简要介绍下中国传统天文数学发展与没落

在中国古代灿烂的文明中，传统科学及传统科学思想有着相当重要的地位。如果和其他几个文明相比，中国的传统科学在很长一段时间里是领先于世界的。据《尚书·尧典》中记载了可能是世界上最早的政府组织的科学活动，当时的政府首脑帝尧曾组织了一批天文官员到东南西北四个地方去观测天象，以编制历法，预报季节。 　　　　　　　　 　　　　我国最早的科学家应该是神农、伏羲、嫘祖、祝融等神话人物，他们可谓是中华文明最早的自然学家。实际上我国传统科学中以天文和数学最为引人注目，因为基本上研究他们的科学家大都是些有名气或是做了官的读书人，这主要归功于各王朝对天文历法的重视(其实就是皇帝对老天的畏惧及对自己正统性在法理上的巩固）。 　　　　　　　　 　　　　一些基础学科在中国出现较早，在殷墟出土的甲骨文中有一些是记录数字的文字，包括从一至十，以及百、千、万，最大的数字为三万；司马迁的史记提到大禹治水使用了规、矩、准、绳等作图和测量工具，而且知道“勾三股四弦五”；《易经》还包含组合数学与二进制思想。2002年在湖南发掘的秦代古墓中，考古人员发现了距今大约2200多年的九九乘法表，与现代小学生使用的乘法口诀“小九九”十分相似。 　　　　　　　　 　　　　我有个不太成熟的观点就是明朝以后中国的传统科学就已经没有发展前途了，因为传统数学的发展在明清大为滞后，即使有徐光启和明安图这样的数学家。明末的西学东渐倒是给中国传统科学一次机会但因战乱夭折。说实话明清的科学成就如果没有西学东渐的话，单靠本土的话是不行的，宋元时期是中国传统数学的黄金时期，而数学则是现代科学的基础，明清时期也就徐光启和明安图强些，但也都是在西学启发下才有所发展，实际上明清时期自由中医发展的不错。 　　　　　　　　 　　　　上篇文章有网友指出明朝传统科学还是有成就的，我仔细思考下，还是认为明朝是我国传统科学衰落期，因为14世纪中、后叶明王朝建立以后，统治者奉行以八股文为特征的科举制度，在国家科举考试中大幅度消减数学内容，于是自此中国古代数学便开始呈现全面衰退之势。 明代珠算开始普及于中国。1592年程大位编撰的《直指算法统宗》是一部集珠算理论之大成的著作。但是有人认为，珠算的普及是抑制建立在筹算基础之上的中国古代数学进一步发展的主要原因之一。 　　　　 　　　　我们看看古代中国数学教育，就知道明清两朝传统科学没落原因！明清之前各朝都有教授算学的课程，而科举考试及太学、国子监等学校都有专门的算学考试。 　　　　 　　　　早在南北朝时期北魏首先设立尚书算生、诸寺算生，专门培养算学方面的人才。隋朝在国子寺设立算学，置博士2人、助教2人，收学生80人，进行数学教育。唐朝在显庆元年(公元656年)在国子监设算学馆，招收八品以下官员与庶人之子30人为生。到显庆三年(公元658年)，又取消算学馆，把博士以下人员并入太史局。到龙朔二年(公元662年)又重设算学，把学生数减为10人。与此同时，在科举中设立明算科，考试内容主要从十部算经中选题，考试合格者可分配从九品以下的官职。但到晚唐时期就中止了。 　　　　 　　　　到了宋金元时期，尽管算学还是未能进入主流，但是各个书院及太学国子监还是将算学列入课程，中国古代数学以宋、元数学为最高境界。在世界范围内宋、元数学也几乎是与阿拉伯数学一道居于领先集团的。 　　　　　　　　 　　　　反倒是明清时期，八股取士在科举中大量撤销了算学，以及珠算的普及代替了筹算，明代最大的成就是珠算的普及，出现了许多珠算读本，及至程大位的《直指算法统宗》(1592)问世，珠算理论已成系统，标志着从筹算到珠算转变的完成。但由于珠算流行，筹算几乎绝迹，建立在筹算基础上的古代数学也逐渐失传，数学出现长期滞。使得自唐以来一直保持的领先于世界数学的中国传统算学受到抑制。后世唯一出彩的就是明梅文鼎和清明安图这两个数学大家。 　　　　　　　　 　　　　明末和清末都出现了一股西学东渐的潮流，明末以徐光启为代表，清末则以李善兰等为代表。（自16世纪末开始，来华的西方传教士便将西方一些数学知识传入中国。数学家徐光启向意大利传教士利马窦学习西方数学知识，而且他们还合译了《几何原本》的前6卷（1607年完成）。徐光启应用西方的逻辑推理方法论证了中国的勾股测望术，因此而撰写了《测量异同》和《勾股义》两篇著作。邓玉函编译的《大测》﹝2卷﹞、《割圆八线表》﹝6卷﹞和罗雅谷的《测量全义》﹝10卷﹞是介绍西方三角学的著作。资料） 　　　　　　　　 　　　　但是传统数学在明清时期衰落倒是无可争议的事实，尽管出现了《算学宝鉴》这样数学著作，并且此书首次使用了导数，这比牛顿还要早。王文素，字尚彬，山西汾州人。成化年间(1465—1487)随父林至河北的饶阳经商。自幼涉猎书、史、诸子百家，尤长算法。但是此书成后并未被主流社会认可，比起宋元时期社会对算学家的待遇可差的远了。另外此书继承了李冶、朱世杰的天元术理论，并发展出导数的雏形，再进一步就可窥的微积分的门庭。但是此书成于嘉靖三年（1524），可是到了明末，徐光启等学者竟无人引用此书，要知此时该书还是领先于世界的。此书的成果却无人继承，一直因为作者是个商人而被束之高阁，而无人继承该书的思想，我国的传统数学知汉朝以来一路传承直至明清，直到此书遂成绝响，此书之后，中华传统数学算是告一段落。 　　　　　　　　 　　　　明朝其他学科倒是发展不错，象中医《瘟疫论》，兵工方面《兵錄》、《神器譜》、《武備志》、《西法神機》、《火攻摯要》、《籌海圖編》、《軍器圖說》、《火龍神器陣法》等都是很先进的。 　　　　　　　　 　　　　除此之外一大批百科全书类著作记录了中国传统自然科学的成就，例如《天工开物》等都是此中翘楚》。 　　　　　　　　 　　　　清朝就不用细数了，大家都知道，网上有的是这样的资料，清朝文字狱是中国传统科学最后的刽子手，扼杀了中华文明通向现代文明萌芽，可恶至极。 　　　　　　　　 　　　　不过明朝在在基础理论上有两个特例，朱载堉著书20余部，但当在71岁时将自已多年的研究成果献给朝廷时，却被束之高阁，未受到重视。朱载堉一生著书20余部，《乐律全书》则是他最有影响的一部，发明了“十二平均律”（即“新法密律”），解决了历来未能解决的旋宫转调问题，是律学上的重大突破，直到一百多年后，德国音乐家威尔克迈斯特才提出同样的理论。他创造了用于校正律管（即用于定律的标准器）管口的方法——“异径管律”，十九世纪末，一位叫马容的欧洲音光家对朱载堉设计的异径管律进行测试后也惊汉不已：“中国乐律比我们更进步了，我们在这方面都还没讲到......”。 　　　　　　 　　　　《算学宝鉴》全称《新集通证古今算学宝鉴》，王文素著，完成于明嘉靖三年(1524年)。全书分12本(由子至亥)42卷，近50万字。《算学宝鉴》研究了一元高次方程的数值解法，内容详实可贵,这充分说明一元高次方程数值解法及天元术、四元术在明朝并未完全失传。王文素在解法中所用名词术语、演算程序，基本上与宋元数学一致，并有所发展和创新。 　　　　　　　　 　　　　王文素解高次方程的方法较英国的霍纳Hirner、意大利的鲁非尼Ruffini早200多年。在解代数方程上，他走在牛顿I.New ton、拉夫森J.Raphson的前面140多年。对于17世纪微积分创立时期出现的导数，王文素在16世纪已率先发现并使用。《算学宝鉴》中的“开方本源图”独具中国古代数学传统特色，国外类似的图首见于法国数学家斯蒂非尔M.Stifel 1544年著的《整数算术》一书，较《算学宝鉴》迟20年且不够完备。 　　　　　　 　　　　但是以上的例子都是属于孤例，王文素后的徐光启等人面对西方数学时，提都没有提过王文素，还有朱载堉他的理论在当时世界上都是最先进的，但是无人继承，就是明末那些大家都没有提过，这些仁的理论承前却未能启后，可以这样说，至这二位死后中国的传统数学理论建设算是中断了。而且理论与实践必须相辅相成，明末就是，徐光启等有理论，但就是不会技术！ 　　 　　 　　中国各代天文数学的顶尖人物： 　　 　　一、两汉的张衡 　　　　张衡 　　　　张衡，天文学家，机械专家，文学家，政治家。 　　　　字平子，章帝建初三年(公元78年)，诞生于南阳郡西鄂县石桥镇一个破落的官僚家庭(今河南省南阳市城北五十里石桥镇)。祖父张堪是地方官吏，曾任蜀郡太守和渔阳太守。 　　　　他早年以文学见长，后在家研习扬雄《太玄经》，后又进京为太史令，太史令是主持观测天象、编订历法、候望气象、调理钟律(计量和音律)等事务的官员。在此期间学习天文、历算，在前人研究的基础上，发明了世界上最早的水力转动的浑天仪和测定地震的候风地动仪。 　　　　在天文学理论方面， 汉朝时，关于天体运动和宇宙结构的学说已经出现了三种：盖天说、浑天说和宣夜说。盖天说又称天圆地方说，认为天是圆的，像一把张开的伞，地是方的象一个棋盘；浑天说认为天地的形状像一个鸡蛋，天与地的关系就像蛋壳包着蛋黄；宣夜说认为天没有一定的形质，日、月、五星(金、木、水、火、土五大行星)等都飘浮在气体中。 　　　　张衡是当时“浑天派”的主要代表人物。他依据当时的天文学知识，肯定了宇宙的物质性和无限性把中国古代自然科学和哲学推向了一个新的高度。 　　　　张衡一生所著的天文学著作，以《灵宪》最为著名。这是一部阐述天地日月星辰生成和它们的运动的天文理论著作，代表了张衡研究天文的成果。它总结了当时的天文知识，虽然其中也有一些错误，但还是提出了不少先进的科学思想和独到见解。 例如张衡在《灵宪》中指出月亮本身并不发光，月光是反射的太阳光。他说“夫日譬犹水，火则外光，水则含景。故月光生于日之所照，魄生于日之所蔽；当日则光盈，就日则光尽也” 　　二、南北朝祖冲之 　　　　 　　学科：数学家 天文学家 　　　　 　　发明创造：圆周率之父 　　　　 　　祖冲之（429年—500年），字文远，南北朝时期著名数学家、天文学家。 　　　　 　　祖冲之祖籍范阳郡遒县（今河北涞水），祖冲之从就学习天文、数学知识。 　　 　　祖冲之在数学上的杰出成就，是关于圆周率的计算。秦汉以前，人们以"径一周三"做为圆周率，这就是"古率"。后来发现古率误差太大，圆周率应是"圆径一而周三有余"，不过究竟余多少，意见不一。直到三国时期，刘徽提出了计算圆周率的科学方法--"割圆术"，用圆内接正多边形的周长来逼近圆周长。刘徽计算到圆内接96边形，求得π=3.14，并指出，内接正多边形的边数越多，所求得的π值越精确。祖冲之在前人成就的基础上，经过刻苦钻研，反复演算，求出π在3.1415926与3.1415927之间。并得出了π分数形式的近似值，取为约率 ，取为密率，其中取六位小数是3.141929，它是分子分母在1000以内最接近π值的分数。祖冲之究竟用什么方法得出这一结果，现在无从考查。若设想他按刘徽的"割圆术"方法去求的话，就要计算到圆内接16，384边形，这需要化费多少时间和付出多么巨大的劳动啊！由此可见他在治学上的顽强毅力和聪敏才智是令人钦佩的。祖冲之计算得出的密率，外国数学家获得同样结果，已是一千多年以后的事了。为了纪念祖冲之的杰出贡献，有些外国数学史家建议把π=叫做"祖率"。 　　 　　祖冲之在天文历法方面的成就，大都包含在他所编制的《大明历》及为《大明历》所写的《驳议》中。 　　　　 　　在祖冲之之前，人们使用的历法是天文学家何承天编制的《元嘉历》。祖冲之经过多年的观测和推算，发现《元嘉历》存在很大的差误。于是祖冲之着手制定新的历法，宋孝武帝大明六年（公元462年）他编制成了《大明历》。大明历在祖冲之生前始终没能采用，直到梁武帝天监九年（公元510年）才正式颁布施行。（百度资料） 　　 　　【郦道元 (理论上稍差，但是作为历史上的第一个地理学家还是写上） 　　　　郦道元（约466—527），生活于南北朝北魏时期，出生在河北省涿县一个官宦世家，少年时代就喜爱游览。后来他做了官，就到各地游历，每到一地除参观名胜古迹外，还用心勘察水流地势，了解沿岸地理、地貌、土壤、气候，人民的生产生活，地域的变迁等。他发现古代的地理书——《水经》，虽然对大小河流的来龙去脉缺乏准确记载，但由于时代更替，城邑兴衰，有些河流改道，名称也变了，但书上却未加以补充和说明。郦道元于是亲自给《水经》作注。 　　　　 　　　　为了写《水经注》，他阅读有关书籍达400多种，查阅了所有地图，研究了大量文物资料，还亲自到实地考察，核实书上的记载。《水经》原来记载的大小河流有137条，1万多字，经过郦道元注释以后，大小河流增加到1252条，共30多万字，比原著增加20倍。书中记述了各条河流的发源与流向，各流域的自然地理和经济地理状况，以及火山、温泉、水利工程等。这部书文字优美生动，也可以说是一部文学著作。由于《水经注》在中国科学文化发展史上的巨大价值，历代许多学者专门对它进行研究，形成一门“郦学”。 　　 　　　　秦汉至南北朝一些技术： 　　　　西汉《九章算术》有些内容是世界上最先进的。 　　　　在世界上最早发明了造纸术。 　　　　张衡的地动仪是世界上最早测定地震方位的仪器。 　　　　华佗在世界上最早采用全身麻醉方法。 　　　　祖冲之在世界上第一次把圆周率准确到小数点以后的七位数。 　　　　光源。早在公元250年，我国已经能制造可以改变和调节亮度的铜灯。 　　　　温度计。西汉所发明的天平式温度计，比欧洲的早1600多年。 　　　　陀螺仪。早在东汉时期，陀螺仪就用于航海，比欧洲的早1300多年。 　　　　钟表。为东汉的张衡所发明。】