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，魏晋南北朝时期，道教多层次、全方位梯级神仙谱系的构造，斋醮祭坛的设制，以及步罡踏斗之类的科仪编排，也离不开相应的天文宇宙和地理知识。上述种种因素，无疑会促使道教重视对天文地理现象的观测与研究，从而孕育了深刻的科学观察思想。
第一部分：自然之道——道教科学思维方法探析“观变察机”
我们首先来分析《黄帝阴符经》中的“观变察机”思想。《黄帝阴符经》开篇即云：“观天之道，执天之行，尽矣。”《黄帝阴符经》，《道藏》第1册，第821页。
这是道教观察认识自然思想最精炼的概述。观指仔细观察，任照一注谓：“观则望而可见。”《黄帝阴符经注解》，《道藏》第2册，第766页。古文观写作“观”，也寓义于此；天之道即天道，即自然界日月运行及其阴阳变化的客观规律，道书常称之为天机现今《道藏》中收有《天机经》一卷。；执，有掌握、驾驭之意，“观则望而可见，执者取而可行”《黄帝阴符经注解》，《道藏》第2册，第766页。。清代著名道医徐大椿对此曾有一段精辟的注释：天道者，天之主宰所以立乎形气之先者也；观者，推测而精察之，则天之体可明矣。天行天道之转运，所以鼓励万物者也；执者，操持而卷舒之，则之用可握矣。引自《黄帝阴符经讲解》，中医古籍出版社，1990，第4页。
徐大椿这段释文道出了道教重视运用观察方法探求天地自然机理的科学思想。天道乃自然之道，不以人的意志为转移，具有自身发展的客观规律。但人在天道面前并非无所作为，人可以发挥自身的主观能动性，通过观测而精察之，从而明了天地运行、阴阳变化之机。这一过程《天机经》命之为“观变察机”《天机经》，《道藏》第28册，第347页。，并进而在观察认识自然的基础上，学会掌握、驾驭自然的本领，达到“盗取天地万物之机”为我所用之目的。
关于观察方法在修道炼养中的意义，后世诠释《阴符经》的道书中有许多阐述。例如，认为“天道不观则不见人道，不察则不知”《黄帝阴符经注解》，《道藏》第2册，第766页。，“使人观天地阴阳之道，执天五NFDA1而行，则兴废可知，生死可察”《黄帝阴符经疏》，《道藏》第2册，第737页。
《天机经》云：“是故圣人将欲施为，必先观天道之盈虚，后执而行之，举事应机则无遗策。”《天机经》，《道藏》第28册，第347页。
又云：“是以圣人观其机而应之，度其时而用也。”《天机经》，《道藏》第28册，第347页。这种认为不观不察则不知天道、观其机而应之的思想极为深刻，反映了道教重视观察的科学思想。正是在这一科学思想指导下，道门中人运用观察方法“观变察机”，孜孜不倦地探索自然奥秘，取得了许多令人瞩目的成就。北魏北齐间的隐道张子信天文观测的三大发现就是一个明证。关于张子信里贯，《北齐书》卷四九《方伎传》称：“张子信，河内人也，性清净，颇涉天文学，少以医术知名，恒隐于白鹿山……后魏以太中大夫征之，听其时还山不常在邺”《北齐书》卷四九《方伎·张子信传》，中华书局标点本第2册，第680页。。张子信的天文观测成就，《隋书》卷二○《天文志》有详细记载，云：至后魏末，清河张子信学艺博通，万精历数。因避葛荥乱隐于海岛中，积三十许年，专以浑仪测候日月五星差变之数，以算步之。始悟日月交道，有表里迟速；五星见状，有感召向背。言日行在春分后则迟，秋分后则速。合朔月在日道里则日食；若在日道外，虽交不亏。月望值交则亏，不问表里；又月行遇木、火、土、金四星，向之则速，背之则迟。五星行四方列宿，各有所好恶，所居遇其好者，则留多行迟，见早。遇其恶者，则留少行速，见迟。与常数并差，少者差至五度，多者差至三十许度。其辰星之行，见状尤异。晨应见在雨水后立夏前，夕应见在处暑后霜降前……《隋书》卷二○《天文志》，中华书局标点本第2册，第561页。
通过这一记述，我们可以得知张子信已通过自己细致的观测和测算，发现了太阳视运动不均匀性、五星运动不均匀性和食差这三大天文现象，这三大天文现象的发现在天文学上的意义十分重大，它导致了我国古代历法的突破性发展。
自隋代刘焯《皇极历》开始，历代历法制定都有赖于张子信的这三大发现。正如清人阮元在《畴人传》中所评述的那样：“后之术家皆本其说以立法，推天步道由是渐密。”《畴人传》卷十一《张子信传》，商务印书馆，1955，第128页。
道门中人观察天地自然万物的范围很广，上至星象气候，下至山川河流，从复杂的生命现象到简单的物态变化，无所不包。成书于北周时期的《无上秘要》，是现存最早的道教类书。其卷三“日品、月品、星品”，卷四“三界品、九地品、灵山品、林树品、山洞品、洞天品、神水品”，卷七十八“地仙药品、天仙药品、太清药品、太极药品、上清药品、玉清药品”各卷中，收集了为数甚多的天文、地理、医药、矿物、植被方面的观察材料。道门运用观察方法研究自然现象，获取了丰富的自然知识。例如，葛洪通过对自然界“雉之为蜃，雀之为蛤，壤虫假翼，川蛙翻飞，水蛎为蛉，荇苓为蛆，田鼠为？
，腐草为萤”《抱朴子内篇》卷二《论仙》，《抱朴子内篇校释》，第14页。之类现象的观察，已萌发了物种变异的思想。葛洪在《抱朴子内篇》一书中还批判了那种“不信骡及輚NFDA4，是驴马所生。云物各自有种”《抱朴子内篇》卷二《论仙》，《抱朴子内篇校释》，第22页。
的物种不变论。葛洪也精于天文地理的观察，著有《浑天论》、《訞阜山记》、《潮说》等天文地理方面的著作。另据《晋书·天文志》记载，葛洪尝据浑天以驳王充盖天说《晋书》卷十一，中华书局标点本第2册，第281页。
可见葛洪是精通天文知识的。故阮元将葛洪作为天文历算家列入《畴人传》卷六中。
第一部分：自然之道——道教科学思维方法探析道教之“实验”
必须进一步指出的是，在道教外丹黄白术的实践活动中，魏晋南北朝时期的道教金丹家已将有目的观察与带有某种受控性的“实验”方法紧密结合起来。实验方法是人们根据一定的科学研究目的，利用科学仪器、设备，人为地控制或模拟自然现象，排除干扰，突出主要因素，在有利的条件下研究自然规律。实验方法比单纯的观察方法有明显的优点，具有精确性、可重复性、周期短的特点。单纯的观察只能在自然发生的条件下进行，当然受到自然条件的局限；而实验方法则是人为地去干预、控制所研究的对象，在有意识的变革自然中去认识自然，更有利于发挥人的自主性和能动性去揭示隐藏的自然奥秘。关于这一点，道教学者很早就意识到了，《化书》指出：“目所不见，设明镜而见之；耳所不闻，设虚器而闻之。”丁祯彦、李似珍点校《化书》卷一，中华书局，1996，第3页。也就是说，耳目感觉器官在观察中的局限性，可以通过设明镜、设虚器的方法加以克服。实验方法的运用是近代科学产生的重要条件之一，以至近代科学还被冠以实验科学的桂冠。然而耐人寻味的是，“实验”这一带有浓厚近代科学气息的名词，居然很早就出现在道书中了。道教外丹黄白术经典《太清金液神丹经》卷中在记述“取雄黄雌黄精法”、“作霜雪法”之后，引郑君的一段话：
郑君曰：夫仙人飞沈灵验难论，实非凡庸可得NFDF1NFDAD。自丹经神化者著在实验，是故天尊贵人隐秘此道。《太清金液神丹经》卷中，《道藏》第18册，第754页。
郑君当为金丹黄白术家郑隐，西晋人，乃葛洪之师。郑隐认为据葛洪《抱朴子内篇》卷四《金丹》记载，郑隐曾师事葛玄，受《九鼎丹经》、《金液丹经》、《太清丹经》。后来知晋室将乱，东投霍山，“太安元年，知季世之乱，江南将鼎沸，乃负笈持仙药之扑，将入室弟子，东投霍山，莫知所在。”王明：《抱朴子内篇校释》，中华书局，1985，第338页。郑隐东投的霍山，据笔者考证为福建境内的霍童山，为道教三十六小洞天之首。参见盖建民《左慈、葛洪入闽炼丹略考》，《中国道教》，1997年第1期。《太清金液神丹经》三卷，据陈国符《道藏源流续考》本经在西汉末东汉初出世，其中杂入后人文字。上述所引“郑君曰”文字当为后人所杂入，宋代张君房编辑的《云笈七》卷六十五也收有《太清金液神丹经》并序，其中也有同样内容的文字《云笈七》卷六十五，《道藏》第22册，第459页。
因此可以断定这一段文字杂入《太清金液神丹经》的时间不晚于《云笈七》辑成时间，即北宋天圣三年至七年（公元1025～1029年）。这段借郑君之口的文字认为：仙人修炼金丹飞升之事是否灵验很难说清楚，不是一般的人就能够窥见。因为丹经所述的炼丹变化之事“著在实验”，即从事外丹黄白术的关键在于进行实际操作试验。道书这里所说的“实验”虽然不能完全等同近代科学的实验方法，但基本的思想是接近的。道教金丹家不仅通过观察收集了大量化学反应现象材料，而且采用实验手段，充分利用他们所创制的各种合丹仪器、设备，制备了异常丰富的化学药物，从而树立了中国古代科学中独树一帜的科学思想，即观察与实验相结合的科学方法论。《周易参同契》、《抱朴子内篇》中就内蕴了这一科学思想。
东汉后期，出现了被后世道教各派尊为“万古丹经王”的金丹专著《周易参同契》，对战国以来的原始金丹术作了总结和发展。作者魏伯阳在书中正式提出了炼大丹、服大丹，假外物以自坚固的金丹思想。云：“巨胜尚延年，还丹可入口，金性不败朽，故为万物宝，术士服食之，寿命得长久。”魏伯阳：《周易参同契·上篇》，朱熹“考异”本，《道藏》第20册，下同。王明先生指出：“金液还丹之论，至魏伯阳而成立，前此点金铸金之事有之，而服饵金丹之理论，殆未有也。”王明：《道家与道教思想研究》，中国社会科学出版社，1984，第275页。王明先生肯定了《周易参同契》对早期金丹术的理论奠基作用。《周易参同契》为什么被后世尊为“万古丹经书”、“丹经鼻祖”，其金液还丹思想的提出恐怕是最重要的原因。
第一部分：自然之道——道教科学思维方法探析“参验”与“勤求试之”（1）
《周易参同契》一书中蕴涵了许多深刻的科学思想，“参验”思想就是其中之一。关于《周易参同契》一书的书名，历来注家多有考释。朱熹认为，“参，杂也；同，通也；契，合也。谓与《周易》理通而义合也。”朱熹：《周易参同契考异》。
朱熹的这一观点较为流行。但孟乃昌先生经过考辩却提出了一个与众不同的见解，他认为：“《参同契》命名由来，远源实自《韩非子》，《韩非子·主道》和《杨权》均有‘形名参同’，即经过检验，证明所表现的和所说的符合，这不同于单纯思辨。炼丹术是实验解决问题，其优点品格即在此。”孟乃昌：《周易参同契考辩》，上海古籍出版社，1993，第32页。孟氏的这一考辩颇具新意，他点出了《周易参同契》蕴含的一个重要科学思想，即通过观察来获得事实材料，并结合实验手段来进行“参验”。下面我们结合《周易参同契》的具体内容进行分析。
《周易参同契》中有许多关于物质化学性质及其相互反应现象的描述。例如，关于汞有挥发性并能被玄黄物质抑制的性质，云：“河上姹女，灵而最神，得火则飞，不见尘埃，鬼隐龙匿，莫知所存，欲将制之，黄芽为根。”《周易参同契·中篇》。一般认为这里河上姹女指汞，黄芽指硫黄学术界对“黄芽”所指存在分歧，还有“铅说”和“黄金说”。。这段引文的意思是说汞易挥发，但得到玄黄类物质就会发生化合反应，生成性质较为稳定的化合物，从而被固定下来了。书中又指出：“胡粉（碱式碳酸铅）投入火中，色坏还为铅。”《周易参同契·上篇》。即认为经过火的作用，白色胡粉的颜色变了，被炭还原为铅。书中在描述金的化学稳定性时则说道：“金入于猛火，色不夺金光�