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秦九韶、道古桥与《数书九章》
2018-11-26 10:20:10杭州网

美国科学史家萨顿认为,秦九韶是“他那个民族,他那个时代,也是所有时代最伟大的数学家之一”。但他也是备受时代忽视的天才,其传世著作传抄了六百年才印刷出版。

杭州西溪路上曾经有一座老桥,叫道古桥。始建于南宋嘉熙年间(1237-1241),初名西溪桥。南宋咸淳初年《临安志》有载:“‘西溪桥’,本府试院东,宋代嘉熙年间道古建造。”这个造桥的“道古”不是别人,正是南宋大数学家秦九韶,道古是他的字。

秦九韶(1202或1208-1261)祖籍山东,出生在四川,其父中过进士,1219年调任首都临安(杭州),全家住在西溪河畔。原来,刚好在九韶出生前一年,临安发生了一场著名的大火,烧了三天三夜,烧掉太庙、三省、六部、御史台等,受灾居民达三万五千多家,部分朝廷命官及家眷便迁居当时属于郊外的西溪河畔,秦家来临安后也住那里。

九韶自幼聪颖好学,兴趣广泛,他的父亲一度出任秘书少监,掌管图书,这使他有机会博览群书,学习天文历法、土木工程和数学、诗词等。1231年他考中进士,先后在湖北、安徽、江苏、广东等地为官。1238年,九韶回临安为父奔丧,见河上无桥,两岸人民往来很不便,便亲自设计,再通过朋友从府库得到银两资助,在西溪河上造了这座桥。桥建好后,原本没有名字,因桥建在西溪河上,习惯上被叫作“西溪桥”。

直到元代初年,另一位大数学家、游历四方的北方人朱世杰(1249-1314)来到杭州,倡议将“西溪桥”更名“道古桥”,以纪念造桥人、他所敬仰的前辈数学家秦九韶,并亲自将桥名书镌桥头。

新旧道古桥的位置。梁津铭绘

道古桥一直存在到新千年之交(笔者在附近居住了19年,历史上有无重建不得而知),因为西溪路扩建改造,旧桥拆平,建起高楼大厦,只留一个公交车站,名道古桥。

数学家王元先生题写的桥名(图自蔡天新博客)

2005年,在离道古桥原址百米开外的沿山河上修建了一座人行石桥,小桥跨河而建,两岸垂柳披挂,风景优美,2012年在各方关心下此桥命名为道古桥,由数学家、中科院院士王元先生题写桥名。

数学大略

1244年,秦九韶任建康府(南京)通判期间,因母丧离任,回浙江湖州守孝三年。正是在湖州守孝期间,秦九韶专心研究数学,完成了二十多万字的巨著《数书九章》(1247),名声大振。加上他在天文历法方面的丰富知识和成就,曾受皇帝(宋理宗赵昀)召见。他在皇帝面前阐述自己的见解,并呈奏书稿“数学大略”(即《数书九章》)。可以说,秦九韶是第一个受皇帝接见的中国数学家。

《数书九章》分九卷(类),每类九个问题,其中最重要的成果无疑要数第一卷里的“大衍总数术” 。

大约在公元四五世纪成书的古代数学著作《孙子算经》,曾提出一个“物不知数”的问题:“今有物不知其数,三三数之剩二,五五数之剩三,七七数之剩二,问物几何”,“答曰二十三”。这是一道数学题:有一个数,用3除余2,用5除余3,用7除余2。求这个数。答案是23。

在民间传说里,这是一个与兵家有关的数学故事,可溯源到公元前三世纪西汉名将韩信点兵。话说秦朝末年,楚汉相争。一次,韩信率兵与楚军交战。苦战一场,汉军死伤数百,遂整顿兵马返回大本营。行至一处山坡,忽报楚军骑兵追来。只见远方尘土飞扬,杀声震天。此时汉军已十分疲惫。韩信令士兵3人一排,结果多出2名;接着令5人一排,结果多出3名;再令士兵7人一排,又多出2名。韩信当即宣布:我军1073名勇士,敌人不足五百。果然士气大振,一举击败了楚军。

秦九韶的“大衍总数术”,给出了孙子定理的一般表述,并给出了求解的过程,为此他发明了“辗转相除法”(欧几里得算法)和“求一术”。秦九韶发现的定理当时的用途并非在理论上,而主要用于解决历法、工程、赋役和军旅等实际问题。1801年,数学王子高斯的名著《算术研究》,也给出了上述结果,但他不知道中国的数学家早已经有这个结论。直到1852年,秦九韶的结果和方法被英国传教士伟烈亚力译介到欧洲,并被迅速从英文转译成德文和法文,引起了广泛关注。

严格来讲,孙子定理应称为孙子—秦九韶定理,或秦九韶定理,这一定理被西方人称之为“中国剩余定理”。据先师潘承洞教授分析,西方人之所以下此定义,是因为古代中国数学家注重计算,缺乏理论建树,因而是一种轻视。无论如何,它都可以说是中国人发现的最具世界性影响的定理,是中外任何一本基础数论教科书不可或缺的。至于何时何人命名了“中国剩余定理”,仍是个未解之谜,但应不晚于1929年。在新近由高等教育出版社出版的拙著《数之书》中,首次依照国际惯例命名为“秦九韶定理”。

有着“科学史之父”美誉的美国科学史家萨顿认为,秦九韶是“他那个民族,他那个时代、也是所有时代最伟大的数学家之一”。2005年,牛津大学出版社出版了《数学史,从美索不达米亚到现代》,该书内容提要仅提及12位数学家,秦九韶是唯一的中国人。而新近由BBC制作的四集纪录片《数学的故事》中有17分钟谈论中国数学,秦九韶也是唯一提到的数学家。

此外,《数书九章》第九卷“市易类”的“正负开方术”,也非常重要。“正负开方术”也可称“秦九韶算法”,给出了一般n次代数方程正根的解法,系数可正可负。即便在计算机时代的今天,“秦九韶算法”仍有重要的意义

剑桥大学的数学桥,相传由牛顿设计。蔡天新摄

秦九韶造桥的故事,堪与牛顿造桥的故事媲美。现今剑桥大学皇后学院内,流经的剑河上有一座桥叫数学桥,传说原桥设计师是17世纪的数学家牛顿。据称牛顿造桥时没用一枚钉子,后来有好事者悄悄把桥拆下来,发现真是这样,却再也无法安装回去,只好在原址重新造了一座桥。数学桥至今仍是一处名胜,是到访剑桥旅客的必游之地。相比之下,道古桥的故事不仅更为古老,且与两位中国古代大数学家有关。

世争议  

必须指出的是,由于秦九韶的学术成就未被同代人认识,加上一些不好的传闻,称其贪赃枉法、生活无度,甚至犯有人命,他在后世成了一个有争议的人物。所有宋史和地方志都未为秦九韶列传,他的名字和桥名时隐时现,后裔也下落不明。

笔者多方求证和讨教,得知有关秦九韶的传闻主要有两个出处,其内容大有互通。福建词人刘克庄《后村先生大全集》中的《缴秦九韶知临江军奏状》(1260)在前,湖州文人周密《癸辛杂识·续集》中的《秦九韶》(共两页,癸辛是杭州的街名)在后,后者曾被《四库全书》列入“小说家之类”流传。但到了清代,也有学者相继批驳周密,指其造谣诽谤,始有人为秦九韶列传。而刘克庄,生前即被认为谀词谄语,连章累牍,为人所讥。各种事实说明,秦九韶很可能是政治斗争的牺牲品。

1842年,《数书九章》由历算名家宋景昌校订后第一次印刷出版,结束了600年的传抄史。

之前,其抄本先后被收入《永乐大典》和《四库全书》。也正是在传抄过程中,被明末戏剧家王应遴定名为《数书九章》。

秦九韶在书稿自序中提到,人们因为要认识世界的规律,产生了数学。从大的方面说,数学可以认识自然,理解人生;从小的方面说,数学可以经营事务,分类万物。秦九韶坚信,世间万物都与数学相关。

这也是数学吸引秦九韶的地方,他向学者、能人求教,深入探索数学之精微。他在青少年时代曾随父亲到过都城临安,有机会访问国家天文台的历算家,向他们学习历算。此外,他还从隐居的学者那里学习数学。其时,元人军队入侵四川,九韶有时不得不在战乱中长途跋涉,可是他仍不忘钻研数学。

与此同时,秦九韶也感叹,数学家的地位和作用不被人们所认识。他认为,数学这门学问遭到鄙视,算学家只被当做工具使用,这就犹如制造乐器的人,仅仅只能拨弄出乐器的声音。“原本我想要把数学提升到哲理(道)的高度,只是实在太难做到了。”由此我们可以推断,这是一位有思想、有品位的人,与传言中的秦九韶似乎难以相符。无论如何,秦九韶是数学史上不可忽视的人物。

古桥遗

文/蒋遂

记忆中的上个世纪的道古桥(蔡天新图)

前些年,浙大教授蔡天新提议恢复西溪路上的古桥名——“道古桥”,此举打开了我思绪的闸门。

1957年,我随父母搬到道古桥边的杭大宿舍。那时的道古桥是一座水泥石桥,桥栏很矮,桥身不高,坡度也不大。道古桥横跨杭徽路(今西溪路),一条黄沙铺成的“马路”,晴天尘土飞扬,雨天一片泥泞。路边是大片稻田,有零星的土地上长满了瓜果蔬菜,别有一番田野风趣。这座毫不起眼的道古桥,一直伴随着我成长。

道古桥下流淌着一条不知名的小河,在北面不到20米的地方与沿山河交汇。小河发源于宝石山西麓的白沙泉,涓涓细流汇成小河,童年的我还在小河上看到过摇橹的船娘。小河弯弯流经农田,河两岸垂柳轻拂,还长着一些茭藕。60年代困难时期,杭州大学中文系教授蒋祖怡夫人、著名科学家钱学森的表姐沈月秋还曾将挖来的块茎磨成粉,供我们小孩充饥,对我们来说实乃人间美食也。

和这条小河交汇的沿山河直通松木场的大水系,当年的松木场河道交叉,众多船只在那里进行木材、蔬菜交易,煞是壮观。每次上学路过松木场,可以看到渔船上的鸬鹚,水底的甲鱼和下水道出口处密集的白条鱼。

上世纪80年代,这一带土地被大量征用,原先的稻田和牛奶场,逐步建起了高楼。建筑的兴起给环境造成很大破坏,小河变得越来越肮脏,水流越来越稀少,终于有一天,小河被预制板覆盖,道古桥被拆除。现在,当你走过西溪路和杭大路交叉口的西侧,或许并没有意识到,那里曾经是一座“桥”。

然而“道古桥”这个地名,在老杭大人心中有着不可磨灭的印象。每每遇到老杭大人,都会习惯地提到“道古桥”三个字,只要是知道“道古桥”的,就自然而然拉近了距离,往事就像源源不断的河水流淌……

上世纪50年代建校的杭州大学,在今天目山路北,南有沿山河,东有西溪河。学校南面建起了教工宿舍,最初就叫“道古桥宿舍”,也就是今天的“杭大新村”。我就是在道古桥宿舍,度过了愉快的童年。

道古桥宿舍的原址是一片墓地,一到夏天的晚上,会有许多萤火虫在空中飞舞,我们把捉来的萤火虫放在瓶子里面,父母就会讲起“车胤囊萤夜读”、“悬梁刺股”等励志故事。夏天夜晚,家家户户都到室外乘凉,我们小朋友也是一人一把扇子,扑打着蚊子,坐在小板凳上天南海北侃大山。那时正值大跃进时代,于是自然就有了对共产主义的憧憬,记得杭大图书馆馆长翟墨新的女儿翟小园说:“到了共产主义会是怎么样的?我想树也会在天上走路啦!”

道古桥宿舍里居住着不少杭大的老教授、老先生们,他们的音容笑貌一直留在我的脑海里。我家前面正对着夏承焘先生的家,夏先生是我父亲的老师,一位高高瘦瘦的老先生,被誉为“一代词宗”,父亲要我称呼他“太老师”。还有一位太老师钟泰先生不住道古桥宿舍,有一次他来我家,父母毕恭毕敬,太老师告诉我要“站如松、坐如钟”。

钟先生是之江大学国文系前主任,夏先生当年还是钟先生招入之江大学的。50年代院系调整,之江大学国文系并入杭州大学,所以钟先生和杭州大学也颇有渊源。

我父亲蒋礼鸿(原杭州大学中文系教授,著名语言学家、敦煌学家、辞书学家。编者注)是钟先生的高足,继承了钟先生考据的学问,1959年就是在道古桥宿舍里,完成了他的著作《敦煌变文字义通释》。一百多年前在敦煌莫高窟发现了数量众多的古代文献,由于这些文献多为手抄,夹有许多异体字、俗体字,加上年代久远,文意不甚好懂,称为“天书”。

父亲立志要破译天书。无论寒冬腊月,还是酷暑当头,他都坐在书桌边著述、修改、补充,36年间六易其稿,1959年头版5万字,第六版增补到40多万字。该书荣获了首届国家教委文科一等奖。

2010年7月,浙江大学召开文科大会,会上有一项重要内容是展示浙大百年文科名家。这次展示的文科名家共有50余位,曾经生活在道古桥宿舍里的就有15位之多,他们是:钱南扬、王驾吾、夏承焘、胡士莹、姜亮夫、德梦铁、沈炼之、林淡秋、孙席珍、严群、严德一、陈学恂、蒋礼鸿、徐朔方、郭在贻。

道古桥宿舍还有许多理科名家,如周洵钧、朱福忻、董聿茂、陈士怡、江希明、白正国等等,这里我特别想提到的是周洵钧先生。周先生解放后自美国回来,一直在杭大化学系任教,毕生精力都奉献给祖国,在我看来简直就是杭州大学的钱学森。周先生平易近人,我去他家,周先生知道我在砂轮厂工作,还和我说起砂轮的成分是硅酸盐。一次杭大九三学社组织活动,我随父母一起参加,周先生和夫人唐愫也在其中,席间唐愫阿姨说:“他担心吃不上饭(周先生不是九三学社成员)。”周先生的可爱和公私分明引来一阵笑声。

仲向平先生著作《杭州老房子》中,对道古桥宿舍有这样的描述:“这片绿色小区,曾是传承中国文化的中心,是浙江学术的圣地,也是新西溪文化的发源地之一”,是“文化名人的群落”。此话不虚。

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来源:杭州日报:一起文艺群(ID:hzrbwyq)    作者:蔡天新/蒋遂    编辑:郭卫    责任编辑:方志华
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