插图:tuput
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阿耶波多把π精确到小数点后四位,把日食月食解释为阴影而非恶魔,并且在哥白尼之前一千年就提出地球绕轴自转。可是他自己的传统后来花了九个世纪,悄悄把这份自转从他的书里删掉。
在北印度的某个地方,一位年轻人写完了一本书,做了一件古代世界几乎没人愿意做的事。他告诉了你自己的年龄。
“当三个由伽波陀和六十乘六十年过去之后,“他写道,“我生命中的二十三年已经流逝。”
按他自己的历法推算,年份便浮现出来:公元499年。作者是阿耶波多。他二十三岁,刚刚写完了一本将主导印度天文学未来一千年的书。
这本书名为《阿耶波多历数书》,篇幅极小:一百二十一节诗,压缩进一种密度极高的梵文,读起来就像一个压缩文件。简练到可以背诵。事实证明,也简练到足以让人争论好几个世纪。
因为就在天文数据的第一节诗中,阿耶波多列出了天体在一个大周期中的自转次数。太阳:4,320,000。月亮:57,753,336。然后,毫无铺垫地,出现了这一句:
“地球向东,1,582,237,500。”
不是天空的自转次数。是地球的自转次数。
船上的人
那个数字是地球在一个”由伽”(yuga)中绕轴自转的次数。把周期除开,结果落在每天一次自转,方向向东,这恰恰、精确地正确。
他知道自己在主张什么,也知道这听起来很荒唐。于是他没有给读者一个论证,而是给了一幅画面:
“正如船上前行的人看见静止的物体向后退去,同样地,在楞伽岛上,人看见静止的星宿向后退去。”
楞伽岛是他位于赤道上的本初子午线。星宿指的就是恒星。而要点正是你在三万英尺高空时肠胃仍然拒绝相信的那件事:你无法感觉到自己正骑乘的那个东西在动。 河岸从船边滑过。星星从地球边滑过。这两者之中只有一个真正在动,而动的不是那片风景。
天空每晚所做的一切(旋转、升起、落下)阿耶波多都归因于他脚下的大地。在别处,他直白地说出这一点,他的批评者会用这句话反驳他长达一千年:地球在一个呼吸间移动一分钟,一个呼吸间移动一角分。
一个圆周有21,600角分。一个呼吸大约四秒。乘出来,你得到86,400秒。二十四小时。他所做的不只是断言地球在自转,他还把这个自转计算出了确切的时间。
他没有说的事
互联网通常在这一点上过度神化他,所以让我们精确一点。
阿耶波多不是日心说者。他没有把太阳放在中心。《阿耶波多历数书》运行的是一个彻头彻尾的地心体系,太阳和月亮由绕地球运行的本轮携带,行星则由另外两个本轮支配:一个慢速的曼达本轮和一个快速的希格拉本轮。
一些学者,尤其是范德瓦尔登,曾主张这些本轮的算术背后隐藏着一个更古老的日心模型。天文学史学家诺埃尔·斯沃德洛在文章中彻底驳倒了这个观点,称其为对印度行星理论的彻底误解,与阿耶波多所写的每一个字都直接矛盾。学界共识站在斯沃德洛一边。
所以:地球并没有绕太阳运动。是一个位于万物中心的自转地球。这是一个比哥白尼的主张更小的主张,而且,在公元499年,也是一个孤独得多的主张。
四位小数,和一个不肯安分的词
这本书的数学部分有一节诗,数学家至今仍在引用:
“在100上加4,乘以8,再加62,000。其结果大约是直径为20,000的圆的周长。”
也就是(100 + 4)× 8 + 62,000 = 62,832,对应直径20,000。这就是π ≈ 3.1416。
真实值是3.14159265。他精确到小数点后四位,在公元五世纪,没有比值的符号,也没有办法验证。
现在是有争议的部分。他用来表示”大约”的梵文词是āsanna,意为”接近的”。一些历史学家在这个词的选择上寄予了极大的分量:他没有说这就是周长,而是说这个数值是被接近的,仿佛他明白根本不存在精确的比值。麦克图特数学史网站直接断言阿耶波多意识到π是无理数。
这是一种诱人的解读,也可能是对的。但它建立在一个词上,而阿耶波多本人从未这样说过。他没有给出无理性的论证,而这个事实要到1761年兰伯特才证明出来。把它当作一种令人心动的可能性,而不是一项发现。即便没有这一点,这四位小数本身也足够惊人。
(一个非常”阿耶波多式”的注脚:在算出古代世界最好的π值之后,他在实际使用中却大多采用√10 ≈ 3.162,因为这样更简便。)
那个不存在的恶魔
每一个仰望天空的文明都有自己解释日食月食的故事,印度的版本是罗睺,一个恶魔被斩断的头颅,正在吞食太阳。
阿耶波多的诗句说的完全是另一回事:
“月亮遮蔽太阳,地球巨大的阴影遮蔽月亮。”
仅此而已。这就是现代的答案,出现在公元499年。日食是月亮挡在太阳前面;月食是地球自身的阴影投射在月亮上。他用几何学支撑这个说法,给出了一种计算地球阴影长度以及月亮穿过阴影处大小的方法。
注意他没有做的事:他从未与罗睺争论。他没有去揭穿这个恶魔。他只是不再需要它,转而去计算阴影。
他的读者却注意到了这一点。婆罗摩笈多,一百年后那位将”零”的算术带给世界的人,正是为了这一点攻击阿耶波多,坚持日食是罗睺造成的。这位把”无”变成一个数字的天才,却保留了这个恶魔。
你计算器里的弓弦
阿耶波多还留下了一张二十四个正弦值的表格,以差值的形式给出:225、224、222、219、215……一直降到7。把它们加起来,你得到3,438,这是他的半径,以角分为单位测量,恰好是21,600除以2π。
重建这张表并用现代计算器核对:在全部二十四个数值中,他最大的误差约为3,438中的0.7角分,优于万分之三。这来自一个没有小数、也没有我们今天所认识的三角函数的人。
这些半弦的梵文词是jya,字面意思是**“弓弦”**,因为一条弦及其弧看起来就像一张张开的弓。这个词后来开始了它的旅程。阿拉伯天文学家按发音把它转写为jiba,不带元音地写作jb。拉丁译者在纸面上遇到jb,把它读成了jaib(“褶皱”、“胸怀”),并用拉丁语中表示布料褶皱的词来翻译它:sinus。
这就是为什么你计算器上的按钮写着sin。它是对梵文”弓弦”一词音译的一次误译。(从jya到sinus的链条是确凿的;“胸怀”这个混淆是传统说法,也有少数语言学家嘀咕说这个解释太过整齐了。)
地球的大小,以及一个诚实的复杂之处
你会经常读到,阿耶波多把地球的周长精确到了百分之一以内。这恰恰是关于他的一个著名说法,经不起原始文本的检验。
《阿耶波多历数书》实际所说的是,地球的直径是1,050由旬,而一由旬是一个人身高的8,000倍。
一切都取决于那个人的身高。假设他身高1.6米,地球的直径就出来13,440公里;假设他稍高一些,你会得到15,360公里。真实数字是12,742公里。所以他所说的地球,视你采用谁的身高而定,大了5%到20%。
那句被反复引用的”24,835英里,精确到0.3%“,来自另外一对数字(4,967由旬,按每由旬五英里换算),这对数字并不出现在该文本的标准译本中,而且它们暗示的直径与文本给出的1,050由旬相矛盾。在辗转流传的某个环节,一个整齐的数字脱离了原文,然后所有人都照抄了它。
他认定地球是球形的,数量级是对的,也有一套真实的方法。这才是诚实的版本。它依然令人印象深刻。它只是不能算作一次误差。
修改他的传统
现在是这个故事最奇特的部分。
阿耶波多那颗自转的地球并没有流行开来。它遭到了否定,而否定他的不是祭司,而是其他天文学家。
婆罗摩笈多提出的反驳,正是每个学童最终都会提出的那个问题:如果地球在自转,为什么高处的东西不会掉下来? 几乎一字不差,这正是一千年后欧洲用来反驳哥白尼的论点,而且直到伽利略和牛顿之前,没有人能真正给出恰当的回答。
而这种否定还不止于争论。九百年后,喀拉拉邦伟大的天文学家帕拉梅斯瓦拉,那个后来比牛顿早两个世纪就发展出无穷级数的传统的继承人,坐下来面对那句”地球向东”的诗句,把它读成了”星宿”。仅仅改动了一个音节。接着他把那个船的比喻拿过来,颠倒了它的含义:星星向西移动,只是一种错觉让地球看起来在转动。
克拉克在1930年翻译这部文本时,把这一点如实指了出来:一位注释者一心要证明阿耶波多并没有教授地球自转,而证据恰恰是婆罗摩笈多,他对那句自转地球的诗句攻击得如此具体,以至于我们能够确切知道原文说的是什么。
阿耶波多自己的后继者都不太相信他。于是他们”修正”了他。
最后一笔:1975年4月19日
1975年4月19日,一个重360公斤、二十六面的金属多面体,从苏联的卡普斯京亚尔发射场升空。这是印度的第一颗卫星,使印度成为第十一个进入轨道的国家。它的电力系统在四天后失效。
印度空间研究组织将它命名为阿耶波多。
这其中有某种恰如其分之处。不是一座庙宇,也不是一座雕像:而是一件被送入轨道、环绕着这颗自转地球运行的物体,来自那个最早说出地球在自转的人的祖国,而在此后的十四个世纪里,他大多数时候都不曾被相信。
星星从来没有真正移动过。他在二十三岁时就已经知道这一点。
资料来源与延伸阅读
- MacTutor History of Mathematics (University of St Andrews): Aryabhata I
- Encyclopædia Britannica: Aryabhata I
- The Aryabhatiya of Aryabhata, trans. W. E. Clark (University of Chicago Press, 1930): full text
- MacTutor History of Mathematics: The trigonometric functions
- NASA HEASARC: The Aryabhata satellite
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