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TUhjnbcbe - 2022/2/28 13:58:00
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作者|我方作者张嵚

《朝文社》(原《我们爱历史》)为头条号签约群媒体

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历史提问

顶级数学家可以“恐怖”到什么程度?

答:在各类学科里,数学堪称“低调且强大”,而见证数学“强大程度”的,就是一代代“恐怖”的数学家们。而放在中国古代史上,也同样是强大的中国古代数学,撑起了古代中国文明“领跑世界”的地位,杰出的数学家更堪称群星灿烂。若论其中到达“恐怖”程度的数学家,则必须有下面几位。

首先一位,就是秦末汉初那位“靠身材走红”的数学强人——北平侯张苍。

作为“战国明星”张仪的后人,亦是大学问家荀子的高徒,曾做过秦朝御史的张苍,在秦末年间的“造反之路”,可谓凶险万状。他虽然很早就追随刘邦起兵,却一不留神犯了法,被扒光了押上刑场杀头。幸亏他那一身“肥白如瓢”的皮肉,叫刘邦的大将王陵看得啧啧称奇,毅然替他向刘邦求情,这才侥幸捡条命。这之后他屡立战功,成为西汉开国重臣。而他比“肥白如瓢”皮肉更惊艳历史的,却是他的数学才能。

由于数学才能卓越,张苍在西汉开国早期,就在丞相萧何门下担任计相,主管整个大汉朝的财*工作。汉朝立国早期的律令、历法,几乎都出自他手。尤其重要的一条是,由于秦末汉初的惨烈战乱,当年秦始皇“统一度量衡”的成果,几乎被摧毁殆尽。西汉开国早期,各地度、量、衡十分混乱,手工业生产毫无规范。是张苍重新测量出了各式器物的度量标准,从此“为天下做程品”,这才令汉代生产步入正轨,顺利休养生息。

以这个意义说,张苍是以自己强大的数学能力,亲手补上了秦末战乱留下的历史窟窿。

而寿数高达一百零四岁的张苍,留给中国历史的另一重要遗产,就是他和耿寿昌先后编纂完成的数学宝典《九章算术》。同样由于秦末战乱,先秦时代的各类数学典籍一度遗失殆尽。是张苍凭着他广博的数学知识,搜集整理先秦时代的数学遗稿,终于将这部数学经典著作初步编纂完成。

更为可贵的是,张苍编撰的《九章算术》,并非只是理论总结,更化繁为简,在《九章算术》里以计算为中心,列出了涉及方田、粟米、商功等各个生产生活领域的数学问题,并给出了九十多条解法公式。这不止漂亮搭起了中国传统算学的基本框架,更令看似深奥的中国古代数学,从此顺利转化为生产力。

我们只看看汉代一些考古细节,就能知道张苍的这一成就有多“恐怖”。代表汉代冶铁成就的古荥镇冶铁遗址里,那些威武的汉代冶铁高炉,其倾斜外墙与水平形成的角度,都在62度左右。这样不但可以提高炉温节省燃料,更与《九章算术》里的数学理论基本吻合。汉朝领先欧洲上千年的高炉冶炼技术,乃至领先欧洲一千八百年的炒钢技术,冶炼工艺的背后,都有数学的强大助力。

而比起仕途位极人臣的张苍来,唐代一位史料记载寥寥,甚至生平几乎成谜的仁兄,却也有“恐怖”的数学成就。这个人,就是窦叔蒙。

生活在唐朝大历年间的“浙东处士”窦叔蒙,身世有多神秘?神秘到只在《全唐文》里有简单几句。而作为数学家,他的“研究方向”也更神秘——潮汐。

在科技落后的古代,破坏力强大的潮汐,在古人眼里充满着神秘素材。面对每次潮汐带来的巨大破坏,古人们常常只能焚香叩拜,多少经典的神话故事,也都是以潮汐为素材演变而来。秦汉年间起,一代代学者们开始探索潮汐背后的科学规律,唐代数学家窦叔蒙,则迈出了关键一步。他不但系统阐述了潮汐发生的原理,更创造性制成了一张推算潮汐时刻的潮汐表:《涛时图》。

虽然《涛时图》的原图已经散失,但在窦叔蒙的著作《海涛志》里,却详细讲明了《涛时图》的制法:通过一个直角坐标系统,横纵列上每个月日月的变化规律,就能够以中国传统数学的算法,推算一个月内潮汐变法的状况。这种高效率的推算方式,意味着看似神秘的潮汐,从此可以被人们掌握规律。这个重大突破,比欧洲早了五百多年。

唐代以后,窦叔蒙的成果被燕肃、沈括、周春等名家继承,一代代更精确的潮汐表不断涌现,古代中国人从此可以通过精细的测算,把握潮汐到来的时间,最大限度避免潮汐带来的灾难。中国东部沿海的生产与航海事业,也从此蓬勃发展。唐代以后中国东南沿海经济的繁荣,海上丝绸之路的红红火火,却也得益于辉煌的中国数学,造就的精确潮汐表。

比起享誉世界的“两汉数学”“唐宋数学”来,明清堪称是古代中国数学的低潮期,在四书五经面前,中国古代数学被严重的边缘化。但明清年间,同样是中国实用数学的巅峰年代,其中堪称“神”级的“恐怖人物”,就是明代数学家程大位。

作为一位商人出身的数学家,程大位自幼酷爱数学,更在四十岁那年做出了最重要的人生选择:放弃生意,专心著书。他用二十年时间,在年完成了中国珠算史上的里程碑著作《算法统宗》,这部十七卷篇幅的数学巨著,记录了个数学问题,大多数的问题,也都与田亩丈量、物资搬运、工艺制造等现实问题有关。许多高难度的问题除了给出解法,更有清晰插图。对于明清年代的中国人来说,这是一部随手就能用上的百科宝典。

对于中国传统珠算的发展,《算法统宗》更堪称意义重大。中国算盘究竟起于何时,这个话题众说纷纭,但《算法统宗》却是中国珠算历史最重要的一个阶段:书中的珠算口诀,大多与今天的珠算口诀近乎一致,中国珠算的开平方与开立方算法,更是《算法统宗》首创。中国传统的“筹算”至此彻底被“珠算”取代,古代中国上至户部机要,下至民间账房,只要打算盘,必看《算法统宗》,他一个人用二十年写一本书,解决了古代中国人的算账问题。

而在邻国日本,程大位的地位,更近乎封神。明朝天启年间时,《算法统宗》传入日本,从此风靡日本全境,更催生了日本本土的“和算”。中国的算盘也因此流传日本。在今天的日本,每年的8月8日就是“算盘节”。每年这一天,日本全国各地的珠算团体,往往会穿着盛装,抬着程大位的画像招摇过市,表达对这位“神人”的纪念。

在新中国立国的早期,看似简单的算盘,却也是重要历史见证。上世纪五十年代时,一穷二白的新中国,一度全国仅有一台电子计算机。“两弹一星”等艰难探索历程里,中国传统的算盘也成了“神器”。许多重大且关键的数据,都要依靠算盘计算完成。那时成百上千肩负重任的科学家们,念着古老的珠算口诀,分成不同的专家小组,噼噼啪啪打着算盘。“算盘声会在整个楼里持续响一整夜”。

所以当时有人评价说,罗布泊的那一声震撼世界的巨响,亦是多少中国人用算盘“打”出来的。一位获得诺贝尔奖的华裔科学家也感慨说:““我们中国的祖先,很早就创造了最好的计算机,这就是到现在还在全国通用的算盘”。而一位新中国科学史上的功勋级人物,晚年时依然保存着一把他们团队六十年前使用的算盘。

以这个意义说,程大位不止在日本封神,亦是近现代中国强国路上的“隐形功臣”。这功勋的背后,既是中国传统科学的智慧见证,更是科技强国的历史真谛。

参考资料:《走进中国科技殿堂》《数学史话》《继中国第一颗原子弹后,古老算盘又算出中国第一艘核潜艇》

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