古代人类对地球形状的认识

古代人类对地球形状的认识
古代人类对地球形状的认识

古代人类对地球形状的认识
中国最早出现的“地动说”见于战国时的《列子》.该书《天瑞》篇说：“天地,空中之一细物,有中之最巨者”,又说“运转靡已,大地密移,畴觉之哉!”这里前一句指出地球不过是宇宙空间的一个细小物体,但又是我们周围有形物体中最巨大的,这种认识颇为得当.后一句则说明大地在不停地运转,短时间内已移动了不少路径而使人难以觉察,也完全正确.另有和《列子》成书年代相近、假托黄帝和名医岐伯讨论医学问题的《素问》一书,也谈到地球运动问题.据该书《天元纪大论》和《五运行大论》篇记载：黄帝先向医学家鬼臾区请教天地阴阳变化的问题,鬼臾区说是“天之气动而不息；地之气静而守位”,宣扬了“天动地静”的观点.以后黄帝又问岐伯：“天地之动静如何?”岐伯则回答说：“上者（天）右行,下者（地）左行”,以为大地也在运动.黄帝接着问：“余闻鬼臾区曰‘应地者静’,今夫子乃言下者左行,不知其所谓也”,要求岐伯进一步说明.岐伯回答是：“天地动静,五行变迁,虽鬼臾区犹不能遍明”,又说“天垂象,地成形,……形之动,仰观其象,虽远可知也!”对后一段文字,唐代中期的王冰在注释《素问》时还解释说：“观五星之东转,则地体左行之理昭然可知也”.岐伯与王冰都以为地球有运动,可以从星象的变化观察到.认为星辰东升西下,实是地球由西向东自转的结果.以上《素问》中的文字,可以说是人类最早的对地球是静止还是运动着的问题开展辨论的一次记录.“天动地静”被岐伯认定为错误的观点.
以后秦代李斯在《仑颉篇》中有“地日行一度”之说.古人把“周天”分365.25度,即地球绕日公转一周要365.25天.“地日行一度”是十分准确的地球公转的概念.看来“地动说”在中国古代曾是普遍为学者所接受的观点.
西汉时（公元前二世纪）,中国的“地动说”有进一步的发展.当时,出现了许多和“经书”相表里的“纬书”,内中颇有不同于经书的异端之说,“地动论”即是其中之一种.
《春秋纬》中《元命苞》篇说：“天左旋,地右动”；《运斗枢》篇说“地动见于天象”,都以为地体是在运动着的.这可以从天空星辰的变化中看到,也即认为星辰东升西落（天左旋）是由于“地右动”的结果.关于这问题,十一世纪时北宋的哲学家张载在《张子正蒙论》中《参西编》内还有进一步的解释,说：“恒星所以为昼夜者,直以地气乘机右旋于中,故使恒星、河汉,回北为南,日月因天隐见”.张载把日月并列虽是错的,但他以为恒星、银河（河汉）以及太阳的升落和隐现的原因,都在于地球的“右旋”,对地球自转理解的深刻、透彻,是同时代的国外学者所未曾有.
《河图纬》一书对地球的运动,有更深刻的描述：“地恒动不止而人不知.譬如人在大舟之上闭牖而坐,舟行而人不觉”.直到今天我们向中学生说明地球在运动时,还都应用二千多年前《河图纬》中的譬喻.另有《尚书纬》中《考灵曜》篇对地球的运动,特别是对地球的公转又论述的更加全面了.《考灵曜》说：“地与星辰四游,升降于三万里之中.春则星辰西游,夏则星辰北游,秋则星辰东游,冬则星辰南游.地有四游,冬至地北上而西三万里,夏至地下南而东三万里,春秋二分,其中矣!地常动不止,譬如人在舟中而坐,舟行而人不自觉”.这里所说“地有四游”,就是指地球绕一圆形轨道而公转.从文中所说,就可以画出地球绕的公转圈,尽管文中尚未提到说太阳为轨道中心.
北宋邢昺（公元932年-1010年在世）在注释《尔雅·释天》时,曾对上文的“地有四游”作进一步的解释.他说：“四游者,自立春,地与星辰西游,春分西游至极,……从此渐而东.自立夏之后北游,夏至,北游至极.立秋之后东游,秋分东游至极.立冬之后南游,冬至南游至极.此是地与星辰四游之义也.”文中所谓东游或南游“至极”,是指地球运行到圆形轨道的最东处或最南处,看附图即可明白.邢昺认为地球在绕一圆形轨道公转.
总之,我国从公元前的秦时代直到宋朝,许多学者都以为地球不但在自转,而且还有公转.中国人的“地动说”,比哥白尼的“地动说”早多了；而“天动地静”的观点.主要是某些儒家学派的“一家之言”,并不能代表古代中国的整个学术界.宋代以后,“儒学”进一步在中国成为正统,中国的“地动说”才逐渐成为异端.
值得注意的是,当十六、七世纪罗马教皇下令禁止哥白尼的“地动说”传播时,明末欧洲来华的传教士也曾对中国远较哥白尼为早的“地有四游”的“地动说”进行批判.内有名叫高一志又名王丰肃（1566至1640在世）的传教士来华后,曾于1629年写著《空际格致》（用现代语言说就是《空间物理学》）一书.该书有《论地体之静》一章,说“中士又有曰‘地有四游升降’,然诸说之谬,一剖自明”.认为中国古代的“地动说”和哥白尼地动说一样,是荒谬的.
当近代哥白尼在科学史上被尊为伟人之后,国外又有许多学者竟完全否认中国古代早就有过“地动说”这一事实.说什么中国在哥白尼学说传入之前,其传统科学从来只有“天动地静”、“天圆地方”,而不知地球在运动.1945年《英国皇家学会通讯》发表塞斯奈克《论哥白尼理论的传入中国》一文就持这种观点,说“中国文化条件不适于传播哥白尼学说,突然与中国传统的科学哲学决裂而代之以‘日心’体系,必然遇到强烈的反对”.1948年,英文的《通报》第48卷上发表戴文达《评》一文,说“中国学者从来没有面临过‘大地是一个在空中运行的球体’这样骇人听闻的学说”.他们竟闭口不提中国人早在哥白尼、伽利略之前二千多年就认识到地球既在自转又在公转的史实.
以上所引古籍,真伪问题尚待定论,但其年代则远较哥白尼为早.让我们中国人知道古人论述,或许是必要的.
祖冲之,字文远,范阳郡遒县（今河北涞源）人.公元429年生于建康（今江苏南京）一个官宦人家,虽原籍北方,但几代祖先都在江南做官且通晓历法.祖父掌管土木工程建筑,父亲也学识渊博.他从小有机会接受家传科学知识,青年时代进入专门研究学术的华林学省学习研究.祖冲之曾作过州从事史,公府参军,县令,最高官至长水校尉,享受四品俸禄,公元500年去世.
祖冲之是中国古代一位伟大的数学家和天文学家,生平著作很多,内容也是多方面的.在数学方面的论著,不幸均已失传.在历代国内外的各种图书目录中,可以见到他所写的数学著作的书名有“缀术”6卷,“九章算术义注”9卷,“重差注”1卷.在天文历法方面,他编制成“大明历”,并为大明历写了“驳议”.在古代典籍的注释方面,祖冲之有“易义”、“老子义”、“庄子易”、“释论语”、“释孝经”等著作,但亦均失传.文学作品方面他著有“述异记”10卷,在“太平御览”等书中可以看到这部著作的片断.
从青年时起,祖冲之便对天文学和数学发生了兴趣.他把从上古时起直至他生活时代的各种文献、记录、资料,几乎全部搜罗来进行研究,并且亲自进行精密的测量和仔细的推算.正像他自己所说的那样,“亲量圭尺,躬察仪漏,目尽毫厘,心穷筹策”.他对刘歆、张衡、郑玄、阚译、王番、刘徽等科学家的工作进行了仔细研究,一一驳正了他们的错误,导出了许多极有价值的结果.准确到7位有效数学的园周率数值便是人所共知的例子.
园周率π的计算,标志着一个国家和民族的数学水平.中国古代也和世界上任何文化开发较早的国家和地区一样,人们最早使用的园周率是3.这一误差很大的数值一直沿用到汉代.入汉以后,对园周率的改进吸引了不少科学家的注意,都作了一些工作.最为重要的是魏晋时期的数学家刘徽,他用“割园术”计算出的园周率为3.14.
关于祖冲之在园周率方面的工作,其史料仅见于《隋书·律历志》中还记载说,祖冲之还给出了园周率的两个近似分数值：
密率：π=355/113,小数点后6位准确,
约率：π=22/7,小数点后2位准确.
在欧洲,1100多年后才算得355/113这一数值,被称为“安东尼兹率”.日本数学家三上义夫在1912年提出应称π=355/113为“祖率”.
关于祖冲之是如何算得如此精密的结果,没有任何史料流传下来,这是非常遗憾的.不过根据当时的情况判断,祖冲之用的仍是刘徽的“割园术”.果真如此的话,祖冲之需要计算出园内接正12288边形和正24576边形的面积,要进行加、减、乘、除、开方等运算达130次以上,每次运算都要精确到9位数字,可以想象,在当时用罗列算筹来计算,是需要何等的精心与超人的毅力. 关于球体体积的计算,是祖冲之及其儿子祖（日桓）在数学方面又一项了不起的成就.祖氏父子根据刘徽在“九章算术注”中担出的正确方法,求得了球体体积公式
球体积=4/3πγ3.
在导出球体积公式的过程中,祖氏父子总结出了所谓的“祖氏原理”.在西方这一原理被称为“卡瓦列里原理”,但它的发现者意大利数学家卡瓦列里（B．Cavalieri 1598～1647）比祖氏父子要晚1100多年.
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和为大明历所写的“驳议”中.祖冲之通过精密的观察测量,发现当时奉行的由前辈著名天文学家何承天所编制的元嘉历有不少错误,于是着手编制大明历,公元462年编成,时年只有33岁.祖冲之对历法的编制做出了很多创造性的贡献,大明历是这个时代一部最好的历法,但是却遭到皇旁宠臣的反对.直到祖冲之死后10年,由于他儿子祖（日桓）的坚决请求,经过实际天象的校验,大明历才得以正式颁行.
东汉时期,也就是距今约一千八百多年前(公元117年),一台利用水力推动运转的大型天文仪器――“水运浑象”在东汉的京都洛阳制造成功.相隔二十年后(公元138年),安置在京都洛阳的又一台仪器――“候风地动仪”,准确地报告了西方千里之外发生的地震.这标志着人类开始了用仪器记录研究地震的新纪元.
这两台著名仪器的发明者就是张衡——我国东汉时期伟大的科学家、文学家.张衡对中国古代的天文学、地震学和机械力学作出了杰出的贡献,传说他还制造过指南车、记里鼓车等,因其机械制造水平很高,被尊称为“木圣”.
张衡生平
张衡,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.张衡幼年时候,家境已经衰落,有时还要靠亲友的接济.正是这种贫困的生活使他能够接触到社会下层的劳动群众和一些生产、生活实际,从而给他后来的科学创造事业带来了积极的影响.
当时的南阳是经济和文化都很发达的地区,有“南都”之称.张衡在这样的环境熏陶下,加上他自幼刻苦好学,在青少年时代就已经为后来从事文学和科学事业打下了良好的基础.
由于家中的经卷典籍慢慢地不能满足张衡的求知欲望了,于是从十六岁开始,他便离乡游学,广结学者名流.他曾到汉朝故都长安一带,游览了当地的名胜古迹,考察了周围的山川形势、物产风俗、世态人情.后来他又到了当时的首都洛阳,就读于最高学府——太学.并成为学识比较渊博的学者.当时,地方上曾经推举他做“孝廉”,公府也多次招聘他去做官,但都被他拒绝了.