关于浑仪制造,宋人在北宋百余年间共制造五架巨型浑仪。从宋代浑仪结构来看,不同于汉唐的浑仪,主要是宋代浑仪比较简化,减少了汉唐浑仪不太重要的环,改变了汉唐浑仪一些环的位置。在北宋天文仪器中,最杰出的成就要推苏颂、韩公廉等人于元祐三年(1088年)制成了水运仪象台。这是一种大型的仪器设备,能用多种形式反映和观测天体的运行情况。它主要靠一套齿轮在漏壶流水的推动下使仪器能够保持一个恒定的速度,与天体运行一致起来,既能观测天象,又能计时、报时。
(三)天文学专著
宋代天文学的发达,必然带来人们记录研究天体星位著作的出现。宋代的天文学专著主要有苏颂的《新仪象法要》、王应麟的《六经天文编》等。最主要的要推苏颂的《新仪象法要》。这一天文学著作反映了北宋天文学的巨大成就和机械制造技术的先进水平。全书共分三卷:上卷介绍浑仪的设计;中卷记载浑象的设计;下卷介绍水运仪象台的创制,书中附图63种。
宋代的天文学成就反映了宋人对天体宇宙运行的探索精神,也反映了宋代科学水平所达到的一个新的高度,对宋代文化的繁荣起到了促进作用。
二、辉煌的数学
在宋代的科技成就中,数学的发展较为突出。从某种程度上讲,宋代的数学在中国古代以筹算为主要计算工具的传统数学发展过程中,可以说是一个登峰造极的时代。其许多科学成就,不仅在中国数学史上,而且在世界中世纪数学史上都是极为辉煌的。
(一)名家辈出
宋代的数学成就突出地表现在南宋中后期和元初,即13世纪中后期到14世纪初,代表人物主要有秦九韶、杨辉和朱世杰。
秦九韶(1202—1261年)生活的时代基本上是南宋宁宗朝到理宗朝,属于南宋的中后期。他对星象、数学、音律无所不通,早年随父在中都入太史学习,后来隐居从事数学研究。在长期的数学研究和积累之后,于淳祐七年(1247年)完成了数学名著《数书九章》。该书共分十八卷,分大衍、天时、田域、测望、赋役、钱谷、营建、军旅、市易九大类,每一类又用九个例题以阐明各种算法。本书的突出成就在于高次方程的数值解法和“大衍求一术”。对于数学的看法,他最初认为数学“大则可以通神明,顺性命,小则可以经世务,类万物”,这种观点实际上是理学对数学的影响。但在经过长期摸索之后,他改变了初衷,“所谓通神明,顺性命,固肤末于见,若其小者窃尝设为问答,以拟于用”[4]。用数学来阐明性命之学,实际上是办不到的,只能起到“经世务,类万物”的作用,这就是哲学和科学的不同。因此他的数学成就偏重于生产方面的应用,如“大衍”、“堆积”、“拓法”、“率数”等。
杨辉生活于南宋中后期,理宗景定元年(1260年)中进士第。他的数学成就主要集中于几部数学著作中,如1261年写成的《详解九章算法》(残本)共十二卷,附有习题;1262年写成的《日用算法》二卷;1274—1275年写成的《杨辉算法》等。在他的书中,不仅收录了不少现已无法见到的各种数学著作中的算题和算法,如“增乘开方法”和“开方作法本源”,而且在他的书中还记载有关于改革筹算的一些乘除简捷算法。为了让初学者了解乘除,他还编诗十三首,草图六十六问,这些都体现了当时数学发展的新趋势。杨辉晚年虽遭国破家亡之灾,但他不仕于元,可以说是南宋的遗民。
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