中国古代的方士们自从海上寻仙求不死药的活动失败以后，便决心自己动手炼制那种奇物。但是天地极大，万物众多，又从何下手？哪些物质经过加工，可以服食，还竟能使人“神仙度世，与天地相毕”呢？这就要靠方士们的一番神妙的想象了。在他们看来，根据经验，人若气绝神散就要丧命，血尽躯朽就要身亡，因此为求灵魂永驻，生命不竭，那就要内充神气，外捍筋骨。于是他们设想，一方面要修身养气：“行气导引”，以使身神不离舍，“惜精守气”，以使“华盖明，耳目聪，举身无病，邪气不侵”，这就是中国养生术中的所谓“守一胎息”；另一方面就得要服食某些能捍筋健骨而使肌体免于衰老、伤残的药物，于是那些千年不朽、百炼不消的矿物与金属便被方士们看中了。其首位的是黄金，东汉时期的一位炼丹术大师魏伯阳就说过：“金入于猛火，色不夺精光。自开辟以来，日月不亏明，金不失其重。……金性不败朽，故为万物宝，术士服食之，寿命得长久。”东晋时的葛洪说：“黄金入火，百炼不消，埋之毕天不朽”，所以吃了可以“炼人身体，令人不老不死”。再者，在中国方士们看来，人若能步入长生不死的境界，也就是仙人了，而对于仙人，方士们更有一番憧憬：他们能“与天地相毕，与日月同光；坐见万里，役使鬼神；举家升虚，无翼而飞，乘云驾龙，上下太清，漏刻之间，周游八极”。总之，最大的特点是可以羽化飞腾，遨游太空。所以，在中国古代总是把长生不死和羽化飞升联系在一起。因此，那些见火易飞、去质轻化的(用现在的科学语言说，就是容易升华的)物质，在方士们看来就是一种灵异的东西，吃了或许可以感染上灵气，换骨轻身，进而乘云御龙，遨游宇宙。因此，丹砂(红色硫化汞)、水银也就成为他们心目中的另一类灵丹妙药了。因为“丹砂烧之成水银，积变又还成丹砂”，它“细理红润，积转愈久，变化愈妙，能飞能粉，能精能雪，能拒火，能化水，销之可以不耗，埋之可以不坏”，真是灵异奇秘，所以魏伯阳说：丹砂进入五脏六腑，“雾散若风云，薰蒸达四肢”，所以吃了可以“泥丸溢充，丹田丰隆，三神并悦，乘云如梦”。
中国的方士把人工修炼的“黄金制剂”称为金液，把经过几度转炼的丹砂称为神丹，两者合称为金丹，认为它们是最神圣的仙丹大药，“凡欲长生，而不得神丹金液徒自苦耳”。他们对医药学家普遍采用草木药很不以为然。葛洪就说过：“世人不合神丹，反信草木之药。草木之药埋之即腐，煮之即烂，烧之即焦，不能自生，焉能生人乎？”所以他们把自己的长生术理论归结为“藉外物以自坚固”。也就是说，他们天真地把金石草木的坚实与柔脆和人身体质的健壮与虚弱、生命的长寿与短促这两种本质根本不同的事物等同了起来，而异想天开地妄图把金丹的抗蚀性与升华性机械地移植到人的躯体中去。
但是方士们并不主张服食天然的黄金和开采出来而未经升炼过的丹砂。因为初时确有人服食过真黄金，然而却丧了命。所以方士们又编出一套“理论”，说黄金在山石中千万年间是由于积蓄了太阳的精气而生成的，所以性质大热，因此有大毒，人吃了就会销烧人的骨髓，以致焦缩而死。于是他们便主张设法用矿物药为原料，在丹鼎中修炼出黄金的精华，制造出人工的黄金(称为药金)。至于天然的丹砂矿物，他们认为其中那些不能飞升的渣滓，对人有害无益，所以最好是人工制作，再经几转几返的修炼，才能成为神丹。于是，这就掀起了变炼活动，丹房就成了原始的化学实验室。当然，金液、神丹之外，在中国炼丹术中还有另外一些丹药，但大部分是多种矿物的混合升华物，主要成分不外乎颜色鲜红、很像丹砂的铅丹(Pb3O4)和汞粉(HgO)，色泽金黄的雌黄、雄黄(As2S3和As2S2)以及黄丹(PbO)、砒霜、氯化汞等。方士们所用的矿物原料品种很多，有所谓“五金八石”，铜、铅、锡、铁以及丹砂、雄雌黄、曾青、矾石、慈石、石胆、礜石、硫磺、硇〔nao挠〕砂、白盐、消石等等都是他们常用来变炼的药物。
当中国的方士们决定走炼丹的途径以求长生后不久，他们就开始对修炼金液、神丹的技艺寻求理论指导，即金石矿物通过怎样的配伍原则可以产生出这种神奇物质。很快，他们便逐步把我国自西周以来已流行起来的阴阳学说运用到了具体的炼丹术上，也可以说就作为他们认识一切化学过程、化学变化的理论基础。当然，这种理论指导也有一个发展过程。开始时还相当抽象，只是个一般化的原则。几百年后则具体化、条理化了。东汉时著名方士魏伯阳写了一部炼丹术的纯理论性著作《周易参同契》，运用《周易》的阴阳学理来阐述炼丹术，这部书中有大量“日月”、“男女”之说，都是以比喻手法来阐明炼丹的基础就是阴阳两情交媾，当交感合乎常规，金丹修炼就会成功；而“乾坤(即阳阴)者，《易》之门户，众卦之父母”，故炼制金丹与《易》虽异途而理则归一。例如他说：“乾刚坤柔，配合相包，阳禀阴受，雄雌相须，须以造化，精气乃舒。观夫雌雄交媾之时，刚柔相结而不可解，得其节符，非有工巧，以制御之。”又说：“男女相须，含吐以滋；雄雌交杂，以类相求。”这都是强调阴阳二要素之配化乃炼丹术原理之大要。他犹恐世人不明此理，于是又进一步做了有趣的比喻：“牝鸡自卵，其雏不全”；“雄不独处，雌不孤居。玄武龟蛇，盘虬〔qiu求〕相扶，以明牝牡，毕竟相胥。假使二女共室，颜色甚姝，令苏秦通言，张仪为媒，发辨利舌，奋舒美辞，推心调谐，使为夫妻，弊发腐齿，终不相知。”可谓千叮万嘱，炼丹之举绝不可违阴阳相匹的原则。但是在炼丹过程中究竟如何具体地运用这个原则，他却没有讲出来，或一时还讲不出来。大约到了唐代，炼丹家们对那些矿物原料的化学性质，对看到的那些化学变化进行了归纳总结，并对这些知识以阴阳学理来统率。于是他们把各种矿物药分为阳药和阴药两大类，认为理解和运用阳药与阴药间的两性交媾、消长变化、彼此共济和相互制约是掌握炼丹原理的关键。他们说，炼制神丹大药就是“取阴阳之精，法天地造化之功，水火相济，自无入有，以成其形”，经过这一过程，阴阳相制，于是“阳魂死而阴魄亡，乃夫妇之合情，阴阳之顺气”，修炼便告成功，大丹便孕育而出。若违反这个原则，那么“孤阴不育，寡阳不生”，必然导致失败。至于哪类药物属阳性，哪类药物属阴性？固然中国的方士们始终未能提出一个明晰的定义，但有一些基本见解可以作为通则。他们通常是把容易燃烧、颜色赤黄、见火易飞(升华)的矿物，隶归阳性。例如黄金是“积太阳之气薰蒸而成，日之精也”；硫磺见火起焰，是“火石之精气”；丹砂色泽鲜红是因生于“炎方”(南方)，“禀离火之气”；雄黄生于“向阳之山”，在火上一经加热，便飞飏升腾；曾青〔蓝铜矿，Cu3CO3(OH)2〕颜色青绿，在五行中属于东方木，所以它们都属于阳性。而那些好伏不动，志性沉滞，形质顽狠，不能燃烧或形成于阴山水旁的，则隶归阴性，例如黑铅，形色晦暗，五行中属于北方水；汞色白，其状如水似银；硝石(KNO3或Na2SO4·10H2O)生成于湖边水旁或阴湿角落，被认为是深秋时节从“积寒凝霜之土地而生”；硇砂(NH4Cl)、矾石[KAl3(SO4)2(OH)6]生于阴山，白色结晶，被认为是“积冰凝之，结水变成”，所以这些药物都属于阴性，功能是可以制伏极阳的金石。例如唐代的一位炼丹家张九垓在其《金石灵砂论》中说：“一阴一阳曰道。圣人法阴阳，夺造化，故阳药有七，金二石五，黄金、白银、雄雌黄、砒黄、曾青、石硫黄，皆属阳药也；阴药有七，金三石四，水银、黑铅、硝石、朴消，皆属阴药也。阴阳之药各禀其性而服之，所以有度世之期、不死之理也。”固然，这种说法和这样的物质分类法用现在的眼光来考察并不很科学，但确曾指导着古代的方士炼制到不少重要的化合物。例如他们用水银和硫磺合炼出了红色硫化汞；用丹砂与明矾、消石升炼出了氧化汞；用丹砂与矾、盐合炼出了氯化亚汞；用雄黄和硝石升炼出了砒霜；用金属锡与雄黄升炼出了二硫化锡(金黄色彩色金)等等。所以阴阳学说在中国丹药化学上是起过积极作用的。
那么天然的金石矿物为什么在丹鼎中可以被修炼成神丹，品质低贱的铅锡铜铁为什么可以点化成金银？古代的方士们怎么会相信这种尝试会获得成功？为何会产生出这样的信念？当然，神仙思想是一个根源，但不是主要的。更重要的是在他们关于金石物质在自然界中发生演变的认识中，还流行着一种见解：天然金石物质随着时间的推移，会自然地朝着自我完善的方向转变。可以称之为“自然进化论”。炼丹家们并认为某些物质在自然界中可以逐步完成向黄金，甚至向长生不死神丹的转化。不过，所需时间是极为漫长的。这种议论很多，既相当古老，又延续久远。例如有这样一些说法：
“雌黄千年化为雄黄，雄黄千年化为黄金。”
“真液与离宫(南方)之气千余年结为水银，又一千年结为朱砂，如松脂入地千年化为琥珀之类也。”
“有丹砂处皆有铅及银(水银)，右雄左雌。抱持日月阴阳气，四千三百二十年乃气足，而成上仙天人还丹(即长生大药神丹)。”
我国古代方士们在这种思维过程中产生了一个非常革命的思想，就是人为地创造一种环境，使这种自然进化的速度加快。在他们看来，金属冶炼就是这种可能性的有力凭证。于是他们相信，把金石药物放在丹鼎中，靠着阴阳的配媾，仿照天地造化的原理，辅之以水火相济的促进，便可以极大地加快进化的日程，那么人工修炼神丹，变炼铜铅为黄金、白银都可以在短时间内完成。基于这种想法，他们认为丹鼎就是一个缩小的小宇宙，在这个“小宇宙”中由于有水火相济，时光进行得很快，药物在其中一日可相当在外界俗世过了许多年。例如唐代丹经《丹论诀旨心鉴》就说：丹砂皆生南方，向日相近，感气积年而生也，4320年气足乃成自然还丹。而今有仙人秘教，只要火候依节符，炭数斤两应爻卦，乾坤施行运转逐日，火候自然相邀，则一时辰可当一年，而一年12月，一月30日，一日12时(时辰)。一年360日，故在丹鼎中孕育一年，便可当自然中4320年矣。因此今下界神仙修炼铅汞，阴阳交感，变通灵化，一年神丹赫然炼成，服之亦可长生羽化，与天地同功。所以宋人程了一的《丹房奥论》就说：“一鼎可藏龙与虎(指汞与铅)，方知宇宙在其中。”可见古代的炼丹家很有一股志气，决心要巧夺天工。所以他们对丹鼎、坛炉和炼丹火候几乎都是模拟他们理解的大宇宙来设计和掌握。在这项认识和实践中，固然确有不少神秘主义甚至迷信的色彩，但他们相信在丹鼎中能够仿造出自然界中存在的，而且更加完善的物质，这种想法无疑是正确的，已在现代化学实验室中被千万次地证明了；而且通过“水火相济”也的确可以极大地加快化学变化的速度，更千真万确是科学的，所以我们对“金石自然进化论”的思想以及模拟宇宙，创造小宇宙的气魄和行为应给予高度评价，它是原始化学思想和活动的精华部分。
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