南北朝时著名的数学家和天文学家(有一项世界级成果)

谈及古代数学,很多人言必称古希腊,将古希腊数学视为古代数学的巅峰,但实际上古希腊只在几何方面有不俗的成就,在其他方面却成就有限,不仅不如同时代中国的成就,更远不如汉唐宋明的数学成就。

经过数千年的积累,尤其魏晋南北朝时刘徽、祖冲之等奠定的数学研究新思路,到宋代时中国数学迎来又一个巅峰,当时已有不少学者将几何与代数结合,其中一位叫贾宪的大数学家,有一项世界级的成就,可惜六百年后成果却以欧洲人姓名命名。

南北朝时著名的数学家和天文学家(有一项世界级成果)(1)

关于贾宪其人,史书只记载了一条,即北宋官员王洙记载:“世司天算,楚,为首。既老昏,有,子贾宪、朱吉著名。宪今为左班殿直,吉隶太史。宪运算亦妙,有书传于世。”北宋早期,司天监里数学最好的叫“楚衍”,史载“于《九章》、《缉古》、《缀术》、《海岛》诸算经尤得其妙”,徒弟中贾宪、朱吉最为有名,而贾宪担任左班殿直——一个宫廷内的低级武官,朱吉担任太史,其中贾宪有著作流传于世。

这里要说明一下,周朝时将“数”作为君子六艺之一,当时贵族非常注重数学教育。但在儒学兴起之后,数学虽然也是“显学”之一,但处于边缘位置,不受重视,远不如读四书五经有前途,所以当时的数学家,要么在司天监、工部等需要数学的地方工作,要么是真正的数学爱好者。作为北宋大数学家,贾宪竟是一个身份低微的低级武官,如今看来很魔幻,却符合当时的历史。

根据文献记载,大约1050年时,贾宪完成《黄帝九章算经细草》、《释锁算书》、《算法斅古集》等书。南宋鲍浣之于1200年说:“自衣冠南渡以来,此学(指算学)既废,非独好之者寡,而《九章算经》亦几泯没无传矣。近世民间之本,题之曰《黄帝九章》。”贾宪著作在一定程度上逐渐代替了传承数千年的《九章算术》,可见他对南宋数学的影响之大。可惜的是,贾宪著作都失传了,但又幸运的是,贾宪研究出的部分成果,被南宋杨辉收录在了《详解九章算法》中,让贾宪的部分成果得以传承了下来。

南北朝时著名的数学家和天文学家(有一项世界级成果)(2)

南宋时期,中国数学进一步发展,涌现了不少大数学家,以秦九韶、杨辉最为知名。其中,杨辉是宋末官员,在南宋灭亡前夕,1261年他完成《详解九章算法》,之后到1275年又陆续完成四本数学专著,这些著作都流传于世界。在《详解九章算法》中,杨辉提到贾宪两项数学成就:

首先是“贾宪三角”或“杨辉三角”(见下图),研究的是高阶等差级数求和问题。后来,元朝朱世杰在贾宪三角的基础上,从“三角”的每条斜线上发现了“三角垜”、“撒星形垜”等高阶等差级数求和公式,即扩充了“贾宪三角”成“古法七乘方图”。

1655年,法国数学家布莱士·帕斯卡介绍了这种三角(贾宪三角),他搜集了几个关于它的结果,并以此解决一些概率论上的问题。尽管帕斯卡比贾宪迟了600年,但欧洲将之命名为“帕斯卡三角”,至今仍是如此。

南北朝时著名的数学家和天文学家(有一项世界级成果)(3)

其次是“增乘开方法”,指中国古代数学中求高次方程数值解的一般方法,该方法由《九章算术》的开方术衍生而来。贾宪在前人的基础上,将求高次方形成固定的程序,增乘开方法的计算程序与欧洲数学家霍纳(公元1819年)的方法大致相同,但比他早770年。

不过,后人研究发现贾宪没有涉及分数和求微数(即极限理论)领域,主要是整数计算,因此分析认为他对开方开不尽的问题没有研究透彻。但南宋秦九韶在贾宪的基础上,进一步研究了这个问题,《数书九章》中有详细的论述。然而,尽管霍纳方法比秦九韶的迟了500多年,但西方国家还是称之为“霍纳方法”。

尽管贾宪在这一问题上研究得还不够透彻,但他简化了筹算程序,提出固定的解体程序,并使程序化更加合理,这一点对宋元数学影响深远。

总之,贾宪的数学研究方法非常独特,他的数学成就不是宋朝第一,但他将数学研究系统化、规范化的数学方法论,对宋元数学家产生了深远影响,纵观“宋元四大家”(即秦九韶、杨辉、李冶、朱世杰),莫不从中汲取精髓。在中国数学史上,魏晋刘徽奠定了数学理论基础,南宋杨辉是理论的基本完善,而贾宪起到承上启下的关键作用,没有他就难有宋元数学的辉煌成就。

南北朝时著名的数学家和天文学家(有一项世界级成果)(4)

如今,很多人谈及数学,几乎都将之视为欧美的贡献,因为数学书上很多理论,几乎看不到以中国人姓名命名的。然而以贾宪来看,并非古代中国没有领先世界的伟大数学成果,而是不少成果没能以中国人的姓名命名,被西方学者“抢注”罢了。

纵观中西方数学成就,有一个耐人寻味之处。16世纪之后,欧洲世界级的数学成就开始不时出现,而在之前却鲜有什么成果。但16世纪恰好是欧洲传教士来华的时间点,当时传教士的确带来了一些零星的欧洲科技知识,然而他们也翻译了大量中国书籍到了西方,甚至很多欧洲学者与传教士保持日常性的通信,17世纪欧洲还兴起了“中国热”。也就是说,教科书告诉我们的“西学东渐”其实并不准确,当时更大规模的应该是“东学西渐”。因此,帕斯卡三角、霍纳方法等等,是西方学者的独立研究成果,还是借鉴参照、甚至抄袭了中国成就,无疑是一个值得深思的话题。

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