“數”中有術,惟其篤行
——記數學史家曲安京
作者:魏夢鴿 史 濤
發布時間:2023-11-10 09:18:05 來源:陜西教育·高教
20多年前,在西北大學,每逢“科學史”選修課,7111教室總是座無虛席,過道里、窗外的臺階上也都站滿了慕名而來的各專業學生,而這門課的主講人,就是大名鼎鼎的曲安京老師,一位40多歲就被稱為“數學史家”的人。
如今,這位年過花甲的學者,依舊癡迷著“好玩”的學術問題,“我喜歡用‘好玩’這個詞,從某種意義上來說,科學的目的就是為了滿足人類的好奇心。”國際科學史研究院院士曲安京如是說。
甘坐冷板凳,攻克冷門絕學
1984年,還在西北大學讀本科的曲安京,選修了李繼閔老師的數學史課程,后來因緣際會考取了李老師的研究生。1987年,李繼閔老師推薦曲安京赴北京師范大學,跟隨薄樹人、杜升云老師學習天文學史,從此遞給了他一把打開學術領域大門的“鑰匙”。
中國是天文學發展最早的國家之一,講究“天”“算”不分家。元代《授時歷》以前,中國古代的主要歷法都要計算一個特殊的起算點,叫做“上元”。而上元是如何計算的,今人卻無從知曉。逐漸對天文學史產生興趣的曲安京,決定將碩士論文定題為計算中國古代歷法中的上元積年問題。他系統地對比了《太初歷》以來的多部歷法,發現在中國古代歷法中存在一些基本常數,如朔望月、回歸年等,而五星會合周期、日食周期則是導出常數。按照天文學常數系統理論,知道上元積年、回歸年、朔望月等相關信息,其他常數的推導也就迎刃而解了。
依托強大的邏輯鏈條和夜以繼日的文獻梳理一遍又一遍地計算,曲安京一舉破解了失傳300年的上元積年算法“遺案”,清晰、準確地展現了中國古代歷法的構造機理,從理論上給出了修補古代歷法殘缺的一般方法,在實踐上復原了一大批幾乎遺失的歷法。
而要真正進入天文學的核心,就必須對日食和行星有所了解,日食理論的復雜性成為曲安京必須啃下的另一塊硬骨頭。1999年去哈佛大學訪學時,他花了大量時間與精力研讀日本學者藪內清等人的文章,深入研究了中國古代日食理論中的核心算法。2001年在日本訪學時,曲安京打算完成一部關于中國數理天文學的著作。日食問題的攻克給了他極大的信心。在日本的15個月里,曲安京耗費大量精力研究行星模型,最終較為系統、完整地解釋了中國古代行星理論,中國數理天文學著作的進度也逐漸加快。他闡釋行星理論的成果也讓日本學者藪內清、中山茂和美國學者席文翻譯中國古代歷法《授時歷》這一擱置了40年的計劃得以重啟,從而向西方完整地介紹了中國古代數理天文學。
從稀里糊涂到誤打誤撞,再到胸有成竹地攻克冷門絕學,將天文歷法“玩”得游刃有余,曲安京在碩、博士期間的扎實功底,奠定了他接下來幾十年的科學研究基礎。
善弈者謀勢,善謀者致遠
1994年,曲安京赴英國劍橋李約瑟研究所進行博士后研究。他先后出訪德國、荷蘭、法國、意大利、西班牙、韓國、新加坡等國家和中國臺灣、香港,與著名學者進行了廣泛的學術交流,應邀在牛津大學、劍橋大學、柏林工業大學、哈佛大學、麻省理工學院、京都大學、巴黎大學等知名高校作學術報告40余次。
2002年,曲安京在北京國際數學家大會上作45分鐘邀請報告,成為繼吳文俊之后第二個獲此殊榮的中國數學史家。在這次重要的學術大會上,他大膽地提出了“數學史研究的第三條道路”問題。
過去100年間,在李儼和錢寶琮、吳文俊等學者的倡導下,數學史界先后發動了以“發現”與“復原”為主題的兩次運動。第一次運動中,“發現”意味著要破解歷史上做出了什么樣的數學。這一時期,數學史家們必須直接從原始的數學文獻中找尋,遵循的研究法是靠史實說話。20世紀70年代,吳文俊研究范式的出現,開創了數學史研究的新紀元,“發現”被拓展到“復原”。數學史家開始關注歷史上的數學是如何做出來的。“復原”成為對數學史實的一種合理重構,對已“發現”的數學概念、思想、方法、定理和算法等進行“復原”。正是在這場運動發展到高潮時,曲安京投身到數學史領域,在吳文俊研究范式的指導下,開始從事中國古代數理天文學的研究。曲安京把古證復原的數理方法嫁接到天文歷法史的研究中,找尋到了研究的基點。
“我覺得中國數學史的研究經歷了一種研究范式的轉換,這是一個非常重要的事情,我覺得在國際數學家大會上作這樣一個報告,是數學史家的一份責任?!鼻簿┱f。
近20年的研究歷程,曲安京憑著嚴謹、扎實的治學態度,先后出版了《中國古代數理天文探析》《中國歷法與數學》《中國數理天文學》《中國古代科學技術史綱——數學卷》等著作,他以中文、英文、意大利文和日文發表了學術論文100余篇,大多數發表在日本、丹麥、韓國、加拿大、意大利、荷蘭、新加坡等地的著名學術期刊上。這些論著凝聚了他對數學史與數理天文學史的思考與貢獻。
欲窮千里目,更上一層樓
2015年,西北大學文化遺產學院的段清波教授在對陜西省三原縣天井岸村的天井坑進行考古調查時,遇到了棘手的問題。
天井坑是一處漢代歷史遺存,考古學家發現,天井坑與子午谷口的連線構成了一段長距離的南北向建筑基線,通過了漢長安城的中軸線與劉邦的長陵。段清波感覺到,僅從考古學角度無法科學地解釋天井坑的遺跡布局。
曲安京仔細研究了考古勘探的圖紙,通過數學建模,發現天井坑的地平坑口、中部環道和坑底壕溝,構成了一個“三圓三方”的宇宙模型,不僅如此,天井坑坑底的復雜結構,實際上是一座大型的地平式日晷模型。結合考古發掘,他與段清波推測,天井坑可能是被作為一個國家級的禮制建筑而設計的。
曲安京另辟蹊徑,將歷史研究的基本對象——史料,擴充為文物與歷史遺址的“數據”,利用數據分析和數學建模,重構和還原古人的設計藍圖,闡釋考古發現的歷史價值,因此,他創立了“數理考古”的概念。
如果說天井坑的探索是曲安京走上“數理考古”之路的發端,唐長安城圜丘則是讓這一想法落地的直接動力。圜丘是歷代皇帝祭天的一個禮制建筑,曲安京發現,唐長安城圜丘由四層圓構成,是以北天極為中心的可見星空在地面的“投影”,其內側的三個同心圓依次代表了夏至日、春秋分日、冬至日太陽軌道,最外層圓代表了恒隱圈,直接應和了古文獻中記載的陳起“三圓三方”宇宙模型。
數理考古是基于“萬物皆數”的理念,將數據作為史料,通過數據采集與數學建模進行史學與考古研究的一種新方法,是曲安京幾十年研究成果的積淀,更是集大成的應用型理念。如今,曲安京帶領他的團隊,對國內多處古代遺址的設計藍圖與理念進行了深入研究,并試圖發掘這些禮制建筑的數學模型與天文意義,研究成果已在《考古》《文物》等期刊發表。
隨著當下大數據發展的突飛猛進,曲安京應時而動,提出了“數字人文”的探索路徑,他的團隊已構建了中國出土文獻數據庫——簡牘與金文數據庫,推動形成了以歷史、考古、科學史為主的全國高?!皵底秩宋摹倍鄬W科融合交流平臺,積極與國境內外相關團隊廣泛開展交流與協作,為“讓文物和文化遺產活起來”貢獻多學科力量。
初心如磐石,奮楫且篤行
1986年,西北大學獲批自然科學史(數學史)碩士學位點,曲安京成為李繼閔老師指導的第一位數學史研究生。在李繼閔等老師的持續努力下,1990年,國務院學位委員會批復,由西北大學牽頭,聯合三校兩所,設立自然科學史(數學史)博士點,這是中國高校第一個數學史博士點。
跟著李繼閔老師做學問的那些年,曲安京最大的收獲就是要堅持做一個純粹的學者。建設好西北大學的數學史博士點是李老師一生的心愿,曲安京繼承恩師遺志,2003年成功組織申報國內第一批科學技術史博士后科研流動站。2007年,西北大學科學技術史學科獲批國家重點(培育)學科。他先后牽頭主辦了“第一屆全國數學史與數學教育會議”“第一屆絲綢之路數學與天文學史國際會議”“近現代數學史國際會議”等。2008年,曲安京創辦了“吳文俊近現代數學思想講座”。
“曲老師對學科點建設的目標就是想把西北大學作為一個國際交流中心。如果有人想做歷法研究,那就不能避開西北大學;有人想做近現代數學史研究,那也要請教西北大學;有人想要知道中國的西方數學史研究進程,那必須要找西北大學。這就是他的‘野心’。”曲安京的學生趙繼偉說。
曲安京在京都產業大學的合作導師矢野道雄曾經告訴他,“門衛說,每天你都是我們學校來得最早的一個?!比缃瘢涯暧饬那簿┮琅f保持著這個習慣,兩點一線,從早上七點半到晚上九點,學術研究已深入他的骨髓,成為他生命的一部分。他說,他喜歡待在辦公室享受孤獨,安靜的環境中能夠做很多事情。他就像一座高山,站在山腳下仰望,只覺氣勢如虹。
曲安京憑借對學術的癡迷,破解了一個又一個“未知”,找到天文歷法冷門絕學的“密鑰”,揭示傳統日食理論的數學原理,破解行星理論這一近代科學革命的引線,在近代西方精密科學史研究中取得突破性進展,開辟了數理考古研究新領域……
與身邊人聊起這些開創性成果時,曲安京就像一個頑童,只覺得好玩。在他格調雅致的書房里,在他經年累月翻看的文獻中,在他辦公室懸掛的一塊寫滿算式的白板上,“好玩”與科學連接在了一起。他享受著“好玩”的樂趣,追問著科學的永恒。
(魏夢鴿、史濤:西北大學)



