近世时期——首创能人
明清两代是我国历史上的近世时期。在我们的印象中,明清时期限制对外交往,科学技术上开始走下坡路,很少重大的发明创造。但事实并非如此,明清时代的科技成就还是值得一提的。
赵士祯、戴梓的火器发明,在兵工技术史上占有重要地位。黄履庄发明的世界第一辆自行车,给无数人带来出行便利。而齐彦槐的天文仪器,居然成为明清时期汇通中西的历史见证。
我国近世时期的创制能人,同样在技术领域书写了精彩的一页。
朱载堉(1536~1611年),字伯勤,号句曲山人,青年时自号狂生、山阳酒狂仙客。系明太祖朱元璋九世孙,仁宗帝的第六代孙,郑藩王族嫡世。
他是一位百科全书式的学者,是乐律学家、音乐家、乐器制造家、舞学家、数学家、物理学家、天文历法学家。因其首创的“十二平均律”,或称十二等程律、新法密律,被广泛应用在世界各国的键盘乐器上,包括钢琴,故被誉为“钢琴理论的鼻祖”。
朱载堉的父亲郑恭王朱厚烷能书善文,精通音律乐谱,载堉自幼深受父亲影响,喜欢音乐、数学,聪明过人。嘉靖二十四年,即1545年,年仅10岁的载堉就攻读《尚书盘庚》等史书,并封为世子,成为郑王的继承人。
不过,朱载堉虽然贵为王子,但他的生活道路并不平坦,这与他父亲朱厚烷的经历有关。朱厚烷是明仁宗朱高炽的第六世孙,袭父封爵,为郑恭王。他生活朴素,为人刚直,一次,他无意间得罪了皇帝,最后被囚禁了起来。
当时,朱载堉刚满15岁,父亲被囚禁后,他离开了皇宫,住在民间,过着普通人的日子。
在这期间,朱载堉发奋攻读,致力于乐律、历算之学的研究,撰写了大量学术著作。
隆庆元年,即1567年,朱厚烷冤案平反,第二年,朱载堉结束了“席藁独处”的生活,重回宫中。万历十九年,即1591年,朱厚烷病逝,载堉为世子,本可承继王位,但他上书皇帝,甘愿放弃一切。最后,他迁居到怀庆府城外,自称道人,仍“务益著书”。
朱载堉对我国古代文化的最大贡献是他创建了“十二平均律”。这是音乐学和音乐物理学的一大革命,也是世界科学史上的一大发明。
在我国古代音律学发展过程中,如何能够实现乐曲演奏中的旋宫转调,历代都有学者孜孜不倦进行探索,但是迄朱载堉时无人登上成功的峰顶,只有朱载堉彻底解决了这一问题。他在总结前人乐律理论基础上,通过精密计算和科学实验,成功地发现十二平均律的等比数列规律,称其为密率,在他的作品《律学新说》卷一中,他概述了十二平均律的计算方法:
创立新法:置一尺为实,以密率除之,凡十二遍。
在《律吕精义·内篇》卷一中,他对十二平均律做了描述:
盖十二律黄钟为始,应钟为终,终而复始,循环无端……是故各律皆以黄钟……为实,皆以应钟倍数1.059463……为法除之,即得其次律也。
为了阅读方便,他引文中用阿拉伯数字代替了原文中的汉字数字。用这种方法确定的各律相应弦长,其音程相等,完全可以满足音乐演奏中旋宫转调的要求。这也正是现代国际音乐中通用的“十二平均律”。
后来,朱载堉研究出的十二平均律的关键数据——“根号2开12次方”被传教士通过丝绸之路带到了西方,巴赫根据它制造出了世界上第一架钢琴。如果把巴赫称为钢琴之父的话,朱载堉便可以称为钢琴之祖了。如果没有十二平均律,帕瓦罗蒂的《我的太阳》就没法演唱,因为此曲里面有转两个八度的音。
我国著名的律学专家****鹏先生说:“十二平均律不是一个单项的科研成果,而是涉及古代计量科学、数学、物理学中的音乐声学,纵贯中国乐律学史,旁及天文历算并密切相关于音乐艺术实践的、博大精深的成果。”
在创建十二律的过程中,朱载堉也受到了他父亲的影响。朱厚烷精通音律学,他对儿子说:“仲吕顺生黄钟,返本还元;黄钟逆生仲吕,循环无端。实无往而不返之理。笙琴互证,则知三分损益之法非精义也。”
朱厚烷坚信旋宫转调能够实现,同时又明确指出传统三分损益法不可取,这对朱载堉有很大启发。正是在他父亲及前人工作基础上,朱载堉最终完成了十二平均律的发明。
围绕着十二平均律的创建,朱载堉成功地登上了一个又一个科学高峰。例如,为了解决十二平均律的计算问题,他讨论了等比数列,找到了计算等比数列的方法,并将其成功地应用于求解十二平均律。为了解决繁重的数学运算,他最早运用珠算进行开方运算,并提出了一套珠算开方口诀,这是富有创见之举。他还解决了不同进位小数的换算方法,作出了有关计算法则的总结。在数学史上,这些都是很引人注目的成就。
在我国古代,音律学与度量衡分不开。朱载堉在研究音律学的同时,还对计量学和度量衡的演变也做了考察。他亲自做了累黍实验以确定古人所说的尺长。为了确定量制标准,他测定了水银密度,测量结果相当精确。他从理论上辩证说明了“同律度量衡”之关系,对后世影响很大。
朱载堉注重实践、实验和实测。他特别注意把自己的理论放在实践中去检验。例如他提出的名为“异径管律”的管口校正法,就是从数学中推导出来以后,又在实践中进行检验,证明了它确实有效的。他的书中记述了大量的实验事实,如管口校正实验、和声实验、累黍实验、度量实验等,就充分反映了他的这一思想方法。
以此同时,朱载堉还在天文学上也有很高造诣。他生活的时代,明朝通用的历法是《大统历》,因行用日久,常出差错。万历二十三年,即1595年,他上书皇帝,进献《圣寿万年历》、《律历融通》二书,提请改历。其见解精辟,深得识者称许。《明史·历志》曾大段摘引他的议论。礼部尚书范谦向皇帝建议说:“其书应发钦天监参订测验。世子留心历学,博通今古,宜赐敕奖谕。”得到皇帝允许。
邢云路是明末一位著名天文学家,著有《古今律历考》一书,朱载堉为之作序,序文中称,他曾和邢“面讲古今历事,夜深忘倦”,邢“摘历史紧要处问难”,朱“于灯下步算以答”,二人“携手散步中庭,仰窥玄象。”生动地描写出了他们协力钻研天文的情形。
朱载堉的科学贡献是巨大的,他是我国封建社会一位富有创造性的学者,是明代科学和艺术上的一颗巨星,中外学者尊崇他为“东方文艺复兴式的圣人”。
[旁注]
朱厚烷(1518——1591),安徽凤阳人。明成祖六世孙,郑懿王朱祐檡第四子。嘉靖六年,即1527,10岁时袭封郑王。1550年,上书劝谏明世宗,希望他不要服用丹药以求长生,希望他不要过于崇信道教,结果被降为庶人,发宗人府,禁锢在高墙内。
世子 是亲王法定继承人的正式封号。在汉朝初期,亲王法定继承人的正式封号为“王太子”,后来为了与皇太子相区别,改为世子,后代延习不改。另外,对于贵族、高官的儿子们,也习尊称为世子,以示尊重,但这不是正式的称呼。
席藁 这里的“藁”,指用禾秆编成的席子。坐卧藁上是古人请罪的一种方式,因以指请罪。如宋代文人苏轼在《上神宗皇帝书》中称:“自知渎犯天威,罪在不赦,席藁私室,以待斧钺之诛。”
****鹏 曾用名黄祥鹏、祥鹏、羊鹏等。曾任中央音乐学院音乐学系讲师,中国艺术研究院博士生导师等职务。他的研究主要在中国音乐史和中国传统音乐理论两个领域,对出土和传世音乐文物的研究、传统音乐的型态学特征及其历史发展和中国乐律学史、曲调考证等诸方面都具有理论建树和新发现。
累黍 是我国古代两种很小的重量单位,形容数量极小。古代用黍粒作为计量的基准,累黍就是用一定的方式排列黍粒,或纵排,或横排,成为分、寸、尺及音乐律管的长度,或成为合、升、斗等计量容积或成为铢、两、斤等计算重量。
礼部尚书 中国古代官署。南北朝北周始设。隋唐为六部之一。历代相沿。长官为礼部尚书。是主管朝廷中的礼仪、祭祀、宴餐、学校、科举和外事活动的大臣,名清时期为从一品。礼部一般设有:尚书一人,正二品;侍郎一人,从二品。郎中四人,员外郎四人,主事若干人。
邢云路 我国明代天文学家。字士登,今河北省徐水县人,生于嘉靖二十九年,即1549年左右,卒于天启年间。在他活动的年代,我国古典天文学正面临一个新的发展高潮。他曾参加两次改历运动,是明末复兴天文学的重要人物。他在《古今律历考》中指出:“星、月之往来皆太阳一气之牵系也。”这是一种朴素的行星运动受太阳吸引力支配的思想。
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在朱载堉出生的地方,流传着关于他的大量传说和故事:
据说,朱载堉出生时,他的母亲高妃怀胎已经11个月。正当家人为高妃迟迟不分娩而犯愁的时候,宫前飞来一只凤凰,边舞边鸣。府里的人都认为是个好兆。果然,高妃一高兴,朱载堉便出世了。
可是,朱载堉极会哭闹,常常夜啼,使家人不得安宁。有一天,他父亲郑恭王为缓解孩子的哭闹,吹起了箫,谁知朱载堉一听到箫声就停止啼哭。从此,箫管成了终日陪伴他的宠物。