全才祖冲之,中国历史上意想不到的瑰宝。
他在历史上和人民中的地位比帝王将相更为重要,尽管在当时,他只是一个教辅、县令和朝廷官员。
他就是生活在宋齐之交的祖冲之。他乱世角落里的一盏明灯。
祖冲之最著名的是将圆周率精确到小数点后六位。
圆周率是周长与直径的比值。可以用固定的半径绕固定的点画圆,所以圆的周长总是和半径相连的,但是半径为1米的圆可以画多少米,并没有非常准确的答案。
意念发散,眼球虽然是球形的,但能大致测出点和线的位置和长度,圆的周长却远不能目测。所以,要想计算圆的周长,必须要有算法。
数学概念那么多,为什么老祖宗还要计算圆周率?源于建筑。祖冲之为什么要计算圆周率?因为他爷爷是刘宋时期的大工匠,又是住建部部长。
在绘制建筑图时,不可能在每一张图中都用一根绳子测出一个圆的周长,所以必须找一个简单的公式进行换算。前不久祖冲之的数学家刘辉用分圆术算出了3.1428的圆周率,但这个数还是有点大。在建筑的实际应用中,还是会有耗材的浪费。在建造大型建筑时,如果按照这个pi来设计圆形建筑,最后往往会是一个烂尾工程。
于是,祖冲之这位天才为父亲分忧,努力使圆周率精确,最终得到了3.1415926到3.1415927之间的数据,相当奢侈,比后来重复这项工作的西方人早了800年。
现在终于知道为什么中国很多古建筑都是靠谱的了,理科基础好。
在应用中,该值可用于所有与圆有关的测量仪器,如漏斗、水壶等。
我们现在算圆周率很容易,但是祖冲之算圆周率是一个相当费力的过程。为什么?
因为中国古代的算术没有什么大的基础,是自成体系的算法。
尤其是南北朝时期,还没有阿拉伯数字、负数、无穷大等现代数学概念,也就是说,牛顿的肩膀上没有巨人,很多数值都是在现有的简单符号基础上计算出来的。如果这个计算是普通人进行的,那就没意思了。
那时候的人,基本的干支用途可能都不清楚,也就是说,今天是什么日子,几天之后,今天是我在这个世界上的第一天,他们可能都不知道,甚至生辰八字的查看和记录都需要依靠专门的人或者机构。
在发达的地方,政府和大户人家都可以有公历,可以去查时间。但世事多变,政府混乱。就是这样。“不知道今天是什么时候,不管魏晋”的事情发生了。老百姓要求过生日,只能求助于街头算命的老头(算命、摸骨、探穴、算术等流派,这里是算术流派)
在古代,很大一部分江湖骗子是靠卖时间为生的。很多时候,他们故意含糊其辞,把数学计算变成了一种神秘的理论。
说够了。现在我们来看祖冲之对圆周率的计算。
材料:一种是朝廷颁布的计量单位(以前计量单位是以皇帝的意志为准。以长度为例,叫几个人走十步,取他们的平均值,然后给一个数据,然后以皇帝的名义发布,在官衙里放一把尺子,让大家拿一根绳子去量,自己用)。第二,有方形或扁平的棍子(这些棍子是原始计算。那时候没有算盘,没有笔算公式,也没有数字来表达小数概念。只能用不同的计算来表达不同的数字概念)。三个人有一支钢笔。四是记录计算过程的一堆纸。加减乘除五个符号供参考,99乘法表为主辅。这是祖冲之能准备的全部材料。
有了以上,要把圆周率精确到小数点后七位,真的需要认真反复的计算,反复的记录。只要思想断了,前面的工作就会像魏迟迟不入诸葛亮帐下一样,瞬间熄灭。
所以我说,计算这个运算是一个艰苦的过程,祖冲之是一个冷静的人,是一个稳重睿智的思想家,是民科的典范人物。
以上是祖冲之最大的贡献,但他是个多面手,因为他的贡献不止这个。
祖冲之还校正了历法,这在当时甚至比圆周率还重要。
南北朝是中国天文学的重大突破。不太了解古代如何看待天文星象,只能用自己的理解思维来解释。
在知识还没有像现在这样爆炸的中世纪,人们对未知世界充满了想象。屈原的田文代表了古人对世界找不到答案的一系列幻想。如西王母、女神、项公主的角色,以及开车、老虎打鼓、凤凰来仪等场景。
地球和天堂就在我们面前。古代并不总是有像屈原那样天马行空想象的人,也有努力寻求真知的人。至于解决方案是什么样子,这是一个聪明人看到了智慧。但是,每个时代都必须有这样的人存在,这样才能推动社会进步。
以下是我自己的看法,简要说明一下中世纪以前中国人对自然界认知的关键和脉络。
首先,太阳和月亮。
中国对太阳和月亮的起源和作用并没有很大的争议,即它们是神灵的化身,它们代表至高无上的神的意志照看世界。日月笨拙,常受乌云、闪电等压迫。他们可能是下等的神仙,可能是大神驱使的动物,甚至可能是神兽拖走的火轮。同时,它们是有规律的,给世界带来光明,是善的化身。但总的来说,他们在神人中的地位并不高。从两个孩子争论日本的事件中,我们知道中国人对待日月的认真程度是比别人高的,这和外国是不一样的。
第二,星星。
星星比太阳和月亮更重要,这是中国天文学的区别,因为中国认为星星比太阳和月亮更难理解和神秘,有时还有流星、彗星、星云等。,而古人对它的兴趣超过了太阳和月亮。
在猜想中,有时候难免会赋予星星人性的光辉,比如牛郎织女,银河桥,七仙女星。
当然,七大行星是最受关注的。
记得小时候有一篇课文叫《孩子数星星》。古代的人在数星星的时候,发现有几颗行星运动的幅度最大,而且非常有规律,所以对这些行星非常重视,赋予了他各种各样的含义:金星=太白、祁鸣、长庚;木星=老星,太岁;水星=星星;火星=闪烁;土星=镇星,以此类推。
一般这些行星都是按照规律出现的。如果规则不准确或者被什么东西掩盖了,就会有一些预测,特别是金星和火星出现异常的时候,就更让人吃惊了。对占星感兴趣的朋友了解的比较多,我就只是粗略的猜测一下。
第三,世界观。
南北朝时期天文学的巨大变化是天文部门对整个宇宙的看法从“盖天说”转变为浑天说。
经考证,盘古开天辟地传说的历史渊源最早应在东晋。盘古,一个神,在主流神话演绎中并不存在。他是半路嫁接的神,这与佛教、祆教等创世者概念的传入有很大关系,而这个盘古神真正成为了浑天说传播的证据。
中国以前认为是“圆的地方”,到了南北朝,还是“圆的地方”,只是地下有东西,注入了气体、液体等元素。因此,有了这个解释,人们生活在一个充满活力和能量的多彩世界,整个世界就像一个人体,由各种元素组成。
那为什么当时的中国慢慢接受了浑天说的思想?除了天官当初设计的浑天仪对日食和月食的精确检验外,这一理论对历法时间的划分和解释也略显准确。
中国人计量时间,与日月密切相关,与《周易》密切相关。
八卦地图原本是一种时间投影地图。生活在黄河流域的中国古人最早用竹竿来计算日影的变化。然后,这个地区的人在固定的点上按同样的比例把影子的长度一排排地刻在墙上。
日复一日。几十年后,有人回去分析这些影子长度记录,发现太阳造成的影子长度很有规律,时长时短。
进一步分析是,影子长的时候,会是天气冷,河流冻,树叶黄;影子短的时候,会是猛烈的阳光,奔腾的黄河,鸟兽的树荫。
于是,有脑子的人干脆推倒墙,按照影子长度的循环做一个八卦盘,缩写长度的记录,最后分成八块八条主线。
后来他们发现还可以利用太阳的影子是八卦的规律来指导农业生产。由此可见,四季与人们的生活和生产是有关系的。
根据规律,这四季可分为360天左右(4×9)。
四季中,有见识的人围绕月亮的盛衰,继续认真地把24个月亮的变化关系放入360天,把月亮盛衰的变化周期简称为一月,最厉害的人宣布月亮哪个时期是新月,每个月准确地开始耕种。
以此类推,为了以文字记录的形式计算360天,历代都创造了天干地支。60天干地支反复地从一个地方到另一个地方,天干地支一年轮回六次。
基于天干地支的轮回,很多数据一目了然,可以理清时间与时间的关系。很早就主要负责管理、记录、理清这些数字与时间关系的是当地的牧师,在村里也可以称为巫师。
然而,上述算法是一个理想的算法。由于引力的影响,真实的地球和太阳不可能360天按时循环,所以360天的时间需要根据实际情况进行微调。
这项工作是用亨廷顿理论模型解释的:天体的运行还受到水、气等因素的影响,所以不会准时。同样,根据浑天仪的演示和解释,很多天象都得到了验证,一年的问题早晚会得到解释。
于是,在中世纪,形成了一套严密的天体计算体系,将太阳系的行星运行考虑在内。虽然不是很科学,但是计算没有大的瑕疵,天象仪的算法统治了中国几千年。
祖冲之在浑天说的基础上提出了《大明历》。他仔细统计计算了每年同一点阳光直射的时间差,然后结合大数据,提出了391年,144闰月的新闰法。
经过360天和几个闰月,阳光直射回到原来的固定点位置,然后他定义一个回归年为365+38+0。
这一发现是对当时中国历法的准确更正。虽然它不是非常准确,但它已经是一项重大的历法改革。
可惜这个历法当时没有被采用,是他儿子祖宣争取来的。
祖轩也很优秀。他继承了父亲的事业,在天文和算术方面为中国乃至世界历史做出了巨大贡献。他第一个提出了球体的等积原理——“势若同,积不能异”。这个原理比西方数学家早发现1100多年。现在,它常用于微积分领域。
但非常遗憾的是,自南齐撤销明总概念以来,国子监只专攻其他三种学说。在南方,致力于算术和阴阳的人才凋零了,有才能的人也转行了。颜之推曾说:“算术在江南是凤毛麟角,只有杨帆和祖宣擅长。”
中国科学史的发展进程再次进入了超级慢的隧道车道。
祖冲之的全才还体现在机械制造上。
祖冲之改革南导车。南罗盘是中国特有的发明,据说黄帝时期就有,但在历史变迁中,师徒传承被遗忘,原有技术没有保留。而祖冲之借助古籍记载,重新设计装卸,大概恢复了南导车的原貌。
祖冲之把水锤和水磨结合起来,发明了水锤磨。这个东西被祖冲之发明后,农民可以利用自然水利反复做功,多次磨粉,小面积脱粒水稻,对农业发展非常有利。杜宇几百年前发明改进了这个东西。
祖冲之设计了千里船和木牛流马。这两个现在看不到实物,千里船应该是水车驱动的船。本发明有助于南朝的水战,还可以实现粮食的快速调运。牧牛刘妈是一种古老的轨道车,现在没有这项发明的图纸。
祖冲之做了礼器。现在有一个类似的物体,大概是计时器,也是提醒人做人的仪器,就不再探究了。
祖冲之在文学上有建树,就像地震学家张衡一样。祖冲之的传记安排在传记《文学》里。
其实只要祖冲之学过汉字,知道节奏,根据实践中的经验,随便编一些字,总比空着肚子学文学好。他从事建筑,接触建筑工人,江湖历史;他是搞日历的,他要接触农民,天地之河;他是搞工具的,要接触农田水利和野战;他从事奇怪的研究,接触传说中的鬼故事等等。这些人生经历足以让他写不完的故事,他的文学造诣估计能秒杀当时一大群自恋者。
现在,我们总结一下祖冲之为什么是全才。
首先是促进政治和经济环境。
在封建社会,农耕民族在推动历史发展方面比游牧民族更具创造性,游牧民族往往灭亡一个农耕封建王朝。历史学家认为,这是历史的倒退,不仅扼杀了一个先进的封建制度,更有可能扼杀了祖冲之这样的人才,使得农业文明延续断层。
比如农耕的利器,引水装置,测震装置,风雨预报,笔墨纸砚,纺织机,布帛衣服甚至铁和煤的发现,都是只有在农耕社会才会出现的杰作。蒙古这个最强大的游牧民族,只起到了中西文化交流的作用,在促进人民科技进步和民生发展方面的成就几乎为零。再加上他们的屠杀,他们对历史的推动作用可以说是负面的。
祖冲之生活的南朝,土地是需要促进农业的新土地。刀耕火种的野蛮耕作方式不得不改变,需要利用南方依山傍水种植的优势。但是,这需要系统的理论指导和一些实用的发明,所以祖冲之等人致力于研究这些东西。
第二是领导力,南朝重视教育。
这是老生常谈了。文中多次提到,宋齐初期的最高领导人重视发展农业,向北扩张领土,所以需要新式武器和粮草运输,所以重视教育,培养专门人才。
祖冲之是个特殊的人才。因为祖冲之的父亲是宫廷建筑家,他少年时的聪明才智早已为外人所知。祖冲之二十多岁时,刘崧孝武帝派他到当时的总览工作。这是萧道成的学校,只不过萧道成是学生,他是老师。
祖冲之在这里成为文史、阴阳教授,还在浩瀚的书海中研究天文历法、算术建筑。当时,刘崧和刘玉热衷于木工,祖冲之也做出了努力。萧道成对他的战争装备非常感兴趣,比如木制的牛和马、数千英里的船和指南针车,并在战场上使用这些东西。
因此,萧道成称帝后,更加重视教育,并给予专门的工程经费,用于这些教育机构的扩建。于是,祖冲之有了身份,有了钱,有了天下人的赞誉,全才就这样了。
随着南朝学术的重视和自由,诞生了祖冲之这样的人才,这也是一种历史的幸运。