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從單表到雙表——重差術的方法論研究 (第 7 頁)

李國偉

 


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.原載於《中國科技史論文集》,聯經,台北,1995,pp.85-105
.作者任職於中央研究院數學研究所

註釋
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由天上回到地面

唐朝開元十二年,太史監南宮說做了一次大地測影的工作 註13 。夏至時滑州白馬縣,八尺之表影長一尺五寸七分。滑州南行一百九十八里百七十九步,到汴州浚儀,影長一尺五寸微強。浚儀南行百六十七里二百八十一步,到許州扶溝,影長一尺四寸四分。扶溝南行一百六十里百一十步,到豫州上蔡武津,影長一尺三寸六分半。大略五百二十六里二百七十一步,影差二寸有餘。這個結果與歷來相傳每千里影差一寸的說法出入非常大,如果我們以白馬與浚儀的兩表來作重差,所得的量天之數比《周髀算經》的數值更形渺小,不能讓人信服是真正天體的大小。所以重差術從方法論與幾何學的觀點看來似乎是量天度日的好辦法,但實際使用的結果卻遠不是那回事。問題出在什麼地方呢?

如果當時人把寸影千里假設徹底推翻後,進一步瓦解掉平面大地假設,那麼才有可能掌握影差計算的意義。但是他們沒有依循這條路線發展出球面大地的結論,一行反而利用視差原理,很巧妙的迴避掉看似不太合理的現象,他說:

「夫橫既有之,縱亦宜然。假令設兩表,南北相距十里,其崇皆數十里,若置火炬於南表之端,而植八尺之木於其下,則當無影。試從南表之下,仰望北表之端,必將積微分之差,漸與南表參合。表首參合,則置炬於其上,亦當無影矣。又置木矩於北表之端,而植八尺之木於其下,則當無影。試從北表之下,仰望南表之端,又將積微分之差,漸與北表參會。表首參合,則置矩於其上,亦當無影矣。復於二表之間,相距各五里,更植八尺之木,仰而望之,則表首環屈而相會。若置火炬於兩表之端,皆當無影。夫數十里之高與十里之廣,然則邪射之影與仰望不殊。今欲求其影差以推遠近高下,猶尚不可知也,而況稽周天積里之數於不測之中,又可必乎?假令學者因二十里之高以立勾股之術,尚不知其所以然,況八尺之木乎。」

如此一來,一行就整個把重差術由量天度日的領域內放逐出去了。一個正確的數學方法用到一個錯誤的天體模型上,所得的荒謬結果應該會提供發現模型偏差的機會。但是歷史很冷酷的告訴我們,這是次錯失交臂的良機。重差術從量天的巨大尺度上,墮入了普通地面尺度的測量。而地面測量時,水平大地的假設便保有相當程度的正確性。後代重差術再出現時,不論是在秦九韶的《數書九章》,楊輝的《續古摘奇算法》,還是朱世傑的《四元玉鑒》,基本上都脫不出劉徽《海島算經》的地面測量範圍。由天上回到地面的重差術,真正突顯了它是一套優美的幾何方法,而向下影響了天元術的發展,成為中國古典數學中一條不容忽視的脈絡。

   

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編輯:李文威 最後修改日期:3/27/2004