说到元朝文化,可能大多数国人都不知道,也不会甚至不愿意相信一件事其实元朝的数学成就和科学成反而是中国历史上最高的。
可能下一刻我就要被批了,因为提到元朝,必定很多人冒出来两个字野蛮,认为元朝毫无建树,因为人们更愿意去相信自己认为的谎言,而不乐意去相信一件他所厌恶的事实。而我则是一定要提到两个人,一个是元朝大数学家朱世杰,一个是元朝昭文馆大学士郭守敬。因为这两个人绝对不能默默无闻。
朱世杰,元朝数学家,代表作有《算学启蒙》和《四元玉鉴》。
《算学启蒙》由浅入深,从一位数乘法开始,明确提出正负数乘法法则,给出倒数的概念和基本性质,概括出若干新的乘法公式和根式运算法则,总结了若干乘除捷算口诀,并把设辅助未知数的方法用于解线性方程组。该作分3卷,20门,259问,包括面积、体积、比例、开方、高次方程、分数运算、垛积(即高阶等差级数求和)、盈不足术、线性方程组解法、天元术及增乘开方法等例题。
朱世杰学术研究
而比《算学启蒙》成就更高的只有《四元玉鉴》,其中最杰出的数学创作就是“四元术”,又称“多元高次方程列式与消元解法”。而在此前的宋朝,在解方程方面,贾宪给出增乘开方法,刘益则用正负开方术求出四次方程正根,秦九韶在此基础上解决了高次方程的数值解法问题。至此,一元高次方程的建立和求解都已实现,加上线性方程组古已有之,所以具备了多元高次方程组产生的条件,李德载的二元术和刘大鉴的三元术相继出现,使得中国在解方程方面逐渐成熟,四元术更是提高了中国的整体数学水平,而欧洲直到公元1775年法国人别朱才提出同样的解法。
除此之外,朱世杰还创作了“垛积法”(高阶等差数列求和)与“招差术”(高次内插法),同样欧洲到公元1670年英国人格里高利和公元1676一1678年间牛顿才提出内插法的一般公式。并且在几何方面,朱世杰总结了前人的勾股及求积理论,在李冶思想的基础上更进一步,深入研究了勾股形内及圆内各几何元素的数量关系,发现了两个重要定理射影定理和弦幂定理。
然而无论是《算学启蒙》还是《四元玉鉴》,都在明朝时期全部失传,直到近代才在朝鲜和日本地区发现了原本,故而绝大多数中国人不知道朱世杰是谁,也不知道中国曾经出现过和牛顿一样bug般的人物
郭守敬,元朝天文学家、数学家、水利工程专家。师从刘秉忠、张文谦,在刚才提到的四元术上,刘秉忠、郭守敬等人也敏感的察觉到天元术之上还有更高的层次,不过终究抵不过朱世杰,相比数学,郭守敬的科学成就无人可比。
郭守敬创作《推步》、《立成》等十四种天文历法著作,和王恂共同创作《授时历》,并以万分为日法。
发明正确的处理三次差内插法方法,来计算日、月等各种非均速的天体运动,这在数据处理和计算数学上是个很大的进步。
采用的弧矢割圆术,将各种球面上的弧段投射到某个平面上,利用传统的勾股公式,求解这些投影线段之间的关系。再利用宋代沈括发明的会圆术公式,由线段反求出弧段长股关系的方法是完全准确的。它们与现今的球面三角学公式在本质上是一致的。(主要的数学计算是王恂,但是郭守敬也功不可没)
简仪
创制和改进了简仪、圭表、候极仪、浑天象、仰仪、立运仪、景符、窥几等十几件天文仪器仪表。此外,他还创制了与计时器有关的仪器:宝山漏、大明殿灯漏(又称七宝灯漏)、灵台水运浑天漏、柜香漏、屏风香漏、行漏。其中的大明殿灯漏是中国第一架与天文仪器相分离的独立的计时器,在中国钟表发展史上具有重要的意义。
主持从北纬15度(今14.8度)至65度(今64.1度)的大规模纬度测量,推算一回归年长度为365.2425日,测定黄赤交角为23度33分34秒,与地球绕太阳公转的实际时间只差26秒,和现在世界上通用的《格里高利历》(俗称的阳历)的周期一样。
在简仪上设计的赤道经纬仪是世界上最早的赤道装置,欧洲直到公元1598年才由丹麦天文学家第谷发明类似的装置。
在简仪中使用了滚柱轴承,以使简仪南端的动赤道环可以灵活地在定赤道环之上运转。西方的类似装置是在二百年后才由意大利科学家达芬奇发明的。
由于郭守敬的实验经费都是忽必烈给的,所以他的成就大多在忽必烈时期,到元成宗之后,元朝政权腐朽,统治集团内部斗争日益剧烈,生活穷奢极欲,在这种背景下,郭守敬的创造活动受到极大的限制,致使他晚年的创造活动十分沉寂,也是一件比较遗憾的事。
而元朝的成就并非个例,而是整个社会,比如郭守敬属于“邢州学派”,该学派因为精于数学、天文、历法、水利工程等,被元朝统治者忽必烈所重用,包括郭守敬在内的“邢州学派”五杰,三个被封国公,最低二品官员,因而有非常多的汉人知识分子拜入其门下。同样,朱世杰作为大数学家享有盛名,有非常多的门生,因此元朝的文化更加倾向于数学和科学,而非儒学。