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“通天彻地”落下闳——查有梁教授在西华师范大学的演讲

http://www.newdu.com 2018-07-12 国学网 查有梁 参加讨论

    
    查有梁 1942年生于成都。1963年毕业于西南师范大学物理系,曾任四川省社会科学院学术委员会副主任,享受国务院特殊津贴专家。曾出版《系统科学与教育》《大教育论》《牛顿力学的横向研究》《世界杰出天文学家落下闳》等等。
    
     落下闳观星图
    
    四川阆中古城中的“春节老人纪念馆”。光明图片/视觉中国
    
    2018年2月9日,四川阆中古城,独具地方特色的年俗表演“板凳龙”吸引了众多游客。光明图片/视觉中国
    2004年9月16日,经国际天文学联合会小天体提名委员会批准,中国科学院国家天文台将一颗国际永久编号为16757的小行星命名为“落下闳星”。落下闳是中国古代的杰出天文学家,姓落下,名闳,字长公,巴郡阆中人(今四川阆中人),现在知道他的人不多,但是他对于天文历法贡献很大,至今影响着每一位中国人的生活。
    公元前104年,由落下闳等人提出的历法,经过比较和验证,最终被汉武帝采纳颁行天下,因为当年即“太初元年”,新历被称为《太初历》,它是我国有文字记载的第一部完整的历法。
     “春节老人”
    中国古代的夏、商、周以及统一了各国的秦朝,每年的第一个月即元月的日期并不一致:夏朝用孟春的元月为正月,商朝用腊月(十二月)为正月,秦始皇统一六国后以十月为正月,汉朝初期沿用秦历。也就是说,元月与春节不完全一致,两者并不重合在一起。真正从历法上规定“元月即春节”,将“迎接新年”与“迎接春天”直接联系、法定统一起来的人是汉武帝刘彻和天文学家落下闳。
    公元前140年汉武帝刘彻16岁登基,公元前104年是太初元年,汉武帝正式颁发全国使用《太初历》。活跃于公元前140年—前104年的落下闳直接参与了将秦始皇时代使用的《颛顼历》改为《太初历》的变革,奠定了中国古代历法的基础。
    中国古代是“观象授时”,历法非常重要,历法必须要与“天象”相合。汉武帝刘彻发现此前的历纪太乱,不合天象,命令大臣公孙卿和司马迁组织编造“新历”。司马迁采取开放的办法,从民间招聘天文学家,先后从全国各地招来二十多人,落下闳就是其中之一。
    落下闳从故乡巴郡阆中来到京城长安,与邓平、唐都合作,编制《太初历》。《太初历》优越于同时提出的其他十七种历法,经实际的天象观测鉴定后,被汉武帝采纳,于元封七年(公元前104年)五月公布正式实行。《太初历》为中国以后的100多种汉历提供了“样板”。
    汉武帝废除《颛顼历》改行《太初历》,在古代历法上进行了几项重大改革:原以十月为岁首,改为以正月为岁首;将正月朔旦立春为历元,改为前十一月朔旦冬至为历元;落下闳使用自创的“赤道式浑仪”实际测定了二十八宿的“赤经差”,在“浑天说”的基础上,将“二十四节气”完整纳入历法系统;经过大量计算,落下闳还第一次提出交食周期,以135个月为“朔望之会”,即认为11年应发生23次日食,这也是应用统计方法的新发现。
    《太初历》以前的历法都没有完整保存下来,而《太初历》中各种天文观测的数字,以及各种推算的数字,至今仍完整保存在《汉书·律历志》之中,这是历史的巧合。落下闳的合作者唐都是司马谈的天文学老师,司马谈是汉武帝的太史,负责掌管天文工作。司马谈死后,其子司马迁续任太史。落下闳的另一个合作者邓平是天文官员,善于协调和辩论,在《太初历》颁发之后,邓平又被任命为太史丞。所以,《太初历》中各种天文观测的数字以及各种推算的数字,至今仍完整保存在《汉书·律历志》之中。
    根据《汉书》的记载,在《太初历》的制定过程中,由落下闳“运算转历”,即负责各种计算,这是历法中最重要的部分。在制订过程中,落下闳推算出“上元积年”(年、月、日与甲子周期的最小公倍数)为143127年,进一步推算出“太极上元”(冬至、朔旦、夜半、日月合璧、五星连珠的宇宙大周期)是23639040年。他同时认识到这些周期具有“近似性”并非具有绝对“确定性”。
    《太初历》确定了“以孟春正月为岁首”的历法制度,使国家历史、政治上的年度与人民生产、生活的年度,协调统一起来,改变秦和汉初“以冬十月到次年九月作为一个政治年度”的历法制度。“孟春”是春季的第一个月,中国春季的三个月,分别称为:孟春、仲春、季春。夏、秋、冬三个月也有如此称谓。“以孟春正月为岁首”,即是规定春季的第一个月,就是新年的第一个月,以正月初一为一年的第一天,就是“元旦”。按照中国人的风俗,从大年初一到十五,都在“过年”。
    由于《太初历》的出现,中国人开始将迎接新年与迎接春天正式“法定”合二为一。落下闳是一位来自民间的天文学家,深知“春节”在民间的重要性。此后,中国的农历一直沿用“以孟春正月为岁首”,直到当代。“春节”在中国人民的生活中是最重要的节日,是“中华民族第一大节”,落下闳也被称为“春节老人”。
    对“二十四节气”的贡献
    2016年,联合国教科文组织保护非物质文化遗产政府间委员会第十一届常会正式通过决议,将中国申报的“二十四节气——中国人通过观察太阳周年运动而形成的时间知识体系及其实践”列入联合国教科文组织人类非物质文化遗产代表作名录。中国“二十四节气”的申报,从整体上归为第四类非物质文化遗产领域,即“有关自然界和宇宙的知识和实践”。
    事实上,中华民族的祖先在商朝,约公元前1300年就有文字甲骨文。甲骨文里就有了对有关日月运行以及天文历法中的一些知识的记载和认识。商周时期就有了以天干和地支依次排列组成的六十个干支名称的记日表,是我国最早的日历。
    在古代先秦的历法中,人们就已经知道冬至、夏至、春分、秋分这些节气。直到公元前150年左右,才有了“二十四节气”系统而完整的记载。《周髀算经》第三部分已经有“二十四节气”日影长度的测量,按照钱宝琮与刘朝阳的考证,应该不会晚于公元前100年。但是,《周髀算经》内所记载的“日月历法”,是建立在“盖天说”的基础上。这与建立在“浑天说”基础上的汉武帝颁布的《太初历》有很大差别。
    “盖天说”认为,日月总在大地之上运行,而“浑天说”中的天体是可以运行到大地之下。落下闳在公元前110年至前104年制作“浑天仪”观测二十八宿的赤道距度(赤经差),并在《太初历》中将二十八宿与“二十四节气”结合起来。“浑天说”的宇宙论知识,从汉武帝时代开始,才在中国天文历法中兴起并逐渐占据统治地位。
    直到今日中国还在应用的“汉历”(又称农历,阴阳历),都保留了“二十四节气”:立春、雨水、惊蛰、春分、清明、谷雨;立夏、小满、芒种、夏至、小暑、大暑;立秋、处暑、白露、秋分、寒露、霜降;立冬、小雪、大雪、冬至、小寒、大寒。在《太初历》中,“二十四节气”中的奇数项称为“节气”,偶数项称为“中气”。例如,“立春”是“节气”,“雨水”是“中气”,以此类推。农历月份的名称按照“中气”而定,如含“雨水”的月份叫正月。“以没有中气的月份为闰月”使“二十四节气”这一周期的变化与春夏秋冬四个季节的变化协调配合起来,从汉太初元年一直用到明末,明末以后只作了小改。
    《太初历》规定:以冬至所在之月为十一月,以正月为岁首,将迎接新年与迎接春天统一起来;十九年七闰,但以没有“中气”的月份为闰月,使中国的汉历科学化,更符合实际测定的天象。
    “浑天说”宇宙论
    中国历法的核心思想来源于《周易》,遵循“阴阳互补原理”。因此,中国汉历既要观测太阳的运动规律,又要观测月亮的运动规律,故一定是“阴阳历”。其基本的核心思想还要遵循“五行生克原理”,包容“木、火、土、金、水”的运行周期,更要体现“天地人合一”的整体哲学观。故汉历一以贯之地采用“天干”“地支”排列组合的“干支周期”,以至于六十年、六十日等特殊周期,被包含在历法周期之中。使得中国的汉历无论如何改革,但是一年一年,一天一天依照“干支周期”排下去,从古至今没有发生差错。
    先秦时代的“古六历”建立在“盖天说”的基础上,基本观点是“天圆地方”;落下闳实际制作“浑天仪”和“浑天象”,这个实物模型就是“天圆地圆”的“浑天说”的模型。基于系统观测、数学算法、逻辑结构方面的一系列创新,形成的“落下闳系统”,与比他晚200多年的古代希腊天文学家托勒密的《天文学大成》所建构的“托勒密系统”相比较,各有特色。
    通俗言之,落下闳直接根据他多年观测日月、五星在“二十八宿”框架下的运行,给宇宙制作了一个“浑天说”的物理模型——浑天仪。西汉著名的辞赋家扬雄在《法言·重黎》中肯定了落下闳的浑天说,并如是评价:“或问浑天?曰:落下闳营之,鲜于妄人度之,耿中丞象之,几乎莫之能违也。”张衡更是直接在落下闳制作的“浑天仪”的基础上,加以系统改进,系统说明,实现了创造性转化。受落下闳影响,张衡在《浑天注》中才写出:“天之包地,犹壳之裹黄。”
    中华传统历法系统(汉历)是“道法自然,三生万物”的复杂系统。“二十四节气”反映黄道系统(太阳视运动),二十八宿反映赤道系统(地球的自转),月相变化反映白道系统(月球的运行)。中国传统历法将这三个系统有机融合在一起。虽然是“三体系统”了,但是在数万年内,有其周期解是基本稳定的。除此之外,还进一步得到包括“五星”的会合周期“八大系统”的总周期解(太极上元)。《太初历》不强调日、月、五星的运动轨道,只给出多体-周期解。
    《太初历》使时间系统与空间系统对应。落下闳经过数十年的观测,认识到太阳运行到二十八宿的哪个位置,在大地上应该对应哪个节。于是,他才可能在《太初历》中规定:以没有“中气”的月份为闰月,方能使得“二十四节气”在历书的安排更为接近太阳的实际位置。同时,这种置闰的方法(包括十九年七闰),使得以朔望周期来定月所形成的一年(12个月或13个月,1月29日或30日)与太阳回归年平均长度更为接近,协调了日月的运行的周期。
    落下闳的贡献,实测有据,要言不繁,内涵深刻。用现代物理学的语言说,就是将时间与空间联系起来,将太阳运行的周期与月球的相位变化协调起来。“二十四节气”与二十八宿联系起来建构的系统是既有定性、又有定量的系统。他对于“二十四节气”的最大的独特贡献正在于此。由此可见,“浑天说”、《太初历》是既有系统观测,又有逻辑体系。尽管通过仪器观测法、渐进分数法、系统谐和法等方法进行运算,但是,落下闳依然预言:“后八百年,此历差一日,当有圣人定之”。他深知他的“运算转历”数据只是在“逼近”天象。
    中国的“落下闳系统”不同于古希腊“托勒密系统”。“落下闳系统”是“多体-周期”的数学系统;“托勒密系统”是“本轮-均轮”的几何系统。“落下闳系统”的出现,在历史上比“托勒密系统”早200多年。公元2世纪建立的“托勒密系统”,经过哥白尼的“天体运行论”,伽利略的“关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话”,到“开普勒三定律”,才发展到牛顿的“自然哲学之数学原理”。在前人的研究基础上,直到20世纪,爱因斯坦的相对论物理学的出现才突破了牛顿力学的“绝对时空观”。
    此外,在数学方面,落下闳发明了“连分数(辗转相除)求渐进分数”的方法,定名“通其率”,现代学者称之为“落下闳算法”。“落下闳算法”比采用类似方法的印度数学家爱雅哈塔早600年,比提出连分数理论的意大利数学家朋柏里早1600年,它影响中国天文数学2000年。
    科学的基本概念和理论在不同时代、不同科学家的努力下,正在不断发生演变。“时间-空间”融合的物理观念,探索“多体-周期”系统的“概率解”的数学算法更接近20世纪以来的新物理学的概念,而“浑天说”的宇宙图像已经很接近现代宇宙学的图像。
    天文学领域一颗“灿烂的星”
    落下闳为中国科学的发展作出了巨大的贡献,英国李约瑟博士将落下闳所处时代的东西方天文发展总结了十大成就,落下闳就占其三。因此在《中国科学技术史》一书中,李约瑟博士盛赞落下闳是世界天文学领域一颗“灿烂的星”。
    在公元前141年,蜀郡太守文翁为改变蜀中闭塞、落后的状况,设置学官,创建官学,修筑校舍,四川学风大兴,史称“文翁兴学”。此时,落下闳正值“十五而志于学”的年龄,他的家乡阆中直接受到“文翁兴学”的影响,创办学校,发展教育。进入学校后,落下闳不但系统学习了科学文化,在观测天象上也逐渐小有名气。
    落下闳在求学时代,能够学习的经典书籍有《易经》《道德经》《论语》《孟子》《庄子》《列子》《吕氏春秋》《天问》《算数书》(成书于公元前186年之前),《周髀算经》《九章算术》这两本书成书于公元1世纪,但是,绝大部分内容产生于秦以前。落下闳进入中年时代,特别是进入京城之后,可以看到《淮南子》,该书就系统记载了“二十四节气”。从落下闳创“浑天说”和《太初历》可看到,他所具有的天文、历法、数学、哲学基础,都可以在上述著作中找到一定根源。
    落下闳的故里在现在的四川省阆中市桥楼乡的落阳山。在旁边的高阳山上,很适合于天文观察,春夏秋冬不同节气,太阳从哪里升起,从哪里落下,能够观察得很清楚。太阳升起和落下的地方,可以观察确定不同月份和不同节气里太阳所位于的星座。这些星座中国古人称之为“二十八宿”。落下闳很小就知道了日月运行与天空的“二十八宿”有关系。“格物致知”的学习精神,为他以后的创新建立起扎实的基础。
    但是,要比较准确的测量出这二十八的各星宿之间的距度(赤经差),必须借助于测量仪器。他就自制赤道式浑天仪测定二十八宿的距度,这充分体现了落下闳的科学精神。但是,仅仅在太阳升起和落下时测量星宿之间的距度,难度很大。只有到夜半三更子时,中天观测星宿之间的距度,方才更为清晰。这时太阳并不在夜空之上,而是地面之下,夜空之下。落下闳历经多年在夜半中天的认真观测发现,夜空上的星宿正对着太阳在下面的星宿,正位于中天观测二十八宿圆周的对面,这种现象可以被反复验证。
    李约瑟在《中国古代和中世纪的天文学》一文指出:“在中国文化中,天极-赤道坐标的出现是很早的。”并且他画出:“三种天球坐标系统。中国式也是现代赤道坐标系统;阿拉伯地平坐标系统;希腊黄道坐标系统”。而直接测量二十八宿赤经差的科学家,第一位就是落下闳。
    对“日食”等天文现象的记载散见在古书之中,日月运行的轨道以及会合的周期历来为古人所关注。而落下闳首次将日食周期定为135个月,并引进中国的历法之中。这是从过去历年发生“日食”的一系列大数据记载中,统计出来的。《太初历》里也记载了44次日食的数据。可以验证这个统计出来的“日食”周期135个月,是否正确。实际上《太初历》使用189年之后,累积误差只有一天以上。科学既能在一定条件下“证实”,也能够在一定条件下“证伪”,落下闳的一言一行都反映着科学精神。墨家重视实践实验的科学精神,道家主张“道法自然”的科学精神,儒家提倡“仁者爱人”人文精神。这些精神在落下闳的学习过程和创新过程之中,都充分体现出来。
    《史记·历书·索引》中记载:“闳字长公,明晓天文,隐于落下,武帝征待诏太史,于地中转浑天,改《颛顼历》作《太初历》,拜侍中不受也。”为了表彰落下闳的功绩,汉武帝特授他以侍中之职位,落下闳却辞官不受,回阆中隐落亭。落下闳隐居后,继续观天测地,传法于后生,在落下闳的影响下,自西汉到隋唐期间,阆中又诞生和云集了任文孙、任文公父子,周舒、周群、周巨祖孙三代以及客居此地的著名天文学家和历算学家袁天罡、李淳风等人,使阆中成为古代天文研究中心。真正有价值的不仅是落下闳的知识创新,更为重要的是落下闳的科学精神。
        (本版图片除署名外由作者提供)
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