──作拱极运动在天上所划出的圆。

至于“北极枢”，则显然就是北极星所划圆的圆心──它才能真正对应于天文学意义上的北极。

在上面所作分析的基础上，我们就完全不必再回避上面所引《周髀算经》第9、第12节中的论述了。由这两处论述可知，“璇玑”并非假想的空间，而是被认为实际存在于大地之上──处在天上北极的正下方，它的截面直径为23,000里，这个数值对应于《周髀算经》第8节中所述在周地地面测得的北极东、西游所极相差2尺3寸，仍是由“勾之损益寸千里”推导而得。北极之下大地上的这个直径为23,000里的特殊区域在《周髀算经》中又被称为“极下”，这是“璇玑”的同义语。

如果仅仅到此为止，我们对“璇玑”的了解仍是不完备的。所幸《周髀算经》还有几处对这一问题的论述，可以帮助我们解破疑团。这些论述见于原书卷下第7、第9节∶

极下者，其地高人所居六万里，滂沲四颓而下。

极下不生万物，何以知之? ……

于是又可知∶“璇玑”是指一个实体，它高达60,000里，上端是尖的，以弧线向下逐渐增粗，至地面时，其底的直径为23,000里（参见本章图1）；而在此69,000里圆周范围内，如前所述是“阳绝阴彰，故不生万物”。

这里必须特别讨论一下“滂沲四颓而下”这句话。所有主张《周髀算经》宇宙模型中天地形状为双重球冠形的论著，几乎都援引“滂沲四颓而下”一语作为证据，却从未注意到“极下者，其地高人所居六万里”这句话早已完全排除了天地为双重球冠形的任何可能性。其实只要稍作分析就可发现，按照天地形状为双重球冠形的理解，大地的中央（北极之下）比这一球冠的边缘──亦即整个大地的边界──高六万里；但这样一来，“极下者，其地高人所居六万里”这句话就绝对无法成立了，因为在球冠形模式中，大地上比极下低六万里的面积实际上为零──只有球冠边缘这一线圆周是如此，而“人所居”的任何有效面积所在都不可能低于极下六万里。比如，周地作为《周髀算经》作者心目中最典型的“人所居”之处，按照双重球冠模式就绝对不可能低于极下六万里。

此外，如果接受双重球冠模式，则极下之地就会与整个大地合为一体，没有任何实际的边界可以将两者区分，这也是明显违背《周髀算经》原意的──如前所述，极下之地本是一个直径23,000里、其中“阳绝阴彰，不生万物”、阴寒死寂的特殊圆形区域。

根据上两节的讨论，我们已经知道《周髀算经》所述盖天宇宙模型的基本结构是∶天与地为平行平面，在北极下方的大地中央矗立着高60,000里、底面直径为23,000里的上尖下粗的“璇玑”

。剩下需要补充的细节还有三点∶

一是天在北极处的形状。大地在北极下方有矗立的“璇玑”，天在北极处也并非平面，《周髀算经》在卷下第7节对此叙述得非常明确∶

极下者，其地高人所居六万里，滂沲四颓而下。

天之中央，亦高四旁六万里。

也就是说，天在北极处也有柱形向上耸立──其形状与地上的“璇玑”一样。这一结构已明确表示于本章图1。该图为《周髀算经》盖天宇宙模型的侧视剖面图，由于以北极为中心，图形是轴对称的，故只需绘出其一半；图中左端即“璇玑”的侧视半剖面。

二是天、地两平面之间的距离。在天地为平行平面的基本假设之下，这一距离很容易利用表影测量和勾股定理推算而得。即《周髀算经》卷上第3节所说的“从髀至日下六万里而髀无影，从此以上至日则八万里”。日在天上，天地又为平行平面，故日与“日下”之地的距离也就是天与地的距离。而如果将盖天宇宙模式中的天地理解成所谓双重球冠形曲面，这些推算就全都无法成立。李淳风以下，就是因此而误斥《周髀算经》为“自相矛盾”。其实，《周髀算经》关于天地为平行平面以及天地距离还有一处明确论述，见卷下第7节∶

天离地八万里，冬至只日虽在外衡，常出极下地上二万里。

“极下地”即“璇玑”顶部，它高出地面六万里，故上距天为二万里。

三是盖天宇宙的总尺度。盖天宇宙是一个有限宇宙，天与地为两个平行的平面大圆形，此两大圆平面的直径皆为810,000里──此值是《周髀算经》依据另一条公理“日照四旁各十六万七千里”推论而得出（参见本章注17），有关论述见于卷上第4、第6节∶

冬至昼，夏至夜，差数所及，日光所逮观之，四极径八十一万里，周二百四十三万里。

日冬至所照过北衡十六万七千里，为径八十一万里，周二百四十三万里。

北衡亦即外衡，这是盖天宇宙模型中太阳运行到距其轨道中心──亦即北极──最远之处，此处的日轨半径为238,000里，太阳在此处又可将其光芒向四周射出167,000里，两值相加得宇宙半径为405,000里，故宇宙直径为810,000里。

据《周髀算经》原文，上图中各参数之意义及其数值如下∶

J 北极(天中)

Z 周地(洛邑)所在

X 夏至日所在(日中之时)

F 春、秋分日所在(日中之时)

D 冬至日所在(日中之时)

r 极下璇玑半径 = 11,500里

Rx 夏至日道半径 = 119,000里

Rf 春、秋分日道半径 = 178,500里

Rd 冬至日道半径 = 238,000里

L 周地距极远近 = 103,000里

H 天地距离 = 80,000里

h 极下璇玑之高 = 60,000里

综上所述，《周髀算经》中盖天宇宙几何模型的正确形状结构如图1所示。此模型既处处与《周髀算经》原文文意吻合，在《周髀算经》的数理结构中也完全自洽可通，为何前贤却一直将天地形状误认为双重球冠形曲面呢? 这就必须仔细辨析“天象盖笠，地法覆盘”八个字了。

《周髀算经》卷下第7节有“天象盖笠，地法覆盘”一语，这八个字是双重球冠说最主要的依据，不可不详加辨析。

这八个字本来只是一种文学性的比拟和描述，正如赵爽在此八字的注文中所阐述的那样∶

见乃谓之象，形乃谓之法。在上故准盖，在下故拟盘。象法义同，盖盘形等。互文异器，以别尊卑；仰象俯法，名号殊矣。

这里赵爽强调，盖、盘只是比拟。这样一句文学性的比喻之辞，至多也只能是表示宇宙的大致形状，其重要性与可信程度根本无法和《周髀算经》的整个体系以及其中的数理结构──我们的讨论已经表明，“天地为平行平面”是上述体系结构中必不可少的前提──相提并论。

再退一步说，即使要依据这八个字去判断《周髀算经》中盖天宇宙模型的形状，也无论如何推论不出“双重球冠”的形状----恰恰相反，仍然只能得出“天地为平行平面”的结论。试逐字分析如次∶

盖，车盖、伞盖之属也。其实物形象，今天仍可从传世的古代绘画、画像砖等处看到──它们几乎无一例外都是圆形平面的，四周有一圈下垂之物，中央有一突起（连接曲柄之处），正与本文图1所示天地形状极为吻合。而球冠形的盖，至少笔者从未见到过。

笠，斗笠之属，今日仍可在许多地方见到。通常也呈圆形平面，中心有圆锥形凸起，正与本文图1所示天地形状吻合。

覆盘，倒扣着的盘子。盘子是古今常用的器皿，自然也只能是平底的，试问谁见过球冠形的盘子──那样的话它还能放得稳吗?

综上所述，用“天象盖笠，地法覆盘”八字去论证双重球冠之说，实不知何所据而云然。乃前贤递相祖述，俱不深察，甚可怪也。究其原因，或许是因为首创此说者权威之大，后人崇敬之余，难以想象智者亦有千虑之一失矣。

对“天象盖笠，地法覆盘”八字之误读，当是今人在语言隔阂之下所犯的错误，古人好象不致于犯这样的错误。例如，东汉那位酷爱争论的王充，就是盖天宇宙模式的拥护者。《晋书·天文志》记载他“据盖天之说”对浑天说的驳议云：

旧说天转自地下过，今掘地一丈辄有水，天何得从水中行乎？甚不然也。日随天而转，非入地。夫人目所望，不过十里，天地合矣──实非合也，远使然耳。今视日入，非入也，亦远耳。当日入西方之时，其下之人亦将谓之为中也。四方之人，各以其近者为出，远者为入矣。何以明之？今试使一人把大炬火，夜行于平地，去人十里，火光灭矣──非灭也，远使然耳。今日西转不复见，是火灭之类也。日月不圆也，王视之所以圆者，去人远也。夫日，火之精也；月，水之精也。水火在地不圆，在天何故圆？

王充的上述学说当然谬误丛出，比如不相信日月是圆的之类。但是这里对于我们的讨论非常重要的是，王充所依据的盖天宇宙模式，其天地结构和形状，在他心目中是平行的平面，这一点显然是毫无疑问的。他所用的比喻和论证，都足以证明这一点。这是汉代学者对盖天宇宙模式之理解的一个例证，在这个例证中汉人对盖天宇宙的理解与我们在前几节得出的结论是一致的。而主张《周髀算经》盖天宇宙模式是所谓“双重球冠”的前贤，似乎从未注意到这一例证。

最后还有一点应该顺便说一说。先前有些论著中有所谓“第一次盖天说”、“第二次盖天说”之说。古代的“天圆地方”之说被称为“第一次盖天说”，而《周髀算经》中所陈述的盖天说被称为“第二次盖天说”。其实后者有整套的数理体系，而前者只是一两句话头而已，两者根本不可同日而语。因此上面这种说法没有什么积极意义，反而会带来概念的混淆。