全才祖冲之,中国历史的意外瑰宝

南北朝有一位当代每个中国人都知道的人物，中国有六个月球环形山命名的人物，他的名字为其中之一。他对历史和人民的作用多过于帝王将相，尽管，在当时，他只是一个助教、县长、朝廷传官。他就是生活在宋齐交替之际的祖冲之。他乱世角落的一盏明灯。祖冲之最为我们所熟知的，是他精准地推算圆周率到小数点后六位。圆周率是圆周长和直径的比例。一个固定点为中心，用一个固定的半径，绕一周就可以画出一个圆圈，所以，圆圈的周长始终是和半径连在一起的，但是到底1米长的半径可以画出一个多少米周长的圆，没有十分准确答案。头脑发散一下，眼球虽是球形，大约可以目测点和线的位置长度，但目测出圆的周长差得远，所以，要求出圆的周长，就必须有算法。数学概念那么多，先人为什么一定要去算圆周率？源于建筑。为什么祖冲之要去算圆周率，因为他祖父是刘宋的大匠卿，就是住建部长。画建筑图纸时候，不可能每个图都用绳子测量圆的周长，于是，就必须弄个简单的公式换算。祖冲之前不久的数学家刘徽，用割圆术算出了圆周率3.1428，但是这个数还是大了一些，在建筑的实际运用中，还是会有耗材浪费，在建筑大型建筑的时候，按照这个圆周率去设计圆形建筑的话，往往会到最后是个烂尾工程。于是，天才的祖冲之就为父亲分忧，力争使得圆周率精确，终于得到了介于3.1415926和3.1415927之间的数据，这个数据已经相当豪华，比后来再重复这项工作的西方人早了800年。现在，我也是终于知道，为什么中国很多古建筑可靠的原因，理科基础好。在应用上，这个数值更是可以用于一切和圆有关的测量仪器上，比如漏斗、釜瓮。我们现在运算圆周率是轻松的，但是祖冲之要算出圆周率，那是有一个相当艰苦卓绝过程的。为什么呢？因为中国古代的算术是没有很大基础，都是自成系统的算法。尤其南北朝时期，没有阿拉伯数字、没有负数、没有无穷等基础的现代数学概念，也就是说没有牛顿那样有巨人肩膀上，很多数值都是在已有的简单符号基础上的推算，这个推算如果是布衣百姓去进行，了无生趣。那时的百姓，基础要用的天干地支都可能算不清楚，就是说，今天是什么日子，过了几天日子，今天是我在世界上的用第几天了，他们可能不知道，连生辰八字的查看和记录都需要仰仗专门人物或机构。发达的地方，可以有黄历在官府、大户，可以前去查一查时间，但是天下多变，官府混乱了，那完了，“不知今时是何世，无论魏晋”的事情就发生了，小老百姓要求算个生辰，定个吉时就只能求助于在街上算命（算命分摸骨、勘穴、算术等流派，这里是算术流派）算得准的老汉了。江湖术士在古代很大一部分是卖时间为生的，很多时候，他们故意说得模糊，将数学推算演变成了一种神秘学说。说多了，现在看看祖冲之算圆周率的有关情况吧。素材:一个是朝廷颁发的度量单位（以前度量单位是以皇帝意志为准，以长度为例，叫几个人走十步，取他们的平均值，然后赋予一个数据，大约几步等于一米，再以皇帝名义颁布，并在官府放一个尺子，让大家拿个绳子去量好，用于自己家用）。二个是有一根根寸长的方形或扁形小棍子（这些棍子是原始的算筹，那个时候还没算盘，也不会用笔计算公式、更不会用数字表达十进制的概念，只能用不同的算筹，表达不同的数字概念）。三个是有一根笔。四个是有一堆记录算的过程的纸。五个是加减乘除的符号供参考，九九乘法表为主要辅助。这就是祖冲之所有约莫可以准备的素材。凭借以上，要算出圆周率精确到小数点后七位，那真正需要仔细反复运算，反复记载，其中思想只要一断片，那之前的工作就会像魏延误闯诸葛亮军帐一样，瞬间烛灭。所以，我说算这个运算是一个艰苦卓绝的过程，而祖冲之是一个沉得下心的人，是一个稳重睿智的思考者，是民科的典范人物。上面是祖冲之的最大贡献，但他是全才，是因为他不仅仅有这个贡献。祖冲之还纠正了历法，这个贡献在当时来说，甚至比圆周率的作用更大。南北朝是中华天文学的重大突破时期，本人对古代怎么看天文星相不很懂，只能以自己的理解思维做个解释。在知识并不像现在一样爆炸的中古，人们对世界的未知充满想象，屈原的《天问》就代表了古人对世界找不出答案的一系列幻想。如西王母、神女、湘妃等角色和銮驾驱车、老虎鼓瑟、凤凰来仪等场景。大地，苍天就在眼前，古代也并不总是只有像屈原那样漫天想象的人，也有努力去寻求真知的人，至于解答成什么样子，那是智者见智。但是，这种人在每个时代总得要有，这样才能推动社会进步。下面本人自述己见，简单撩清中古以前，中华人认知自然世界的关键和脉络。一、日月。中国对日月的起源和作用不是很有争议，即他们是神仙的化身，他们是代表无上神的意志来照看人间的，日、月本身笨拙，经常受到乌云、雷电等的压迫，可能是一个低等的神仙，也可能是一个被大神驱使的动物，甚至是一个被神兽拖着走的大火轮子。同时，他们规律有常，给人间以光明，是善的化身。但总体来说，他们在人神之中的地位不高，从两小儿辩日事件就知道，华夏的人间拿日月和别的相比，根本没当回事，这和国外有所不同。二、星辰。星辰比日月重要，这是中华天文学的不同处，因为中国觉得，星辰比日月难懂，比较神秘，有时又有流星、彗星、星云等，古人对它的兴趣多于日月。在猜想之中，有时难免想当然地赋予星辰以人性的光辉，比如牛郎织女、银河鹊桥、七仙女星等。最受关注的当然是七大行星。记得小时候有课文叫《数星星的孩子》，古代的人在数星星的时候，他们发现，有几颗行星运动的幅度最大，且十分具有规律性，于是他们对这几个行星十分注意，并赋予了他各种寓意：金星=太白、启明、长庚；木星=岁星、太岁；水星=辰星；火星=荧惑；土星=镇星，等等。这些行星一般是按规律出现的，如果哪一天规律不准了，或者被一些东西给掩盖了，那就会有一些预言出现，尤其是对金星、火星异常时候的预言，出奇得多，这方面对占星有兴趣的朋友知道的更多，本人也就胡乱说个大概。三、宇宙观。南北朝时期天文的很大变化是，天文司对整个宇宙的看法由盖天说转到了浑天说。有人曾考证，盘古开天地这个传说的历史由来，最早应该在东晋时期，盘古这个神在主流的神话演绎里面是没有的，他是中途嫁接过来的神，与佛教、拜火教等创世主概念的传入十分有关系，这个盘古的神也真好成了浑天说蔓延开来的佐证。以前中国以为“天圆地方”，到了南北朝，虽然也还是“天圆地方”，不过地下面有东西了，被注入了气体、液体等元素，于是，有了这种解释，人们就是生活在了一个充满元气、能量等的多姿多彩的世界，整个世界犹如人本身的身体，由各类元素组成。那为什么那个时候的中华，会慢慢接受浑天说的这个观点呢，这除了当初天官设计的浑天仪准确测试了日食、月食以外，还有就是，这种学说能将历法上的时间进行稍微准确的分割和解释。中国人测算时间，与太阳、月亮紧密相连的，并与周易很是相关。八卦图原就是一个时间推算图，生活在黄河流域的古老华夏民族，最开始用竹竿计算太阳影子的变化，然后，这一带的人将影子的长度，定点同比例地一排排地刻在墙上面。日复一日。几十年后，有人再去回顾分析这些影子长度记录发现，由太阳造成的影子长度十分有规律，有时候长、有时候短。再进一步分析就是，影子长的时候，会是天气寒冷、河流结冰、树叶枯黄;影子短的时候，会是日照凶猛、黄河奔腾、鸟兽栖荫。于是，有脑子的人，就干脆把墙推倒，按照影子长短的循环周期，制作了一个八卦盘，将长短的记录缩写一下，并最后大致分为八大块，八条主线。再到后来，他们又发现，还可以用日影即是八卦的规律，指导农耕生产。于是，这就有了四个季节与人民生活生产的关系。而这四季按规律来算，大概可以分为360天左右（4×9）。在四季之中，有见识的人又围绕月亮的阴晴圆缺，继续认真地将24个月亮变化的关系镶入进了360天，月亮一个圆缺变化周期简称一月，并且由最有权力的人宣布，哪个时期的月亮是朔，开始了一年农耕精确到了每个月。依此类推，为了以文字记录的形式计算360天，历代又创造了天干地支。60天干地支反复倒腾和轮回，一年是天干地支共轮回6次。以天干地支轮回为基础，很多数据性的东西就一目了然了，很多时间的关系也就理清楚了，而很早主要负责管理、记载并理清这些数字与时间关系的，就是当地祭司，在村里面也可以叫做巫觋。但是，以上算法是理想状态下的算法，真正的地球、太阳，由于引力的影响，根本不可能360天准点轮回，于是，360天的时间需要根据实际情况微调。而这个工作就是浑天说模型所解释的：天体运行还要受到水、气等因素的影响，所以，它不会按时。而同样，按照浑天仪的演示和解释，很多的天文现象得到验证，一年的迟早问题也被解释通了。于是，中古又形成了一个兼顾太阳系行星运转的一个严密浑天计算体系，虽然不是很科学，但是，居然也在计算上无大纰漏，浑天仪的算法统治了中国后来的几千年。祖冲之就是在浑天说的基础上，提出了《大明历》，他认真统计并算出了每年太阳直射同一个点上面的时间差别，然后综合大数据，提出了391年144闰月的新闰法。通过360天再加几个闰月的算法，太阳的直射又定点回归了原来的位置，然后，他定义一个回归年为365.24281481日。这个发现，对当时中华历法是一次准确的勘误，尽管不很精确，但已经是一次重大的历法改革。可惜的是，当时这个历法并没有被采用，是他儿子祖后面争取才被采纳的。祖也相当优秀，继承了父亲的事业，在天文、算术方面对中国乃至世界历史也做出了很大贡献，他首个提出了球体的等积原理—“幂势既同，则积不容异”，这个原理发现比西方数学家早了1100多年，现在在微积分领域，经常见到这个原理的运用。但十分可惜的是，自从总明观在南齐被撤销后，太学只专攻其余三家学说，南方像致力于算术、阴阳的人才凋零，有天分的人也改行了，颜之推有说，“算术，江南此学殊少，唯范阳祖精之”。中华科学历史的发展进程又一次进入了超级缓慢的隧洞车道。祖冲之的全才还体现在机械制造方面。祖冲之改造了指南车。指南车是中国特有发明，据说黄帝时期就有，只是在历史变迁中间忘了师徒传承，没有保留原技术；而祖冲之凭借上古残篇记载，重新设计、装卸，又大概恢复了指南车的本来面目。祖冲之将水碓和水磨结合，发明了水碓磨。这东西被祖冲之发明出来之后，农民可以利用自然水利，反复做功，磨面粉可以多次磨，舂米也可以在小区域内实现，这对农业发展十分有好处，而之前发明改良这个的杜预，已是几百年前。祖冲之设计了千里船、木牛流马。这两个现在看不见实物，千里船应是水轮驱动的船，这个的发明对南朝水上作战有帮助，也可以实现粮食的快速调度运输；木牛流马则是古代有轨木车，这个发明现在也没有了图纸。祖冲之制造了欹器。这个现在有类似的实物，大概是一个定时器，也是一个警醒人做人的器具，不再探究。祖冲之在文学上还有成就，和地震学家张衡一样。祖冲之的传记就是被安排在传记《文学》里面。其实，只要祖冲之学过汉字，懂得韵律，凭他在实践中的心得，随便编排一些文字，都比腹中空空的文学大家都有底蕴。他搞建筑，要接触建筑工人、江湖历史；他搞历法，要接触农民、天地江河；他搞工具，要接触农田水利、实地战争；他搞稀奇古怪的研究，要接触传说的鬼怪故事等等，这些人生阅历，够他写出讲不完的故事，他的文学造诣，在当时估计可以秒杀大片孤芳自赏的人群。现在对祖冲之之所以全才做个总结。一是政治经济大环境的推动。封建社会，农耕民族比游牧民族在推动历史发展上更具有创造力，往往游牧民族灭亡一个农耕封建王朝，历史学家都认为，这是历史的退步，不仅是扼杀了一个先进的封建制度，而更有可能的扼杀像祖冲之这样的人才，使得农耕文明的延续断层。比如我们历史上的耕田利器、引水装置、测震装置、风雨预报、笔墨纸砚、纺织机器、布帛衣物甚至铁器、煤炭的发现推都是在农耕社会才会出现的杰作。最厉害的游牧民族——蒙古也不过在中西方之间起到了文化传播作用，在推进人民科技进步、民生发展成就上几乎为零，加上他们的屠杀，他们对历史的推动作用就可以说为负数了。祖冲之生活的南朝，其土地是一个需要推进农业的新土地，以前的刀耕火种的野蛮种植方式要改变，南方依山傍水的种植优势需要利用，但，这需要理论系统性的指导，也需要一些实际的发明，所以才有祖冲之等人去致力于研究这些东西。二是领导力，南朝重视教育。这是老生常谈，在文中反复说过，宋齐初期最高领导，注重发展农业、注重往北扩张领土，所以，需要新武器和粮草运输，所以他们才重视教育，培养专项人才。祖冲之就是专项人才。由于祖冲之父亲是朝廷建筑师，他的少年聪慧早被外人所知，刘宋孝武帝在祖冲之20多岁时候，就派他到当时总明观任职。这就是萧道成的那个学堂，只不过萧道成是学生，他是老师。祖冲之在这里兼了文史、阴阳先生，同时还在浩瀚的书海之中学习天文历法、算术建筑等，当时刘宋刘昱热衷于木工，祖冲之也出了力气的，萧道成则对他的木牛流马、千里船、指南车等战争用具十分感兴趣，在战场上也运用了这些东西。所以，在萧道成当了皇帝之后，他更加重视教育，对这些教育学府的扩大予以了专款专用的项目资金，于是乎，祖冲之有了身份、有了钱财、有了天下人的赞许，全才就这样呼之欲出。有了当初南朝学术的重视和自由，才有祖冲之这样的人才横空出世，这也算是历史的幸运。