度量宇宙,測算人生:《算經十書》的前世今生

2021-02-19 中華書局1912


算經,是我國古代典籍中的一類關於算術的圖書。早在商周時期,先民們在日常生活中常常要面對諸如土地規劃、禽畜蕃息、貿易往來乃至日地距離(按,這是為了測算節氣,藉以確定春耕的日期)等實際問題,所以先民們早在那時就開始對算術有所認識。在解決這些生活中出現的實際問題的基礎上,將出現的算學問題以及其解答方法彙編整理,最後形成的書籍,就叫「算經」。

我國最古老的一部算經,叫做《周髀算經》。髀(bì),《說文解字·骨部》中說:「髀,股也。」其意指的是大腿骨。在這裡的「髀」,卻是指用作測量日影的圭表。以骨頭作圭表,莫可考其緣由,或是當時先民們尚未能用銅鐵玉石之類製作圭表,只能用骨頭來製作,遂歷代沿襲,稱測量日影的圭表為「髀」。所謂「周髀算經」,即是指與周代測量日影方法相關的算經。在這部算經裡,記載了我國商周時代先民們對於天地的認識,還記載了如何測量日影,以便選擇大地的「正中心」來建築王城。因此本書,雖然其記載的算題並不是很多,但在我國天文學史的研究中佔據極其重要的地位。

現存的一部大且早的算經,就是大家熟知的「九章算術」。九章,指的是其全書共分為了「方田」、「粟米」、「衰分」、「少廣」、「商功」、「均輸」、「盈不足」、「方程」、「勾股」等九個章節,內容涉及到了先民們在度測田地、磨谷為米、頒分獵物、徵輸賦稅等日常生活的方方面面。書裡一共有246個問題,其最出名的就是與勾股定理相關的內容,這無需贅言。除開與勾股定理相關的內容,本書還闡述了「負數」及其加減運算法則。這在世界數學史上是第一次。「九章」,是從我國先民們生活實際裡來的,它體現了先民們對於運算的思索,凝結著先民們對於生活的認知,展現了先民們對於世界的考索。無怪乎當今天的我們在量子計算領域向前踏出重要的一步時,我們選擇用「九章」來命名量子計算原型機。因為我們那顆「孜孜以求,探測不斷」的初心不改。

除了《周髀算經》、《九章算術》之外,還比較出名的是《孫子算經》一書。這是託名春秋時《孫子兵法》的作者孫武所著的一本算經。這部算經裡最出名的,就是「雞兔同籠」問題。其題原文為:「今有雉兔同籠,上有三十五頭,下有九十四足,問雉兔各幾何?」這裡的雉,就是野雞,故而在今天的引述中,常常把「雉」改作「雞」。「雉兔同籠」其實是一道關於二元一次方程組問題。我們可以設該籠中有雉a只,有兔b只,於是可以得到以下等式:

    a+b=35

2a+4b=94

利用同項相消,解得:a=23,b=12。也即籠中有雉23隻,有兔12隻。

《孫子算經》除了這道為人所知的算題之外,還有一道重要的題是卷下的第二十六題,術題是這樣說的:「今有物不知其數,三三數之剩二,五五數之剩三,七七數之剩二,問物幾何?」其意是說一個整數除以三餘二,除以五餘三,除以七餘二,求這個整數。這是一個同餘方程組問題,其解法推廣到一般,就是德國數學家高斯發現的「剩餘定理」。這兩者之間,《孫子算經》早於高斯近一千六百年。當然,高斯是將同餘方程組的解法推廣到了一般,而《孫子算經》只是局於一個具體的問題,兩者間是有一定的差距的。

歷代以來,在《周髀》《九章》《孫子》等算經上下過苦功夫的人非常多,例如註解《周髀算經》的趙君卿,補註《周髀算經》的甄鸞、註解《九章算術》的劉徽,整飭古算經的前人注釋並加以新注補正的李淳風等等。這些算學家——古代稱為「疇人」,清代特別撰有《疇人傳》,以記敘表彰這些人的功績——或多或少在註解算經的同時,還重新搜集算題,編纂新的算經。這其中就有甄鸞的《五經算術》、劉徽的《海島算經》、歐陽建的《歐陽建算經》、祖衝之父子的《綴術》、張邱建的《張邱建算經》、王孝通的《緝古算經》等等。

在古代,算學與推測曆法,是正歲首,測量天體等觀星測象的國家大事有著很深的聯繫,因此歷代王朝對於算學都較為重視。唐代設立國子監時,其中就設置了算學博士二人,算學助教二人,安排學生八十人,一大批古算經在唐代國子監時得到了較好的整理。這批算經總共十部,計有《周髀算經》《九章算術》《海島算經》《孫子算經》《五曹算經》《五經算術》《綴術》《張邱建算經》《緝古算經》《夏侯陽算經》,合稱為「算經十書」。

宋代元豐七年,秘書省從唐末兵燹裡收拾的古算經終於校訂完成,始為之刊刻,計有《周髀算經》《九章算術》《海島算經》《孫子算經》《五曹算經》《五經算術》《張邱建算經》《緝古算經》《夏侯陽算經》等九部,佚去了祖衝之父子的《綴術》。雖然只有九部,但這時刊刻的標題還是稱為「算經十書」。南宋時,鮑之澣重新刊刻「算經十書」,將《數述記遺》這部更近似方術家言的書刻入,使之「名副其實」是十部書。

宋代以後,《算經十書》的刊刻就變少了,其中不少書甚至不傳。到了清代,纂修《四庫全書》的館臣們,從《永樂大典》中輯出了一部分「佚散久之」的算經,或是用《永樂大典》中保存的其他版本來校對有明刻本傳世的算經,這才使《算經十書》得以「洗去」訛文誤字,「重見天日」。其中的功勞最大的,就是戴震。

戴震是一位對於工學類特別有興趣的學者,算經事涉籌算,有多種內容能夠綴補他的「經學研究」,故而他在校訂《算經十書》上,頗下了一份苦功夫。這個校訂的成果,交給了他的親家孔繼涵刊刻,成為了在清代學術史乃至近代學術史上影響特別深遠的「微波榭叢書」本(「微波榭叢書」是孔繼涵所刻的一套影響較大的叢書)。

清代時,西方數學隨著傳教士東來而進入中國,一時間在歷算與天文觀測上影響甚大。當時就有中西曆算之爭。近代以來,堅船利炮洞開國門,像數學這些在實用上有重要價值的學科得到了很多學子的關注。《算經十書》,就在這兩次「時事」中或顯或隱的出現。隨著一大批學成歸國的數學家們對於本國數學史的梳理,《算經十書》也逐漸重回了學者視野。到這時,才有了《算經十書》的第一個點校本。而進行點校整理工作的,就是科技史家錢寶琮先生。

錢寶琮先生,我國著名的數學史家,數學教育家。是中國古代數學史和中國古代天文學史研究領域的開拓者之一。他曾是浙江省第一次招考的20名官費留學歐美的留學生之一,曾在英國伯明罕大學土木工程系二年級學習,獲理科學士學位。隨後又就讀於曼徹斯特工學院建築系。

1908年,錢寶琮(右一)與英國伯明罕大學同學合影

辛亥革命後,錢先生回國,先後就任上海南洋公學(1922年改稱南洋大學,現上海交通大學前身)附屬中學數學教員、江蘇省立第二工業學校(後改組為省立蘇州工業專門學校)土木工科主任、南開大學數學系教授、浙江大學文理學院數學系教授、浙江大學數學系主任等職。1956年後,任中國科學院中國自然科學史研究室(自然科學史研究所前身,時屬中國科學院歷史二所)一級研究員,中國自然科學史研究委員會委員,《科學史集刊》主編等職。錢先生研究中國數學史和中國天文學史數十年,撰有《古算考源》、《中國算學史》(上卷)、《中國數學史話》及《算術史》(稿本)等專著多種和科學史論文60餘篇。

錢先生點校的《算經十書》一書,長久以來不僅在科學史研究中起到重要作用,在文史研究裡也有非常大的參考意義。如前所述,《算經十書》保存著先民日常生活的相關資料,還保存著先民丈量日地、探索宇宙的相關內容,這些在文化史、社會史乃至「身體史」等新史學領域都是可資利用的材料。現在我們將其重版出來,以期錢先生為算學史研究的鞠躬盡瘁之心不湮沒,以期唐宋明清時學者們為古籍「傳燈續命」之心不湮沒,以期我國古代先民們對於人生宇宙的探索求取之心不湮沒。

 


《算經十書》

錢寶琮 點校

繁體豎排

32開  精裝

978-7-101-14926-5

78.00元

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