朱熹的天文气象研究评析，本文主要内容关键词为：朱熹论文,天文论文,气象论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
内容提要 朱熹不但集理学思想大成，而且还对自然科学进行了多方面的研究，学界对后者较少有全面详细的评析。本文认为，朱熹的比较系统的自然科学研究表现在对宇宙空间的探索、天文现象的研究和气象气候的探讨上，并取得了很多成果，如他提出的气的高速运动观点和地质演化的两种变化观，都是极富价值的见解。
关键词 朱熹 自然科学研究 宇宙空间 天文现象 气象气候
众所周知，朱熹是理学的集大成者，一代儒宗。不仅如此，他还在自然科学，特别是天文气象的研究上取得了多方面的成就。对朱熹的哲学思想，古今学者已进行了大量的深入的研究，但对他的自然科学研究，时至今日，仍然缺乏全面仔细、深入系统的探讨，即使有些研究，也多仅立足于他的哲学思想、自然观。因此，笔者想就此问题，从科技史角度出发，作一评析，如有错误疏漏之处，恳请读者批评指正。
一
作为一个哲学家，朱熹对宇宙空间问题表现得尤为关注，一生中进行了大量探索，也取得了很多成果，为他的哲学思想打下了坚实的基础。
（一）宇宙生成演化。中国自古以来就有宇宙生成观念，认为天地有开辟，宇宙万物是逐渐生成演化而来的，神话传说盘古开天地就隐含了这种观念。而且经过历代先贤圣哲们的不断探索，形成了比较详尽的宇宙演化理论，朱熹对此作出了卓越的贡献。早在春秋战国时代老子就曾说：“道生一，一生二，二生三，三生万物”，〔（1）〕认为天地万物皆由道演化而来。《黄帝内经》中也有“清阳为天，浊阴为地”的论述，认为是阴阳二气的分离导致了天地的开辟。第一个对此问题展开全面讨论，并作出全面论述的是汉代的《淮南子》〔（2）〕；东汉张衡进一步发展了前人的思想，他在《灵宪》中指出：“太素之前，幽清玄静，寂漠冥默，不可为象。厥中惟虚，厥外惟无。如是者永久焉，斯为溟涬，盖乃道之根也。道根既建，自无生有。太素始萌，萌而未兆，并气同色，浑沌不分，故《道志》之言云‘有物混成，先天地生’，其气体固未可得而形，其迟速固未可得而纪也。如是者又永久焉，斯为庞鸿，盖乃道之干也。道干既育，有物成体，于是元气剖判，刚柔始分，清浊异位，天成于外，地定于内。天体于阳，故圆以动；地体于阴，故平以静。动以行施，静以合化，堙郁构精，时育庶类，斯为太元，盖乃道之实也。”
这一段话已有人作过分析〔（3）〕。在这里值得引起我们注意的是，张衡认为“元气剖判，刚柔始分，清浊异位”的结果是“天成于外，地定于内”，即天是包着地的，这与《淮南子·天文训》中“清阳者薄靡为天，重浊者凝滞而为地”的说法截然不同。但是，既然阳气轻清，理应上扬，它为什么不上浮而是包在地外？对此，张衡并未给出一个明确的答案，一直到了一千多年以后，朱熹才提出了一个比较合理的解释。他首先肯定了天地起源的物质性：“天地之化，阴阳而已。一动一静，一晦一明，一往一来，一寒一暑，皆阴阳之所为而非有为之者”〔（4）〕，然后进一步论述道：“天地初间，只是阴阳二气，这个气运行，磨来磨去，磨得急了，便拶许多查（渣）滓，里面无出处，便结成个地在中央。气之清者便为天，为日月，为星辰，只在外周环运转，地便只在中央不动，不是在下。”〔（5）〕
这里提出了阴阳二气不停顿地运动，组成了庞大的气团，由于摩擦和碰撞作用的加剧而形成的渣滓向中心聚拢，便形成地居于中心，而气之清者便生成天和日月星辰“在外周环运转”。这是一个典型的力学模型，它以习见的漩涡现象比拟宇宙演化，比较科学地说明了为什么会产生“天成于外，地定于内”这种浑天格局；它不但克服了东汉张衡以来浑天家所谓地“载水而浮”、“天表里有水”的严重缺陷，把浑天说的传统理论提高到一个新的认识水平，而且具体地说明了张载的气的聚散学说，其中，“磨来磨去，磨得急了”这种高速运动概念的引入，还为张载学说增添了运动力学的性质。无论是在中国科学史上，还是在中国哲学史上，朱熹的这一贡献都是十分杰出的。”朱熹的天地演化理论对后世产生了深远的影响。明代方以智、揭暄等人以漩涡运动解释天体视运动中的逆留现象，明代章潢（1527～1608）在解释浑天说中地不坠落的原因时，都几乎照抄朱熹的结论。”〔（6）〕特别是，这一理论甚至有可能被来过我国的传教士传到欧洲，从而对笛卡尔提出天体演化的漩涡学说起了影响。〔（7）〕
（二）宇宙结构模式。这里主要涉及这样几个问题：
首先是天地形状问题。中国古代谈论天地形状的学说甚多，其中对后人影响较大的是宣夜说、盖天说和浑天说，尤以浑天说影响最大。在天地形状上，中国古代占统治地位的是浑天说的天圆地平观，对此，已有不少学者作过多方面详细的论述。〔（8）〕朱熹继承了浑天说而反对盖天说：“浑仪可取，盖天不可用，试令主盖天者做一样子，如可做？只似个雨伞，不知如何与地相附著？”〔（9）〕“天以气而依地之形，地以形而附天之气。天包乎地，地特天中一物尔”〔（10）〕。与前人相比，他对天地形状的解说，别具一格：
“地却有空阙处，天却四方上下都周匝，无空阙，通塞满皆是天。地之四向，底下却靠着那天。天包地，其气无不通。”〔（11）〕他特别强调指出：“凭地看来，浑只是天了。”〔（12）〕而且主张地有“绝处”，有“角尖”。“地有绝处。唐太宗收至骨利干，置坚昆都督府，其地夜易晓，夜亦不甚暗，盖当地绝处，日影所射也。其人发皆赤。”“通鉴说，有人适外国，夜熟一羊胛而天明，此是地之角尖处，日入地下，而此处无所遮蔽，故常光明。及从东出而为晓，其所经遮蔽处，亦不多耳。”〔（13）〕
朱熹的记述，实际上是地球高纬度地区春分至秋分之间特有的极昼现象，但由于朱熹持地平说，故只好解释为“此是地之角尖处，日入地下，而此处无所遮蔽，故常光明。”这里“角尖”实际上对应地理位置上的北极。由于没有地圆概念，其解释是错误的，但朱熹却是注意到此种现象并试图加以解释的历史上第一人，这一点仍然是值得加以充分肯定的。
其次是宇宙层次问题。在西方宇宙结构理论的发展过程中，天体分布的层次性是讨论的重点内容，相比之下，中国古人讨论的较少，但亦有涉及。经过研究之后，有学者指出“地心单层球模型，为我国古代占统治地位的天体结构体系，认为天体都附在一层球壳上运动。”〔（14）〕朱熹则与之相反，认为宇宙结构是多层次性的，并在历史上起了一种承上启下的作用，他说：“盖周天三百六十五度四分度之一，周布二十八宿，以著天体，而定四方之位，以天绕地，则一昼一夜适一周之匝，而又超一度。日月五星，亦随天以绕地。而惟日之行，一日一周，无余无欠。其余则各有迟速之差焉。然其悬也，固非缀属而居；其运也，亦非推挽而行，但当其气之盛处，精神光耀，自然发越，而又各自有次第耳。”〔（15）〕
很显然，朱熹认为二十八宿等恒星是分布于周天，日月五星是悬于天地之间，“随天以绕地”，还特别指出：“其悬也，固非缀属而居；其运也，亦非推挽而行，”认为七曜在空间中悬浮，不需要有固体球层的支持，也不存在什么推挽的力量才能运行，仅需有气的作用即可。与此相应，朱熹提出九重天说：“其曰九重，则自地之外，气之旋转，益远益大，益清益刚，究阳之数至于九，则极清极刚，而无复有涯矣。”“道家有高处有万里刚风之说，但是那里气清紧，低处则气浊，故缓散。想得高山更上去，立人不住了，那里气又紧故也。离骚有九天之说，注家妄解，云有九天，据某观之，只是九重，盖天运行有许多重数，里面重数较软，至外面则渐硬，想到第九重，只成硬壳相似，那里转得又愈紧矣。”〔（17）〕
可以看出，朱熹认为七曜的悬浮和运动都是高速旋转的“刚风”的支持，对此，英国著名科学史家李约瑟亦有评述：“十一、十二两世纪，邵雍和朱熹时常提到支持天上日月星辰并使之运行不息的‘刚风’。我们已说过，朱熹认为气有九层，各层运行的速度不同，因而刚风刚度也不同，这正相当于古代著作家屈原等所想象的‘九重天’。〔（18）〕对天的多层次性，张衡和张载都有讨论，但比之前两人，朱熹的阐述更为简洁明。不过，朱熹的层次观念也并非十分清晰，例如，他在解释日月食时说：日月“至朔，行又相遇，日与月正紧相合，日便蚀，无光。月或从上过，或从下过，亦不受光。”〔（19）〕显然，在他的心目中，日月在空间中分布的远近并没有一个固定的次序。
朱熹的这一思想为宋元之际学者吴澄所详论，后又被明末传教士利玛窦所畅言，中国人最终接受了多层次宇宙结构体系。
第三是天何以不坠，地何以不陷？在这个困惑人们已久的问题上，朱熹归之于气及气的高速运动：“黄帝问于岐伯曰‘地有凭乎？’岐伯曰‘大气举之’，亦谓此也。”〔（20）〕并进一步说：“天运不息，昼夜辗转，故地榷在中间，使天有一息之停，则地须陷下。”〔（21）〕“但天之形，圆如弹丸……其运转者亦无形质，但如劲风之旋转……地则查（渣）成形质者，但以其束于劲风之中，故得以兀然浮空甚久而不坠耳。”〔（22）〕他还以“弄碗珠底”的实例来作进一步说明：“天之气运转不息，故阁得地在中间未达。先生曰：‘如弄碗珠底，只恁运转不住，故在空中不坠，少有息则坠矣。’”〔（23）〕
对此，已有学者评价说：“这些论述，明显地包含着动力学的思想。从张衡的水可以产生支持地的浮力到邵雍的‘气’也可以产生这样的浮力，是人类认识史上的一个进步，而从他们这些静止浮力的认识发展到朱熹的高速运转的气产生支持力的认识，更是人类认识史上的一个飞跃。”〔（24）〕
此外，朱熹还认为气有“紧”“宽”与“劲”“空”，用以解释日月及人间万物何以能在其间存在：“天包乎地，其气极紧。试登极高处验之，可见形气相催，紧束而成体。但中间气稍宽，所以容得许多品物，若一例如此气紧，则人与物皆消磨矣。”〔（25）〕“天积气，上面劲，只中间空，为日月来往。地在天中，不甚大，四边空。”〔（26）〕
二
对宇宙空间的探索，势必要涉及到一些天文现象，在这方面，朱熹主要研究了天体的运行、日月食和历法与岁差等问题。
（一）天体的运行。为了制订历法，服务于农业生产，就必须要探讨天体的运行。《隋书·天文志》的记载反映了盖天说的观点，它记叙周髀家云：“天圆如张盖，地方如棋局。天旁转如推磨而左行，日月右行，天左转，故日月实东行，而天牵之以西没。譬之于蚁行磨石之上，磨左旋而蚁右去，磨疾而蚁迟，故不得不随磨以左回焉。”
即是说，天壳是左旋的，日月本身是向左行的，可是由于它们依附在天壳上，同时参与了天壳的左旋运动，天壳左旋速度快，日月右移速度慢，二者迭加的结果，使得日月本身也呈现出左旋的运动。若用数字式子表达，则为：
日或月的视运动速度＝天壳左旋速度—日或月右旋速度在实际的应用中，古人是用天壳左旋速度减去日月视运动速度，从而得到日月本身的右旋速度。太阳日行的度，月亮日行十三度的数据就是这样来的。
浑天说与盖天说一样，也主张天左旋，日月五星左旋，地静止不动。但西汉时刘向却“以为列宿、日月皆西移。列宿疾，而日次之，月宿迟”〔（27）〕，提出日月五星都是自东向西的左旋。日月五星到底是左旋还是右旋，曾是中国古代历史上一个争论不休的问题。至宋代时，张载主张左旋说，并认为地也在动：“恒星不动，纯系于天，与浮阳运旋而不穷也。日月五星逆天而行，并包乎地者也。地在气中，虽顺天左旋，其所系辰象随之，稍迟则反移而右尔；间有缓速不齐者，七政之性殊也。”〔（28）〕
朱熹继承了张载的左旋说，反对日月五星右行说：“有日月五星右行之说，其实非右行也。横渠曰：‘天左旋，处其中者顺之，少迟则反右矣’，此说最好。……沈括《浑仪议》皆可参考”，“天道与日月之星皆左旋”，〔（29）〕其原因是：“某看天上日月五星不曾右旋，只是随天转”。〔（30）〕除此以外，朱熹还对张载旋转迟速不同的思想作了具体的发挥：“盖天行甚健，一日一夜周三百六十五度四分度之一，又进过一度。日行速，健次于天，一日一夜周三百六十五度四分度之一，正恰好。比天进一度，则日为迟一度；二日天进二度，则日为退二度；积至三百六十五日四分日之一，则天所进过一度，又恰周得本数；而日所退之度，亦恰退尽本数，遂与天会而成一年。月行迟，一日一夜三百六十五度四分度之一行不尽，比天为退十三度有奇。进数为顺天而左，退数为逆天而右。”〔（31）〕
这里的日日行一度，月日行十三度，都是中国古代天文学上的数据。据此，朱熹进一步推算出：“天”绕左旋，常一日一周而过一度，日丽天而少迟，故日行一日，亦绕地一周，而在天为不及一度。积三百六十五日九百四十分日之二百三十五而与天会，是一岁日行之数也”〔（32）〕，十二个月“三百五十四日九百四十分日之三百四十八是一岁”〔（33）〕，这样，“日与天会，而多五日九百四十分日之二百三十五者，为气盈。月与日会，而少五日九百四十分日之五百九十二者，为朔虚。合气盈朔虚而闰生焉。故一岁闰率则十日九百四十分日之八百二十七，三岁一闰，则三十二日九百四十分日之六百单一；五岁再闰，则五十四日九百四十分日之三百七十五；十有九岁七闰，则气朔分齐，为一章也。”〔（34）〕在这里，朱熹详细地论述了天、日、月运行快慢的差异，以及如何运用置闰的方法来进行调节以便使阴阳合历。
此外，朱熹还认为天体运动有一个枢纽：“南极北极，天之枢纽，只有此处不动如磨脐然，”“北辰，即北极也。以其居中不动而言，是天之枢轴”。〔（35）〕后朱熹在回答他的学生黄义刚询问时，又认为极星也动：“义刚问‘极星动也不动？’曰‘极星也动，只是它近那辰后，虽动而不觉。”〔（36）〕朱熹的这些论述与现代科学认识颇多暗合之处。
（二）日食与月食。日月食的推算是中国古代历法的一项重要内容，相应地，古人对其成因就有过多种猜测，朱熹在这方面也有很多讨论。他首先坚持“月体常圆无缺，但常受日光为明”，〔（37）〕并具体论述了月受光的几种情况：“方合朔时，日在上，月在下，则月面向天者有光，向地者无光，故人不见；及至望时，月面向人者有光，向天者无光，故见其圆满；若至弦时，所谓‘近一远三’，只合有许多光。”〔（38）〕
这里基本上正确地描述了月亮受光发生变化的几种情况。“合朔”是指日月会合。“朔”日即阴历初一，这时日在上，月在下，地又在月下，因月亮受阳光照射的一面背向地，故不见。“望”即阴历十五，地在日月之间，月亮的受光面，与地相对，故见。“弦”有上下弦之分，上弦为黄道（地球绕日公转的轨道平面在天球上截出的大圆，叫黄道。）上月在日东九十度，阴历初八前后，月面西半明东半暗，自地上看见的月亮，如弓形之半圆；下弦为黄道上月在日西九十度，阴历二十三前后，月面东半明西半暗，自地视月，也恰如弓形之半圆。
至于日月食的成因，朱熹说：“日蚀是日月会合处，月合在日下，或反在上，故蚀。月食是日月正相照，伊川谓月不受日光，意亦相近，盖阴盛亢阳，而不少让阳故也。”〔（39）〕“日食是为月所掩，月食是与日敢敌，月饶些日子，方好无食。”“会时在日月在那黄道、赤道十字路头相交处厮撞着。望时是月与日正相向，如一个在子，一个在午，皆同一度。谓如月在毕十一度，日亦在毕十一度，虽同此一度，却南北相向，日所以蚀于朔者，月常在下，日常在上，既是相会，被月在下面遮了日，故日蚀。望时月蚀，固是阴敢与阳敌，然历家又谓之暗虚，盖火日外影，其中实暗，到望时恰当着其中暗处，故月蚀。”
可以看出，朱熹认为日蚀是由于日光“为月所掩”，“月在下面遮了日”，这基本上是正确的；认为月食是由于“阴敢与阳抗”、“火日外影，其中实暗，到望时恰当着其中暗处”等，这就是错误的了。实际上，统观中国古代对月食成因的认识，不论是从王充、张衡到刘焯、朱载堉等，还是在各朝的《天文志》中，对月食成因的解释基本上都是不正确的，这有其共同原因。我们知道，要了解月食的成因，就需对天地的几何结构要有一个比较正确的认识，尤其必须明确认识到日是远远大于地，而中国古代笃守“日月经千里”的信条，没有明确的地球观念，故此，月食成因问题始终困绕着他们，难得其解。
朱熹还进一步提出了“所蚀分数”问题：“或日行月之旁，月行日之旁，不相掩者皆不蚀。唯月行日外而掩日于内，则为日蚀；日行月外而掩月于内，则为月蚀，。所蚀分数，亦推其所掩之多少而已。”〔（40）〕“所蚀分数”便是“食分”，黄、白道（月绕地公转的轨道平面同天球相交的大圆，叫白道）不重合，二者交角平均为5°9'，朔时太阳在黄，白道交点15°21'以内便发生日食，距交点18°31'以上，则不发生；望时月亮在黄，白道交点3°45'以内，可发生月全食，距交点12"15'以上，便不发生，这就是“食限”。在此“食限”之内，依照“所蚀分数”便可推算其所食的多少，这便是日全食、月全食，日偏食，月偏食，日环食等各种情况。朱熹当然不可能有这样深刻的认识，也没有举出准确的数值，然而他是用日、月交距的远近来说明食分的大小或所食的多少，这则与现代天文学原理一致，他的思路是正确的。
此外，朱熹对月亮中阴影成因的解释，则潜含了光行曲线的思想，可能对明末清初的思想家、科学家方以智产生过影响。他说：“月体常圆无阙，但常受日光为明。初三、四，是日在下照，月在西边明，人在这边望，只见在弦光。十五、六，则日在地下，其光由地四边而射出，月被其光而明，月中是地影。”〔（41）〕
（三）岁差与历法。朱熹首先强调了制历的重要性：“历是古时一件大事，故炎帝以鸟名官，首曰夙鸟氏，历正也。岁月日时既定，则百工之事，可考其成。”〔（42）〕
由于日月和五星的吸引，地球自转轴的方向会发生缓慢的运动，因而天赤道的位置也在变化。这样，天赤道与黄道的交点（春分点）每年沿黄道西移50.2角秒，称为岁差。这种现象在晋时就被我国虞喜所发现。对此，朱熹说：“唐一行所谓岁差者，日与黄道俱差者是也。古历简易未立差法，但随时占侯，修改以与天合，至东晋虞喜始以天为天，以岁为岁，乃立差法以追其变，约以五十年而退一度。何承天以为太过，乃倍其年而又反不及。至隋刘焯取二家之中数为七十五年，盖为近之，然亦未为精密也。”〔（43）〕
朱熹的这一段议论基本是正确的，现在的观测值是71.6年差1°。
中国古代历法采用阴阳合历，但由于一个回归年的数值是365.242193日，一个朔望月是29.530558日，二者不能尽除而有余数，这样一来，若不加以处理，二者相差就会越大，譬如朱熹以一岁为
，如果开始时以一、二、三月为春季，那么三年之后便成为二、三、四月是春季了，古人采取的办法是用闰月来调整，对此，朱熹也有正确的认识：“闰余生于朔不尽周天之气。周天之气，谓二十四气也。月有大小，朔不得尽此气而一岁日子足矣，故置闰。”〔（44）〕
三
朱熹对常见的气象、气候现象也十分关注，并利用当时的科学知识进行了十分有益的探讨。
（一）气象气候现象解释。在这方面，朱熹解释了生活中常见的一些现象，如四委变化、雷电、霜雪、雹、云、虹等。他认为天地之间充满了气，阴阳二气此消彼长，从而产生了寒暑往来，四季更替。他说：“天地中间，此气升降上下，当分为六层。十一月冬至自下面第一层生起，直到第六层上，极至天，是为四月，阳气既生足便消，下面阴气便生，只是这一气升降，循环不已，往来乎六层之中也。”〔（45）〕这里朱熹之所以分为六层，似以喻《周易》六爻。
他对雷雨、霜雪、雹、云、虹等的解释，分述如下：
雷雨。朱熹对雷的解释是：“阳气伏于阴气之内，不得出，故爆开而为雷也。”〔（46）〕这与古人对地震的解释相似，尽管不正确，但坚持了唯物主义精神。至于雨的形成，朱熹的解释则有一些合理的成分，他说：
“皆是阴气盛，凝结得密，方湿润下降为雨。且如饭飘，盖得密了，气郁不通，四畔有湿汗。”〔（47）〕
我们知道，水蒸气升到空中遇冷凝成云，云里的小水滴增大到不能浮悬在空中时，就下降成雨，朱熹所讲的形成机制与此有相合之处。
云雪。朱熹认为云是“阴气正升，忽遇阳气，则助之飞腾而上为云也。”〔（48）〕若雪，“则只是雨遇寒而凝，故高寒处雪先结也。”〔（49）〕并对雪花呈六角形作出了进一步解释，他说：“雪花所以必六出者，盖只是霰下，被猛风拍开，故成六出，如人掷一团烂泥于地，泥必潜开成棱瓣也。”“六者，阴数，太阴玄精石亦六，盖天地自然之数。”〔（50）〕
“如水数六，雪花便六出，不是安排数底。”〔（51）〕
朱熹的解释显然是不科学的，科学的解释是：气温在－23℃以内，雪花成细针状，在－23℃以下，便成六角形，它是水的结晶体的分子排列规则随温度变化的结果。由于时代局限，朱熹当然不可能有今天这样的深刻认识，不应苛求。在谈到有的地方四五月雪还不化时，朱熹认为这是因为“日到那里时，过午时阳气不甚厚，所以如此。”〔（52）〕亦与风有关，而风的产生又源于气：“盖风随阳气生，日方升则阳气生，至午则阳气盛，午后则阳气微，故风亦随而盛衰。”〔（53）〕应该说，朱熹已基本上认识到雪的融化取决于太阳散发出的光和热，这无疑是正确的。
霜雹。朱熹认为“霜只是露结成”，〔（54）〕“露自是有清肃底气象，古语云：‘露结为霜’，今观之诚然。伊川云不然，不知何故。盖露与霜之气不同，露能滋物，霜能杀物也。”〔（55）〕朱熹通过实际观察既相信古人所说的“露结为霜”，又认为二者的气是不同的。冰雹也是自然界中一种常见的现象，朱熹认为雹是阴阳交争时，阴胜阳衰的结果：“今雹之两头皆尖，有棱道。疑得初间圆，上面阴阳交争，打得如此碎了。雹字从雨从包，是这气包住，所以为雹也。”“正是阴阳交争之时，所以下雹时必寒。”〔（56）〕霜雹成因的解释需要较高水平的物理知识，由于当时科学知识水平的限制，朱熹也就只能依靠日常的观察外加一些推测了。
虹。虹是空气中的小水滴被日光照射，经过折射和反射后而发生色散形成的，在古代，也称 
，中国古人对其成因的理解基本上是正确的，朱熹继承了前人的认识：“蝃本只是薄雨为日所照成影’，〔（57）〕但朱熹的这一认识并不坚定：“蝃，虹也。日与雨交，倏然成质，似有血气之类，乃阴阳之气不当交而交者，盖天地之淫气也，在东者莫虹也。虹随日所映，故朝西而莫东也。”〔（58）〕
（二）潮汐。最迟至春秋战国时期，古人就已经认识到潮汐这种现象，但还不能进行科学的解释。东汉王充第一次将潮汐与月亮联系起来，唐代窦叔蒙极大地发展了这一理论，达到了很高的水平。到宋代潮汐理论发展到顶峰，沈括批评了唐卢肇认为潮汐是由日出没而激成的观点，坚持月亮对潮汐的作用。〔（59）〕朱熹继承了沈括的思想：“潮之迟速大小自有常。旧见明州人说，月加子午则潮长，自有此理。沈存中《笔谈》之说亦如此。”“陆子静谓潮是子午月长，沈存中《续笔谈》之说亦如此，谓月在地子午之方，初一卯，十五酉”。〔（60）〕由于月亮和太阳的引力作用，使海洋水面发生周期性的涨落，潮汐的大小和涨落时刻逐日不同。然而，每当月亮正好在上中天或下中天的时候，就会发生海潮。“潮，海水以月加子午之时，一日而再至者也，朝曰潮，夕曰汐。”〔（61）〕按生潮的时间分为早潮（白天发生）和晚潮（夜晚间发生），早潮称潮，晚潮称汐。每天有一潮一汐，二者的时间间隔平均是12小时25分，所以每天的潮汐并不是在同一个时刻发生。
朱熹不仅继承了沈括的思想，而且还对北宋余靖的潮汐说很是赞赏，他引之说：“潮之涨退，海非增减。……彼竭此盈，往来不绝，此系于月。何以知其然乎？夫昼夜之运，日东行一度，月行十三度有奇，故太阴西没之期，常缓于日三刻有奇，潮之日缓其期率亦如是。自朔至望，常缓一夜潮，自望至晦，复缓一昼夜潮。朔望前后，月行差疾，故晦前三日潮势长，朔后三日潮势大，望亦如之。月弦之际，其行差迟，故潮之去未亦合沓不尽。盈虚消息，一之于月，阴阳之所以分也。”〔（62）〕
现在已经知道，除了月亮引起潮汐外，太阳的引力也起作用。但由于太阳比月亮距离地球远，作用力只有月亮的1／2.2，所以因太阳引起的潮汐被月亮引起的潮汐掩盖了。每当朔或望时（阴历初一或十五），太阳、地球、月亮三者近似在一条直线上，太阳的潮汐作用便加在月亮的作用上，这时潮水最大，是大潮；而当上、下弦时（阴历初七、八和廿二、廿三日），太阳的潮汐作用与月亮的潮汐作用方向相反，便抵消了一部分月亮的作用，这时潮水最小，是小潮。这些现象朱熹都已认识清楚。
除了以上较为系统的天文气象研究之外，朱熹还有散见的许多自然科学研究，有些价值非常高，如在地质学上，沈括于1074年秋在太行山麓发现山崖之间，往往衔螺蚌壳及石子如鸟卵者，“横亘石壁如带”，从而推断“此乃昔之海滨”，并进一步以泥沙的淤积作用正确地解释了华北平原的成因〔（63）〕，但是沈括并未说明螺蚌壳等为什么会衔于山崖之间的问题。朱熹却从“尝见高有螺蚌壳，或生石中”的事实出发，推得“此石即旧日之土，螺蚌即水中之物”，进而推导出大地曾发生过”下者变而为高，柔者变而为刚”。〔（64）〕这两种重要的变化概念，非常难能可贵。在时空问题上，朱熹继承和发展了《尸子》、《庄子》以来的思想，他说：“四方上下曰宇，古往今来曰宙。无一物似宇样大，四方去无极，上下去无极，是多少大？无一物似宙样长远，亘古亘今，往来不尽”，〔（65）〕清楚地说出了时空无限性。朱熹还用“气”解释了许多现象，如把运动的原因归结为气：“为知觉为运动者，以气也”；〔（66）〕热也是一种气：“火自是个虚空中的事，只温热之气便是火”〔（67）〕而冷热的不同则是由于气的运动方式不同：“譬如口中之气，嘘则为温，吸则为寒耳。”〔（68）〕类似这样具体的研究，还可以找到很多，在此不再一一赘述。
综上所述，朱熹在宇宙天体及其相关领域内进行了十分可贵的探索，达到了很高的水平，提出了不少极有价值的见解，有的在当时的世界上还处于遥遥领先的地位（如他提出的气的高速运动观，地质演化的变化观等）。对于朱熹在自然科学上的贡献，我想引用两个外国人的话是恰当的。美国著名科学史家R.A.尤里达评价说：“现今的科学大厦不是西方的独有成果和财富，也不仅是亚里士多德、欧几里德、哥白尼和牛顿的财产——其中也有老子、邹衍、沈括和朱熹的功劳。”〔（69）〕英国著名科学史家李约瑟博士也有如下评价：“从科学史的观点来看，或许可以说，他（指朱熹）的成就要比托马斯·阿奎那大的多，”〔（70）〕“也许，最现代化的‘欧州的’自然科学理论基础应归功于庄周、周敦颐和朱熹等人的，要比世人至今认识到的更多。”〔（71）〕我们认为以上的评价是十分公允的，我们不能不承认朱熹是中国古代历史上取得很高自然科学成就的为数极少的几个伟大思想家之一。
注释：
（1）老子：《道德经》第四十二章。
（2）《淮南子·天文训》、《淮南子·倜真训》、《淮南子·精神训》。
（3）李志超等：《灵宪中的天体思想》，载《科学史论文集》，中国科学技术大学出版社，1987年版，第287－306页。
（4）（5）（10）（11）（21）《朱子语类》卷一。
（6）戴念祖：《中国力学史》，河北教育出版社，1988年版，第366－367页。
（7）郑文光、席泽宗：《中国历史上的宇宙理论》，人民出版社，1975年版，第129页。
（8）唐如川：《张衡等浑天家的天圆地平说》，《科学史集刊》，1962年，第4期。金祖孟：《试评张衡地圆说》，《自然辩证法通讯》，1985年，第5期。宋正海：《中国古代传统地球观是地平大地观》，《自然科学史研究》，1986年，第1期。李志超、华同旭：《中国古代的大地形状概念》，《自然辩证法通讯》，1986年，第2期。王立兴：《浑天说的地形观》，《中国天文学史文集》，科学出版社，1987年，第4期。
（9）《朱子全书·天度》。
（12）（64）《朱子全书·天地》。
（13）（41）（66）《朱子语类辑略》卷之一。
（14）刘全沂等：《天文学及其历史》，北京出版社，1984年版，第34页。
（15）（16）（22）《楚辞集注》卷三。
（17）（19）（26）（29）～（35）（37）～（40）（44）（49）（50）（54）（56）（57）（60）《朱子语类》卷二。
（18）李约瑟：《中国科学技术史》，第四卷，第一分册，科学出版社，1975年版，第121页。
（20）《楚辞集注·天问》。
（23）《经济文衡，答董叔重》，转引自张秉伦等，《安徽科学技术史稿》，安徽科技出版社，1990年版，第191页。
（24）张秉伦等：《安徽科学技术史稿》，安徽科学技术出版社，1990年版，第191页。
（25）《朱子语类》卷十八。
（27）《宋书·天文志》。
（28）《正蒙·参两篇》。
（36）《朱子语类》卷二十三。
（42）《朱子语类》卷七十八。
（43）《朱文公文集》卷六十五。
（45）《朱子语类》卷七十四。
（46）（48）《朱子语类》卷九十九。
（47）（53）《朱子语类》卷七十。
（51）《朱子语类》卷六十五。
（52）《朱子语类》卷一百三十八。
（55）《朱子语类》卷一百。
（58）《诗集注·鄘 在东注》。
（59）《补笔谈》卷二。
（61）《楚辞集注·悲回风》。
（62）《朱子全书》卷五十。
（63）《梦溪笔谈》卷二十四。
（65）《朱子全书》卷四十九。
（67）《朱子学归·卷六》。
（68）《朱子语类》卷九十五。
（69）（美）R.A尤里达：《中国古代的物理和自然现》，《科学史译丛》，1983年，第4辑。
（70）（71）李约瑟：《中国科学技术史》，科学出版社，第二卷，第506，538页。