劉歆〈將圓周率從3精進為3.15〉
劉歆(Liu Xin,中國人,約西元前50~西元23年)
圖:劉歆,字子駿,中國漢朝江蘇省沛縣人,其父劉向(Liu Xiang)為漢朝的光祿大夫,少年時即通曉「詩」、「書」。
劉歆,字子駿,中國漢朝江蘇省沛縣人,其父劉向(Liu Xiang)為漢朝的光祿大夫,少年時即通曉「詩」、「書」,為成帝召見,任命為黃門郎(郎:舊官名,如侍郎、員外郎)。父子倆曾主持校訂祕書、典籍,講六藝、諸子、詩賦,因此造就他們對於「數術方技」無所不究。哀帝去逝(西元前1年),王莽(Wang Mang)執政時,劉歆留任右曹太中大夫。西元5年,為羲和(古代掌管天文觀測的官),後封紅什侯。王莽篡位(西元9年),封劉歆為國師,並晉升為嘉新公。西元23年因謀誅王莽,事洩,反被王莽所殺。其在科學上及數學上的貢獻為:
一、 中國第一部圖書目錄
父親劉向死後,劉歆繼承父志,根據其父劉向所著<別錄>,將搜集群書分門別類分成:輯略、六藝略、諸子略、詩賦略、兵書略、術數略、方技略7卷,稱為<七略>,為中國目錄學的始祖,可惜此書已散失。
二、 著三統曆譜
中國曆法的起源可以遠溯到傳說時代的黃帝,所謂先秦<古六曆>,即黃帝、顓頊、夏、殷、周、魯曆,現今也只留下片斷的材料。西元前104年(漢武帝太初元年),漢朝首都--長安張貼招募天文曆算家來京制曆的通告,共募到二十餘人,包括鄧平、落下閎、唐都、公孫卿等人。他們討論制定了<太初曆>,這是流傳至今的第一部完整曆法。太初律規定每回歸年為365又385/1539天(即約365又1/4天),一朔望月為29又43/81天。且 1日分為81分,故又叫81分律。三統曆譜係劉歆根據鄧平的81分法作有系統敘述而成。它戴於(漢書 律曆志)的(三統曆普),可說是古代一部完整的天文著。三統曆有一點值得特別提起,那就是有關"歲星超辰”的問題。這問題的起源是:在中國古時候,把木星當作歲星,原因是木星的恆星周期是11.86年,在古人看來大約12年它又會在同一星空出現,因此古人將天球赤道均分十二等分,稱為十二次,十二次的名字自西向東(逆時針方向)依次為星紀、玄枵、娶訾、降婁、大梁、實沈、鶉首、鶉
火、鶉尾、壽星、大火、析木,而木星每年行經一次,這樣人們就可利用木星所在的星次來紀年,這就是所謂的歲星記年法。但由於歲星實際上每11.86年運轉天球一次,因此每隔84年就會超過”一次”, 換言之,歲星記年法隨著年代愈久就與天象愈不符,這種現象稱為歲星超辰。劉歆在他的三統曆普首先提出歲星超辰之說,更進一步提出”144年,歲星行天145次”,但是這是不正確的,它直到唐朝才由一行(Yi Xing)(圖1)高僧正確的定出”歲星84年超過一次”。
圖1:一行和尚
一行,唐朝高僧,原名張遂,法名一行,鉅鹿人,為中國佛教密宗始祖。經通天文曆數,為玄宗製黃道儀,卒諡大慧禪師,著有(開元大衍曆)。
三、將圓周率從3精進為3.15
世界各國在任何時候為了統治、生產及貿易等經濟的需要,都會發佈度量衡的單位和計量的標準容器,中國在秦始皇(Earliest Emperor of Xin)時已統一了度量衡,頒布標準度量衡容器,西漢末年,王莽當權後,又命令劉歆修訂度量衡制,劉歆受命後仿周禮制度,製造一種銅斛,名為”律嘉量”(圖2)。
律嘉量是斛、斗、升、合、龠五量合為一器的量器。它的中間為大的圓筒形體,上部為斛、下部為斗,左右兩邊各有一耳,亦呈圓筒形,右耳為升,左耳上為合、下為龠。
最小的容器—龠,其體積為810立方分,可容1200粒中等長度的黍。這五種容器互相之間,除1龠等於0.5合外,其餘是十進位關係,即:1合 = 2龠;1升 = 10合;1斗 = 10升;1斛 = 10斗。
在律嘉律製造,需要精密的設計,古代流傳的周三徑一,顯然不能滿足這個要求,於是劉歆經過慎重推算,採取3.1547的值,雖然它仍然與400年後名數學家祖沖之(Zu Chongzhi,中國人,西元429至500年)(圖3)算出的圓周率3.1415926有段距離,但已難能可貴了。
圖2:律嘉量斛之構造
圖3:祖沖之
中國南朝宋、齊間范陽人,字文遠。精算學,推算出圓周率值介於3.1415926和3.1415927之間,比歐洲早1000年,精通曆法創制(大明曆),有機械天才,改造指南車、製造千里船,均極精巧,著有(老莊義釋)。