中国古代天文学是科学

中国文化是对科学的感悟而麻辣烫而成的，那么中国古代有科学吗？是不是真的象学术界认为的那样，中国古代没有科学呢？

由于近几百年中国的科学技术全面落后，主流的认知认为是中国的文化阻碍了中国的现代化，以至于爆发新文化运动，否定中国古代的文化，全盘学习西方的科学文化，在这种大历史背景下，已经没有多少人关心中国古代的科学了，而中国古代的文化已经融入到日常生活中，大家也都自认为懂中国文化，也没人愿意去探索文化是怎么来的，甚至是用文化来证明中国古代没有科学，这其实已经错的太离谱了。

要证明中国古代有科学，其实很容易，只需要根据科学的定义找出几项就能证明了，反而否定中国古代有科学，是很难的事情，因为中国五千年文明历史，要否定中国古代没有科学，需要否定所以内容都不是科学，是很难的。

再重温一下澳大利亚科学院关于科学的定义：

科学可以被认为是人类已经获得的知识体系和获取新知识的过程，这个过程是观察加试验和假设与验证，知识和过程是相互独立的，因为知识的获得是依赖于提出的问题和找到答案的方法。 科学通常分为四大类： 自然科学：包括生物学（对有生命的有机体的研究）和非生物学（象物理、化学、太空学这种对物质世界的研究）。 社会科学：对人和社会的研究（比如人类学、心理学）。 形式科学：对逻辑和数学的研究。 应用科学：以科学为基础用科学知识开发新应用的学科，比如工程、机器人、农学和药学。 自然科学和社会科学都是经验科学，这意味着任何理论都必须是基于可观测的现象，试验结果可再现，而且可以被别的人再现。

总结一下：科学是知识体系和获取新知识的过程，知识体系和过程是相互独立的，理论要基于可观测的现象，试验结果可再现，能被他人再现。

中国古代的天文学就是科学，中国古代的天文学有完备的知识体系和获取知识体系的过程。

1、获取天文学知识的过程

获取天文学知识必须靠中国的两个天文学仪器，日晷和圭表。

日晷测量一天内的时辰，就是现代的几时几刻，圭表是测日期的，就是现代的某年某月某日。

2、中国古代天文学的知识体系

2.1 日晷

日晷的晷面是圆形，把圆等分成了十二份，分别命名为子丑寅卯辰巳午未申酉戌亥，晷面中心垂直晷面有一个针，太阳出来后，晷针的影子在哪一格，就代表是哪儿时辰，一天分为十二个时辰。

用日晷测时辰，只能测出日出到日落这段时间日影的方位。

晷面的造型和现代的钟表是一模一样的，现代的钟表也是圆形，也是把圆分成十二份，只不过一圈代表半天时间。

日晷晷面的十二份有个总体名字十二地支，是中国文化中很重要的一部分天干地支中的地支。

十二地支的本义是表示方位，日影的方位，用日影的方位表达抽象的时间，用空间概念表达时间概念，这是很了不起的智慧。

2.2 圭表

日晷只能测一天内的时间，测日期怎么测呢？需要另外一个天文仪器圭表。

圭表是由圭和表组成，表垂直于圭，圭沿南北方向水平放置地平面，正午时分，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，最长的那天是冬至，其他时候影长在夏至和冬至之间，用圭表能发现太阳的回归年周期，影长是按年周期重复的。

今年某一天的影长和去年某两天的影长是一样的，和其中一条的影长变化趋势一样，比如都是由短变长，那么这一天和去年那一天就是同一天。

发现这个规律是非常难的，只有用正午日影长度才能发现。

用这种方法能准确度量一天的时长：昨天正午日影到今天的正午日影就是一天时间，并且用两天正午日影末端中间的刻度线数量来代表天数。

这是另外一种用空间概念来表达时间的概念。

这个有多先进呢？现代天文学光年是光在一年中走过的距离，是用时间概念表达距离，跟时有异曲同工之妙。

2.3 十二地支纪时

用十二地支子丑寅卯辰巳午未申酉戌亥，来表达一天的十二个时辰，虽然早期的时辰是太阳影子的方位，没法完全描述一天内的时间，但这正好表达了时辰的演化过程，最先需要具体化时辰的是白天，白天在活动需要时间的指导，夜晚都在休息，时间是不重要的。后来为了追求完美，夜晚的时间段也定义得白天一致。

早上太阳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 天干地支纪年月日

用天干地支组合年月日，

十天干：甲乙丙丁戊己庚辛壬癸，

十二地支：子丑寅卯辰巳午未申酉戌亥

天干和地支用特定组合方式组合成六十个甲子，从天干甲开始，一个天干一个地支组合，甲子、乙丑、丙寅......癸酉，然后是甲戌、乙亥；这是第一轮组合，然后跳过一位从天干的丙开始，天干和地支依次组合，依次类推，一个六十个组合。

甲子、乙丑、丙寅、丁卯、戊辰、已巳、庚午、辛未、壬申、癸酉、

甲戌、乙亥、丙子、丁丑、戊寅、已卯、庚辰、辛巳、壬午、癸未、

甲申、乙酉、丙戌、丁亥、戊子、已丑、庚寅、辛卯、壬辰、癸巳、

甲午、乙未、丙申、丁酉、戊戌、已亥、庚子、辛丑、壬寅、癸卯、

甲辰、乙巳、丙午、丁未、戊申、已酉、庚戌、辛亥、壬子、癸丑、

甲寅、乙卯、丙辰、丁巳、戊午、已未、庚申、辛酉、壬戌、癸亥

严格来说这不是数，只是一个顺序关系，但从中能推导出数来。

比如2020年12月22日就是庚子年戊子月己亥日，这是一套完备的纪年月日的知识体系。

2.5 《皇极经世书》的历法

《皇极经世书》采用了一套十二进制和三十进制混合纪时机制，时间单位分为元、会、运、世、年、月、日、时，进制关系如下：

1元=12会

1会=30运

1运=12世

1世=30年

1年=12月

1月=30天

1日=12时

2.6 二十四节气

二十四节气也是一种历法，比较粗略的历法，把一年分为二十四份，并把每一份和对应的气象关联起来，用二十四节气歌来表述。

立春阳气转，雨水沿河边。

　　惊蛰乌鸦叫，春分地皮干。

　　清明忙种麦，谷雨种大田。

　　立夏鹅毛住，小满雀来全。

　　芒种开了铲，夏至不纳棉。

　　小暑不算热，大暑乏伏天。

　　立秋忙打靛，处暑动刀镰。

　　白露忙割地，秋分把地翻。

　　寒露不算冷，霜降变了天。

　　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，转眼又一年。

2.7《周髀算经》

《周髀算经》是关于中国古代天文学的专著，包含了大量的天文科学知识，比如勾股定理和天圆地方，是中国古代有科学的强力证据，但勾股定理和天圆地方被曲解得太多，尤其是天圆地方，认为中国古人不知道地球是圆的，认为地球是方的，被当成了中国古代天文学落后的证据。

昔者周公问于商高曰：“窃闻乎大夫善数也。请问：古者包牺氏立周天历度，夫天不可阶而升，地不可将尺寸而度，请问数从安出？”

这是《周髀算经》开篇第一段，周朝的周公问商高说，我听说大夫擅长数学，请问古代包牺氏（伏羲）创立了周天历度，可是天没有梯子，上不去，地没法用尺寸度量，请问周天历度的那些数字是怎么来的？

周天历度就是《周髀算经》的主要内容：比如太阳的高度，太阳的直径，太阳一天运转的直径和周长，周朝到太阳直射点的距离等等。

商高曰：“数之法出于圆方。圆出于方，方出于矩，矩出于九九八十一。故折矩以为勾广三，股修四，径隅五。既方其外，半之一矩，环而共盘，得成三四五。两矩共长二十有五，是谓积矩。故禹之所以治天下者，此数之所由生也。”

商高说，周天历度那些数的法则出于圆方之数，圆数出于方数，方数出于矩数，矩数出于九九八十一乘法表。折一个勾三股四弦五的矩，矩是直角三角尺。然后用积矩的办法证明勾股弦的关系，勾长*勾长+股长*股长 = 弦长*弦长，就是勾股定理。大禹治天下的办法，也是由这些数派生出来的。

积矩，勾股定理的证明过程

故折矩以为勾广三，股修四，径隅五。

准备一个勾三股四弦五的矩。

既方其外，半之一矩。

再用一个一样的矩，合成一个长方形，长方形的一半是一个矩。

环而共盘

把长方形依次在一个平面内旋转三次。

得成三四五

得到黑色边长为三的两个正方形，红色边长为四的正方形，蓝色边长为五的正方形。

两矩共长二十有五，是为积矩

蓝色正方形的边就是矩的弦，知道勾长为三，股长为四的前提下，能计算出蓝色正方形的面积是25，所以，蓝色正方形的边长就是5，矩的弦长就是五，勾三股四弦五，完美的勾股定理证明过程。

用矩之道

周公曰：”大哉言数！请问用矩之道。“

周公说，这些数学法则也太高深了，请问，矩的实际应用有那些呢？

商高曰：”平矩以正绳；偃矩以望高；覆矩以测深；卧矩以知远；环矩以为圆；合矩以为方。方属地，圆属天，天圆地方，方数为典，以方出圆。笠以写天，天青黑，地黄赤。天数之为笠了，青黑为表，丹黄为里，以象天地之位。是故，知地者智，知天者圣。智出于勾，勾出于矩。夫矩之于数，其裁制万物，惟所为耳。“

怎么用矩呢？矩可以正绳，可以望高，可以测深，可以测远，可以画圆，可以画方。

天圆地方

天圆地方这个概念是被曲解最深的中国古代科学，被误认为是天地形状的模型，而且是不正确的天地模型，代表了中国古代天文的落后。其实不是，这一段延续上一段，还是在讲数之法，天圆地方是对前一句的复述：方属地，圆属方，天圆地方，紧跟着一句方数为典，以方出圆，对天圆地方做了补充，所以，天圆地方的本义是天用圆数，地用方数。

圆数的法则是围一径三，就是圆的周长等于直径乘以三，三是圆周率，只是精确到了整数，《周髀算经》中很多计算圆周长的例子，比如太阳的一天运行的周长，太阳光照射圆的周长等；

方数的法则就是勾股定理，后面章节有明确的表述：勾股各自乘，并而开方除之，就得弦。用公式表述就是：

夫矩之于数，其裁制万物，惟所为耳。

用矩的数学法则，可以随便计算万事万物。

还需要强调一点，勾股定理也被称作商高定理，其实这也是一个很大的误会，周公问商高，问的是伏羲的周天历度的数怎么来的，商高回答了这些数的法则是方数和圆数，圆数是勾股定理，显然勾股定理在伏羲时代就有了，伏羲在商高的古代，中间差了2000年，把勾股定理冠名给商高，就是张冠李戴了，还不如说伏羲定理更准确。

周天历度

昔者荣方问于陈子，曰：”今者窃闻夫子之道，知日之高大，光之所照，一日所行，远近之数，人望所见，四极之穷，列星之宿，天地之广袤，夫子之道皆能知之，其信有之乎？“

这应该就是伏羲的周天历度的具体内容：太阳的高度和太阳的直径，太阳光照射范围，太阳一天运行的距离，太阳的远近，人的视野的极限，太阳环行一周东南西北最远的距离，星宿的分布，天地的大小等等。

这些内容虽然是荣方问陈子，但《周髀算经》开篇就描述了是伏羲创立的周天历度，所以这些方法不是陈子发现的，应该是陈子掌握了伏羲的方法，然后转述出来的。

立杆测影

夏至南万六千里，冬至南十三万五千里。日中立杆测影，此一者天道之数。周髀长八尺。夏至之日晷一尺六寸。髀者股也，正晷者勾也。正南千里，勾一尺五寸；正北千里，勾一尺七寸。

日中立杆测影，此一者天道之数。立杆测影，就是天文仪器日晷和圭表的原型，日中立杆测影是测正午的日影，此一者就是正午的日影所在的那条线段，这是天道之数。

周髀长八尺，就是圭表的表高度是八尺，立杆测影的杆的高度是八尺，周髀算经就是以八尺杆高为计算模型的，以髀为股，正午日影为勾，组成一个矩尺，就可以应用矩的逻辑来测太阳的高度，太阳有多远等。

夏至之日晷一尺六寸，夏至那天，正午日影长度一尺六寸；

正南千里，勾一尺五寸，同样八尺周髀，在正南一千里，正午影长勾一尺五寸；

正北千里，勾一尺七寸，同样八尺周髀，在正北一千里，正午影长勾一尺七寸。

由此得出计算公式：勾之损益寸千里。

越往南，正午日影越短, 每往南一千里，正午日影就短一寸，由此推测夏至日正南一万六千里正午日影长度为零。

夏至南万六千里，冬至南十三万五千里，由于冬至日正午日影长度是一丈三尺五寸，所以冬至日正南十三万五千里正午日影长度为零。

测日之高大

日益表南，晷日益长。候勾六尺，即取竹空径一寸，长八尺，捕影而视之，空正掩日，而日应空之孔。由此观之，率八十寸而得径一寸。故以勾为首，以髀为股，从髀至日下六万里而髀无影；从此以上至日则八万里。

夏至日后，正午太阳向南远离表，正午日影就越长，等某一天正午日影六尺长时，取直径一寸长八尺的空竹，用竹筒望太阳，调到正好从空竹中看到整个太阳。以此来计算太阳的高度和直径，示意图如下。

测太阳高度和直径的示意图

影长六尺，就是六十寸，根据勾之损益寸千里的定律，计算出从表至日下六万里没有日影，从没有日影处到太阳的距离是八万里，因为表的高度是八尺，按相同的比例，太阳的高度是八万里。

若求邪至日者，以日下为勾，日高为股，勾股各自乘，并而开方除之，得邪至日，从髀所旁至日所十万里。

这里计算到太阳的直线距离是十万里，从周髀到太阳的直线距离是通过周髀到日下，即太阳直射点，和太阳直射点到太阳的直角三角形来计算，以周髀到日下为勾，以日高为股，周髀到日的距离就是弦，弦等于勾股各自乘然后并而开方除之。这是勾股定理的完整描述，

这里还有一个数学概念，开方，开方是乘方的逆运算，是一种除法。

以率率之，八十里得径一里，十万里得径千二百五十里；故曰日晷径千二百五十里。

长八尺直径一寸的竹筒正好和太阳影子一样大，按这个比例，如果是八十里，直径一里的竹筒正好和太阳影子一样大，因为到太阳的距离是十万里，如果用一个十万里的竹筒，直径一千二百五十里时，正好和太阳的影子一样大，这就是太阳的直径，所以太阳的直径是一千二百五十里。

法曰：周髀长八尺，勾之损益寸千里。

这是所有相关计算的定理：八尺高的周髀，正午影长差一寸，距离差一千里。

故曰极者天之广袤也。今立表高八尺以望极，其勾一丈三才，由此观之，则从周北十万三千里而至极下。

用相同的方法来测到北极的距离，用 八尺表，勾一丈三寸，刚好望到北极，同理，从周往北十万三千里到北极正下方。

日夏至南万六千里，日冬至南十三万五千里，日中无日影。由此观之，从南至夏至之日中，十一万九千里，北至其夜半亦然。凡径二十三万八千里，此夏至日道之径也，其周七十一万四千里。

这里推断除夏至日太阳运动的直径是23.8万里，运用圆数，周长等于直径乘以三，太阳在夏至日的运动周长是71.4万里。

这是用圆周率计算周长的应用，《周髀算经》中还计算了冬至日、春秋分日太阳运动的直径和周长等。

冬至道夏至，太阳的南北游。

故冬至日晷丈三尺五寸，夏至日晷尺六寸。冬至日晷长，夏至日晷短。日晷损益寸差千里。故冬至夏至之日南北游十一万九千里。

由冬至日和夏至日的影长差119寸，计算出冬至太阳直射点到夏至太阳直射点的距离是11.9万里，这是太阳从南游到北，用游泳的游，表面太阳的运动是受到大气的浮力，就像在水里游一样。太阳的南北游，就是现代的太阳回归运动。

天体模型

极下者其地高人所居六万里，滂沱四隤而下，天之中央，亦高四旁六万里。......天象盖笠，地法覆槃，天离地八万里。

这才是《周髀算经》中关于天地模型的描述，不是天圆地方，天圆地方是数的法则，天地模型是天象盖笠，地法覆槃，天离地八万里，天地的中部都隆起高六万里，地法覆槃，盘子都是圆的，地也是圆的，不是方的，地中部高出四周六万里，也不是平的。

3、中国古代的天文学就是科学

中国古代的天文学毫无疑问就是科学，有完备的知识体系和获取新知识的过程，这些知识体系和获取知识体系的过程是独立的，是基于正午日影的长度这一可观测的现象，试验结果是可以再现的，也能被其他人再现的，完全符合科学的定义，所以中国古代的天文学毫无疑问就是科学，即使用国内学者的标准也能证明这些是科学。

4、中国古代的天文学是中国古代文化的基础

用日晷和圭表测量太阳的影子，这是在探索天时，对探索活动和天时的感悟形成了神话传说和故事，以及儒家，道家，易经等思想文化，是对科学的感悟而麻辣烫成了文化。

科学+感悟=文化