祖冲之对计量科学的贡献

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1、祖冲之对计量科学的贡献祖冲之(429-500)是我国南北朝时期的着名科学家,在中国科学史上享有崇高地位。在今天的人们看来,他推算出了高精度的圆周率,使之领先世界一千多年,是一位享誉世界的大数学家;他提出了《大明历》,内含多项创新,是一位杰出的天文学家;他成功复原了指南车,使古代绝技失而复得,是一位优秀的机械发明家;……。对祖冲之的这些评价,是完全正确的,但还不够全面,因为他为今人所称道的那些成就,主要是围绕着计量科学的发展而做出的。他首先是一位杰出的计量学家,对中国古代计量科学的发展做出了巨大贡献。与此同时

2、,在他的计量科学工作中,也有个别不严谨之处。一.对测量精度和尺度标准的重视祖冲之一生的科学工作,大都与计量有关。他有着丰富的计量实践。在给宋孝武帝所上请求颁行《大明历》的表中,他曾经提到,在治历实践中,他常常“亲量圭尺,躬察仪漏,目尽毫厘,心穷筹策”[1],自己动手进行测量和推算。测量离不开择定基准、核对尺度,测量本身不可避免还会涉及精度问题,这都与计量有关。对这些问题的重视,使他很自然地步入了计量领域。精度问题是促进计量进步的重要因素,祖冲之对之十分重视。他曾经指出:“数各有分,分之为体,非细不密。”[2

3、]所谓“细”,即是指测量数据的精度要高,他认为,只有高精度的测量,才能使测量结果与实际密合。他不但在理论上高度重视精度问题,而且在实践中,也身体力行,努力追求尽可能高的测量精度。他自称在测量和处理各类数据时的指导思想是“深惜毫厘,以全求妙之准;不辞积累,以成永定之制。”(引文出处同注〔2〕)。他在测量实践中的“目尽毫厘”,在推算圆周率时精确到小数点后7位,就是其重视精度的具体表现。正是这种重视,使他在计量科学领域做出了令人景仰的成就。在对计量基准的择定方面,祖冲之首先值得一提的工作是他对前代计量标准器的保存

4、和传递。他的这一事迹与西晋荀勖考订音律的成果有关。荀勖考订音律的事情发生在西晋初期。晋朝立国之后,在礼乐方面沿用的是曹魏时期杜夔所定的音律制度。但是,杜夔所定的音律并不准确,晋武帝泰始九年(公元273年),荀勖在考校音乐时,发现了这一问题,于是受武帝指派,做了考订音律的工作,制订了新的尺度。《晋书·律历志上》对此有简要记载:起度之正,《汉志》言之详矣。武帝泰始九年,中书监荀勖校太乐,八音不和,始知后汉至魏,尺长于古四分有余。勖乃部着作郎刘恭依《周礼》制尺,所谓古尺也。依古尺更铸铜律吕,以调声韵。以尺量古器,

5、与本铭尺寸无差。又,汲郡盗发六国时魏襄王冢,得古周时玉律及钟、磬,与新律声韵闇同。于时郡国或得汉时故钟,吹律命之皆应。荀勖通过考订音律,制作了新的标准尺,并对之做了一系列的测试。测试结果表明,他的新尺符合古制,制作是成功的。荀勖律尺的制作成功,在当时影响很大,着名学者裴頠就曾上言:既然荀勖新尺已经证明当时流行的尺度过大,就应该对度量衡制度加以改革,或至少对医用权衡进行改革:荀勖之修律度也,检得古尺短世所用四分有余。頠上言:“宜改诸度量。若未能悉革,可先改太医权衡。此若差违,遂失神农、岐伯之正。药物轻重,分两

6、乖互,所可伤夭,为害尤深。”卒不能用。[3]裴頠的建议未被采纳,荀勖律尺就只能限于宫廷内部,考订音律时使用。中国古代在制订度量衡制度时,有一个传统,就是首先要考订古制。荀勖律尺是经历三国时期度量衡混乱之后,人们用“科学”方法考订出来的第一个标准尺,因此深受后人重视,《晋书》把它放在“审度”栏目之下,紧接着“起度之正”加以叙述,就表明了[1][2][3][4][5][6]下一页这一点。从这个意义上说,荀勖律尺是后人制订度量衡制度的圭臬。而这样的圭臬,被祖冲之设法搜罗到并传递下去了。祖冲之是如何保存并传递荀勖律

7、尺的,我们一无所知。导致我们做出这一判断的,是唐代李淳风在考订历代尺度时,对“祖冲之所传铜尺”的记载:祖冲之所传铜尺。……梁武《钟律纬》云:“祖冲之所传铜尺,其铭曰:‘晋泰始十年,中书考古器,揆校今尺,长四分半。所校古法有七品:一曰姑洗玉律,二曰小吕玉律,三曰西京铜望臬,四曰金错望臬,五曰铜斛,六曰古钱,七曰建武铜尺。姑洗微强,西京望臬微弱,其余与此尺同。’铭八十二字。”此尺者,勖新尺也。今尺者,杜夔尺也。雷次宗、何胤之二人作《钟律图》,所载荀勖校量古尺文,与此铭同。而萧吉《乐谱》,谓为梁朝所考七品,谬也。

8、今以此尺为本,以校诸代尺云。[4]引文中省略的部分是《晋书》对荀勖制订律尺过程的介绍。通过对祖冲之所传铜尺上的铭文的研读,李淳风断定它就是荀勖所发明的律尺,并以之为标准,对前代诸多尺度做了校核。就铭文而言,该尺是荀勖律尺,断无可疑,但该尺是否为祖冲之所传呢?李淳风的依据是梁武帝《钟律纬》的记载。梁朝上承南齐,祖冲之晚年是南齐重臣,他去世两年而梁武帝即位,所以梁武帝对他的记述应该是可靠的,该尺应该确实是祖冲之所传。