周代初期,周公詢問商高(商朝遺民)天文歷法的測量計算問題,商高回答說“圓從方來(參考割圓術(shù)),方從矩來,矩根據(jù)乘除計算而來”?!熬亍痹臼且环N包含直角的作圖工具,其計算方法為“勾股測量術(shù)”,如今稱之為“勾股定理”,比古希臘畢達哥拉斯早了600余年。 以今天的眼光來看,勾股定理屬于基礎(chǔ)知識,但在3000年前,卻是人類認識世界的一大步,是當時最高深的數(shù)學(xué)知識。那么,為何當時中國人會發(fā)現(xiàn)勾股定理呢? 近代百年考古,挖出了眾多上古文明遺址,在還原一段又一段上古圖景之余,也慢慢揭開中國不少文明成果的源流。在勾股定理問題上,學(xué)者研究上古遺物時,發(fā)現(xiàn)了當時中國人一項獨特的發(fā)明與愛好——三足器,而這極有可能就是發(fā)現(xiàn)勾股定理的歷史淵源。 中國社科院學(xué)者高大倫指出:“在世界幾大古文明中,三足器之豐富,是中華文明獨有的。”自然界中沒有三足動物,而中國人做出了三足鼎,無疑是人類歷史上的一項偉大發(fā)明,西方學(xué)者見了中國的三足器后,對它的“超穩(wěn)定結(jié)構(gòu)”大為贊嘆。 從考古上看,早在9000年上下時,中國人對三角形可能就有了一定的認識。賈湖文化遺址,距今9000余年,考古出土了夾炭紅陶三足盆形鼎(見下圖)。河北磁山文化遺址,距今8000年上下,考古出土了不少三足陶器。陜西老官臺遺址,距今8000年上下,也出土了一些三足陶器。 到了距今6000年時,三足器基本定型,數(shù)量越來越多。山東大汶口遺址,距今6000余年,考古出土了黑陶三足鬲、白陶三足鬶等。夏商周時期,中國人對三足器的愛好更進一步,除了三足陶器之外,又出現(xiàn)了三足青銅器,比如三足鼎、三足青銅爵等,數(shù)量繁多,蔚為大觀。直到今天,生活中隨處可見三足的銅陶瓷鼎。 自然界沒有三足動物,中國古人卻發(fā)明了三足器,原因可能是多方面的,但有一點可以肯定,在漫長的普及過程中,三足器必然提示古人逐漸認識“三角形”,進而越來越多的運用三角形相關(guān)原理,考古發(fā)現(xiàn)證實了這一點。 2010年,考古發(fā)現(xiàn)湖北隨州葉家山遺址,西周早期曾國的一處高級貴族墓地,考古挖出大批三足青銅器,其中28件為準桃圓形器口的三足器,專家分析后取得重要發(fā)現(xiàn)。 《葉家山出土三足青銅器的地域特征分析》報告顯示:“桃圓形”器口形似桃子,由三段弧線組成,三個頂點分別為三條足與器口外弧相切的三個點,三個頂點組成的三角形為等腰三角形。顯然,等腰三角形的出現(xiàn)絕非偶然,背后折射的是商周古人對三角形早有深刻認知,因此商高發(fā)現(xiàn)勾股定理是幾千年來積累的結(jié)果。 其實,如今眾多考古發(fā)現(xiàn)證實上古中國人擁有不俗的幾何知識。甘肅天水大地灣遺址,距今8000年—4800年,考古挖出四件陶器,體積分別為264.3立方厘米、2650.7立方厘米、5288.4立方厘米、26082.1立方厘米,除了一件大約是2倍倍增之外,其他三件大約都是十倍倍增。顯然,這種現(xiàn)象不可能是偶然的,必然是古人對幾何有了一定的研究。 從傳世文獻來看,應(yīng)該是古人根據(jù)三足器的形狀,發(fā)現(xiàn)了直角三角形的奧秘,進而研究發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)了勾股定理,真正的發(fā)現(xiàn)者未必是商高。 根據(jù)文獻記載,伏羲女媧兩人一手持“規(guī)”(上圖左)、一手持“矩”(上圖右),伏羲創(chuàng)造了“規(guī)”用來畫圓,“矩”用來畫方形。后來,大禹治水時,便左準繩、右規(guī)矩的來規(guī)劃方向和形狀,進行治水的規(guī)劃。 諸多的記載表明,早在上古時期中國人就已經(jīng)使用“規(guī)與矩”,而通過“規(guī)”、“矩”的形狀可知,兩者合在一起是直角三角形。商高對周公說“圓從方來,方從矩來,矩根據(jù)乘、除計算而來”,“矩”計算方法是“勾股測量術(shù)”,也就是說勾股定理是古人測量世界的基礎(chǔ)。因此,如果上古已經(jīng)使用“規(guī)與矩”測量天文地理、制定歷法,那么無疑說明當時已經(jīng)開始運用勾股定理。 除了提示古人認識三角形之外,三足器可能還對中華文明產(chǎn)生了其他重要影響。 在中國文化中,數(shù)字“三”是一個神奇符號,深扎在中華文明的土壤中,很多領(lǐng)域都談到了“三”。比如,《禮記》中說“卜筮不過三”,現(xiàn)代有“事不過三”,古代新婚夫婦有三拜,造字上三人成眾、三木成森、三人成虎、三土成垚,哲學(xué)上的“一生二、二生三、三生萬物”等等。 其中,老子《道德經(jīng)》中的“一生二、二生三、三生萬物”,也可以解釋本文開篇商高的話。按照商高的解釋,矩形是直角測量工具,方從矩中來,圓從方中來,而直角三角形由三點構(gòu)成,是“一生二、二生三”的產(chǎn)物,最終由此演化出方形、圓形、各種不規(guī)則形狀等,也即老子說的“三生萬物”。老子“三生萬物”的思想未必源于此,但要說兩者毫無聯(lián)系,可能很難讓人相信。 文化源于社會實踐,古人對“三”的高度重視,必然有其社會來源,而最可能的來源就是三足器。 按照科學(xué)邏輯來說,想要發(fā)現(xiàn)勾股定理,前提必然是較大規(guī)模地運用三角形,逐漸發(fā)現(xiàn)直角與非直角三角形的不同,然后天才的靈光一現(xiàn),才會發(fā)現(xiàn)直角三角形勾三股四弦五的現(xiàn)象,最終由天才將之總結(jié)為勾股定理。 從如今考古來看,勾股定理的發(fā)現(xiàn),始于9000年前出現(xiàn)的三足器,經(jīng)過數(shù)千年的普及,與古人不斷地探索,最終發(fā)現(xiàn)直角三角形的秘密——勾股定理,整個過程漫長而艱辛,卻符合人類認識世界的邏輯。 與之相反的是,古希臘文明似乎不需要什么積累,畢達哥拉斯輕松就發(fā)現(xiàn)了“畢達哥拉斯定理”,之后的古希臘群賢也是如此,在沒有漫長積累的情況下,突然集體靈光一現(xiàn),就留下了無數(shù)不朽的科學(xué)著作。 |
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