中國古代天文學是科學

中國文化是對科學的感悟而麻辣燙而成的，那麼中國古代有科學嗎？是不是真的象學術界認為的那樣，中國古代沒有科學呢？

由于近幾百年中國的科學技術全面落後，主流的認知認為是中國的文化阻礙了中國的現代化，以至于爆發新文化運動，否定中國古代的文化，全盤學習西方的科學文化，在這種大曆史背景下，已經沒有多少人關心中國古代的科學了，而中國古代的文化已經融入到日常生活中，大家也都自認為懂中國文化，也沒人願意去探索文化是怎麼來的，甚至是用文化來證明中國古代沒有科學，這其實已經錯的太離譜了。

要證明中國古代有科學，其實很容易，隻需要根據科學的定義找出幾項就能證明了，反而否定中國古代有科學，是很難的事情，因為中國五千年文明曆史，要否定中國古代沒有科學，需要否定所以内容都不是科學，是很難的。

再重溫一下澳大利亞科學院關于科學的定義：

科學可以被認為是人類已經獲得的知識體系和獲取新知識的過程，這個過程是觀察加試驗和假設與驗證，知識和過程是相互獨立的，因為知識的獲得是依賴于提出的問題和找到答案的方法。 科學通常分為四大類： 自然科學：包括生物學（對有生命的有機體的研究）和非生物學（象物理、化學、太空學這種對物質世界的研究）。 社會科學：對人和社會的研究（比如人類學、心理學）。 形式科學：對邏輯和數學的研究。 應用科學：以科學為基礎用科學知識開發新應用的學科，比如工程、機器人、農學和藥學。 自然科學和社會科學都是經驗科學，這意味着任何理論都必須是基于可觀測的現象，試驗結果可再現，而且可以被别的人再現。

總結一下：科學是知識體系和獲取新知識的過程，知識體系和過程是相互獨立的，理論要基于可觀測的現象，試驗結果可再現，能被他人再現。

中國古代的天文學就是科學，中國古代的天文學有完備的知識體系和獲取知識體系的過程。

1、獲取天文學知識的過程

獲取天文學知識必須靠中國的兩個天文學儀器，日晷和圭表。

日晷測量一天内的時辰，就是現代的幾時幾刻，圭表是測日期的，就是現代的某年某月某日。

2、中國古代天文學的知識體系

2.1 日晷

日晷的晷面是圓形，把圓等分成了十二份，分别命名為子醜寅卯辰巳午未申酉戌亥，晷面中心垂直晷面有一個針，太陽出來後，晷針的影子在哪一格，就代表是哪兒時辰，一天分為十二個時辰。

用日晷測時辰，隻能測出日出到日落這段時間日影的方位。

晷面的造型和現代的鐘表是一模一樣的，現代的鐘表也是圓形，也是把圓分成十二份，隻不過一圈代表半天時間。

日晷晷面的十二份有個總體名字十二地支，是中國文化中很重要的一部分天幹地支中的地支。

十二地支的本義是表示方位，日影的方位，用日影的方位表達抽象的時間，用空間概念表達時間概念，這是很了不起的智慧。

2.2 圭表

日晷隻能測一天内的時間，測日期怎麼測呢？需要另外一個天文儀器圭表。

圭表是由圭和表組成，表垂直于圭，圭沿南北方向水平放置地平面，正午時分，表的影子就投射到圭上，影子末端在圭上的刻度就代表某一天。

表的正午日影最短的那天是夏至，最長的那天是冬至，其他時候影長在夏至和冬至之間，用圭表能發現太陽的回歸年周期，影長是按年周期重複的。

今年某一天的影長和去年某兩天的影長是一樣的，和其中一條的影長變化趨勢一樣，比如都是由短變長，那麼這一天和去年那一天就是同一天。

發現這個規律是非常難的，隻有用正午日影長度才能發現。

用這種方法能準确度量一天的時長：昨天正午日影到今天的正午日影就是一天時間，并且用兩天正午日影末端中間的刻度線數量來代表天數。

這是另外一種用空間概念來表達時間的概念。

這個有多先進呢？現代天文學光年是光在一年中走過的距離，是用時間概念表達距離，跟時有異曲同工之妙。

2.3 十二地支紀時

用十二地支子醜寅卯辰巳午未申酉戌亥，來表達一天的十二個時辰，雖然早期的時辰是太陽影子的方位，沒法完全描述一天内的時間，但這正好表達了時辰的演化過程，最先需要具體化時辰的是白天，白天在活動需要時間的指導，夜晚都在休息，時間是不重要的。後來為了追求完美，夜晚的時間段也定義得白天一緻。

早上太陽的影子在卯位或者辰位，中午在午位，傍晚在申位或酉位。

2.4 天幹地支紀年月日

用天幹地支組合年月日，

十天幹：甲乙丙丁戊己庚辛壬癸，

十二地支：子醜寅卯辰巳午未申酉戌亥

天幹和地支用特定組合方式組合成六十個甲子，從天幹甲開始，一個天幹一個地支組合，甲子、乙醜、丙寅......癸酉，然後是甲戌、乙亥；這是第一輪組合，然後跳過一位從天幹的丙開始，天幹和地支依次組合，依次類推，一個六十個組合。

甲子、乙醜、丙寅、丁卯、戊辰、已巳、庚午、辛未、壬申、癸酉、

甲戌、乙亥、丙子、丁醜、戊寅、已卯、庚辰、辛巳、壬午、癸未、

甲申、乙酉、丙戌、丁亥、戊子、已醜、庚寅、辛卯、壬辰、癸巳、

甲午、乙未、丙申、丁酉、戊戌、已亥、庚子、辛醜、壬寅、癸卯、

甲辰、乙巳、丙午、丁未、戊申、已酉、庚戌、辛亥、壬子、癸醜、

甲寅、乙卯、丙辰、丁巳、戊午、已未、庚申、辛酉、壬戌、癸亥

嚴格來說這不是數，隻是一個順序關系，但從中能推導出數來。

比如2020年12月22日就是庚子年戊子月己亥日，這是一套完備的紀年月日的知識體系。

2.5 《皇極經世書》的曆法

《皇極經世書》采用了一套十二進制和三十進制混合紀時機制，時間單位分為元、會、運、世、年、月、日、時，進制關系如下：

1元=12會

1會=30運

1運=12世

1世=30年

1年=12月

1月=30天

1日=12時

2.6 二十四節氣

二十四節氣也是一種曆法，比較粗略的曆法，把一年分為二十四份，并把每一份和對應的氣象關聯起來，用二十四節氣歌來表述。

立春陽氣轉，雨水沿河邊。

　　驚蟄烏鴉叫，春分地皮幹。

　　清明忙種麥，谷雨種大田。

　　立夏鵝毛住，小滿雀來全。

　　芒種開了鏟，夏至不納棉。

　　小暑不算熱，大暑乏伏天。

　　立秋忙打靛，處暑動刀鐮。

　　白露忙割地，秋分把地翻。

　　寒露不算冷，霜降變了天。

　　立冬交十月，小雪地封寒。

　　大雪河汊上，冬至不行船。

　　小寒再大寒，轉眼又一年。

2.7《周髀算經》

《周髀算經》是關于中國古代天文學的專著，包含了大量的天文科學知識，比如勾股定理和天圓地方，是中國古代有科學的強力證據，但勾股定理和天圓地方被曲解得太多，尤其是天圓地方，認為中國古人不知道地球是圓的，認為地球是方的，被當成了中國古代天文學落後的證據。

昔者周公問于商高曰：“竊聞乎大夫善數也。請問：古者包犧氏立周天曆度，夫天不可階而升，地不可将尺寸而度，請問數從安出？”

這是《周髀算經》開篇第一段，周朝的周公問商高說，我聽說大夫擅長數學，請問古代包犧氏（伏羲）創立了周天曆度，可是天沒有梯子，上不去，地沒法用尺寸度量，請問周天曆度的那些數字是怎麼來的？

周天曆度就是《周髀算經》的主要内容：比如太陽的高度，太陽的直徑，太陽一天運轉的直徑和周長，周朝到太陽直射點的距離等等。

商高曰：“數之法出于圓方。圓出于方，方出于矩，矩出于九九八十一。故折矩以為勾廣三，股修四，徑隅五。既方其外，半之一矩，環而共盤，得成三四五。兩矩共長二十有五，是謂積矩。故禹之所以治天下者，此數之所由生也。”

商高說，周天曆度那些數的法則出于圓方之數，圓數出于方數，方數出于矩數，矩數出于九九八十一乘法表。折一個勾三股四弦五的矩，矩是直角三角尺。然後用積矩的辦法證明勾股弦的關系，勾長*勾長+股長*股長 = 弦長*弦長，就是勾股定理。大禹治天下的辦法，也是由這些數派生出來的。

積矩，勾股定理的證明過程

故折矩以為勾廣三，股修四，徑隅五。

準備一個勾三股四弦五的矩。

既方其外，半之一矩。

再用一個一樣的矩，合成一個長方形，長方形的一半是一個矩。

環而共盤

把長方形依次在一個平面内旋轉三次。

得成三四五

得到黑色邊長為三的兩個正方形，紅色邊長為四的正方形，藍色邊長為五的正方形。

兩矩共長二十有五，是為積矩

藍色正方形的邊就是矩的弦，知道勾長為三，股長為四的前提下，能計算出藍色正方形的面積是25，所以，藍色正方形的邊長就是5，矩的弦長就是五，勾三股四弦五，完美的勾股定理證明過程。

用矩之道

周公曰：”大哉言數！請問用矩之道。“

周公說，這些數學法則也太高深了，請問，矩的實際應用有那些呢？

商高曰：”平矩以正繩；偃矩以望高；覆矩以測深；卧矩以知遠；環矩以為圓；合矩以為方。方屬地，圓屬天，天圓地方，方數為典，以方出圓。笠以寫天，天青黑，地黃赤。天數之為笠了，青黑為表，丹黃為裡，以象天地之位。是故，知地者智，知天者聖。智出于勾，勾出于矩。夫矩之于數，其裁制萬物，惟所為耳。“

怎麼用矩呢？矩可以正繩，可以望高，可以測深，可以測遠，可以畫圓，可以畫方。

天圓地方

天圓地方這個概念是被曲解最深的中國古代科學，被誤認為是天地形狀的模型，而且是不正确的天地模型，代表了中國古代天文的落後。其實不是，這一段延續上一段，還是在講數之法，天圓地方是對前一句的複述：方屬地，圓屬方，天圓地方，緊跟着一句方數為典，以方出圓，對天圓地方做了補充，所以，天圓地方的本義是天用圓數，地用方數。

圓數的法則是圍一徑三，就是圓的周長等于直徑乘以三，三是圓周率，隻是精确到了整數，《周髀算經》中很多計算圓周長的例子，比如太陽的一天運行的周長，太陽光照射圓的周長等；

方數的法則就是勾股定理，後面章節有明确的表述：勾股各自乘，并而開方除之，就得弦。用公式表述就是：

夫矩之于數，其裁制萬物，惟所為耳。

用矩的數學法則，可以随便計算萬事萬物。

還需要強調一點，勾股定理也被稱作商高定理，其實這也是一個很大的誤會，周公問商高，問的是伏羲的周天曆度的數怎麼來的，商高回答了這些數的法則是方數和圓數，圓數是勾股定理，顯然勾股定理在伏羲時代就有了，伏羲在商高的古代，中間差了2000年，把勾股定理冠名給商高，就是張冠李戴了，還不如說伏羲定理更準确。

周天曆度

昔者榮方問于陳子，曰：”今者竊聞夫子之道，知日之高大，光之所照，一日所行，遠近之數，人望所見，四極之窮，列星之宿，天地之廣袤，夫子之道皆能知之，其信有之乎？“

這應該就是伏羲的周天曆度的具體内容：太陽的高度和太陽的直徑，太陽光照射範圍，太陽一天運行的距離，太陽的遠近，人的視野的極限，太陽環行一周東南西北最遠的距離，星宿的分布，天地的大小等等。

這些内容雖然是榮方問陳子，但《周髀算經》開篇就描述了是伏羲創立的周天曆度，所以這些方法不是陳子發現的，應該是陳子掌握了伏羲的方法，然後轉述出來的。

立杆測影

夏至南萬六千裡，冬至南十三萬五千裡。日中立杆測影，此一者天道之數。周髀長八尺。夏至之日晷一尺六寸。髀者股也，正晷者勾也。正南千裡，勾一尺五寸；正北千裡，勾一尺七寸。

日中立杆測影，此一者天道之數。立杆測影，就是天文儀器日晷和圭表的原型，日中立杆測影是測正午的日影，此一者就是正午的日影所在的那條線段，這是天道之數。

周髀長八尺，就是圭表的表高度是八尺，立杆測影的杆的高度是八尺，周髀算經就是以八尺杆高為計算模型的，以髀為股，正午日影為勾，組成一個矩尺，就可以應用矩的邏輯來測太陽的高度，太陽有多遠等。

夏至之日晷一尺六寸，夏至那天，正午日影長度一尺六寸；

正南千裡，勾一尺五寸，同樣八尺周髀，在正南一千裡，正午影長勾一尺五寸；

正北千裡，勾一尺七寸，同樣八尺周髀，在正北一千裡，正午影長勾一尺七寸。

由此得出計算公式：勾之損益寸千裡。

越往南，正午日影越短, 每往南一千裡，正午日影就短一寸，由此推測夏至日正南一萬六千裡正午日影長度為零。

夏至南萬六千裡，冬至南十三萬五千裡，由于冬至日正午日影長度是一丈三尺五寸，所以冬至日正南十三萬五千裡正午日影長度為零。

測日之高大

日益表南，晷日益長。候勾六尺，即取竹空徑一寸，長八尺，捕影而視之，空正掩日，而日應空之孔。由此觀之，率八十寸而得徑一寸。故以勾為首，以髀為股，從髀至日下六萬裡而髀無影；從此以上至日則八萬裡。

夏至日後，正午太陽向南遠離表，正午日影就越長，等某一天正午日影六尺長時，取直徑一寸長八尺的空竹，用竹筒望太陽，調到正好從空竹中看到整個太陽。以此來計算太陽的高度和直徑，示意圖如下。

測太陽高度和直徑的示意圖

影長六尺，就是六十寸，根據勾之損益寸千裡的定律，計算出從表至日下六萬裡沒有日影，從沒有日影處到太陽的距離是八萬裡，因為表的高度是八尺，按相同的比例，太陽的高度是八萬裡。

若求邪至日者，以日下為勾，日高為股，勾股各自乘，并而開方除之，得邪至日，從髀所旁至日所十萬裡。

這裡計算到太陽的直線距離是十萬裡，從周髀到太陽的直線距離是通過周髀到日下，即太陽直射點，和太陽直射點到太陽的直角三角形來計算，以周髀到日下為勾，以日高為股，周髀到日的距離就是弦，弦等于勾股各自乘然後并而開方除之。這是勾股定理的完整描述，

這裡還有一個數學概念，開方，開方是乘方的逆運算，是一種除法。

以率率之，八十裡得徑一裡，十萬裡得徑千二百五十裡；故曰日晷徑千二百五十裡。

長八尺直徑一寸的竹筒正好和太陽影子一樣大，按這個比例，如果是八十裡，直徑一裡的竹筒正好和太陽影子一樣大，因為到太陽的距離是十萬裡，如果用一個十萬裡的竹筒，直徑一千二百五十裡時，正好和太陽的影子一樣大，這就是太陽的直徑，所以太陽的直徑是一千二百五十裡。

法曰：周髀長八尺，勾之損益寸千裡。

這是所有相關計算的定理：八尺高的周髀，正午影長差一寸，距離差一千裡。

故曰極者天之廣袤也。今立表高八尺以望極，其勾一丈三才，由此觀之，則從周北十萬三千裡而至極下。

用相同的方法來測到北極的距離，用 八尺表，勾一丈三寸，剛好望到北極，同理，從周往北十萬三千裡到北極正下方。

日夏至南萬六千裡，日冬至南十三萬五千裡，日中無日影。由此觀之，從南至夏至之日中，十一萬九千裡，北至其夜半亦然。凡徑二十三萬八千裡，此夏至日道之徑也，其周七十一萬四千裡。

這裡推斷除夏至日太陽運動的直徑是23.8萬裡，運用圓數，周長等于直徑乘以三，太陽在夏至日的運動周長是71.4萬裡。

這是用圓周率計算周長的應用，《周髀算經》中還計算了冬至日、春秋分日太陽運動的直徑和周長等。

冬至道夏至，太陽的南北遊。

故冬至日晷丈三尺五寸，夏至日晷尺六寸。冬至日晷長，夏至日晷短。日晷損益寸差千裡。故冬至夏至之日南北遊十一萬九千裡。

由冬至日和夏至日的影長差119寸，計算出冬至太陽直射點到夏至太陽直射點的距離是11.9萬裡，這是太陽從南遊到北，用遊泳的遊，表面太陽的運動是受到大氣的浮力，就像在水裡遊一樣。太陽的南北遊，就是現代的太陽回歸運動。

天體模型

極下者其地高人所居六萬裡，滂沱四隤而下，天之中央，亦高四旁六萬裡。......天象蓋笠，地法覆槃，天離地八萬裡。

這才是《周髀算經》中關于天地模型的描述，不是天圓地方，天圓地方是數的法則，天地模型是天象蓋笠，地法覆槃，天離地八萬裡，天地的中部都隆起高六萬裡，地法覆槃，盤子都是圓的，地也是圓的，不是方的，地中部高出四周六萬裡，也不是平的。

3、中國古代的天文學就是科學

中國古代的天文學毫無疑問就是科學，有完備的知識體系和獲取新知識的過程，這些知識體系和獲取知識體系的過程是獨立的，是基于正午日影的長度這一可觀測的現象，試驗結果是可以再現的，也能被其他人再現的，完全符合科學的定義，所以中國古代的天文學毫無疑問就是科學，即使用國内學者的标準也能證明這些是科學。

4、中國古代的天文學是中國古代文化的基礎

用日晷和圭表測量太陽的影子，這是在探索天時，對探索活動和天時的感悟形成了神話傳說和故事，以及儒家，道家，易經等思想文化，是對科學的感悟而麻辣燙成了文化。

科學+感悟=文化