2021年9月30日下午，北京大学科学技术与医学史系主办的传习讲堂第九讲“从汉代天文学看待天文学看中国古代科学的思维特点”讲座在静园一院201如期开讲。本次讲座的主讲人是国际科学史研究院院士，中国科学院大学人文学院常务副院长孙小淳教授，主持人是北京大学科学技术与医学史系副主任张藜教授。

孙教授首先向同学们提出了一个问题：“中国古代有没有科学？”。孙教授指出，中国古代有科学。以李约瑟为代表的一些西方学者从“西方中心论”的视角出发，提出了“李约瑟难题”，即“为什么近代西方科学没有在中国发生？”这个问题具有启发性，但也导致了一些错误的认识，好像中国文化中不能产生科学。孙教授希望同学们能了解古代科学和现代科学的不同，认识中国古代科学的特点、内涵及其反映的科学思想。孙教授随后进入正题，从观象授时的传统、汉代天文历法的范式、汉代星空的天人对应模式三个方面讲述了汉代天文学的发展成就，引导同学们认识中国古代科学的思维特点。

孙教授思路清晰，旁征博引，娓娓道来。课程结束后，孙教授与同学们热情互动，回答了同学们提出的问题，给了同学们许多的启迪。

一 // 观象授时的传统

图1 尧帝命官授时

观象授时是中国古代天文学的主要方法。在古代，所谓天文学，就是指看天象、制定历法、告诉大家时间。授时在中国古代是一件十分重要的事情，是人类社会进行有效组织、进行社会活动所必需的。荀子说，人力不如牛，行不如马，但牛马为人所用，是因为“人能群也”。要“群”就要有共同的时间。战争、祭祀、社会活动、生产活动，都需要历法。有了历法才能有效组织社会活动。所以《尚书·尧典》中记载“（尧帝）乃命羲和，钦若昊天，历象日月星辰，敬授民时。”观象授时是统治者的第一要务。历法是统治合法性的象征。我国古代观象授时主要有三种方法，分别是观测日出日没地平方位、圭表影长测量、昏旦中星观测。

1、观测日出日没地平方位

天上最大的“象”莫过于太阳。太阳东升西落，但日出的方位是变化的：冬天在东南升起，夏天在东北升起，一年中在两个点之间摆动。这样，我国古人通过看日出方位就可以知道一年之中的时间。我国古代有很多这方面的记录，如《山海经》中的“日月出入之山”。

山西临汾有一个陶寺遗址，是传说中帝尧都城所在。陶寺遗址有用土做成一排柱子的结构，中间还有观测点。我们认为这是类似英国巨石阵的天文观测场所，通过可以看到日出的缝的位置来判断季节。当时我们对它进行了建模和模拟观测，发现这些缝可以对应一些日期：最北面是夏至，南面是冬至，中间还有春秋分，一共可以可以确定20个日期。这就是“地平历”。

图2 陶寺遗址的地平历系统

2、圭表影长测量

圭表影长测量可以用“立竿见影”这个成语来形容，其主要方法就是就是在地上立一根杆子，观察它中午时的影长。古人在地上立一个八尺长的表，用圭来衡正尺子，来测量影子的长度，就可以确定季节。

图3 圭表模拟测量

3、昏旦中星观测

“昏”是指黄昏时分，“旦”是指早晨。“中星”是指南方子午线上的星。昏旦中星观测就是再早晨和黄昏通过南方子午线上的星来判断季节。

《尧典》指出了四个星。“日中星鸟，以殷仲春。”日中是指白天的长度为中等长度的时候，此时如果黄昏看到的星是鸟星，就处于仲春时节。“日永星火，以正仲夏”，日永是指白天最长的时候，此时如果看到南方正中是火星，就处于仲夏时节。“宵中星虚，以殷仲秋”，虚是二十八宿里北方玄武中的一宿。在昼夜长度相等的时候，如果南方正中是虚星，就是仲秋。“日短星昴，以正仲冬”，昴就是昴星团，古人认为它是一颗星，即昴星。在白天最短的时候，如果南方正中是昴星，就是仲冬。

二 // 汉代天文历法的范式

《科学革命的结构》的作者库恩指出，科学到了成熟的时候，有它自己的范式。在范式的基本理论下有自己的问题域和方法。中国古代天文学就有这样一种范式，称为“汉范式”。

在战国时期，我国的历法是四分历。四分历就是将一年取365又四分之一日的历法。汉武帝时期进行了一场历法改革，制定了《太初历》，以统一历法。《太初历》没有流传下来。但是《三统历》流传下来了，其数据与《太初历》相差不多。我们通常说的《太初历》一般就是指《三统历》。

《三统历》写到：“经元一以统始，易太极之首也。春秋二以目岁，易两仪之中也。于春秋每月书王，易三极之统也，于四时虽亡时必书时月，易四象之节也。时月以建分至启闭之分，易八卦之位也。象事成败，易吉凶之效也。朝聘会盟，易大业之本也。故易与春秋， 天人之道也。”这句话强调了“易”的重要性。“易与春秋”就是天人之道。“易”相当于自然科学。“春秋”就是历史。

古人认为，历法要靠数来构造。这里的“数”可以理解为“数字”，也可以理解为“天数”。古人相信数与音律有关系，从音律中可以看出宇宙的本质。由律定数，由数来观察自然现象。所以古人常把律和历放在一起。所以说，天文历法实际上是一个“天道”与“人道”合一的总纲。宇宙与人文的大一统理论，是根据音律、易、五行天地之术构造而成的。

《三统历》包括三个常数系统，分别是统母、纪母、五步。他们之间有一套齿轮咬合法则，通过这套法则可以推出所有天象。这套法则实际上是一套宇宙的数学模型。通过赋值，可以像计算机程序一样推出各种天象。

图4 《三统历》的三个常数系统

孙教授之后介绍了“月法之实”、“闰法”、“日法”等重要天文常数以及关于五星运动的参数的构造，说明《三统历》利用“象数易”构造天文常数，建立模型以解释天象经验观测的方法。这些天文常数其实并不是直接观测的结果，而是构造出来的，而构造时采用了象数易的语言，具有神秘主义色彩，但同时又要符合天象。这个建立模型、预测、检验，然后进一步改进模型的过程，正是科学的过程。天文常模型越来越精致，越来越接近现实，正反映了我国古代天文学的进步。

这些数据的构造有一种“对称性”在里面。如阴阳、天地等。有些数据也并非完全没有来头。例如“小周”是可以找到观测数据线索的。而“大周”以象数为基础，有计算上提高精度的需要，也有数字神秘主义的需要。

我国古代的历法常数，有被认为反映宇宙本质的，如天数、地数、五行之数，也有音律之数，如黄钟之数。有社会性质的数，如六十甲子、天干地支，也有定律性质的数，如三分损益，十九年七闰。其中有的常数是错误的，如“千里差一寸”，即南北每隔1000里，正午时的影长就相差一寸。而实际上不到1000里就会差一寸。因为有些数据是错误的，所以有时就必须取构造一些数据，来“拯救现象”，解释天体的运动。此外，还有一些传统的、理论构造的数，如二十四节气影长。这样，由数和术就可以构成天体运动模型参数，如日法、岁数、见中分、见中日法等。

获得数据的方式有很多，有的是具体的测量；有的是启示，如“河出图，洛出书”；有的是传统，如千里差一寸，十九年七闰，有的则是构造出来的。

这样，我们就可以提出许多与古代历法有关的问题。例如，直接测量要对应的仪器是什么？测量一个东西，必须要对它有所认识之后才能测量。不存在没有理论的测量。技术的背后也必须有科学的支撑。所以“中国古代有技术无科学”的说法是不正确的。

1551年的《普鲁士星历表》对火星运动推算的精度误差的1度到2度，有时达到5度，而我国宋朝时已经与之达到了相当水准。中国在十一世纪的北宋，推算火星位置的精度与欧洲十六世纪末的精度相当。

戴德金在《数是什么？数应当是什么？》中写到:“数是人类心灵的自由创造；数能更简捷地理解事物的差别。只有通过纯逻辑的过程建立数的科学并因此获得连续的数域，我们才能研究时空，即把时空与我们心灵创造的数联系起来。”汉代的历法模型就是把数与我们认识的宇宙联系了起来。

三 // 汉代星空的天人对应模式

张衡在《灵宪》中写到：“星也者，体生于地，精成于天，列居错跱，各有逌属。紫宫为皇极之居，太微为五帝之廷。明堂之房，大角有席，天市有坐。苍龙连蜷于左，白虎猛据于右，朱雀奋翼于前，灵龟圈首于后，黄神轩辕于中。六扰既畜，而狼蚖鱼鳖罔有不具。在野象物，在朝象官，在人象事，于是备矣。”意思是星空与人间是对应的。比如说北极星是“帝星”，代表皇帝。北极星周围的星则被称为“紫宫”，可以说人间有什么，天上就有什么。天上的事物发生的变化也被认为与人间有关系。例如秋收时节天上的景象就被看作是和人间农田的景象是对应的。

我国古代神话中有一种树，称为“蓂荚”，一天长一个叶子，到第十六天的时候开始一天落一个叶子。这就是人们想象的日历。张衡做的水运浑象仪就能起到这样的功能。张衡在《东京赋》中骄傲地写到：“盖蓂荚为难莳也，故旷世而不觌。惟我后能殖之，以至和平，方将数诸朝阶。”张衡研制的这些仪器，实际上就是天人合一思想的技术反映、技术实现。

宋朝的苏颂曾经制做过12米高的水运仪象台。上面是观测的浑仪，中间是演示用的天球，此外还有许多报时用的工具。整个仪器由枢轮来推动。枢轮则靠水来推动。堪称世界上最早的天文钟。正是因为有张衡开创的这个传统，苏颂才能制做出这样的一个仪器。

我国古代天文学在政治上、军事上也有应用。例如“分野”，使星象发生的事情对应地方发生的事情。于是皇帝就可以进行控制。所以这种知识是可以用在统治术上的。

孙教授最后强调了我们要对中国古代科学史有一个新的认识。第一要超越“科学主义”，不能用现代科学的标尺去度量古代科学。第二要超越“李约瑟问题”，我们要去研究我国古代科学为什么取得了如此大的发展。最后我们要超越西方中心论。中华民族一直在不断接受外来的优秀事物，这充分证明中华文明是一个优秀的文明。我们要建立文化自信，不能因为中华文明没有第一个诞生“牛顿”而自我怀疑。我们要有气度去拥抱其它文明。

//精彩提问 //

问：政治是否对汉范式的形成产生了影响？

答：肯定有影响。从汉朝建立以来就不断有人建议改历，但遭到一片反对。因为这在当时不仅是一个技术问题，还是一个政治问题，涉及到政治合法性的问题，因而遭到旧势力的反对，甚至有人因此被下狱、处死。直到汉武帝真正掌握权力以后，才开始历法改革。没有国家的组织，是不可能完成历法改革的。

问：既然我国的历法在分析一些天文现象的时候已经很先进了，那么为什么传教士还要将他们的天文知识传授给中国呢？

答：中国古代天文学虽然取得了比较大的成就，基本问题解决得不错，但仍有一些“奇点”问题无法解决，所以还是陷在古代的传统中。而西方天文学在开普勒之后，特别是在牛顿之后，发生了革命性的变化，已经完全和古代传统不一样。所以我们和西方近代天文学相比已经落后了。所以这就是为什么明末的时候西方的天文知识已经比我国的更准确了。

编辑：张雪梅