孫小淳

科學(xué)史是科學(xué)教育的重要組成部分。在科學(xué)史研究中，我特別喜歡“文明的融合”這個(gè)概念。曾記得今年年初在蘇丹首都喀土穆參會時(shí)，我特意去看了尼羅河，藍(lán)尼羅河和白尼羅河，兩條河匯聚在一起，流向埃及，滋養(yǎng)出偉大的古埃及文明。這一景象給我的直觀感受就是，文明的交匯可以培育出新的文明。

我剛才仔細(xì)地聆聽了Lee Yee Cheong博士的發(fā)言，了解到了伊斯蘭世界和歐洲歷史上的重大科技發(fā)明。我認(rèn)為近代科學(xué)的出現(xiàn)不是歷史的機(jī)緣巧合，而是歐亞大陸各文明數(shù)千年融合之結(jié)果。東西方的文明，都為科學(xué)文明的興起做出了貢獻(xiàn)，這是一個(gè)全球性的現(xiàn)象。了解這一點(diǎn)對于處在全球化時(shí)代的我們非常重要，特別在目前一些國際政治勢力開始懷疑甚至反對全球化趨勢的背景下。

“絲綢之路”，是重要的人類歷史文化遺產(chǎn)，也是文明交流的象征，它為我們認(rèn)識“文明的融合”提供了一個(gè)具體的視角。我們從中能夠了解到，古代不同文明的科學(xué)、文化和宗教等知識都對現(xiàn)代科學(xué)文明的發(fā)展做出過貢獻(xiàn)。研究人類文明的歷史就會發(fā)現(xiàn)，歷史上各個(gè)文明之間的聯(lián)系，要比我們想象的密切和豐富得多。也可以這樣說，當(dāng)今天的各個(gè)國家建立起更為密切的關(guān)系后，我們會更多地發(fā)現(xiàn)，歷史上文明之間存在過的密切聯(lián)系。因?yàn)槲覀兘裉斓拿芮嘘P(guān)系，會幫助我們關(guān)注到過去不曾關(guān)注的歷史。

我今天想跟大家談的是，科學(xué)作為怎樣的一種力量，起到了連接古代絲綢之路上不同文明的作用。

我舉兩個(gè)例子來進(jìn)行說明。一個(gè)例子就是13—15世紀(jì)中國和伊斯蘭國家之間的“天文絲綢之路”，另一個(gè)是17—18世紀(jì)的“海上絲綢之路”。

在我看來，“天文絲綢之路”上有兩個(gè)標(biāo)志性的城市，一個(gè)是中國的登封，另一個(gè)是烏茲別克斯坦的撒馬爾罕。兩個(gè)地方都有中世紀(jì)大型的天文臺，登封有13世紀(jì)元朝建立的登封觀象臺，撒馬爾罕有15世紀(jì)初鐵木耳王朝建立的烏魯伯格天文臺。兩個(gè)天文臺都有非常具有代表性的中世紀(jì)大型天文儀器，代表了當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的天文觀測技術(shù)（見圖1和圖2）。

在蒙古帝國統(tǒng)治時(shí)期，中國和阿拉伯世界聯(lián)系更加緊密了。有非常明確的證據(jù)表明，中國和伊斯蘭世界存在著天文學(xué)知識的交流，一些新的概念、新的方法和新的天文儀器被介紹到了中國。

關(guān)于伊斯蘭世界天文學(xué)知識向中國的傳播，首先是天文歷法上“里差”概念的引入。里差是因兩地地理經(jīng)度不同造成的時(shí)間差，里差改正就是根據(jù)里差對所觀測的天文現(xiàn)象所發(fā)生的時(shí)間進(jìn)行校正。

里差改正由一位叫耶律楚材的元朝天文學(xué)家引入到他所制定的一部歷法《西征庚午元?dú)v》中。耶律楚材把這部歷法進(jìn)獻(xiàn)給了成吉思汗。他在其中的《進(jìn)西征庚午元?dú)v表》中說，1220年，他跟隨成吉思汗西征，駐扎在尋斯干城（即撒馬爾罕）。當(dāng)年的五月之望（公歷6月17日），發(fā)生了一次月食。按照當(dāng)時(shí)中國金朝通行的《重修大明歷》推算，這次月食分當(dāng)為二分，而“食甚”時(shí)刻當(dāng)為夜里子正?？墒撬谌鲴R爾罕觀測月食，發(fā)現(xiàn)初更未盡，月食已經(jīng)發(fā)生了。由此他注意到，天上同一時(shí)刻發(fā)生的月食，在中國中原觀測到的時(shí)間與在撒馬爾罕觀測到的時(shí)間之間存在一個(gè)差值。耶律楚材把這個(gè)由于東西地理之差造成的時(shí)間改正叫做“里差”，并將其引入到《西征庚午元?dú)v》的計(jì)算之中。今天我們知道，里差實(shí)際上就是由于兩地經(jīng)度不同而造成的地方時(shí)的差值。比如北京與倫敦的地理經(jīng)度差約120度，所以兩地的地方時(shí)就相差8個(gè)小時(shí)。

《西征庚午元?dú)v》給出的計(jì)算公式如下：

T=M×O.04395×6/2615（時(shí)辰）

其中M是東西兩地間的里程。

耶律楚材定的里差系數(shù)比實(shí)際值要小，也就是說他對兩地距離的估算，比實(shí)際距離要大，約為實(shí)際距離的1.42倍。這樣的誤差是如何發(fā)生的呢？他采用的里程數(shù)據(jù)的來源是什么呢？這些問題現(xiàn)在很難有確切的回答，但是我們可以猜測，耶律楚材有可能用了古希臘天文與地理學(xué)家托勒密（公元85—165年）傳統(tǒng)的地理經(jīng)度數(shù)據(jù)。托勒密《地理學(xué)》的地理經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，是后世西方繪制世界地圖和制造地球儀的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，這一傳統(tǒng)一直延續(xù)到16世紀(jì)。從托勒密傳統(tǒng)的世界地圖（如15世紀(jì)德國約翰（JohnnesofArmsheim）繪制的世界地圖，見圖3）上，我們可以看到Bactra（接近撒馬爾罕）與開封（接近登封）的經(jīng)度差為仍度，但兩地實(shí)際經(jīng)度差為47度，即兩地的距離被夸大為實(shí)際距離的1.38倍（65/47）。這與上面的1.42倍相差不大，因此推測耶律楚材很可能采用了托勒密的地理經(jīng)度數(shù)據(jù)來確定“里差”的大小。我們知道，伊斯蘭的科學(xué)傳統(tǒng)實(shí)際也是從古希臘的科學(xué)傳統(tǒng)而來，因此耶律楚材通過伊斯蘭文明接受古希臘托勒密的天文地理知識也在情理之中。

其次我要講講一位來自西域的天文學(xué)家扎馬魯丁，他應(yīng)該是來自當(dāng)時(shí)西方著名的馬拉加天文臺。元世祖至元四年（1267年），扎馬魯丁向忽必烈進(jìn)獻(xiàn)了7件天文儀器。據(jù)《元史·天文志》記載，其中第一件儀器是“咱禿哈剌吉，漢言混天儀也”，相當(dāng)于中國傳統(tǒng)的渾天儀。第二件是“咱禿朔八臺，漢言測驗(yàn)周天星曜之器也”，這是希臘傳統(tǒng)的儀器，應(yīng)指托勒密的“雙股儀”（見圖4）。第三件和第四件分別是“魯哈麻亦渺凹只，漢言春秋分晷影堂也”和“魯哈麻亦木思塔余，漢言冬夏至晷影堂也”，就是測量太陽髙度以定春秋分和冬夏至?xí)r刻的儀器。第五件儀器是“苦來亦撒麻，漢言渾天圖也”，就是天球儀。第六件是“苦來亦阿爾子，漢言地理專也”，就是地球儀。第七件是“兀速都兒剌不，漢言定晝夜時(shí)刻之器也”，這實(shí)際上就是一個(gè)星盤（見圖5）。這些儀器顯然都是阿拉伯天文儀器。

扎馬魯丁還制定了一部專為中國穆斯林使用的天文歷法《萬年歷》。1271年，元朝大都建立回回司天監(jiān)，即穆斯林天文臺，與漢兒司天監(jiān)并列，扎馬魯丁成為回回司天監(jiān)的監(jiān)正。1273年，他又成為秘書監(jiān)監(jiān)正，相當(dāng)于皇家圖書館館長。他在《元秘書監(jiān)志》里面提到了100多條關(guān)于伊斯蘭世界、波斯世界的數(shù)學(xué)、天文、地理及天文儀器，其中包括歐幾里得的《幾何原本》和托勒密的《至大論》等著作，可見當(dāng)時(shí)有很多西方天文學(xué)知識傳到了中國。endprint

東西方天文學(xué)知識的傳播并不是單向的。接下來我還要探討一下天文學(xué)知識從東方傳到西方的可能性。這種傳播往往很難有直接的證據(jù)，但是如果我們分析東西方的天文測量數(shù)據(jù)，就有可能找到一些間接證據(jù)。

我想通過中西兩個(gè)星表的比較來說明這一問題。一個(gè)是中國的“郭守敬星表”，另一是西方的“烏魯伯格星表”。郭守敬是中國元初的天文學(xué)家，他開展了大規(guī)模的天文觀測，使傳統(tǒng)星表中的恒星數(shù)從宋代的300顆左右增加到739顆。根據(jù)我以前所做的研究，現(xiàn)存的“郭守敬星表”的數(shù)據(jù)實(shí)際是明朝初年所測，郭守敬原來測定的數(shù)據(jù)顯然是失傳了。“烏魯伯格星表”是西方天文學(xué)史重要的星表，總共記錄了1025顆恒星的位置。烏魯伯格（1394—1449）是帖木兒大帝的孫子，1409年被父親任命為帝國都城撒馬爾罕城的統(tǒng)治者，并于1447年成為帖木兒帝國君主。1420年，烏魯伯格在撒馬爾罕建造天文臺，經(jīng)過幾十年的觀測，于1447年制成“烏魯伯格星表”。這個(gè)星表雖然還是托勒密傳統(tǒng)的星表，但其數(shù)據(jù)卻是經(jīng)過烏魯伯格重新測量所得，而不是像以往的西方星表那樣，只是在托勒密星表的基礎(chǔ)加上歲差改正而已。

中國星表與西方星表有很大的不同。中國星表以“入宿度”和“去極度”兩個(gè)坐標(biāo)標(biāo)明恒星的位置，相當(dāng)于今天的赤道坐標(biāo)系。而西方星表中恒星的位置用的是“黃經(jīng)”和“黃緯”兩個(gè)坐標(biāo)，屬于黃道坐標(biāo)系。坐標(biāo)系不同，采用的天文觀測儀器就不同。中國采用渾儀。渾儀是在公元前1世紀(jì)的漢代發(fā)明，中國最早的星表——《石氏星經(jīng)》星表中的恒星坐標(biāo)就是用渾儀測量的。渾儀測量的方法，具體而言，就是將渾儀的樞軸對準(zhǔn)北天極，然后將儀器固定安裝，相當(dāng)于現(xiàn)代天文學(xué)望遠(yuǎn)鏡普遍采用的赤道式安裝，觀測起來比較方便。西方采用的是黃道天文儀器，如黃道渾儀、六分儀之類。由于黃緯不因歲差變化，所以恒星坐標(biāo)數(shù)據(jù)有一個(gè)是固定的，另一個(gè)也很容易根據(jù)歲差做加減修正。但是在實(shí)際測繪中，黃道儀器要比赤道儀器難以操作，前者需要不斷轉(zhuǎn)動儀器以跟蹤黃道的運(yùn)動。中世紀(jì)為了提髙測量精度，將天文儀器大型化。如果烏魯伯格采用大型黃道儀器來測定恒星位置，其操作難度是可想而知的。

我2014年訪問撒馬爾罕烏魯伯格天文臺，當(dāng)時(shí)腦子閃出的問題是，現(xiàn)在的烏魯伯格星表中的黃道坐標(biāo)，真的是用黃道儀器測量的嗎？有沒有可能是先用赤道儀器測量赤道坐標(biāo)，然后把它們換成黃道坐標(biāo)，以符合西方星表的傳統(tǒng)？這個(gè)問題促使我對烏魯伯格星表進(jìn)行了一些分析，看看從星表數(shù)據(jù)中能否發(fā)現(xiàn)赤道儀器測量的印記。

我寫作博士論文時(shí)，曾經(jīng)對中國最古老的星表——《石氏星經(jīng)》星表進(jìn)行研究。當(dāng)時(shí)為了確定星表的年代，我用數(shù)學(xué)上的傅里葉分析法分析星表數(shù)據(jù)。按照這個(gè)分析法，星表中給定的恒星去極度（也就是赤緯的余角）數(shù)據(jù)與某一假設(shè)觀測年代的恒星“真去極度”之間的誤差呈現(xiàn)如下的態(tài)勢：

d（a）=C+Acos（a）

星表的觀測年代就是A為0的年代，而C就是儀器安地樞軸偏離北極的角度。

這一方法對于分析用赤道儀器測量的星表數(shù)據(jù)特別有效，不僅能夠準(zhǔn)確地確定星表的年代，而且能夠分析出觀測的系統(tǒng)誤差，它由儀器的樞軸偏離北極造成。這種偏差對于儀器安裝來說是難以避免的。

我用這一方法分析了郭守敬星表，發(fā)現(xiàn)星表的觀測年代是在1380年前后，并不是郭守敬所在的元初，而是在明朝初年。郭守敬星表的測量非常準(zhǔn)確，誤差只有2個(gè)角分左右。現(xiàn)在我們要對烏魯伯格星表數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。首先是對烏魯伯格星表中的恒星進(jìn)行證認(rèn)，即要認(rèn)出星表的每一顆星的現(xiàn)代恒星通用名稱。星表中恒星證認(rèn)是比較煩瑣的，但借助于現(xiàn)代天文計(jì)算軟件（我們用PYTHON）可以做到，即把根據(jù)星表給定的數(shù)據(jù)把所要證認(rèn)的恒星位置（如圖中標(biāo)有1、2、3、4的藍(lán)點(diǎn)）標(biāo)到星圖附近年代的星圖背景（紅點(diǎn)）上，這樣藍(lán)點(diǎn)對應(yīng)于什么星就一目了然了（見圖6）。其次是把烏魯伯格星表中的黃道坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成赤道坐標(biāo)。然后將上述傅里葉分析法運(yùn)用于這些赤道坐標(biāo)數(shù)據(jù)。這樣我們就可以得到我們想要的C和A，其隨著“假設(shè)觀測年代”的變化如圖7所示。

C基本上不隨年代變化，就是固定不變的0.05度，即3角分。A隨年代變化，在公元1444年時(shí)為0。這個(gè)分析結(jié)果表明，烏魯伯格星表數(shù)據(jù)確實(shí)含有用赤道天文儀器觀測的系統(tǒng)誤差，儀器的樞軸方向偏離了北極3個(gè)角分，而星表的觀測年代在1444年左右。

由此我們可以推測，烏魯伯格星表的觀測，很可能是受到中國赤道式天文觀測技術(shù)的影響。

從這兩個(gè)星表的比較可知，中世紀(jì)東西方天文學(xué)交流，不僅存在從西向東的知識傳播，而且存在從東向西的知識傳播。

我給大家講的第二個(gè)例子是關(guān)于17—18世紀(jì)的“海上絲綢之路”。這一時(shí)期西方發(fā)生了科學(xué)革命，大量西方科學(xué)知識通過歐洲傳教士傳到中國，歷史學(xué)家稱之為“西學(xué)東漸”。但是，有一種相當(dāng)普遍的看法，認(rèn)為中國在這一時(shí)期主要是被動地接受西方的科學(xué)知識。我認(rèn)為這個(gè)看法是相當(dāng)片面的，而且深受“歐洲中心論”的影響。其實(shí)科學(xué)革命本身就是文明融合的結(jié)果，是一個(gè)全球化的過程。在這個(gè)過程當(dāng)中，當(dāng)然主要是西方先進(jìn)科學(xué)知識向東方的傳播，但明清時(shí)期的中國，并不是完全被動地接受西方科學(xué)知識，而是在接收了西方知識以后，也有主動的發(fā)明創(chuàng)造。在中國進(jìn)行的很多科學(xué)活動，實(shí)際上是和歐洲的科學(xué)進(jìn)展息息相關(guān)的，是世界近代科學(xué)的一部分。下面我以地球經(jīng)度測量問題為例加以說明。

明朝萬歷三十年（1602年），意大利傳教士利瑪竇（MatteoRicci，1552—1610）向明

神宗進(jìn)獻(xiàn)的世界地圖以《坤輿萬國全圖》為名出版，從此中國人初步了解到了世界地圖的全貌，同時(shí)也了解了地球概念及相應(yīng)地理經(jīng)緯度概念。地理經(jīng)度的測量是一個(gè)難題，測量數(shù)據(jù)也為西方所急需，西方傳教士利用一切機(jī)會獲得這方面的數(shù)據(jù)。利瑪竇1584年客居廣東肇慶時(shí)，就利用一次月食的機(jī)會，測量了肇慶的地理經(jīng)度。

對于中國來說，地理經(jīng)度的測量有兩重目的。第一是為了制定天文歷法。天文歷法在中國是最高統(tǒng)治合法性的重要標(biāo)志，所以必須做得非常精確。要做出非常精確的歷法，就需要地理經(jīng)度、地理緯度等信息。明朝末年，原來使用的歷法《大統(tǒng)歷》已經(jīng)行用了300年，出現(xiàn)了很大偏差，預(yù)報(bào)日月食都不準(zhǔn)確，急需改革歷法。崇禎年間，徐光啟就提出要對歷法進(jìn)行改革。但是關(guān)于如何改歷卻有很大的爭議。有人主張繼續(xù)使用《大統(tǒng)歷》，對其進(jìn)行修正；也有人主張采用伊斯蘭天文學(xué)傳統(tǒng)的“回回歷”，還有人主張用明末新傳入中國的歐洲天文學(xué)“西法”。徐光啟就主張采用“西法”，為了證明“西法”的優(yōu)越，他利用“西法”預(yù)測了5次月食，包括初虧、食甚、復(fù)原時(shí)刻、食分、初虧所起方位等，每次在月食發(fā)生前上奏折，以期驗(yàn)證（見圖8）。他預(yù)報(bào)月食，不僅給出月食在北京的情況，而且還給出在其他14個(gè)省會的情況，這是前所未有的。這些預(yù)測，都用到了地理經(jīng)度的信息。徐光啟主張的“西法”在歷法競爭中取得優(yōu)勢，地理經(jīng)度測量顯然起了很大的作用，它幫助徐光啟證明了“西法”的優(yōu)越性，確定采用西方天文學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行歷法改革，所謂“溶彼方之材質(zhì)，入大統(tǒng)之型?！?。中國天文學(xué)從此走上中西融合的進(jìn)程。endprint

地理經(jīng)度測量的第二個(gè)目的就是地圖的制作。地圖的制作對于國家治理來說是非常重要的，是國家政治的要務(wù)。清朝康熙年間康熙皇帝親自領(lǐng)導(dǎo)了大規(guī)模的天文大地測量。整個(gè)測量經(jīng)歷了幾個(gè)不同的階段，第一個(gè)階段是1709—1710年，主要是對滿洲、省會和黑龍江中游進(jìn)行測量。第二個(gè)階段是1711—1712年，當(dāng)時(shí)有兩支隊(duì)伍，一支對山東、內(nèi)蒙古地區(qū)，還有一支對陜西和山西地區(qū)進(jìn)行測量。第三個(gè)階段在1712—1716年，對除了西藏和新疆之外的所有省份都進(jìn)行了測量。最后是1718年的時(shí)候，地圖冊繪制完成，這就是著名的《皇輿全覽圖》（見圖9）。當(dāng)時(shí)為開展這項(xiàng)工作，康熙聘用了很多耶穌會士，其中大部分來自法國，大多與法國科學(xué)院保持著密切的聯(lián)系。因此可以說，康熙時(shí)期，中國與法國之間有過很多科學(xué)交流活動。例如巴黎天文臺的天文學(xué)家，就通過在華傳教士獲得來自中國的天文、地理數(shù)據(jù)和信息。當(dāng)時(shí)的歐洲科學(xué)家，都非常期待能夠拿到來自于中國的數(shù)據(jù)，因?yàn)檫@對于他們開展的科學(xué)研究項(xiàng)目是很有價(jià)值的。

在中國開展的天文大地測量活動，實(shí)際上是與西方近代科學(xué)上的一個(gè)重要爭論相關(guān)聯(lián)的，這就是17—18世紀(jì)關(guān)于地球形狀的爭論。按照牛頓力學(xué)，地球由于自轉(zhuǎn)而產(chǎn)生離心力，使地球在赤道地區(qū)凸鼓出來，成為一個(gè)扁圓體。但是根據(jù)巴黎天文臺臺長卡西尼領(lǐng)導(dǎo)的測量，擺鐘在赤道地區(qū)擺動變快，秒長變短，因此可以推定赤道地區(qū)重力加速度變大，也就是說離地心更近，根據(jù)這個(gè)原理，地球在赤道地區(qū)扁平一些，它應(yīng)該是一個(gè)橢球體。兩派爭論進(jìn)行了近一個(gè)世紀(jì)。卡西尼的觀點(diǎn)得到了很多次測量的“證實(shí)”，但不要忘了，所有這些測量都是在卡西尼的領(lǐng)導(dǎo)下進(jìn)行的，其客觀性值得懷疑。直到在18世紀(jì)中期，法國科考隊(duì)分別到秘魯和拉普蘭德進(jìn)行子午線測量，測量結(jié)果最后證明牛頓的觀點(diǎn)才是正確的。在這樣的背景下看中國康熙時(shí)期的天文大地測量，就有了近代科學(xué)發(fā)展史上的特別意義。當(dāng)時(shí)在中國進(jìn)行的測量，從南方的海南島到北方的黑龍江，南北地域非常廣闊，這在歐洲是不可能做到的。因此在中國所做的天文大地測量，一定會得到歐洲科學(xué)家的密切關(guān)注，因?yàn)檫@些數(shù)據(jù)對于解決他們關(guān)注的科學(xué)問題非常有價(jià)值。所以傳教士在測繪結(jié)束以后，在把測量數(shù)據(jù)報(bào)告給康熙皇帝的同時(shí)，也把數(shù)據(jù)發(fā)回歐洲。這些數(shù)據(jù)很快就出現(xiàn)在1735年法國傳教士杜赫德編撰的《中國帝國圖志》中，在歐洲廣為流傳，成為制作世界地圖的最新數(shù)據(jù)（見圖10）。中國康熙朝的天文大地測量，實(shí)際成為歐洲近代科學(xué)活動中的一部分。

康熙時(shí)期為繪制《皇輿全覽圖》所做的大規(guī)模天文大地測量，充分說明那個(gè)時(shí)候的中國并不是完全被動地接收來自西方的科學(xué)知識，而是非常主動地開展相關(guān)的科學(xué)活動。中國可以說是西方科學(xué)近代化進(jìn)程的參與者。這也從一個(gè)側(cè)面說明，近代科學(xué)的發(fā)展是全球化的一個(gè)過程，是東西文明交流融合的過程。

上述中世紀(jì)和近代早期中國與西方分別在“天文絲綢之路”和“海上絲綢之路”的科學(xué)交流表明，自古以來，科學(xué)就在文明的交流中扮演著重要的角色，同時(shí)科學(xué)也在這種文明的互動獲得新生。

這提示我們以一種全球的視角來看待歷史上的科學(xué)與文明?！敖z綢之路”為我們提供了這樣的新視角，這種新視角對于我們開展“文明的融合”的科學(xué)教育也是十分有益的。

歷史的點(diǎn)點(diǎn)場景連接起來，可以構(gòu)成一個(gè)全球科學(xué)史的圖景。研究這些場景非常有意義。古代世界相互連接的程度比我們想象的要豐富得多。這一歷史遺產(chǎn)應(yīng)該得到傳承。因?yàn)椋还茉趺凑f，我們是探索科學(xué)真理的同一個(gè)人類。endprint