地球观念的传入及其对中国计量发展的影响，本文主要内容关键词为：中国论文,观念论文,地球论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
明末清初，传教士来到中国，在传教的同时，也给中国人带来了西方科学，其中地球学说就是传教士带来的西方科学之一。地球学说的传入，不但对中国天文学、地理学的发展产生了重要作用，而且对中国计量的发展也产生了相当大的影响。对后者，在迄今的科学史研究中，还很少有人提及。笔者不敏，对之进行探讨，希望对此论题的研究起到拾遗补缺的作用。
一、地球观念的传入
在中国传统的对大地形状的认识上，占主流地位的是地平大地观。正如陈美东所言：“地平是中国古代占主导地位的大地观，盖天、宣夜、浑天三大学派都曾以之为说。”[1]之所以如此，是因为地球观念的产生，不仅仅是人们对大地形状的认识的结果，它还需要有相关背景知识的支持。例如，要承认地球学说，必须首先承认水是大地的一部分，水面是弯曲的，但中国古代从来都认为水是平的，而水平观念与地球观念是不相容的。再如，在空间方位取向问题上，要承认地球学说，就必须像古希腊那样，建立圆者以心为下，离开圆心向外为上的相对上下观，而中国古人信奉的却是一种绝对的上下观念，认为所有向上的方向都是平行的。[2]在这种绝对上下观念中，地球学说将无立足之地，因为它无法解释人在地球四周生活为什么不倾斜摔倒这样的问题。又如，在中国古代哲学思想中，阴阳学说具有重要地位。根据阴阳学说，天属阳，地属阴，它们构成了一个矛盾统一体，矛盾的双方在属性上不同，一个阳，一个阴，但在大小方面没有什么差别。由这种思想很自然就会得出天地是对称的，在尺度上其大小是可以相互比拟的。这种天地等大的观念，与地球学说是很难共处的。总之，中国古代的思想文化背景非常不利于地球学说的产生，这是不言而喻的。
明季之前，欧洲的地球学说并非没有传入中国。汪前进即曾在出土的东罗马金币上发现了地球图案，其中有一些可以认定属于北齐（公元550～577年）到唐玄宗开元年间（713～741年）之间，[3]这表明西方地球观念此时已经传入中国，也许对接触到金币的人会产生某种影响。但整体来说，此事在当时中国学术界没有引起什么波澜。到了元朝，西方的地球说再次传入我国，阿拉伯学者扎马鲁丁在中国制造了一批天文仪器，其中一台叫“苦来亦阿儿子”，《元史·天文志》介绍这台仪器说：
苦来亦阿儿子，汉言地理志也。其制以木为圆毯，七分为水，其色绿；三分为土地，其色白。画江河湖海，脉络贯穿于其中。画作小方井，以计幅圆之广袤、道里之远近。
这无疑是个地球仪，它所体现的，是不折不扣的地球观念。但这件事“并未在元代天文学史上产生什么影响”。[4]实际上，明末清初之前，传入中国的西方地球学说对中国科学的发展并没有产生什么作用，这是历史事实。之所以如此，应该是这些传入是不系统的，它没有连同西方对地球学说的论证也一道传入中国，所以地球学说在中国学人心目中扎不下根来。
明末清初的西学东渐，使得原产于欧洲的地球学说再一次来到中国。这一次，传教士不但介绍了大地是个圆球这一观念，而且把对地球学说的论证也介绍给了中国人。这件事应该归功于利玛窦。《明史·天文志一》详细介绍了利玛窦引进的地球说的内容：
其言地圆也，曰地居天中，其体浑圆，与天度相应。中国当赤道之北，故北极常现，南极常隐。南行二百五十里则北极低一度，北行二百五十里则北极高一度。东西亦然，亦二百五十里差一度也。以周天度计之，知地之全周为九万里也。
这是真正的地球说。由这段话可以看出，当时人们接受地球学说，首先是接受了西方学者对地球说的论证，所谓“南行二百五十里则北极低一度，北行二百五十里则北极高一度”，就是地球说的直接证据。对这一证据，唐代一行在组织中国历史上第一次天文大地测量时就已经发现，但未能将其与地球说联系起来。而传教士在引入地球说时，首先把这一条作为地球说的证据进行介绍，从而引发了中国人的思考。思考的结果，他们承认了地球说的正确性。对此，有明末学者方以智的话为证，他在其《通雅》卷十一《天文·历测》中说：“直行北方二百五十里，北极出高一度，足征地形果圆。”
中国人接受地圆说，当然就承认水是地的一部分。明末学者徐光启与传教士龙华民等合撰《新法算书》，书中的《浑天仪说》篇明确指出：
地与海并浑得圆形。……海附地以为圆，与地同理，漂海者每见岛，从远望之，有若山巅，渐近之，而后知其为岛也。是亦圆形之一证也。（注：（明）徐光启，等：新法算书卷十六《浑天仪说·地与海并浑得圆形》，《四库全书》文渊阁本。）
清初学者揭暄更是明确指出了水面的弯曲现象：
地形圆，水附于地者亦当圆。凡江湖以及盆盎之水，无不中高，特人不觉耳。（注：见（明）方以智：《物理小识》卷二，《水圆》，揭暄之注语。万有文库本。）
与揭暄同时的另一著名学者方中通则运用西学观念，对传统的上下观念做了修正，指出：
方者以上为上，以下为下；圆者以边为上，以中为下。地居天之正中，故人以各立之地为下，不知其彼此颠倒也。（注：见（明）方以智：《物理小识》卷一，《圆体》，方中通之注语。万有文库本。）
这样的论证，表明西方的地球说确实在中国找到了知音。
地球观念在中国立足以后，它对中国计量的影响随之就产生了。
二、地球观念对长度计量的影响
地球观念对中国计量的影响表现在不同的方面，其中之一是对长度计量的影响。
长度计量的核心是尺度基准的建立。历史上，中国古人曾为建立尺度基准进行了孜孜不倦的努力。最初，人们选取权威人士身体部位作为度量衡基准，《史记·禹本纪》说禹“身为度，称以出”，就反映了这种做法。但以这种做法制定的度量衡基准，不便于复制和保存，所以，这种做法是度量衡发展初期阶段的产物。为了寻找可便于复制保存的长度基准，古人又以动物或人的毛发为最小长度单位。例如《孙子算经》上就有这样的记载：“蚕吐丝为忽，十忽为秒，十秒为毫，十毫为厘，十厘为分。”这是以蚕丝的直径作为长度最小单位“毫”，在此基础上构造了一套长度基准。
中国古代权威的度量衡基准理论是所谓的“乐律累黍说”。根据这一学说，度量衡基准是由黄钟音律决定的。能发出黄钟音律的律管是黄钟律管，由黄钟律管即可得到度量衡三者的基准。《汉书·律历志》详细记载了西汉刘歆具体描述的这套理论：
度者，分、寸、尺、丈、引也，所以度长短也。本起黄钟之长，以子谷秬黍中者，一黍之广度之，九十分黄钟之长。一为一分，十分为寸，十寸为尺，十尺为丈，十丈为引，而五度审矣。
这是说，长度单位基准来自黄钟律管。黄钟律管长九寸，这本身就是一个基准。这一基准可以通过某种黍米（即所谓的子谷秬黍）的参验校正得以实现。具体方法是：选择个头适中的这种黍米，一个黍米的宽度是一分，九十个排起来，就是九寸，正好是黄钟律管的长度。这样，这种黍米就提供了“分”这个长度单位基准。分确定了，其他长度单位自然也就可以由之推导出来。[5]
乐律累黍说因为把度量衡基准的制定与黄钟律联系起来了，而黄钟律在古代音律体系中具有重要地位，中国古人对音律的作用又高度重视，在孔子那里音律已经被神圣化了，由此，乐律累黍说也就自然成为中国古代度量衡基准理论中的权威学说，成为后代制定度量衡基准时不得不信奉的圭臬。
但是，乐律累黍说也有其不确定处。律管发出的音律是否是黄钟律，是由人耳判断的，这就难免要带来主观性；用排列黍米的方法进行校验，也有很大的不确定性；这样，用乐律累黍方法制定的度量衡基准，就不可避免会出现不确定性现象。人们需要寻找新的确定度量衡基准尤其是长度基准的方法。
地球学说的传入，为人们寻找这种方法提供了某种可能性。
实际上，在计量史上，正是通过地球自身建立长度计量基准的做法导致了近代计量的开端，其标志就是法国大革命时期，人们以地球子午线长度的一部分为基准制订长度的基本单位“米”，从而为后来国际上通行的米制奠定了基础。传教士在把地球观念传入中国时，也隐约认识到地球本身有着某种不变性，也许可以为人们提供不变的长度基准。《新法算书》中就有这样的描述：
天设圈有大小，每圈俱分为三百六十度，则凡数等而圈之大小、度之广狭因之。乃地亦依此为则。故地上依大圈行，则凡度相应之里数等。……里之长短，各国所用虽异，其实终同。西国有十五里一度者，有十七里半又二十二里又六十里者。古谓五百里应一度，波斯国算十六里，阿辣比五十里，莫卧尔三十五里，印度以大牛鸣声所至为一里，不知一度应几许牛鸣矣。至大明则约二百五十里为一度，周地总得九万余里。乃量里有定则，古今所同。（注：（明）徐光启，等：《新法算书》卷十六《浑天仪说·地球》，《四库全书》文渊阁本。）
这段话隐含了这样的思想：天球分为360度，与天球一度相应的地球表面的子午线的弧长是确定的，各国的长度单位不同，但若将其折合成与天度（实则地理纬度）相应的地球子午线的弧长，则其结果是可以相互比较的。也就是说，地球子午线的长度可以为长度计量提供某种不变的基准。这与米制最初创立时的指导思想在某种程度上是一致的。
上述引文已经蕴含了地球子午线的长度可以为长度计量提供基准的思想，与之相应的是，一些史书上提到，康熙皇帝曾经运用这种思想，为当时的测绘用尺制订过这样的基准。例如，《中国测绘史》就曾提出：在测绘全国地图之前，“爱新觉罗·玄烨规定，纬度一度经线弧长折地长为200里，每里为1800尺，尺长标准为经线弧长的0.01秒，称此尺为工部营造尺（合今0.317米）。玄烨规定的取经线弧长的0.01秒为标准尺度之长，并用于全国测量，乃世界之创举。比法国国民议会1792年规定以通过巴黎的子午圈全长的四千万分之一作为1米（公尺）标准长度及其使用要早88年和120多年（1830年后才为国际上使用）。”[6]如果此记载属实，则这一规定显然是中国计量史上值得一书的大事。
但实际上，无论是中国人，还是当时在华的传教士，都没有迈开这关键的一步。因为如果康熙的规定得以实施，那么按照当时的数据，纬度一度为200里，则地球周长是72000里，合129600000尺，而根据米制的规定，地球周长的四千万分之一为一米，则清代营造尺一尺的长度应为129600000尺的四千万分之一，即30.9厘米。但流传至今的清代营造尺的标准长度是32厘米，[7]二者相去甚远。可见，如果康熙有此规定，那么他的规定并未付诸实施。
实际上，康熙皇帝确实考订过度量衡基准，但他对长度基准的考订，采用的是“累黍定律”的传统方法，与地球经线无关。在康熙“御制”的《数理精蕴》中，就明确提到：
里法则三百六十步计一百八十丈为一里。古称在天一度，在地二百五十里，今尺验之，在天一度，在地二百里，盖古尺得今尺之十分之八，实缘纵黍横黍之分也。（注：（清）玄晔：《御制数理精蕴》下编卷一《度量权衡》，《四库全书》文渊阁本。关于康熙用“累黍定律”方法确定度量衡基准的过程，亦可参见《律吕正义》、《律吕正义后编》等书。）
这段话明确告诉我们，与所谓“在天一度，在地二百里”相符的“今尺”尺长基准，是按照传统的累黍定律的方法确定的。康熙皇帝之所以要这么做，大概是因为清廷在中国的统治尚未稳固，急需在文化上向传统的汉文化做出某种认同的表现，以便减轻民众的敌意。这样，即使他意识到可以用地球的经线弧长制订长度基准，实践上也未必方便将其付诸实施。
虽然康熙皇帝未能以地球经线弧长为依据为清代制订其尺度基准，但他还是把“凡度相应之里数等”的思想，巧妙地运用到了清代的地图测绘中。康熙年间，清朝组织了一次全国范围的地图测绘工作。这次测绘与中国历史上以前诸多测绘最大的不同在于，它首先在全国范围进行了经纬度测量，选择了比较重要的经纬度点641处，[6]并以通过北京钦天监观象台的子午线为本初子午线，以赤道为零纬度线，测量和推算出了这些点的经纬度。在此基础上，实测了全国地图，使经纬度测量成果充分发挥了其在地图测绘过程中的控制作用。在这次测绘中，玄烨在中国历史上创造性地提出了依据地球纬度变化推算距离以测绘地图的设想。他曾“喻大学士等曰”：
天上度数，俱与地之宽大吻合。以周时之尺算之，天上一度即有地下二百五十里；以今时之尺算之，天上一度即有地下二百里。自古以来，绘舆图者俱不依照天上之度数以推算地里之远近，故差误者多。朕前特差能算善画之人，将东北一带山川地里，俱照天上度数推算，详加绘图视之。（注：《清圣祖实录》卷二四六，《康熙五十年四月至六月》，北京：中华书局，1985年。）
细读康熙的原话，可以看出，他所说的“天上度数”，实际是指地球上的纬度变化，他主张在测绘地图时，要通过测量地球上的纬度变化，按比例推算出（而不是实际测量出）相应地点的地理距离。因为纬度的测量比地理距离的实测要容易得多，所以康熙的主张是切实可行的，也是富有科学道理的。他的这一主张，是在地球观念的影响之下提出来的，这是不言而喻的。
三、地球观念对时间计量的影响
地球观念的传入，对中国的时间计量也产生了深远的影响。
在地球观念明末传入中国之前，中国固有的时间计量存在着一些先天不足，这种不足的表现之一就是地方时观念的欠缺。在地平观念的基础上，产生不出地方时观念，这是不言而喻的。正因为如此，在处理与地方时有关的问题时，势必会出现一些不应该的错误。
例如，明代宗时，朝廷曾讨论过当时的首都北京的晨昏漏刻标准问题。事情的原委是这样的：明朝迁都北京后，一开始沿用过去历法以南京晨昏漏刻标准为标准的做法，正统十四年（1449年）改用以北京实际情况制订晨昏漏刻标准，但这种更改引起了天文生马轼的反对，争论争到了朝廷，马轼的提议虽然遭到了钦天监官员的批驳，却得到了新即位的明代宗的支持。《明史·历志》详细记载了这件事情：
永乐迁都顺天，仍用应天冬夏昼夜时刻，至正统十四年始改用顺天之数。其冬，景帝即位，天文生马轼奏，昼夜时刻不宜改。下廷臣集议。监正许惇等言：“前监正彭德清测验得北京北极出地四十度，比南京高七度有奇，冬至昼三十八刻，夏至昼六十二刻。奏准改入《大历》，永为定式。轼言诞妄，不足听。”帝曰：“太阳出入度数，当用四方之中。今京师在尧幽都之地，宁可为准？此后造历，仍用洪、永旧制。”（注：《明史·历志一》。）
应天是现在的南京，顺天则是现在的北京。明代宗的决定，严重脱离当地实际情况，但他却振振有词，《明史·历志》还把他的决定详细记录在案，这充分表明，地平观念对中国时间计量的发展，确实是一个巨大的障碍。
即使古人发现了与地方时相关的现象，在缺乏地球观念的前提下，他们也很难对其加以合理的解释。例如，元代耶律楚材对一次月食的分析就很能说明问题，根据当时通行的《大明历》的推算，这次月食的时辰应发生在子夜前后，而耶律楚材在塔什干城实地观察的结果，“未尽初更而月已食”。面对这一矛盾，他经过思考，认为之所以出现这种局面，不是历法推算的错误，而是由于地理位置的差异造成的，《大明历》的推算对应于中原地区，而塔什干城则远在西域，是地域的阻隔造成了同一事件在时间表示上的不同。他指出：
盖《大明》之子正，中国之子正也；西域之初更未尽时，安知不为中国之子正乎！此唐一行有里差之说，谓千里互差一时者是也。（注：引自《燕居丛谈》，见《元史》卷一百四十六所附之《考证》，《四库全书》文渊阁本。）
这里提到的“里差”概念，是中国古人从实践中体会到的，意指在地面上东西相距较远的两地在时间表示上不能同步，因此它是对地方时概念的模糊反映。因为没有地球观念，这种反映是粗浅的，是知其然而不知其所以然，因而也必然是不准确的，例如引文中提到的所谓“千里互差一时”，从定量的角度来看就完全不能成立。
地球观念的传入，彻底改变了这种局面。《明史·天文志一》在介绍利玛窦传入的地球说时，也同时介绍了与地球说相应的地方时概念：
其言地圆也，曰地居天中，其体浑圆，与天度相应。……以东西经度定天下之衡，两地经度相去三十度，则时刻差一辰。若相距一百八十度，则昼夜相反焉。
具体地说，就是：
以京师子午线为中，而较各地所偏之度。凡节气之早晚，月食之先后，胥视此。盖人各以见日出入为东西为卯酉，以日中为南为午。而东方见日早，西方见日迟。东西相距三十度则差一时。东方之午乃西方之巳，西方之午乃东方之未也。相距九十度则差三时。东方之午乃西方之卯，西方之午乃东方之酉也。相距一百八十度则昼夜时刻俱反对矣。东方之午乃西方之子。
这是真正的地方时概念。有了这样的介绍，就意味着地方时概念的建立。这为中国时间计量走向近代化准备了基本条件。
地方时概念一旦随着地球学说被引入中国，很快就被中国学者接受，并且被运用到了日月食预报之中。据《明史·历志一》记载，崇祯九年（1636年）正月预期要发生一次月食，为了利用这次月食检验西洋新法的优劣，天文官李天经利用所掌握的地方时知识，推算了河南、山西所能见到这次月食的具体时刻，并奏请皇帝派人前往观测：
九年正月十五日辛酉，晓望月食。天经及大统、回回、东局，各预推亏圆食甚分秒时刻。天经恐至期云掩难见，乃按里差，推河南、山西所见时刻，奏遣官分行测验。
这段记载表明，李天经已经熟练地掌握了根据地理位置的差异推算相应的地方时的具体做法。这是地方时观念深入人心的一个有说服力的案例。
地球观念的传入，使得计时仪器的制作也有了相应的改变。在传统的计时仪器中，浑仪具有重要地位，用它来测定时间，其精度可以比日晷高很多。浑仪测时是通过其六合仪上的天常环得以实现的，天常环平行于天赤道，这就要求与其垂直的南北天极枢一定要指向北天极。古人所说的北极出地度数，就是指的浑仪南北天极枢与地平线的这个夹角。实际上，这个度数就是浑仪所在地的地理纬度。在传统的浑仪制作过程中，南北天极枢的这个倾角被铸造成固定的，这与当时的地平大地观是一致的。地球观念传入之后，人们很容易就会想到浑仪极轴的这个倾角与地理纬度的关系，从而意识到不应将其做成固定的，这就会对浑仪进行相应的改革。《明史·天文志一》就记载了这样的改革：
万历中，西洋人利玛窦制浑仪、天球、地球等器。仁和李之藻撰《浑天仪说》，发明制造施用之法，文多不载。其制不外于六合、三辰、四游之法。但古法北极出地，铸为定度，此则子午提规，可以随地度高下，于用为便耳。
李之藻撰《浑天仪说》，记载了新法与旧法的区别，专门指出新法浑仪中的“子午提规，可以随地度高下，于用为便”。把浑仪极轴的倾角与其所在地的“地度”联系起来，这是前所未有的，它无意中表现了地球观念的传入对传统浑仪制作的影响。
地球观念传入中国，是当时中外文化交流的一件大事，它不仅对当时中国天文学、地理学的发展产生了重大作用，而且也影响到了中国计量学的发展。这一点，是我们始料未及的。