▲ 明 《天工开物》宋应星著
《天工开物》是明朝宋应星编写的世界上第一部农业和手工业生产的综合性著作，其名是借用《尚书·皋陶谟》中的“天工人其代之”及《易·系辞》中的“开物成务”二词而成，主张自然界靠人工技巧开发有用之物。该书分为三卷，内容涵盖了古代中国农业生产不同部门的所有生产技术，书中附有作者自绘插图120多幅，生动体现了古代劳作的全景图卷，画面生动逼真、线条清晰、比例适当、有立体感，直观反映了古代各类器物的形状、结构及其原理，以及各种工艺的生产工序与过程，具有极高的社会价值和艺术价值。
▲ 明 《天工开物》内页
贵五谷而贱金玉之义
什么是“天工开物”？ “天工”中的“工”与“功”通，“天工”亦作“天功”，“天工”即客观的自然界，“开物成务”，作者说是“盖人巧造成异物也”。“天工开物”承认自然界和自然现象的客观存在，承认有不依人的意志为转移的自然规律的存在及其作用，闪烁着朴素的辩证唯物主义的自然观。
▲ 明 《天工开物》内页
与《尚书》中所写的“天工人其代之”相反，在宋应星看来，“天工人不可代”。人不能从外界干涉或者代替自然界的行为，只能顺应自然界的固有规律，使天工与人工相协调、使自然力与人力相协调。然而，他又认为在天工面前人并不是无能为力，只要将二者的关系处理得当，就像用“沉铅钩银法”从不纯的银中提炼纯银等技术过程那样，甚至可以达到“人间巧艺夺天工”之妙，这就是他提出的“天工人工互补”说。“开物”则是根据人类生存的利益将自然界所包藏的各种物由人类加工出来。《天工开物》强调，在人类与自然界良性协调的过程中，技术则成为人与自然界进行沟通的桥梁。
▲ 明 《天工开物》插图
《天工开物》初刊于1637年（明朝崇祯十年），全书按“贵五谷而贱金玉之义”，分为《乃粒》（谷物）、《乃服》（纺织）、《彰施》（染色）、《粹精》（谷物加工）、《作咸》（制盐）、《甘嗜》（食糖）、《膏液》（食油）、《陶埏》（陶瓷）、《冶铸》、《舟车》、《锤锻》、《播石》（煤石烧制）、《杀青》（造纸）、《五金》、《佳兵》（兵器）、《丹青》（矿物颜料）、《曲蘖》（酒曲）和《珠玉》，全书分为上、中、下三卷，又细分为18卷。
上卷记载了谷物豆麻的栽培和加工方法，蚕丝棉苎的纺织和染色技术，以及制盐、制糖工艺。中卷内容包括砖瓦、陶瓷的制作，车船的建造，金属的铸锻，煤炭、石灰、硫黄、白矾的开采和烧制，以及榨油、造纸方法等。下卷记述金属矿物的开采和冶炼，兵器的制造，颜料、酒曲的生产，以及珠玉的采集加工等。全书还绘制了一百二十三幅插图，注明工艺关键，具体描述生产中各种实际数据（如重量准确到钱，长度准确到寸）。
▲ 明 《天工开物》插图
宋应星--中国的阿格里科拉和中国的狄德罗
宋应星 （1587年—约1666年）,字长庚，江西奉新人，生于名宦世家、自幼聪明好学，明万历乙卯年（1615年）中江西第三名举人，历任江西分宜县教谕，福建汀洲府推官、南直隶毫洲知州。宋应星才高学富，沉潜实学，著述宏富。迄今有《天工开物》、《论气》、《野议》、《谈天》、《思怜诗》等著作流传于世，尤其是《天工开物》这部叙述农业、手工业发展的著作，是科学界公认的世界第一部有关于农业和手工业生产的技术典籍，被誉为“中国17世纪工艺百科全书”，宋应星也由此成为一位具有世界声誉的科学家，被称为“中国的狄德罗”和“中国的阿格里科拉”。
▲ 明 《天工开物》插图
《天工开物》作为中国古代科学技术的百科全书，先后被译成日、英、法、德、意、俄等文本，传遍世界，在国际上产生深远影响。公元16-17世纪，由于生产力水平的提高，社会分工的扩大和国内外市场的开拓，中国社会商品经济有了很大的发展，资本主义萌芽也开始出现。这个时代不仅兴起了启蒙社会思潮，还兴起了启蒙科学思潮，涌现出了李时珍、徐光启、宋应星等一批杰出人物，他们在医药、农业、手工业及地理研究等方面作出了重大贡献。《天工开物》就是其中的杰出代表。
土脉历时代而异，种性随水土而分
宋应星是世界上第一个科学的论述锌和铜锌合金（黄铜）的科学家。在“五金”卷中，他明确指出，锌是一种新金属，并且首次记载了它的冶炼方法。这是我国古代金属冶炼史上的重要成就之一，中国在很长一段时间里是世界上唯一能大规模炼锌的国家。宋应星记载的用金属锌代替锌化合物（炉甘石）炼制黄铜的方法，是人类历史上用铜和锌两种金属直接熔融而得黄铜的最早记录。《天工开物》中还体现了诸多物理知识，如在提水工具（筒车、水滩、风车）、船舵、灌钢、泥型铸釜、失蜡铸造、排除煤矿瓦斯方法、盐井中的吸卤器（唧筒）、熔融、提取法等中有许多力学、热学等物理知识。
▲ 明 《天工开物》插图
在生物学方面，《天工开物》记录了农民培育水稻、大麦新品种的事例，研究了土壤、气候、栽培方法对作物品种变化的影响，又注意到不同品种蚕蛾杂交引起变异的情况，说明通过人为的努力，可以改变动植物的品种特性，得出“土脉历时代而异，种性随水土而分”的科学见解。这是世界上关于物种变异的最早科学论断。这一点为达尔文所反复引证：“在一部中国百科全书中，已有关于物竞天择原理的明确记述”（《物种起源》）宋应星以蚕茧为例，系统地阐述了他的生物进化思想，引起了包括卡尔·林耐（1707-1778）在内的西方生物学家的强烈共鸣。他还将该理论用于实际，提出将有两种不同优势的品种杂交，然后在其后代中选育同时拥有两种基因优势的品种。这已经是遗传学说的先导。
▲ 明 《天工开物》插图
宋应星在声学领域的研究亦走在世界前列，并最早提出了声波的概念。宋应星在《论气》的《气声篇》中专门讨论自然科学中的声学问题，其中包括影响声调的各种条件、声速、声音的传播媒介和决定声强的因素等问题。他还指出传播声音的介质是空气，声的传播方式，就像以石击水所成的水波那样扩散，以波的形式在空气中传播。可见他已有了关于声波的初步理论概念。他的这些思想为此后声学理论发展指出了正确方向。当时，欧洲关于声的传播媒介到底是空气，还是以太微粒或物质微粒，还在争论不休。1649年，德国学者O·盖利克以抽气机作传声试验后，才证明声的传播介质是空气。
▲ 明 《天工开物》插图
宋应星还是世界上最早论述“质量守恒”原理的科学家。他在讨论土石五金的“生化之理”时，从中引出了物质在变化前后“未尝增”与“未尝减”的物质守恒思想。在这130多年后，一个叫拉瓦锡的法国人才最终确立这一原理。宋应星还进一步指出动物体内所含物质成分与植物所含的是同类，而植物是摄取土中无生命养料与水而生长的，从而论证了有机界与无机界之间在物质构成上的统一性。
▲ 明 《天工开物》插图
宋应星的“穷究试验”的科学精神，是科学研究者的楷模。宋应星一生讲求实学，曾嘲笑对谷物无知的“著书圣贤”，批评尽管通晓《易》理，却对使其赖以生活的衣食如何而来的开物之学一窍不通。
为方万里中，何事何物不可见见闻闻
宋应星于公元1615年（万历四十三年）考中举人，但以后多次进京会试均告失败。他终于下决心放弃科举以求功名的思想，转向实学，钻研与国计民生有切实关系的实用科学技术。多次跋涉，见闻大增，他说：“为方万里中，何事何物不可见见闻闻”。他在田间、作坊调查到许多生产知识，并且在《梦溪笔谈》的影响下，他鄙弃那些“知其味而忘其源”的纨绔子弟与经士之家，嘲笑对谷物无知的“著书圣贤”，批评圣人尽管通晓《易》理，却对使其赖以生活的衣食如何而来的开物之学一窍不通。他在《天工开物》序中写道：“伤哉贫也！欲购奇考证，而乏洛下之资；欲招致同人商略赝真，而缺陈思之馆。”（想加以验证而无钱，想同人们讨论真伪而无场馆），只得“炊灯具草”，日夜写书，但“丐大业文人弃掷案头，此书与功名进取毫不相关也。”
▲ 明 《天工开物》插图
在《天工开物》撰写过程中，宋应星十分重视调查、试验，虚心向农夫、工匠请教，对一些关键技术和操作要点每每亲自实践体会。例如他叙述锄具锻造技术的时候说，锻成后要“熔化为生铁淋口”,再入水淬火，并指出锄头每重一斤，“淋生铁三钱为率。少则不坚，多则过刚而折。”讲到制作锉具的时候说，錾出纹理后，烧红，必待微冷后再淬火，这是这项工艺的关键，可以防止工件变形和开裂。像这些精湛的技术，只有熟练的工匠才能掌握，也只有深入作坊工匠之中、经过细心观察与研究，才能详细地了解，并做出具体、精确的记述。宋应星还特别注重用数据说明问题。他对金、铜、银比重的描绘和对黄金成色的测定、对油料出油率的统计以及对生产各种产品所需要的时间、人力、产量，对生产器具的规格、尺寸、效率，对产品长、宽、高、深、重量、容积、比率等技术指标所做精确记述，无一不是运用数量、比重等数学、物理方法亲自“穷究试验”的结果。
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