量天尺

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中国量天尺考古发现改写认知,难怪周人 [复制链接]

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周髀算经记载,周公询问商高“夫天不可阶而升,地不可将尺寸而度”的疑问,即没办法上天测量,也无法用尺子丈量大地,那么古人如何测量天体?

该书又有记载,“候勾六尺,从髀至日下六万里,而髀无影。从此以上至日,则八万里。”即“候勾六尺”时,观测点距离无影之处(太阳直射点)六万里,距离太阳的高度为八万里。

问题在于,既然“夫天不可阶而升,地不可将尺寸而度”,那么“六万里”、“八万里”又从何而来?鲜为人知的是,因为古人有一把“量天尺”,这不是神话故事中的“量天神器”,而是中国先民数千年智慧的结晶,而“量天尺”与“勾股定理”结合,古人就可以测量天体了。

中国古代的“量天尺”——寸影千里

所谓“量天尺”,自然不是直接测量天体的尺子,而是古人发现的一个天象规律,然后以此为基础进行计算。

为了掌握“农时”,古人开始观象授时,其中一种办法叫“圭表测影”,即“表”垂直于地面,“圭”横放于地面,通过“表影”长短判断季节(见下图)。而在漫长的圭表测影中,古人掌握了“量天尺”。

周礼记载:“日至之景,尺有五寸,谓之地中。”所谓“地中”,就是地之中央,“中国”名称起源与之有关,古人认为夏至日的日影一尺五寸之地为“地中”。

不过周髀算经记载,“日中立杆测影,此一者,天道之数。周髀长八尺,夏至之日日晷一尺六寸。”接下来又说,“正南千里,勾一尺五寸,正北千里,勾一尺七寸,日益表南,晷日益长。”

问题在于,周礼说“尺有五寸”,周髀算经说“一尺六寸”,为何两者重点有所不同,“寸影千里”有过验证码?原因很简单,就是不同地点测影的结果,反映了政治上的“地中”的变化,现代考古揭开了两则记载的日影不同、以及寸影千里的谜团,改写了我们的传统认知。

清华简保训记载,尧舜时不知道什么原因而“恐,救中”,于是舜“乃易立埶诣,测阴阳之物”,最终舜得到了中,但到了夏朝中期,商族的上甲微(史记说王亥之子)认为舜测得不对,于是上甲微“追中测影”,最终认为嵩山才是地中。

上个世纪,在山西临汾襄汾陶寺遗址,考古发现一件木胎漆绘圭尺,现代学者在该地的夏至日正午实测,印证了周髀算经“日影一尺六寸”的记载。而在嵩山一带,古今无数政权以此为地中,在登封告成镇建立观星台、测影台等,可以印证周礼“尺有五寸”的说法。

可见,“一尺六寸”是舜在陶寺遗址测的结果,“尺有五寸”是上甲微在嵩山测的结果。而嵩山与陶寺遗址基本处于同一经度,两者之间相距多公里,以商周认知水平来看(周朝一里大概是米),认为两地相隔千里并不奇怪,于是就有了“影差一寸,地差千里”的结论。

对于天体测量来说,“影差一寸,地差千里”就是一把“量天尺”。

量天尺量天的办法——勾股定理

掌握量天尺后,古人就可以测量天体了,其中最为核心的办法就是勾股定理。

在漫长的圭表测影中,古人逐渐发现了“勾三股四弦五”的规律,然后就以勾股定理来测量万物。现代考古显示,至少在年前的河南濮阳西水坡遗址时,中国先民已经懂得立表测影,因此“勾三股四弦五”的规律不是突然出现,而是有着漫长的探索期。

问题在于,掌握勾股定理与量天尺之后,古人如何测量天体,测量太阳距离地面的高度呢?以现代人的认知来看几乎不可能,但以古人天圆地方的认知来看,这件事就变得简单了。有兴趣的朋友,不妨先不看下面,自己寻找一下解法,看看如何测得太阳距地高度。

因为“寸影千里”,所以只要知道观测点的日影长度,就可以推导出观测点与太阳直射点之处(即髀无影)的距离,由此“髀无影”之处、太阳、观测点就构成了一个直角三角形。(见上图,其中8尺是指周髀长八尺)

比如,夏至日在陶寺遗址测得日影一尺六寸,那么嵩山与“髀无影”之处的距离就是1.6万里。但“勾三股四弦五”是一种特殊比例,1.6万公里与之没有形成勾股比例数值,所以没有办法套用勾股定理计算出另外两边,也就无法算出太阳距离“髀无影”之处的高度。

既然如此,古人怎么办呢?一个字,等!等到形成勾股比例数值时计算。

周髀算经记载:“候勾六尺,从髀至日下六万里,而髀无影。从此以上至日,则八万里。”当影长六尺时,观测点距离髀无影之处就是六万里,套用“勾三股四弦五”,勾六股就是八,因此“候勾六尺”时“日高八万里”。

除了测量日高之外,古人还测量了北极星的高度,北极星到太阳的距离,太阳照射的最长距离(“故曰:日照四旁各十六万七千里”),宇宙直径与周长(“四极径八十一万里,周二百四十三万里”)等等,都是在量天尺的基础上,采用勾股定理计算出来的。

以现代眼光来看,虽然寸影千里(南北朝时已有人质疑,唐僧一行测出较为精确的结论)、日高八万里等等,基本都是错误的结论,但这只是时代认知的局限性,人类探索未知的正常过程。相反,能活用量天尺、勾股定理测量各种天体,反映了中国先民超人的智慧。

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