中國史學界普遍認為,《周髀算經》成書于公元前1世紀,其原名為《周髀》?!吨荀滤憬洝酚涊d,周成王(公元前1115至前1079年)曾經通過觀測星象和日影確定國都所在地。在天文觀測過程中,周朝人用一種被稱之為“髀”的標桿作為測量尺度,由此《周髀》一書得其名。這一記載不僅闡明了周髀的本義,即西周人使用標桿進行天文觀測;同時也證明,此書的一些內容來源于公元前11世紀至公元前8世紀的西周時期。
自公元前1世紀以來,《周髀算經》長期被古代學者視為重要的天文、數(shù)學著作,東漢數(shù)學家趙君卿(生平不詳,約生活于公元3世紀初)、北周數(shù)學家甄鸞(約公元535年至566年)和唐朝數(shù)學家李淳風(公元602年至670年)等人都曾為此書撰寫注釋。《周髀算經》的核心是論述如何運用勾股定律測算出人不可及的遙遠距離以及日、月、二十八星宿等天文體的運行規(guī)律。此書的內涵非常豐富,涉及天文學、地圖學、測量學、哲學、數(shù)學和歷法等諸多學科。然而,遺憾的是,該書闡述的一些金律玉言長期未能得到正確的理解,有關地表形狀的論述就是一個典型的例子。
《周髀算經》記載:“天象蓋笠,地法覆槃?!贝司渲械摹皹劇弊痔刂敢环N用于洗臉的盛水器皿,其底部為穹隆形。因此,該記載應釋義為:天像一個戴在頭上的球冠形笠帽,大地效法于天,其形狀好似一個倒置的球冠形底水盆。但是,古字“槃”后來逐漸演變成與“盤”字同義,即專指平底型盤子。這一文字演變使一些學者對蓋天說產生了重大的誤解,他們以為“地法覆槃”的含義是指:大地像是一個平底盤子。曾經有一位史學家撰文分析《周髀算經》論述的蓋天說,他在文章中提出了這樣一個問題:“覆盤,倒扣著的盤子。盤子是古今常用的器皿,自然也只能是平底的,試問誰見過球冠形的盤子——那樣的話它還能放得穩(wěn)嗎?”
近現(xiàn)代學者對《周髀算經》的誤會不僅僅局限于“槃”字。在諸多誤會之中,最致命的誤讀當屬對“天圓地方”的曲解。
《周髀算經》論述說:“方屬地,圓屬天,天圓地方?!睂Υ耍w君卿作了這樣一段注解:物質形體有方有圓,數(shù)字也可分為奇數(shù)和偶數(shù)。天性動,有如圓形和奇數(shù)。地性靜,有如方形和偶數(shù)。天圓地方闡述的是天與地、陰與陽的關系,而不是描述天和地的形體。人看不見天和地的盡頭,怎能將天視為圓球形、將地認定為方形呢?
趙君卿的解釋非常明確。所謂“天圓”是指天具有運動的本性,所謂“地方”則指大地穩(wěn)定不動的本性,“天圓地方”的原意并不是指天為圓形、地為方形。
雖然古人早就對“天圓地方”做出了哲學意義上的解釋。然而,“天圓地方”之說卻被誤解為一種形容天和地形狀的具象觀。這種曲解誤導了近現(xiàn)代史學界,使許許多多史學家誤認為,在16世紀西方傳教士來華之前,中國古人總是將大地視為一個平面。更令人感到吃驚的是,被曲解的“天圓地方”之說就像一個緊箍咒,緊緊地套在一些專家、學者的頭上,限制了他們的思維。在這些專家、學者的觀念中,持有傳統(tǒng)地平觀的中國古人,從來沒有意識到地表彎曲的自然現(xiàn)象,更不可能思考地圖投影的問題。
實際上,早在公元紀年之前,中國先哲已經開始研究地圖投影的問題?!吨荀滤憬洝吩陉U述“天圓地方”之后,緊接著對圓形體和方形體之間的關系作了一番論述。《周髀算經》寫道:“方數(shù)為典,以方出圓?!贝苏撌龅暮x是:用測量方形的計算方法可以推導出測量圓形的計算方法。對此論述,趙君卿注釋說:通過直接觀察日影可以測定方形體表面,但球形體表面則無法直接通過日影來測定。方形體表面的測定可用常規(guī)之法,而球形體表面的測定就會出現(xiàn)很多變故,因此應當推導出測定球形體表面的方法。1《周髀算經》中有關“方數(shù)為典,以方出圓”的論述以及趙君卿對這一論述的注釋說明,早在一千八百多年以前,中國古代學者已經認識到地圖投影學中的兩個基本問題:第一,測繪平面與測繪球形體表面之間存在著差異;第二,應當基于平面測算法推導出球面測算法,即球面三角學。
《周髀算經》是一部數(shù)理天文學著作,它用數(shù)學方法闡明“蓋天說”和四分歷法?!胺綌?shù)為典,以方出圓”不是在單純地討論圓形體表面,其最終目的是探討與測繪圓形天體和球冠形地表相關的球面三角學?!吨荀滤憬洝吩陉P于球面三角學的論述之中,特意談及球面與平面之間的關系問題。而這一問題正是地圖投影學的核心。
《周髀算經》對中國古代地圖學的貢獻不僅僅局限于地圖投影。此書還有一段關于水平的論述:“用水平校正平面?!睂Υ苏撌?,趙君卿注釋說:水平可以校正出平面,垂繩可以校正出垂直,若平面沒有處于水平狀態(tài),或者豎直沒有處于垂直狀態(tài),即使微小的差錯在測量時也會引發(fā)千里之差。這些論述明確指出水平和垂直在測繪學中的重要性。《周髀算經》還提出了“南北為經,東西為緯”的經、緯線理念,并且詳細論述了如何運用經、緯線網絡測繪二十八星宿的位置。