世界中世纪科技史-第5章
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利益诱导知识层投身于算学，而是使算学职业化、技艺化。算学的设立，就
是把计算职业化的一种措施。把算学推入“吏”这个社会阶层，从而导致士
大夫与算学的进一步分离。例如汉代大儒巨卿刘向、郑玄、张衡等人都通晓
数学；南北朝的一些算学名家如何承天、祖冲之等也大多兼通儒术。然而自
隋唐以后，算学名家却大多非僧即道，或是太史局专职官员，如僧一行、付
仁均、李淳风等人，很少是名儒巨宦了。
算学的设立，最大功绩在于满足了社会对算学日益增加的需求，为社会
的许多部门培养了专业书计人员，从而对于数学——尤其实用数学的普及起
了积极作用。不过，这些专职人员大多是所谓“俗吏”，社会地位不高，从
事的工作也是一些琐屑偎杂的简单计算，无需高深的数学理论，更缺乏深入
钻研的精神。因此，南北朝时圆周率的计算已经很进步，但是直到明代，“周
三径一、方五斜七”的歌诀仍被一些算学著作津津乐道地重复着。由此可见，
官设算学校对算学的发展所起作用是很有限的。
这一时期，中国与周边国家的学术交流十分繁荣。中国数学原著通过佛
教僧侣传入朝鲜，朝鲜还仿照隋唐数学教育制度，建立了国学 （后改为大学
监）。日本采取的数学教育制度，也是仿照唐制。而且唐代随使船来中国留
学的日本学生及僧侣有十余批，共约2000人。乘商船求学的有二三十批，人
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数更多。其中有不少人就是专门来学习历法和数学的。
此外，印度的一些数学知识也于这一时期传入中国，如印度数码、正弦
数值表等。同时，有人发现印度古代数学与中国古代数学有很多相似之处，
甚至有个别部分完全一样。就时间上来说，其相似之处一般晚于中国的记载。
因此，有人怀疑印度古代数学可能也受到过中国古代数学的某些影响。
前苏联著名数学家哥尔门果洛夫指出：“中国数学和希腊、罗马、印度、
中亚和中世纪欧洲的关系还很少研究，但这种关系是存在的。不少国家的数
学手稿上，算题和数据恰恰与中国的原著相同。”由此可见，中国数学对世
界数学作出过卓越的贡献。
由于商业的发展，促进了宋元时期整个科学技术的发展，数学也达到了
较高的水平，特别在代数方面成就尤为突出。秦九韶、李冶、杨辉、朱世杰
被称为宋元数学四大家，他们都遗留下大量的数学著作，成就卓著。
秦九韶 （约1202—1261），字道古，鲁郡人。他年轻时随父到杭州，得
以有机会向太史们学习天文历法。他聪敏好学，喜欢在解决实际问题中深入
研究学问。他于1247年写成数学巨著《数书九章》。
《数书九章》今传本分9类，各2类，合18卷，9类为大衍、天时、田
域、测望、赋役、钱谷、营建、军旅、市易，以习题集的形式写成，共 81
题。每题有答，有术，有草，大都配图说明，很是难得。此书在学术方面的
成就主要表现在高次方程的数值解法。书中出现的高次方程有“连枝”乘方
（最高次项系数不等于1的方程）、“玲珑”乘方（奇次幂为零的方程）等。
各项系数不限正负 （惟常数项常为负值）有所谓的“正负开方术”。书中对
大衍求一术及其应用做了详细叙述，这是中国古代在一次剩余问题解法方面
极为辉煌的成就。
李冶 （1192—1279），原名李治，字仁卿，号敬斋，真定栾城人。少时
在元氏求学，中进士后曾任钧州（今河南禹县）知事。1248年写成《测圆镜
海》十二卷。李冶1251年回到元氏，隐居于封龙山讲学。1259年又著《益
古演段》。1265年他应忽必烈之召为翰林学士，修辽金二史。一年后告老还
乡，仍隐居封龙山。李冶学习过《九章》，“洞渊九客之说”；学习过《益
古集》，“遍观诸家如积图式”。这些无疑为他的数学著作奠定了知识基础。
李冶不仅是数学家，还是一位精于文史的学者。著有“《敬斋古今黈》四十
卷，《泛说》四十卷，《文集》四十卷，《壁书丛削》十二卷。”
李冶的《益古演段》是一部关于天元术的入门书。天元术是建立代数方
程的一般方法，相当于现在的“设某为X”，并由此建立方程。由于所设的
未知数称为天元，所以这种方法就被称作“天元术”。天元术是公元11—13
世纪中国数学家的一项杰出成就。
杨辉，字谦光，钱塘 （今杭州）人。关于杨辉生卒年月、生平事迹的史
料记载很少，但是他的数学著述很丰富，虽经散佚，流传至今的尚有多种：
《详解九章算法》12卷后附《篡类》（公元1261年）
《日用算法》2卷（公元1262年）
《乘余通变本末》3卷（公元1274年）
《田亩比类乘除捷法》2卷（公元1275年）
《续古摘奇算法》2卷（公元1275年）后三种为杨辉后期的著作，一般
称之为 《杨辉算法》。
杨辉编写的算书广泛征引古代数学典籍。除汉唐以来的“算经十书”以
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外，还引用了宋代的许多算书，许多基本的算法赖以流传下来。此外，杨辉
学术上的成就主要有：《九章算法纂类》中记述的增乘开方法；《详解九章
算法》记载了西方称之为“巴斯客三角”的“开方作法本源图”。
杨辉在中国数学史上不仅是一位著述甚丰的数学家，而且是一位卓越的
数学教育家。他特别重视数学的普及教育，他的许多著作都是为普及数学教
育而编写的教科书。在《算法通变本末》中，杨辉为初学者制订的“习算纲
目”，是中国数学教育史上的一件重要文献。杨辉主张在数学教育中贯彻“须
责实有”的思想，就是紧密联系实际，发展数学研究与教育，这也是中国古
代数学优良传统之一。在数学方法上，杨辉主张循序渐进，精讲多练。主张
熟读精思，融会贯通，在广博的基础上深入，要着重于消化。杨辉还特别重
视对计算能力的培养。他十分强调习题的演算，每个学习单元都规定完成一
定数量的练习，认为这样才可以“庶久而无失念”。杨辉作为一位杰出的数
学教育家，在中国古代数学教育史上占有重要地位。他的先进的教育思想和
教学方法，是留给后世的一份珍贵遗产。
朱世杰，字汉卿，号松庭，寓居燕山 （今北京附近），是元代一位成就
卓著的数学家。他曾以数学名家之身份周游各地二十余年，为中国数学留下
两部优秀的数学著作——《算学启蒙》（公元1299年）和《四元玉鉴》（公
元1303年）。他写书的目的在于“发明《九章》之妙以淑后学”。
朱世杰在“垛积术”以及与垛积相关的内插法方面颇有造诣。他的主要
成就是“四元术”的创立。
把天元术加以推广，用以表示四元以内的方程或方程组，这样就出现了
四元术。四元术分别以天、地、人、物表示4个未知数，叫做天元、地元、
物元、人元。四元术的精华在于相消，即由该方程组经过变形得到一个一元
的高次方程。朱世杰的消去法是中国数学史上一项杰出的成就。在西方，由
方程f（x，y）＝0，g（x，y）＝0消去一个未知量的方法是法国数学家别朱
于1764年给出初步方案，直到1779年出版的《代数方程的一般理论》才正
式发表。这已在朱世杰之后400年。因此，朱世杰的工作在世界数学史上也
是一个重要成果。
宋元四大家为我国古代数学史上的巅峰人物，在全世界也是屈指可数
的。但宋元时期大数学家绝非仅此四人。此外如贾宪、刘益、沈括等人都作
出了重要贡献，“四大家”的成就是直接以他们的成就为基础的。所以，四
大家的成就代表的是当时中华民族所达到的科学文化水平。
珠算的发明和使用，也是这一时期最伟大的数学成就之一。宋元时期，
由于商业的发达，四则运算成了商品市场中频繁使用的科学知识。传统的筹
算法不但使用不方便，计算速度也远远不能满足需要。因此，改革运算工具
就更显得迫切了。
珠算盘是人们在长期的改革实践中，由算筹的小型化和摆弄位置的固定
化演变而来，经过不断地改进才逐渐臻于完善。它是广大劳动者的智慧结晶。
珠算盘最迟在元末便已普遍使用了。
珠算盘不仅外形小巧灵便，而且直接与算法歌诀相配合，真正做到得心
应手，形成了简单快速的珠算术。虽然现在已进入了电子计算机的时代，但
是在以加减运算为主的财会工作中，因为珠算速度可以和小型电子计算器媲
美，所以算盘仍保持着重要的地位。
宋元时期的数学教育和对外交流仍很发达。宋元的官立算学仍与隋唐相
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同。颇具特色的是私立算学不但数量比以前大增，讲授的内容较广泛，效率
也比官设算学高得多。
唐宋以来，中国和阿拉伯保持着密切联系，阿拉伯商人在广州、泉州、
扬州经商，哈里发与中国皇帝之间也时有使臣往来。因此，阿拉伯的历法、
幻方、“格子算”、欧几里得的《原本》等数学知识传入中国，中国的十进
位制、分数记法、“百鸡问题”、贾宪三角形及增乘开方法等内容也出现在
阿拉伯的一些著作中。
有人把宋元时期数学的发达的原因归结为三个方面。首先，工商业和城
市的发展使社会对数学的需要增加。其次，由于宋代地主阶级人数扩大，许
多人终生不得仕进，所以作为六艺之一的数学有较大的吸引力。宋元四大家
的著作都是赋闲时的研究成果。最后，由于数学不需要投入大量资金、人力
和时间，而且成败无伤、不担风险、不触忌讳，其研究规模特别适合于小农
经济。这是中国数学能持续发展的主要原因。
宋元数学虽然达到了顶峰，但也存在着严重的危机。
一方面，对数学社会需要的增加，并没有导致占统治地位的社会意识的
变化。数学仍被认为是“九九贱技”。数学家们在思想上受着压抑。虽然他
们在社会下层受到尊重，但是当他们面对上流社会时，总难免自卑自贱。数
学四大家在为自己著作写的序言中都流露了这种感情。
另一方面，把数学纳入阴阳五行论的轨道是宋元时期数学的一大特点。
由于受宋元时期哲学上的客观唯心论的影响，数学被导向神秘化。
因此，从元末以后，中国数学除珠算以外，发展缓慢，明末以后，中国
数学已经落后于世界先进水平。
总的说来，在中世纪长达一千多年的时期内，由于欧洲的科学一直处于
萧条和不景气局面，科学的中心转移到了东方，于是数学也随之而进入了“东
方的发展阶段”。当时的东方国家，如中国、阿拉伯各国和印度，在数学上
都取得了相当高的成就。而这一时期的欧洲，没有特别重大的数学发现，主
要是吸收古代世界和东方的数学遗产的时期。
值得注意的是，印度人和阿拉伯人对数学的用法偏重实用。他们研究数
学是因为天文学占星术以及工程技术需要数学，他们不会象希腊人那样为了
了解自然而钻研数学，因而缺乏批判精神。他们的主要成就表现在算术和代
数方面，而在几何方面建树甚微。这是因为算术和代数可以依据经验和直观
启示，在社会生活中比较实际。而几何是讲究演绎的，需要整套的逻辑演绎
知识。阿拉伯人和印度人很有创新精神，发明了许多好的方法和计算技巧，
但是他们对算术和代数的逻辑基础漠不关心。
中国古代数学也有浓重的应用数学色彩。通观中国古典数学著作的内
容，几乎都与当时社会生活的实际需要有密切的联系。中国算学经典基本上
都遵从问题集解的体例编纂而成，它涉及的内容反映了当时社会政治、经济、
军事、文化等方面的实际情况和需要。因此，中国古代数学的成就也是表现
在代数和算术方面。
数学在一个自由的学术气氛中最能获得成功。它既需要对物理世界所提
出的问题发生兴趣，又需要有人愿意从抽象方面去思考由这些问题所引起的
概念，而不计其是否能谋取眼前的或实际的利益。因此，在太注重实际的文
明中数学不能繁荣滋长。
反观中世纪后期的欧洲数学，虽然没有特别重大的数学发现，但是通过
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文化交流和传播，使它冲破宗教思想的束缚，恢复了数学的科学精神——认
识自然。这一精神为欧洲数学在下一时期 （文艺复兴时期和近代数学创立时
期）的迅猛发展准备了思想条件。
欧洲数学后来居上，最终在世界数学中一枝独秀。笔者认为，除了历史
的、社会的原因，东西方数学传统上的这些差异也是很有影响的。
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三、物理学
1。阿拉伯物理学
中世纪阿拉伯人继承和发展了古希腊的科学和文化，从而创造了灿烂的
阿拉伯文明。在物理学方面，阿拉伯人也大量吸收了古希腊的科学成就。阿
基米德、亚里士多德、托勒密等人的著作被翻译成阿拉伯文。从10世纪以后，
阿拉伯人在物理学上做了许多工作，尤其是在光学和静力学方面成果显著。
在光学方面，阿拉伯最杰出的物理学家是阿勒·哈增 （约965—1038）。他
曾在埃及任大臣，著有《光学全书》。阿勒·哈增从希腊人那里学到了“反
射定律”——光反射时反射角等于入射角。在此基础上，他又进一步指出：
入射光线、反射光线和法线都在同一平面上。
阿勒·哈增还纠正了托勒密的折射定律。托勒密断言：入射角与反射角
成正比。阿勒·哈增特地做了一个实验来检验。他把一个带有刻度的圆盘垂
直地放置，一半浸入水中。入射光通过盘边的小孔和中心的小孔射入，入射
角和反射角可以从圆盘上的刻度准确读出。他发现：入射光线、折射光线和
法线在同一平面上；托勒密的折射定律只有在入射角较小时才近似成立。可
惜，他也未能得出正确的折射公式。
阿勒·哈增研究过球面镜和抛物柱面镜。他发现：平行于主轴的光线入
射到球面镜上时，则反射到这个轴上。为此，他提出了著名的“阿勒·哈增
问题”：在发光点和眼睛已定的情况下，寻找球面镜、圆锥面镜和圆柱面镜
上的反射点。他对这个问题进行了详细的讨论。
阿勒·哈增还研究了视觉生理学�
