人类计算行星运行轨道的年代比我们想象的早1400年

在古代巴比伦的泥板上,微积分的前身
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在数学史这个令人兴奋的领域,人们普遍认为,利用几何学计算和追踪天体是中世纪欧洲学者在14世纪首次完成的。事实证明,这比实际情况晚了大约1400年。对古代巴比伦泥板的最新分析显示,那些美索不达米亚人利用几何学追踪木星在天空中的运行轨迹。他们的计算和说明以该地区各城邦使用的楔形文字形式刻在泥板上。研究结果已发表在《科学》杂志上。

“几何学”一词源自古希腊,字面意思是“土地测量”。在古典时代,美索不达米亚人、埃及人和希腊人在那之前(约公元前400-50年)就已长期将其用于此类目的。然而,这些人利用几何学测量的是物理空间中的物体(即地球上可见可触摸的物体)的长度、面积和体积。而将木星轨迹的几何计算刻在泥板上的人,则是在抽象空间中测量时间和速度——这是我们看不见摸不着,但必须概念化的事物。从某种意义上说,这些计算就是微积分的开端,即随时间变化的数学研究。这是迄今为止发现的首次此类尝试。

位于柏林洪堡大学的科学史学家Mathieu Ossendrijver本人花费了大量时间和精力,仔细翻译了这些巴比伦泥板上的文字(和数学!)。总共有四块泥板,它们属于约450块巴比伦数学天文学著作的一部分。这些著作都试图追踪恒星和行星在黄道带(基本上是一个天文学坐标系)上的运行轨迹。然而,除了这四块泥板之外,其他所有著作都仅仅使用算术计算(加、减、乘、除等)来完成这项工作。

这四块泥板展示了一种几何计算,它根据黄道(或太阳的运行轨迹)来绘制木星在天空中的运行。通过使用一个分成两个相等间隔的梯形面积,他们能够标记出行星轨迹上的两个点,分别对应60天和120天的间隔——他们的许多数学计算都基于60进制。Ossendrijver指出,刻写泥板的天文学家不像我们今天那样使用符号表示法(例如 v = 速度),而是用他们的楔形文字写出所有的计算过程,尽管是以一种非常技术性的方式。

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Mathieu Ossendrijver

Ossendrijver表示,刻写这450块泥板的天文学家很可能是“被主要神庙雇用的祭司,尤其是在巴比伦和乌鲁克(等城市)”。他解释说,从其他泥板上的记载可以清楚地看出,这些祭司兼科学家是接受委托来观测和计算天体的。这些人是持续了几个世纪的更宏大的科学计划的一部分。

占星术在这些古代城市中非常重要,许多美索不达米亚人相信地球上的事件受天空中天体运动的支配——他们也将天体视为神(木星是巴比伦主神马杜克的星象化身)。Ossendrijver推测,他们可能认为,如果能预测天空中天体的运行,就能进而预测地球上发生的一切,从星座运势到天气,再到市场价格。当木星在夜空中穿越X点时,谷物价格就会上涨。

为什么在450块数学天文学泥板中只有四块使用了几何学?Ossendrijver说:“人们可能会推测,这是由一位非常聪明的天文学家发明的,而其他人出于某种原因没有采纳它。”“当然,有一天可能会有更多的泥板出现在博物馆或地下,其中包含这种方法,”他补充道,但目前“这种方法似乎并未在巴比伦天文学家中广泛流传。”

无论这是否是一位特别聪明的人的发明,都无法改变一个事实:在古代巴比伦昏暗、尘土飞扬的神庙大厅里,微积分的早期萌芽正在诞生,这比中世纪欧洲学者开始研究它早了整整1400年。

 

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