我國古代對空間觀念研究論文

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對空間特性的認識，是古人自然觀的重要組成部分。中國古人在探索自然的過程中，形成了豐富多彩的空間觀念，研究科技史，有必要對之加以探討。

1關于空間的定義

在對空間概念的抽象上，古人有多種說法，常見的是用空間的三維性來定義空間。《管子》書中有《宙合》篇，后人解曰：“四方上下曰合”，“合”即為抽象意義的空間概念。由“四方上下”著眼進行定義，顯然是強調的其三維性。

除了用“合”表示空間以外，古人更多地則是以“宇”表示空間。據《文子·自然》篇記載：“老子曰：……往古來今謂之宙，四方上下謂之宇。”這就是一例，它也是著眼于空間的三維性的。在歷史上，類似說法很多，表明它是中國古代常見的一種空間表示方法。

《莊子·庚桑楚》對空間的定義則強調其客觀實在性，說：“有實而無乎處者，宇也。”即是說，空間是一種客觀實在，它可以容納一切，其本身卻不能被別的東西容納。這一定義同時也涉及到了空間的無限性。

《墨經》對空間的定義頗富分析色彩，它強調空間方位，認為各種具體方位的集合就構成總的空間概念。《經上》有“宇，彌異所也”的定義，《經說》解釋說：“宇，東西家南北。”即空間是各種不同場所或方位的總稱，例如東、西、家、南、北這些具體方位概念，合在一起就抽象出總的空間概念。引文中提到“家”，這是墨者選定的空間方位參考點。東西南北以何為定？以生活中心“家”為參照而定。因此，這里也涉及到空間方位定域問題，注意到了具體空間方位的相對性。本條的精華在于它對“彌異”二字的使用，“彌異”就是包容一切有差異的某類事物，此處即時空。這是古今中外獨樹一幟的時空觀念，有極強的邏輯性［（1）］。

凡此種種，都是以“宇”作為抽象的空間概念，只是定義的角度不同而已。

另外，中國古人也有將“宇”和“宙”合在一起，用“宇宙”表示空間的。這雖然與現代用法一致，但卻為學術界所忽略。學術界通常認為，古人以“宇”表示空間，以“宙”表示時間，“宇”“宙”連用，則綜合表示空間和時間，所謂“往古來今謂之宙，四方上下謂之宇，”就昭示著這一點。這種認識，固然是不錯的，但不能絕對化，古人并非一概用“宙”表示時間，“宙”的本義與空間相關。《說文解字》說：“宙，舟輿所極覆也。”這種意義的“宙”，就只能是抽象的空間概念了。從“宙”的這種意義出發，古人將其與“宇”連用，表示空間。從而演化出“宇宙”這一抽象空間概念，這里不妨舉幾個例子。

晉朝郭璞《江賦》：“若乃宇宙澄寂，八風不翔，舟子于是搦棹，涉人于是＠①榜。”［（2）］陸云：“函夏無塵，海外有謐，芒芒宇宙，天地交泰。”［（3）］后秦姜岌：“日之曜也……赫烈照于四極之中，而光曜煥乎宇宙之內。”［（4）］這些，都是以“宇宙”表示空間的典型例子。

對于古人將“宇”“宙”連用或并提以表示空間的做法，必須有清醒認識，否則在評價古人相關學說時，就容易犯錯誤。例如東漢張衡在其《靈憲》中論述了天地直徑以后指出：“過此而往者，未之或知也。未之或知者，宇宙之謂也。宇之表無極，宙之端無窮。”對于這一段話，論者咸以為張衡提出了無限時空觀念，從而給予高度評價。其實，從上下文來看，張衡這段話只討論了無限空間觀念，與時間概念無涉。

2空間的有限與否

空間有限與否，直到今天仍然為現代宇宙學所關注，也是古代哲人討論的熱點。古人在思考這一問題時，有多種說法，其中很多人主張空間無限。例如，《管子·宙合》即說：“宙合之意，上通于天之上，下泉于地之下，外出于四海之外，合絡天地，以為一裹。散之至于無間……是大之無外，小之無內，故曰有棠天地。”天地囊括萬物，宙合又有棠天地，大之無外，這樣的空間，應該說是無限的。引文的最后一句特別指出，無限性是表現在宏觀、微觀兩個方面的。這一認識非常深刻。

《列子·湯問》同樣從宏觀和微觀兩個方面對空間性質進行探討，認為它“無極無盡”。殷湯曰：“然則上下八方有極盡乎？革曰：無則無極，有則有盡，朕何以知之？然無極之外，復無無極；無盡之中，復無無盡。朕是以知其無極無盡地，而不知其有極有盡也。”

這里借夏革之口，討論了空間的“極”、“盡”問題。極，指空間的外部邊緣；盡，指空間的內部破缺。《列子》認為，如果空間是虛無，它就沒有邊緣，是無限的；如果空間由具體物質組成，它的內部就會有盡處，即空缺，這樣，空間的無限性就是不完全的。但是在無窮大的宇宙之外，不可能再有無窮大的空間；在光滑連續的純粹空間之內，也不會再有空缺。《列子》主張空間不能等同于物質，它是容納具體物體的，是無限大的，內部也是連續的、光滑的，沒有空缺。《列子》能夠考慮到空間的破缺與否，其思想深度令人嘆服。

唐代柳宗元認為，“無極之極，莽彌非垠”；“東西南北，其極無方”，明確指出空間是無限的。因為是無限的，所以它“無中無旁”［（5）］，沒有中心。由無限空間觀念進一步否定宇宙中心的存在，在人類認識史上是一大進步。

我國古代對空間無限性的議論甚多，這里不再詳列。

空間無限的判斷，合乎邏輯思維。古人常認為，有形則有極，無形則無盡，空間是無形的，所以它無極無盡。這一思想方法具有普遍性，無論是在中國還是在西方，都可以覓到它的蹤跡。例如古羅馬盧克萊修就曾提出過一種投擲飛矛的理想實驗，用以論證空間的無限性。中西文化在用邏輯推理方式論證空間的無限性時，在思路上是彼此相仿的。

另一方面，古人也確有主張有限空間觀的。例如西漢學者揚雄即曾提出：“闔天謂之宇。”［（6）］空間（宇）的范圍以渾天說所主張的天球（闔天）為尺度，當然是指有限空間。這種有限空間觀念，有它自己一定的觀測依據和數理推算過程。三國王蕃的議論，就充分表明了這一點。他說：“夫周徑固前定物，為蓋天者尚不考驗，而乃論天地之外，日月所不照，陰陽所不至，日精所不及，儀術所不測，皆為之說，虛誕無征，是亦鄒子瀛海之類也。”［（7）］

王蕃反對那種任意臆測天球之外空間范圍的方法，他的話表現了一種求實精神。在歷史上，很多渾天家都計算過天球的大小，其結果雖然不能成立，但他們重視用數理方法研究空間性質，也有其可取之處。我們不能以與今人所持信念是否相符為標準評價古人，而應重點考察他們工作的實質，了解他們的思想方法，以此為依據進行評價。實際上，空間究竟有限與否，現代科學亦存在不同看法，對于古人，當然也不必在此問題上過于苛求。

在這里，張衡的工作值得一提。他在論述天球的大小時說：“八極之維，徑二億三萬二千三百里，南北則短減千里，東西則廣增千里。自地至天，半于八極，則地之深亦如之。通而度之，則是渾已。將覆其數，用重［差］鉤股。懸天之景，薄地之義（儀），皆移千差里一寸得之。過此而往者，未之或知也。未之或知者，宇宙之謂也。宇之表無極，宙之端無窮。”［（8）］

括號中的字是前人據意思所作的校正。由引文來看，張衡所持是一種橢圓天球觀念，認為這個天球的平均直徑是232300里。他特別強調說，要得到這一結果，所用的數學工具是重差勾股術，物理依據是所謂地隔千里、影差一寸的學說。今人對張衡這段陳述給以高度評價，是說他提出了“宇之表無極，宙之端無窮”的無限時空觀。實際上，張衡這段話并未涉及時間，前文對此已有說明。筆者認為，張衡的功績并不僅僅在于他認為空間是無限的，他的話隱含了這樣一種認識：用數理方法所能觀測和認識的空間，是有限的，超出這個范圍的空間是無窮盡的。對于無限空間，只能用思辨的方法去解決。換言之，在討論空間范圍時，哪些屬于物理問題、哪些屬于哲學問題，張衡的理論對之做了區分，這才真正是其高明之處。

3空間取向的絕對性

中國古代空間觀念的另一特征，是其對空間取向性的重視，認為空間各向異性，方向具有絕對意義。這一特征的作用首先在于它發展出了一套實用角度概念體系，用四維、八干、十二支表示二十四個地平方位角。由于中國古代角度概念缺乏，這一體系成功地解決了物體分布地平方位的表示問題，因而具有較大的實用價值。而其更重要的意義則在于：這是對空間物理特性的揭示。物質的分布及運動與空間分不開，所謂空間的各向異性，實際上反映了物質在空間中分布及運動的特征，認為它不是渾渾沌沌，各向同性，而是沿各個方向有不同的表現。因此我們說這一認識揭示的是空間的物理特性。

中國古人對空間取向絕對性的論述很多，例如《管子·七法》篇云：“不明于則而欲出號令，猶立朝夕于運鈞之上。”立朝夕，即確定東西取向。不能在旋轉的鈞石上建立方向標志，因為方向本身是固定的。這里就涉及到方向的絕對性。

除了水平方向，古人對鉛直取向亦很重視，認為它是自然本身的特質，人類在主觀上不能對之加以更改。例如，《荀子·王制篇》云：“有天有地，而上下有差。”《墨子·辭過》：“圣人有傳：天地也，則曰上下；四時也，則曰陰陽；人情也，則曰男女；禽獸也，則曰牡牝雄雌也。真天壤之情，雖有先王不能更也。”這些，都反映了一種絕對的上下觀念。

中國古人的絕對上下觀，與其固有的地平大地觀分不開。古人缺乏地球觀念，認為大地是平的，在量級上與天的大小差不多［（9）］，由此，上下取向是絕對的，背離地面，就是向上，否則為向下。

這與古希臘人不同。希臘人篤信地為球形，他們的上下觀以指向地心為下，背離地心為上，是一種相對的上下觀念。后來，在中國古代宇宙結構理論中出現了渾天說，認為天包地外，否定了傳統所謂天在上地在下的說法，但中國人對于上和下的理解并沒有改變。這種絕對上下觀與地圓說不相容。例如，清代陳本禮在反對明末清初傳入我國的地圓說時就曾議論道：“泰西謂地上下四傍，皆生齒所居，此言尤為不經。蓋地之四面，皆有邊際，處于邊際者，則東極之人與西極相望，如另一天地，然皆立地上。若使旁行側立，已難駐足，何況倒轉腳底，頂對地心，焉能立而不墮乎？”［（10）］陳本禮的這種疑慮，從西方相對上下觀念來看，不成其為問題。清初學者方中通就曾運用西學觀點解釋過這一問題：“方者以上為上，以下為下；圓者以邊為上，以中為下。地居天之正中，故人以各立之地為下，不知其彼此顛倒也。”［（11）］因為圓者以中為下，以邊為上，人在地球上無論居于何處，都是頭上腳下，傾墜之事，當然無從發生。

中國和西方關于上下的觀念在幾何意義上完全不同，但引導他們產生上下意識的物理因素卻是同一的，是地心引力。古人通過對與地心引力有關的大量事實的感受，結合他們對大地形狀的認識，產生了各自不同的上下觀念。由此，古人對空間在鉛直方向取向性的重視，有其內在的物理依據，即地球引力的客觀存在，盡管他們自己并不知道這一點。

古人重視對方向的判別，是由于他們認為空間不同的方位有不同的性質。所謂“五方配五行”，就反映了這種認識。五方，指東、西、南、北、中五個方位，古人認為五行按木、金、火、水、土順序與上述五方相配。這種說法在古書中比比皆是，這里不再例舉。古人不但認為空間方位有五行意義的差異，而且進一步把它推向了更廣泛的涵義。《晏子春秋》的一則記述可以幫助我們更好地理解這一點：“景公新成柏寢之室，使師開鼓琴。師開左撫宮，右彈商，曰：‘室夕。’公曰：‘何以知之？’師開對曰：‘東方之聲薄，西方之聲揚。’”［（12）］

東漢高誘注“室夕”曰：“言其室邪不正……夕又有西義。”這是說，房子朝向不正、會通過它的聲學效應表現出來。本條記述未必屬實，但它反映了古人一種信念：空間取向的不同，有著物理意義的差異。

《晏子春秋》的記述，雖然跡近神話，但其思想內涵則未必完全荒唐，因為方向概念的產生，確有其一定的物理依據。正如人們對鉛直方向的強調是對重力現象的體會一樣，水平四向觀念的產生則是對地球自轉有關現象感受的結果。地球的自轉，造成了太陽東升西落的周日視運動，這導致東西二向的建立。地球自轉時，角動量守恒，其自轉軸在空間中的指向恒定不變，這一指向投影到地面，就構成了南北二向。因此，地球自轉是人們得以建立恒定水平四向的物理基礎。

空間取向是絕對的，這等價于說空間各向異性。古人這一認識與現代所謂宇宙學原理大相徑庭。宇宙學原理主張宇宙均勻各向同性，它揭示了大尺度空間物質分布的特性。中國古代的有關認識，是就人直接可見尺度而言的，它與現代宇宙學原理是互補的。

4時空關系

在古人有關時空關系的議論中，占主導地位的是時間與空間相關的說法。例如，《管子》中有《宙合》篇，其中提到“宙合有棠天地”。按后人注解，古往今來曰宙，四方上下曰合，即這里的“宙合”指時間和空間，天地就存在于時空之中。這是將時間與空間相提并論。古籍中常見四時配四方之說，認為春屬東，夏屬南，秋屬西，冬屬北，則是將特定的時空相聯系。《莊子·則陽》引容成氏曰：除日無歲，無內無外。”認為沒有時間的累積，連空間方位的內外都無從區分。明末方以智對時空關系有更精辟論述：“《管子》曰宙合，謂宙合宇也。灼然宙輪轉于宇，則宇中有宙，宙中有宇。春夏秋冬之旋轉，即列于五方。”［（13）］這里把時間比成輪子，以為時間的推移在空間中進行，空間中有時間，時間中有空間，二者渾然一體。這種陳述，側重于強調時空相關性，與牛頓絕對時空觀強調時空互不相關相比，著眼點有所不同。

我國先秦曲籍《墨經》的《經下》篇，則從物理問題著手，涉及到了時間、空間和運動的關系。《經》：“行修以久，說在先后。”《說》：“行：者（諸）行者必先近而后遠。遠近，修也；先后，久也。民行修必以久也。”《經》：“宇域徙，說在長宇久。”《說》：“宇：徙而有處，宇。宇南北，在旦又在暮，宇徙久。”引文中的“久”，是墨家所定義的抽象時間概念，“宇”則表示空間。這兩條，都是說空間距離的變化伴隨著時間的流逝。即對于表征運動而言，時間、空間缺一不可。

中國古代這種時空和運動不可分的觀念，得到了當今學界的熱情贊揚，人們傾向于把它看作是愛因斯坦相對論時空觀在中國古代的樸素表現。但這種認識不能成立，中國古代時空觀的科學基礎并未超越經典物理學范圍。愛因斯坦本人即曾指出：“我們必須注意不要認為實在世界的四維性是狹義相對論第一次提出的新看法，甚至早在經典物理學中，事件就由四個數來確定，即三個空間坐標和一個時間坐標，因此全部物理‘事件’被認為是寓存于一個四維連續流形中的。”［（14）］即是說，物理“事件”發生于一定的時間和空間之中，從這個意義上說，時空是聯系在一起的。中國古人的論述，與經典物理學內在并不矛盾。

狹義相對論時空觀所主張的時空相關，有其特定內涵，那就是同時相對性概念。這一概念是在光速不變和自然界定律對洛侖茲變換保持不變這兩條原理的基礎上推證出來的，它認為，“所有與一個選定的事件同時的諸事件就一個特定的慣性系而言確實是存在的，但是這不再能說成為與慣性系的選擇無關的了。”［（14）］即是說，“每一個參考物體（坐標系）都有它本身的特殊的時間，除非我們講出關于時間的陳述是相對于哪一個參考物體的，否則關于一個事件的時間的陳述就沒有意義。［（14）］所謂時間與空間的不可分，即是就這一意義而言的。顯然，狹義相對論的時空觀（廣義相對論的時空觀更進了一步，認為時空、空間與物質不可分，這里姑且不論）在依據的原理和具體內涵上都與中國古代時空相關的觀念不同，我們不能說中國古代時空觀遠離經典物理學而接近于狹義相對論的時空觀。

中國古代代空觀在表現形式上有異于牛頓的陳述，那是由于雙方思想方法不同，因而在討論同一問題時，著眼點也不同。西方思想方法以分析為主，他們當然知道表征物理事件要用四個坐標，但并不去強調它的整體性，而是側重于具體分析每個坐標對表征物理事件所起的作用，分析的結果，時空被分割為一維的時間和三維的空間，二者相互獨立，時間的流逝對于不同的參照系是一樣的，由此，產生了牛頓的絕對時空觀。中國人則側重于綜合，重視整體效應，認為要表征物理事件，時間空間缺一不可，所以，二者不可分。在相對論時空觀提出之前，人們認為牛頓絕對時空觀天經地義；相對論廣為人知之后，人們又對中國古代時空觀推崇備至，這些皆為不妥。中國古人的說法與牛頓的論述有相通之處，它們都揭示了經典物理學時空觀的某些特征。將這兩種說法結合起來，可以獲得對經典物理學時空觀比較完整的認識，這就是其價值之所在。

參考文獻

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