王锡阐(1628—1682),明末清初历算学家。字寅旭,号晓庵,又号天同一生。清朝建立后无意仕进,与同时代著名学者顾炎武、张履祥等以志节相砥励,潜心经史,不随俗浮沉。中年以后,疾病缠身,两手几废,仍刻苦攻读,著述不辍,终身研求历法。自少至老,实测天象,无间寒暑,每遇日月食,甚至抱病进行观测。其学博深经史、声律,尤以历法最为专精。所治历学,不落门户之见,务求与实际天象相合,于当时所传入的西方数学知识,详为研讨,不固步自封。所撰《晓庵新法》、《历说》、《大统西历启蒙》、《圜解》等著作。
明末清初,由西方传入中国的天文学有两路,一路由耶苏会士利马窦、汤若望、南怀仁等传入,立于明清官学;另一路由与汤若望同时入中国传教的穆尼阁在民间传播,传其学于山东淄川薛凤祚。王锡阐则无师自通,学贯中西,独树一帜,成为与梅文鼎、薛凤祚齐名的清初天文历法三大家。
西方天文学由于运用三角几何学知识、有明确的地球概念以及精密的观测仪器等,相比中国传统天文学显示出明显的先进性和优越性。如何对待西学,中国知识分子呈现出两种绝然不同的态度,一种全盘接受,如徐光启等;一种全盘否定,如杨光先等。王锡阐并没有简单地去接受或者否定,而是深入研究中、西天文学的成果,批评地吸收二者的长处与精华,既不迷信洋人,也不迷信古人,因此能够有所创造和发明。
王锡阐指出,一些西方天文学理论上的缺点和错误,如西方传教士在介绍三角学公式时,往往“但举其用而不详其理”,即只讲这些公式的应用,而不详细追究其原理。王锡阐批评西法虽能精确测量和验证,却未能“深知法意”,即不能深刻领会方法的基本原理。他亲自示范,独立给出三角函数中两角和、差的正弦、余弦公式的证明。又如当时传入的西方天文学并非哥白尼学说而是第谷体系,其说以行星绕太阳转、太阳绕地球转为特征,但第谷生前未能按其宇宙模式完成系统的行星运动理论,因此在实际计算中仍然保留有行星围绕地球转的模型,王锡阐指出这是自相矛盾。在今天看来王锡阐对西学的许多批评都是有道理的,这在当时是十分少见而可贵的。
王锡阐不仅重视对中、西学理论知识的学习,还十分重视以天文观测验证历法理论。他说“人明于理而不习于测,犹未之明”,意思是说:长于理论而不熟悉观测,许多道理不能真正明白。他自己设计制造了一种叫做“三辰晷”的仪器,可以用来观测日、月、星辰。每遇晴朗的夜晚,他就爬上瓦房屋顶,坐卧在人字型屋脊旁仰观星象,通宵达旦,几十年如一日坚持不停,以至于白天无论坐着还是躺下,总觉得有一个浑天仪在面前,日月五星在其上横行。王锡阐去世的前一年(1681年)发生一次日食,事先王锡阐和徐发等五位民间天文学家各自做了推算,相约至期进行一次“五家法同测”,结果王锡阐的理论推算最为接近实测情形。
王锡阐还善于吸取西方天文学的精华并结合自己的观测实践,做出重大理论创新。他运用刚刚传入中国的球面三角学知识,首创了准确计算日月食初亏和复圆方位的算法。他把日月圆体分为三百六十度,提出“月体光魄定向”(日月中心连线方向)的概念,计算出食甚时刻日月边缘亏缺多少度,从而把日月食的计算提高到前所未有的精度。
王锡阐的另一重大成果是首创金星、水星凌日和五星凌犯的算法。金星和水星是地内行星,它们有机会运行到正好位于太阳和地球之间的位置,此时人们看见太阳表面出现小黑点,就是金星或水星在日面上的投影,这种自然现象叫做“凌日”。
对于在其他时间太阳表面出现的黑子,王锡阐做出水星以内的太阳附近存在其他行星的猜想,这与伽里略关于“水内行星”的猜想不约而同。“五星凌犯”是指五大行星互相遮掩的现象。长期以来无论中历还是西历,仅能对金水“凌日”现象进行粗略的推算,王锡阐巧妙地创立准确的计算方法。
上述两大创新成就,后来都被清政府编入官方典籍《历象考成》,成为编算历法的重要手段。
王锡阐参照《崇祯历书》中的第谷体系建立了自己的宇宙模型和行星运动理论,即地球在宇宙中心静止不动,行星绕日、日绕地球运行;与第谷体系行星均自西向东绕日旋转不同,王锡阐的金、水两星绕日右旋(由西向东),土、木、火三星则绕日左旋(由东向西);并认为五星运行的圆周是“实体”(壳层),类似于古希腊的水晶球宇宙模型,但又认为太阳轨道不是“实体”,所以五星能在“日行规”(视运动轨道)内自由穿行。鉴于第谷体系没有统一的计算方法,王锡阐还在上述模型的基础上,推导出一组计算五星行度的公式,能够预报行星的位置。
他还考虑到日月行星运动的力学原因。当时近代科学的引力理论尚未出现,西方用磁石吸铁假说来解释太阳对诸星的吸引,受此启发王锡阐解释由于“宗动天”(恒星天层以外没有任何天体的最外层天球)的吸引致使日月五星呈环绕状运行。这是中国学者以引力解释行星运动物理机制的第一次尝试。
康熙二十一年(1682年),王锡阐在贫病交加中去世,时年55岁。由于没有子嗣,其学问高深莫测,学生中没有人能够传承;加之他刻意复古,著作都用篆体字写成,人们大多不能认识,所以遗稿散失很多。直至几年后,其弟子潘耒返回故里,才搜集其幸存的50余种遗稿出版刊行。其中代表王锡阐在天文、数学方面主要成就的有《晓庵新法》、《五星行度解》、《圜解》等著作。
◎故事感悟
人明于理而不习于测,犹未之明。王锡阐一生都以这句话作为自己求知的座右铭。他没有全盘接受西学,也没有完全地拥护中学,而是对二者取其精华,去其糟粕,在重视中西理论的学习时,还要结合自己的观测实践,从而创新了理论,最终为中西历法做出了重大的贡献。
◎史海撷英
明清的传教士
明代时期,传教士在中国输入了宗教和科学,传播的科学并不比宗教少,因为中国人需要科学知识,只谈宗教是不能得到士大夫的尊信的。清代康熙前期,也曾有传教士活动,但他们很少谈到科学(除一些天文历法),这是因为汉人不敢接近西洋人,传教士便失去了士大夫的支持,宗教也就遭到满族统治者的压迫,不能像明末时那样顺利地得以发展。而在当时,来华传教士的科学素养并不比明朝中国的学者高明多少。
《几何原本》的传播就是很好的例子。在《几何原本》当中,最为精彩的部分就在于它严密的逻辑体系。传教士们学习《几何原本》的目的,就是为了把这种形式逻辑运用到宗教论证当中去。在传教士的眼里,科学仅仅只是一种感悟上帝的手段而已。正如利玛窦在《中国札记》中所说:“与天主教的信仰奥秘相比,那(科学)真是雕虫小技而已。”
利玛窦之后,另一位中国教区的会长龙华民,甚至直接把科学排除到传教士的言行之外。可见,传教士对科技的认识远远没有达到徐光启的水平。
以利马窦和汤若望为例。一开始,利马窦也是为了传教而传教的,结果到处碰钉子,相当不顺利。后来,他改变了态度,开始宣传西方的科学技术,马上就改变了自己的处境,招至大批中国士大夫的青睐,影响也越来越大。先是瞿太素跟随他,瞿学会并亲手制作了天球仪、星盘。后来向利玛窦学习数学的人多起来,有知名学者顾起元、知府王泮、著名学者李心斋的儿子,及他的两个学生和当时的翰林王肯堂的学生张养默等。
◎文苑拾萃
《历象考成》
《历象考成》为清代时期的一部论述历法推算的著作。
清朝初年,按照汤若望删修的《西洋历法新书》制订了《时宪历》。但是,这部书的内容有很多矛盾的地方,有的说明文字也晦涩难懂。因此,康熙年间,由钦天监内外人员加以修订,编成《历象考成》一书。
该书的上编16卷名为《揆天察纪》,阐明理论;下编10卷名为《明时正度》,讲解计算方法。另外,还附有运算表16卷。乾隆年间,又增修了后编10卷,也分计算原理、计算方法和运算表三部分。
《历象考成》采用丹麦天文学家第谷的天文学体系,数据也多半取自第谷,虽然在编纂上和精度上比此前的《崇祯历书》有所提高,但其整个体系依然显得比较落后。