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中国数理天文学的研究进展

已有 5320 次阅读 2014-3-29 10:29 |系统分类:人物纪事

   

    数理天文学在中国古代其实是编历法的学问。历法在中国古代是非常受重视的。中国古代是以农立国,历法一直是个大事,像二十四史中就有专门的一卷叫做天文律历志。不过,近代以来,这门学问几乎变成了一个绝学。在西方人看来,中国历法没有一个很坚实的理论支撑。因为西方天文学是一个几何模型体系,如古希腊的天文学,它有着很明确的几何模型。但在中国古代历法书上,只是告诉了一些算法。至于这些算法怎么来的,没有说明,但计算结果好像还蛮精确的。很长一段时间,在西方学者看来,中国历法其实不是一门学问,它是一个经验的东西。包括像李约瑟写《中国科学技术史》时,他完全把历法忽略掉了。因而在很长一段时间,整个欧美科学史家对中国历法是没兴趣的。但在1940年代,日本的薮内清改变了这一看法(他有两个同班同学,就是日本最早得诺贝尔奖的物理学家汤川秀树和朝永振一郎)。薮内清第一个在历法中,用现代天文学理论去构造一些模型,发现这些模型简化后就是中国古代的东西。然后他觉得中国古代里面,确实蕴含着比较好玩儿的事情,不是我们想象的那么简单。薮内清以后,西方人开始觉得,中国古代历法中应该是有些比较重要的内容值得研究。

在中国,明末以来一直有人在做历法的东西,但真正像薮内清做的这么深刻的应该到了1970年代以后了。当然,在此之前,像严敦杰先生,做的是非常好,但是零星的。接下来就是陈美东和刘金沂,他们把中国古代历法中的很多算法一个一个都搞清楚了。他们做了很多的工作,包含中国古代历法系统的清理,这些算法对应的现代公式,它的精度等。

简单这样讲,一直到陈美东,这些老先生们做的最重要事情就是说中国古代历法中有什么,他们是用现代天文学的观点来看的。曲安京的工作是:中国古代的这些东西已经发掘出来了,那么,他们是怎么来的。把这件事情做出来有意思的地方在哪?就是你可以发现中国人真正的科学思想在哪了,古人构造这些算法的一些想法是什么。

曲安京用8年时间完成了《中国数理天文学》一书,该书后记中写道,希望用这样一本书,说清楚一件事情,即什么是中国数理天文学。其中有三个方面很重要,第一个是上元积年的计算,第二部分是日食理论,第三部分是行星理论,传统日食和行星算法都存在极为困难的问题。

曲安京的硕士论文中最主要的一件事情就是构造出一个所谓的中国天文学常数系统的理论框架,可以解决很多问题,如复原残缺历法。

真正进入天文学很核心的东西,必须要对日食和行星有所了解,这是很困难的东西。因日食理论非常复杂。这个复杂性就是它牵扯很多的因素,导致这个计算是非常复杂的。举个简单例子,我们计算日食时,是从地心去计算的,但实际上,你是站在地球表面上看到的日食,这两个时刻是不一样的。若仅仅从地心去计算日食的话,这是比较容易的,但是把你放在地球表面以后,就有个视差出来了。这就把整个计算变的非常复杂。

中国古代日食理论的结构到底是个什么样子?很长时间没人说得清楚。曲安京大概是1999年去哈佛大学访问时,花了很多精力开始研读薮内清等人的文章。中国古代日食理论中有几个很核心的算法,比如日食三差算法。薮内清他们已经认证出这些算法是在计算什么。但仅仅从这个公式上根本体现不出它的天文模型是什么样,就是说其物理背景是看不出来的。

曲安京发现,应该想办法搞清楚这些算法的构造思想。薮内清是用现代天文学的理论构造了一个模型,然后用这个模型去验证中国古代算法的计算精度。曲安京简化了薮内清构造出的复杂方程组,最后导出一个计算公式。然后把中国古代的算法,也进行了一个变换,也推导出来一个公式。然后,最令人惊异的地方就是,这两个公式是完全一样的,是完全一样的结果!这是一个极其漂亮的结果!这样一下就看清楚了中国人的想法是什么了,其天文学背景的意义昭然若揭。

2001-2002年时,曲安京在日本访问,当时就希望写一本关于中国数理天文学的书。中国数理天文学最后一个部分就是行星理论,是最难的一个部分。行星理论太复杂了,但日食问题的解决使其充满了信心。在日本这一年多的时间里,他花了很大精力研究行星模型,最后给出中国古代行星理论一个完整的解释。

期间,还发生了一件事。1960年代,薮内清、中山茂和席文有一个很大的计划,就是把中国古代最好的一部历法《授时历》翻译成英文,同时把它翻译成日文。这个计划在六十年代开始,因薮内清搞了一辈子数理天文学,他们就觉得这个计划可以做。如果把这个历法翻译成西方文字以后,就可以向西方科学史界或西方知识界介绍中国古代数理天文学系统是什么样子的。这个计划最后就搁浅了。最重要的原因就是行星理论没办法解决。行星理论中有一个很关键概念怎么都解释不清楚。这一搁浅就是四十年。

曲安京到日本以后,中山茂和他讨论这些历法问题。曲安京告诉他,已基本上搞清楚这些东西了。当时薮内清已经去世了,中山茂把他和薮内清写的那个《授时历》翻译的日文版,加了最后一章,有一部分就叫“曲安京登场了”。这章就在讲行星理论,用曲安京的想法把行星理论中他们遇到的问题解释了,这本书用了四十年时间最终出版了。

学界认为,日本人后来之所以都不太做数理天文学,就是感觉难以赶超薮内清。然而中国学者曲安京的相关研究却在薮内清工作基础上推进了一大步。这是一个很了不起的事情。中山茂和何丙郁等专家都对曲安京的相关研究成果给予高度评价。有一年西北大学的李浩去到香港大学访问,刚好何丙郁也在。何先生当着很多人说,你是西北大学来的,你们西北大学有一个人物很厉害,那就是曲安京。李浩当时就给很多人发短信,说曲安京是个世界级重量人物。

 

 



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