间之,鼎釜是也。釜上之水枯竭十升,则釜下之火减费一豆。火上而水下,熨斗是也。斗上之火费折一两,则其下衣襦之水干燥十钱。水左而火右,罂缶是也。罂内之水消三分,则炉中之火减一寸;炉中之火不尽丧,则罂内之水不全消。此三者,两神(水火二质)相会,两形不相亲,然而均平分寸,合还虚无。与倾水以灭火者同,则形、神一致也。”这是说水火相参呈现于日用,要想使其相互配合发挥更好效用,也必须使二者数量得宜,而同时还有数量上的变化规律。以火蒸煮釜内之水,水量增减多少,所耗费的火量亦相应增减多少。宋应星已隐约认识到水火间的热能传递有定量规律可遵。
现在我们已求得这个规律的准确形式。如将5000 克水从20℃煮沸,则需热量按式计算为40 万卡或400 千卡。式中C 为比热(水的比热为1 卡/克.度),m 为水量。如以无烟煤为燃烧,则其热值为8000千卡/公斤。换算后我们便知道将10 斤水从20℃煮沸,需无烟煤50 克。宋应星给出的数值不一定准确,但他的定量精神十分可贵,他的论断相当新颖。
他对水火相参关系作了定量讨论后引出结论说:“是故由太虚(元气)而二气名,由二气而水火形。水火参而民用繁,水火合而太虚现。水与火非[相]胜也,德友而已矣。”(《水火一》)他关于水火非相胜而相参相友的思想,后来由王夫之进而发挥成水火之间相互转化的论题。
宋应星在论述了他的形气水火说及二气五行说之后,还进一步将其用于万物的发展变化过程中,提出了“土石五金生化之理”及“草木与飞潜动植生化之理”,即无机自然界与生命自然界发展变化的规律。他在《形气五》谈到土石生化之理时写道:“土以载物,使其与物同化,沙与石由土而生,有生亦有化,化仍旧土,以俟劫尽。深山之中无石而有石,小石而大石。土为母,石为子,子身分量由亏母而生。当其供人居室、城池、道路之用,石工斫削,万斛委余,尽弃于地,经百年而复返于土。”这是说沙石均由土而生,从土中采出多少沙石,则土亏损多少。石采出供人使用后,又有一些遗弃于地,经久又复返于上,亏损的部分又得到补偿。由土承载和由土所生者,有生必有化,而“由土而生者,化仍归土,以积推而得之也。”至于五金生化之理,其规律是:“其生稀者,其化疏;其生广者,其化数”,而且“皆化为土,以俟劫尽”。作者认为凡从土中生得稀少的贵金属,其化归于土的过程较疏;而广生的贱金属化归于土的过程较频密。但不管是贵金属还是贱金属,在整个生化过程中总量是守恒的。
《形气五》就此写道:“土为母,金为子,于身分量由母而生。”就是说金属产生于土,从土中炼出多少金属,则土中原有金属便亏损多少。接下叙述冶炼出的金属经使用与耗损,又逐步返还于土。土中原来所减少的金属又得到补偿。以铁为例,“凡铁之化土也,初入生熟炉时,铁华铁落已丧三分之一。自是锤锻有损焉,冶铸有损焉,磨砺有损焉,攻木与石有损焉,闲住不用而衣锈更损焉,所损者皆化为土,以俟劫尽。故终岁铁冶所出亿万,而人间之铁未尝增也。”接着指出自然界中各金属的相对蕴藏量,我们换算后得出的比例如下。假定铁的蕴藏量是二万,铅与锡为二千,铜为一千,银为十,而金则为一。可见铁的蕴藏量最大,为金的二万倍,因而铁的产量也最大。按照“其生广者,其化数”的规律,冶炼出的铁转化归土的过程比较频密。在生熟炼铁炉冶炼时已丧失三分之一,后来铸造、锻造又损失一些,制成铁器后攻木攻石及闲着不用生铁锈又损失一些,“所损者皆化为土”。
所以尽管每年冶铁很多,由于不断归土,故“人间之铁,未尝增也”。同样,每年冶铁使土蕴铁量亏失,但因铁不断化为土,故土中之铁未尝减也。在宋应星看来,自然界中的铁虽经历各种变化,但在生化前后总的量是守恒,“未尝增”亦“未尝减”。因而在这里出现了物质守恒思想的闪光。
宋应星在仔细分析了铁的生化之理后指出:“铜、锡经火而损,其义亦犹是已。”锡的蕴藏量二千倍于金,铜则千倍于金,也属于“其生广者”的金属,则其生化之理亦应与铁类似,也是服从守恒原理。“若夫白银、黄金,则火力不能锁损者,只可以生与耗求而化土还虚,以俟劫尽。凡银为世用,从剪斧口中损者,积累丝忽,合成丘山。贱役淘厘锱者只救三分之一。”关于“淘厘锱”,《《天工开物.附录.五金》章银条云:“其贱役扫刷泥尘,入水漂淘而煎者,名曰淘厘锱。一日功劳,轻者所获三分,重者倍之。其银俱日用剪、斧口中委余,或鞋底粘带,布于衢市;或院宇扫屑,弃于河沿。其中必有[银]焉,非浅浮土面能生此物也。”这就是说,既使是作为贵金属的银,在冶炼及成器后也逐步有耗损而归于土。与铁的情况一样,只不过“其化疏”,不如铁那样频密而已。“金之损也,以粘物之箔而刮削化灰而取者,亦救三分之一,其二则俟淘沙、开矿者之补足。此其大端也。夫不详土石五金,而生化之理未备也。”宋