因为日影千里差一寸出现在盖天说的代表著作《周髀算经》中,因此经常被作为盖天说的理论。
通过简单的几何画图和计算就可以知道,只有天地平行日影长度的变化才会是线性的。如图6-1,表高Lb,日高H,表影长Ly,测量地点到日下距离D。由相似三角形比例关系可知,
图6-1 日高与表影示意图
Lb/H=Ly/D…………(公式1)
因此,Ly=(Lb/H)×D…………(公式2)(www.daowen.com)
因表高Lb与日高H是不变的,所以日影长度与观测地到日下的距离是线性关系。
然而《周髀算经》中关于天地的形状又有明确的叙述:“天象盖笠,地法覆盘”,“极下者高人所居六万里,滂沱四隤而下。天之中央亦高四旁六万里。”这样天地就不是两个平行的平面,其形状变得很复杂,对此已有很多讨论,例如李约瑟[10],钱宝琮[11],江晓原[12] [13]等,在此不详述。这样的天地形状与日影千里差一寸是相违背的,唐代李淳风已经发现,说:“以理推之,法云天之处心高于外衡六万里者,此乃语与术违。勾六尺,股八尺,弦十尺,角隅正方自然之数。盖依绳水之定,施之于表矩。然则天无别体,用日以为高下。术既随平而迁,高下从何而出。语术相违,是为大失。”[14]。因此,自唐代以来学者渐渐认识到,《周髀算经》整个系统虽经过精心设计,但“存在严重的顾此失彼的现象”[15],日影千里差一寸式的盖天说与《周髀算经》中明确叙述的天地形状是不一致的。
值得注意的是,浑天家也认为日影千里差一寸。张衡是东汉中期著名的浑天家,曾制作水运浑象。如前所引,他在《灵宪》中也认为日影千里差一寸。三国时吴国的王蕃也是著名浑天家,著有《浑天象说》,并制作浑象,他也将日影千里差一寸作为推算天地大小的基本假设,“考先儒所传,以戴日下万五千里为勾股,斜射阳城”,难怪一行批评他“然则藩之术,以蠡测海者也。”[16]
浑天说经西汉中期到晚期的发展,如扬雄所说:“落下闳营之,鲜于妄人度之,耿中丞象之,几乎几乎,莫之能违也”[17],扬雄本人更提出了“难盖天八事”,进一步确认了浑天说的地位。而东汉初年又有王充对浑天说进行批判并对盖天说加以发展[18]。因此东汉中期直至三国时代,浑天家与盖天家应该是泾渭分明的。如果在当时日影千里差一寸被认为完全属于盖天家的学说,那么张衡、王蕃作为浑天家的代表人物,不应该不加深究地接受这一说法。
盖天家和浑天家都接受这一说法,说明当时日影千里差一寸是独立于盖天说和浑天说之外的一种不可动摇的观念,应该有其独立的源头。
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