一 古代文学中的科学元素及其局限
中国古代科学与古代文化一样源远流长，悠久灿烂。李约瑟在《中国科学技术史》中肯定了古代科学技术的成就：“从3世纪到13世纪，中国一直处于西方望尘莫及的科学地位。”[4]在几千年的发展历程中，在远古时期先民们就开始“观乎天文”，通过用肉眼观察日月星辰、时令节气来了解自然界的变换规律，由此诞生了以历象之学为代表的朴素的天文学。其后立足于阴阳、五行、气、天人相交等核心概念逐步发展衍生出朴素的物理学、化学、地理学、医学等知识领域，进而产生出丰富而且实用的技术成果，诞生了一代代科学家产生了一批科技著作。这里所谈到的科学只具有朴素的科学或者说技术（技巧）文化，是有别于建立在逻辑推理和实验验证基础上的现代科学，但也蕴含着一些现代科学的闪光点，只是不成系统，缺乏逻辑推演与理论提升。席泽宗不无感慨地说，如果古代中国人将整体性的思维特征运用到零散的科技及器物的系统提升上，那么历史上关于天地结构、运动和演化的论述，“将会在传统的 ‘历象之学’范围之外，开辟一个新的园地”[5]。科学的基本元素一直还在，同时传统文化的局限性也存在，中国古代科学采用自己的方式融入传统文化并发挥作用。
较之古代科学，中国古代文学的成就可谓璀璨辉煌，诗歌、散文、小说、戏曲等不同体裁领域涌现出大量杰出的作家和作品，成为中国文化中最耀眼的群星。那么在古代文学传统中，文学与科学之间是否也存在联系，甚至互有影响呢？有学者认为中国古代文学滥觞于“观乎天文”，也就是说古代文学是从观乎天文以察时变开始，进而观乎人文以化成天下，自然之理与人伦之理都是文学的重要内容，而且“前者是后者的逻辑前提和理论基础”[6]。由此可见，古代的文学也是从对自然现象的观察中产生的，不过随着发展变化，文学更重视的是人文的道，衍化为祭祀的卜辞歌谣；而科学更重视的是自然的道，发展为历法之学。科学之于文学，从宏观上看一方面是科学文化潜移默化影响文学创作，文学作品、创作过程、文本传播等在一定程度上表现出科技知识与科学观念。郑敏在《诗歌与科学——世纪末重读雪莱〈诗辨〉的震动与困惑》中说：“人类的智能从来就有两种主要倾向：分析的、重实的，和综合的，重穿透和超越的。这两种倾向的起伏、抗衡、结合、矛盾贯穿于人类思想文化的发展史。”[7]另一方面，从文人个体来说，有一些文学家同时也是科学家，在两个领域均有建树，东汉张衡、唐代刘禹锡、宋代沈括、明代徐霞客等便是这样的全才。竺可桢说：“我国文学家之以科学著称者，在汉有张衡，在宋则有沈括。”[8]东汉的张衡既是古代杰出的科学家，也是优秀的文学家，开创了抒情小赋的先河，将天文地理的自然科学知识融入赋文的写作中。沈括的诗歌朴实无华，散文逻辑清晰严谨，便是科学精神在文学活动中的显现。徐霞客重视实地考察，漫游天下，在游记中表达对自然和人文的思考。除了这些典型的诗人文人，科技以知识的形式在其他层面上也影响着文学，在绵远深厚的中国古代文学长河中闪烁着求索的光芒。
席泽宗在《中国科学思想史》中回顾了中国古代科学技术的发展过程，并认为科学技术的发展必然引起科学思想的嬗变。他历时地梳理了古代科学观念的进化过程，这个进化过程是建立在阴阳、五行、气三个核心概念基础上、从天文学史发展为科学思想史的历程，科学思想随之发展变化。[9]而实际上古代中国的科学思想是传统文化思想的组成部分，文学是讨论、表达、传播传统文化思想的有效载体，很多散文诗歌就是表达科学观念的，更多的文学文本传递着科学观念。春秋之前的元气说，张衡的浑天说，王充肯定人的力量，隋唐柳宗元、刘禹锡的“天人交相胜”观念，宋元明理的概念兴起流变，晚明徐光启、徐霞客等对西方科学知识的接受与学习，这些学说勾勒出古代科学在传统文化政治系统中或隐或现、时明时暗的发展轨迹，展示出科学与文学互相影响、彼此生发的图景状态与特征。
第一，“亦理亦文”的文学活动。在中国古代社会，拥有知识就如同拥有一种特权，道德文章的知识在中国古代知识体系中地位较高，自然科学和工程技术的知识地位较低，就如同古时的天文学是为了实现人与天的沟通，从而教化众人，诗教德行是科学知识的落脚点。这样就使得科学知识的影响力很小，而只有诗文歌赋才能成为文人士大夫获取晋升阶梯和传播学说的重要手段。一些有识之士希望科学知识能流传于世，让更多的人了解科学知识、掌握技术本领，那么提高科学著作的文学性和可读性成为一个切实可行的策略选择。更为难得的是，有些文学家也是科学家，有些科学家同时具有较高的文学艺术修养，这就为提升科学著作的文学性与趣味性准备了条件。打开中国古代文学史，我们发现荀子《天论》、张衡《二京赋》、王充《论衡》、《山海经》、刘禹锡《天论》、柳宗元《天说》、沈括《梦溪笔谈》、徐弘祖《徐霞客游记》、方以智《物理小识》等作品，都给人以知识上的启迪和精神上的愉悦。
这些富于科学知识的著作文章，它们的文体身份是交叉的、多重的，既可以说是科学专著，也可以说是文学作品，具有“亦理亦文”的双重特点。从文学的角度来看，科学知识与技术实践是文学创作取之不尽的题材宝库，为文学思想的更新、创作材料的丰富提供了新鲜的血液。沈括的《梦溪笔谈》被赞誉为“一部言简意赅，文笔生动的散文集”,“一部文字优美、叙事生动、富有文学色彩的好作品”[10]。沈括笔记体散文的特点，就是把文学优美灵动的笔法寓于科学知识的普及中，让人读起来颇有文学意味，如进入中学语文课本的《雁荡山》:“温州雁荡山，天下奇秀。然自古图牒，未尝有言者。祥符中，因造玉清宫，伐山取材，方有人见之，此时尚未有名。按西域书，阿罗汉诺矩罗居震旦东南大海际雁荡山芙蓉峰龙湫。唐僧贯休为《诺矩罗赞》，有 ‘雁荡经行云漠漠，龙湫宴坐雨濛濛’之句。……谢灵运为永嘉守，凡永嘉山水，游历殆遍，独不言此山，盖当时未有雁荡之名。”在散文开篇写雁荡山籍籍无名，随后说到初见之后僧人贯休作诗夸赞雁荡山美景，紧接着下文次第展开，“余观雁荡诸峰，皆峭拔险怪，上耸千尺，穹崖巨谷，皆包在诸谷中，自岭外望之，都无所见，至谷中则森然干霄。……自下望之则高岩峭壁，从上观之适与地平，以至诸峰之顶亦低于山顶之地面。……既非挺出地上，则为深谷林莽所蔽，故古人未见。灵运所不至，理不足怪也”[11]。这是从地质形态方面推理其籍籍无名的原因，“包在诸谷中”“为深谷林莽所蔽”，环环相扣，合情合理。这段关于地质考察的文字，通过作者富有感情的笔触，将枯燥艰难的实地科学考察转化为流动的自然风物欣赏，既达到了科学求真的目的，又实现了文学审美的目的。
被称为“好之者众，而攻之者不绝”的《论衡》作为一部哲学著作，既传达出唯物主义的无神论思想，也是一部摆事实、讲道理的政论佳作。比如，王充在《论衡》中谈到防治虫害的方法，先从虫子产生的自然环境说起：“然夫虫之生也，必依温湿。……何知虫以温湿生也？以蛊虫知之。谷干燥虫不生，温湿食饮，虫生不禁。藏宿麦之种，烈日干暴，投于燥器，则虫不生。如不干暴，闸喋之虫，生如云烟。以蛊闸喋，准况众虫，温湿所生，明矣。”随后介绍了人们采用挖洞、焚烧、填埋等杀虫方法。他着重解释了天灾与人事的关系，认为虫灾虫害只是自然界的一种现象，害虫的生死有其自身规律，与当地官员及政治的治乱无关，而虫灾与贪官污吏的同时出现，也只是巧合。“夫虫食谷，自有止期，犹蚕食桑，自有足时也。生出有日，死极有月，期尽变化，不常为虫。使人君不罪其吏，虫犹自亡。天道自然，吉凶偶会，非常之虫适生，贪吏遭署，人察贪吏之操，又见灾虫之生，则谓部吏之所为致也。”[12]作者由浅入深逐步说理，一环扣一环分析虫害产生的生物机理与环境因素，廓清穿凿附会的迷信说法，将科学道理娓娓道来。自然科学知识在文学活动中的显现也表现在其他诸多诗歌作品中，《诗经》中的《豳风·七月》罗列了各个月份的物候现象和农事活动，“春日载阳，有鸣仓庚”,“五月鸣蜩”,“六月莎鸡振羽”,“七月流火，八月萑苇”,“九月筑场圃，十月纳禾稼”[13]，等等，可以说是一首物候诗。白居易“人间四月芳菲尽，山寺桃花始盛开。长恨春归无觅处，不知转入此中来”（白居易《大林寺桃花》），就是借景抒情，也表现出对桃花盛开与地域环境关系的思考。
第二，科学求真精神影响文学观念。科学精神在一定程度上表现为探求真理的自我解放与融入自然、客观物与主观我、求真与求美的统一。这种蕴含在科学活动中的求真精神，有时会成为文学观念的重要组成部分。东汉文学家张衡就具有追求真理的精神，他反对当时汉赋诸家浮夸、虚妄的文风，反对学术活动中迷信虚妄的主观臆测和随意附会，认为诗文应该体合自然、经世致用，追求一种真实清新的文学风格。张衡是浑天说的代表人物和集大成者，具有深厚的自然科学知识，他将天文学、地理学的知识运用到诗赋创作中：“左有崤函重险、桃林之塞……高掌远跖，以流河曲，厥迹犹存。右有陇坻之隘，隔阂华戎，岐梁汧雍，陈宝鸣鸡在焉。于前则终南太一……抱杜含户，欱沣吐镐，爰有蓝田珍玉，是之自出。于后则高陵平原，据渭踞泾，澶漫靡迤，作镇于近。其远则九嵕甘泉，涸阴冱寒，日北至而含冻，此焉清暑，实为地之奥区神皋”[14]（张衡《二京赋》），这是作者在仔细考察了洛阳、长安的地理面貌和风土人情后，从长安的区域位置做出该地适宜做都城的判断。张衡文学创作中这种基于事实、只问是非、不计得失的品格，不正体现了“不盲从，不附和，只问是非，不计厉害；专心一致，实事求是”[15]的科学精神吗？
寻根问底、追求真理的科学精神，有时候也会成为一些作家创作实践活动的最初动机，成为他们抒发审美感受的基础，表现出一种超功利的审美特性。中国古代的山水游记大都寄托着知识分子的政治抱负，或者人生感受，而这些感受多数来源于社会政治领域。《徐霞客游记》的写作则发自追本溯源科学精神的驱动，作者每遇奇山异境，必穷尽而后快，并发出“缀身其间，不辨身在何际也”的感受。如描述浔州漱玉泉时如下展开：“右壁尽处有穴大如管，泉自中滴下，悬四五尺，僧布竹承之，清冷异常。下丈余，汇为一潭，不甚深澈，指为 ‘龙潭’云。……又南半里，为大寺。甚古，后倚崖壁，有观音堂甚敞。其左峭壁下有圆珠池，亦水自半崖滴下者，下甃圆潭承之，无他异也。按志，山北有漱玉泉，而《西事珥》与《百粤风土记》俱谓其泉暮闻钟鼓则沸溢而起，止则寂然，诧以为异。余谓泉之沸寂，自有常度，乃僧之候泉而鸣钟鼓，非泉之闻声而为沸寂也。……及抵白石，先询之三清观，再征之白玉寺并漱玉之名，山僧茫然，洵皆好事之言也。”[16]在描绘漱玉泉周边优美景色的同时，为了澄清地方志中关于漱玉泉的臆测之说，作者又具体考察了作为泉水通道的岩穴的位置、大小及泉水的高度、温度等，再经僧人的印证，得出“闻钟泉沸”是“洵皆好事之言也”的正确结论。这种探索自然世界真相的科学态度、科学实践与科学认识本身就是美的基础，“余谓泉之沸寂，自有常度”，不唯书、不唯古的实证精神，通过形象的语言和准确的表述，更将科学精神在文学作品中得以淋漓尽致地展现。这种由科学兴趣带来的创作动机，在一定程度上冲淡了传统文学中“诗言志”“文以载道”等道统观念的影响，减轻了文学所负载的沉重社会道德责任与政治功能，有利于文学非功利、纯审美特性的发挥，虽然在古代文学中不算主流，却丰富了文学创作活动及文人士大夫的文学认知。
第三，逻辑实证的科学特质影响文学风格。自然科学的特点之一，就是讲究逻辑推理，从对客观事物的观察中，归纳总结出基本的客观规律。这种逻辑实证的方法对文学的创作手法与文体形式产生了影响。一是注重诗文的逻辑层次。讲究推理与论证，表现在文章中就是重视表达内容的严丝合缝、环环相扣，符合逻辑推理的原则。科学家出身的沈括，就非常注重诗文行文层次的前后相连，在《图画歌》一诗中对魏晋至宋代数十位画家分类别点评分析，“李成笔夺造化工，荆浩开图论千里。范宽石澜烟林深，枯木关仝极难比”，抓住了每位画家的突出特点，层次清晰；在《万春圩图记》一文中在谈到修筑渠道的必要性时，分类列出了五条原因，条分缕析，层次鲜明，具有很强的说服力。再如，刘禹锡的《天论》是考虑周全、逻辑严密的系列论说文，全面表述了作者在自然观、天人关系等方面的认识。作者在论说的过程中有设问、有辩驳，“世之言天者二道焉，天与人实影响……如有物的然以宰者”，层层递进将其哲学观点做了透彻的表述，“天之所能者，生万物也；人之所能者也，治万物也……我蹈道而已”[17]，发展了《天说》中“天人不相预”的理论，提出“天人交相胜，还相用”的观点。这种重视逻辑推理，先摆事实后讲道理的写法，在刘禹锡其他散文中也都有体现。《观博》《救沈志》等都是按照这一套路，预先设定好行文程序，将事实与道理摆放到相应位置，推导出预设好的结论。这样的固定做法，有点像把写文章的灵动创作变成了实验室里的规程安排，条理比较清楚，结论也较为可信，但缺少文学的灵气和美感，表现出一种机械主义的科学观。
二是注重写作中事实的运用。科学家用实验来验证设想，从数据分析或模具设定中推导出结论，文学家就注重行文中发挥事实说理论证的作用。为让游记写得丰富可信，徐霞客每到一处必查阅地方历史，勘察地理风物，“审视山脉如何去来，水脉如何分合”，详细记述各地的气候、动植物、民间传说、人情风俗等，更为难得的是每天都记载当地天气物候情况，在自然景物的发现和记录之中实现了科学美和文学美的有机融合。在《论衡》这篇文章中，王充用举实例、类别推理的逻辑方法批判当时社会上盛行的“天人感应”这类虚妄学说，对许多民间传说刨根问底，揭示其中自相矛盾之处，坚持“夫天道，自然也，无为。黄老之家，论说天道，得其实矣”[18]。如在对日蚀、打雷等天象变异等事件剖析中，他根据天文学知识认为这些自然现象的出现自有“常数”，只是自然规律的表现而非贪官吏治、人事所为，“实说，雷者太阳之激气也。何以明之？正月阳动，故正月始雷；五月阳盛，故五月雷迅……激射为毒，中人辄死，中木木折，中屋屋坏。人在木下屋间，偶中而死矣”。这样就把打雷还原为不存在有意志的自然现象，“百变千灾，皆有一状，未必人君政教所致”[19]。其他一些文学作品如《诗经》《水经注》等文本中记载了大量的自然风物、地理形态等客观事实，借此来传达论证意思。
三是文风真诚朴实。科学求真务实的精神也影响到作品风格和审美倾向。敏泽认为，王充应该是我国古代美学思想史上较早将美与真视为不可分割的文学家。王充认为“天地之文，发于胸臆”“精诚由中”，他将“真”作为美的创造的前提[20]。王充之后，李贽“童心”说、王国维“赤子之心”说，都倡导艺术家要用真心看世界、表现世界，要情深意切，才能表现出艺术真实。这种真的文学理念具体化到语言中，大都形成了简洁朴实、平易近人的艺术风格，如柳宗元《天说》讨论的问题宏大而且深奥，“若知天之说乎”设问起头，开篇发问直奔主题，随后用生活实例铺开“饮食既坏，虫生之；人之血气败逆壅底，为痈疡、疣赘、瘘痔”，最后得出“彼上而玄者，世谓之天；下而黄者，世谓之地；浑然而中处者，世谓之元气；寒而暑者，世谓之阴阳。是虽大，无异果蓏、痈痔、草木也”[21]。举的例子贴切鲜活，文字简洁凝练，在短小的篇幅内阐明了道理，延续了柳文清峻瘦洁的特点。
从前面对古代科学与文学互动的简要回顾中，可以发现古代文学包括诗歌作品闪烁着古代科学技术朴素的影子，共同体现了传统文化有机统一、整体辩证的特质与优势。文化的优势有时候正是劣势与局限性之所在，传统文化的局限性也在古代科学观与文学创作中表现出来。
其一，“天人合一”的整体观局限了科学技术发展的基础。传统文化讲究的是人与自然和谐相处，人是客观世界的组成部分。这种强调万事万物有机性的系统思想，没有将主体与客体区分开来，也就无法将自然界作为人为的研究对象。这种天人感应、物我互通的理念，没有在科学与非科学之间画出清晰的界限，有研究者发现，作为科学家的沈括既能客观分析自然现象及以后的规律，同时又能极其认真地描述风水、预言等反科学的故事，这两者并不矛盾地统一在沈括这名科学家的身上。持有沈括类似观念的知识分子并非少数，这种现象是值得深思的，一个可能的原因是科学没有上升为一门独立的学科或者哲学，与其他学问或者学说的界限是模糊的，科学家或者说哲学家并没有把主观与客观截然分开，科学技术与传统学术在各自发展中逐步靠拢[22]。由此限制了人对自然界的关注程度与研究视角，缺少对客体细节和门类的理论研究，这就造成了中国古代的科学知识与技术工程知识发展为现代科学系统的先天不足。所以古代诗歌中的景物描写都带有浓厚的人文色彩，而人的主观意志在诗歌中是物态化的，人与景之间是在做相向的向心运动，而非西方主体与客体相背的离心运动，“我见青山多妩媚，料青山、见我应如是”（辛弃疾《贺新郎》）,“相看两不厌，只有敬亭山”（李白《独坐敬亭山》），诗人眼中的山是自然景物，也是人和朋友，人与山可以对话交流情感。
其二，传统的实用主义理念成为科学技术发展的障碍。科学与技术两个词连在一起使用是近代的事情，科学与技术的区别在哪里呢？范岱年做过明确的区分：科学是回答“为什么”，技术是回答“怎么做”[23]。也就是说，科学的目的是解释和把握自然，是非功利、形而上层面的思想体系；技术的目的是运用工具和手段改造自然服务人类，是功利性、形而下层面的实用工具系统。如果用这样的标准来衡量中国古代科学，可能用中国古代技术的说法更切合实际一些。传统文化中的实用主义理念，隐含着古代人更重视的是科学发现能否为政治和道统服务，其研究兴趣更在那些能较快解决实际问题的工程技术，所以古代的天文历法很发达，因为它能为中国农业提供生产的预测和便利，同样水利技术的发达也基于同样的道理。这种实用观点造成了工程技术的实用、零散，但未能由技术层面上升到理论层面，发现技术背后的规律，更无法发现毫无实用价值的自然科学的规律。也有少数科学家探讨科学的规律，如王充探讨雷击、虫害等自然现象，其最终目的是反对迷信思想，但毕竟是在超越技术层面的思想观念的思考。这种超脱的理念也延续到徐霞客、方以智等后来者，只是这种纯粹出于科学兴趣的研究在古代中国不占主流。无论从国家支持、社会风尚还是个人兴趣哪个方面来讲，在古代中国是有科学发现的土壤，但在土壤中努力生长的动力不足。而这种动力的不足，在近代中国人看到坚船利炮的实用威力后，痛定思痛思考先进技术背后的科学规律时，才又不得不重视功利技术背后超功利的科学精神。正是实用理性传统，使得近代中国在强大外力压迫下，精英阶层对科学的态度由“我朝人才辈出，推步精详，不差累黍……中国于洋船洋炮均能仿造，更无庸远赴弗兰西学习”[24]，转化为“欧洲所以强者，为其开智学而穷物理也”[25]。
其三，依赖直观经验而缺乏基本认知的概念化。实用主义的理念带来了古代中国人务实、尚用的价值传统，我们所看重的主要是那些看得见、摸得着，能尽快带来实际利益的物件。这种传统决定了古代中国的技术比科学发达，能工巧匠比科学家多，而科学家们只是想从科学研究中找到对道德哲学和修齐治平的理想归宿，研究自然这类所谓低下的工作交给了工匠，缺少对自然界直接持续的关注。即便是科学家们热心知识的探索，这种探索也多局限于具体事物的描摹上，依靠直观感受和经验体会的记录，而没有兴趣去研究那些看不见、摸不着的知识、规律及真理。另外，传统的思维结构强调通过直觉类比来进行，思维流程上表现出跨度极大的跳跃，依靠直觉直接把握事物的本质，而没有逻辑推理的过程。无论是思维动力，还是思维程式，古代中国的科学家大多停留于事实与经验的描述，而没有兴趣也没有能力将这些基本事实抽象化、概念化上升为普遍的知识和规律，也就无法形成系统的科学知识和缜密的科学系统。《徐霞客游记》记录了诗人游历各地的见闻和山川地貌，也有廓清认知迷雾、还原具体事件原因的探索，既有趣味性，也有知识性，但缺少了厚重感和真理性，其实也就少了打动人心的深沉力量。
其四，重视事物的辩证转化而忽视数量化、精确化。李约瑟认为，在古代中国人的观念中，事物之间的关系或许比实体更为本质、更为重要[26]。传统文化思想注重的是辩证逻辑，任何事物都有两个方面且相互转化，这种变化是常态，不变只是暂时的。既然事物时刻处在变化的状态中，无法进行定性尤其是定量的分析，只能采取直观的、经验累积的方式，也就无法对事物个体进行精确的分析，所以中国的哲学观念和科学观是整体性的，忽略了局部和细节。而西方主客两分之后，自然独立于人类而存在，同时采取归纳、抽象及数学化的方法，从孤立、静态的角度把客体从众多的联系中相对独立出来，再进行定量化的分析以做到认识的精准，这样就产生了经典力学定律等一系列现代科学知识。而中国传统的辩证观念，只能宏观、模糊地把握整个世界的面貌，这种把握可能是接近真理的，但是不可能产生系统的科学知识和理论体系。所以，我们看到诗歌中模糊整体性的感受较多，以主观感受状客观之态，“山石荦确行径微，黄昏到寺蝙蝠飞。升堂坐阶新雨足，芭蕉叶大支子肥”（韩愈《山石》）便是以点缀的景物来渲染山间的氛围。
科学技术作为中国古代文化的重要组成部分，在漫长的历史中与文学产生了积极但有限的互动。同时，科学观念与文学观念都植根于中国古代的文化传统，具有区别于西方民族的思维结构和行为方式，既得益于传统的包容性和有机性得到发展，也受制于传统的封闭性与局限性而逐步没落，现代意义上的科学革命没有发生在中国。这即著名的李约瑟难题，李约瑟本人认为儒家为主的中国传统文化对科学的影响有两重性，一方面有助于科学发展，因为反对迷信；另一方面，又成了科学发展的阻力，因为关注的重心在于人与社会，只研究与人有关的“事”而刻意忽略与人无关的“物”的研究[27]。由于传统文化的自然选择，科学知识和技术文化只可能是主流文化之外的潜流和补充，许多科学的元素保留在文学、文化的深处，保留在庙堂之外的民间。只有当传统的社会结构出现松动而具有可溶性、统治阶级和知识精英的意识观念发生改变，当这些科学革命或者说思想转型的土壤成熟时，那些潜伏在传统文化中的科学元素就会逐步进入主流话语体系，由朴素的古代技术转型为缜密的现代科学，从而打碎传统的文化结构，影响包括文学在内的哲学、历史、道德等多个社会领域。