中国科技史上的关键节点——元封造历

说起汉武帝，很多人脑海中第一个跳出来的，可能是汉匈之战、封狼居胥、独尊儒术、均输平准、凿空西域、豢养男宠、巫蛊之祸、轮台罪己诏等等，很难有人会想到“元封造历”这件事。然而元封造历的确是中国科技史、乃至整个中国历史上最关键的事件之一。如果中国农历非要像西方的公历那样定一个元年，那就应该是汉武帝太初元年，即公元前104年。

任何一个古老文明发展到一定阶段，都需要造历法，这是毫无疑问的。历法包括对日、月、年的明确定义。显然，日和月容易被定义，难点在于年，也就是地球公转和四季变化的周期。

年无非两种定义方式，一种是把月乘以某个系数，比如12，就是一年。伊斯兰的阴历就是这样。这种历法的最大问题是12个月的周期只有354天多，并不是地球的公转周期365.25天，两者差了11天，用阴历的结果就会出现同一个月份在不同的年里会对应春夏秋冬的任意一季。另一种就是按日晷测定的冬至或夏至日作为时间节点。因为冬至日和夏至日的日晷长度最明确，作为节点很容易想到。这就是阳历的办法。但这种方法也有问题，因为一个回归年不刚好是整的天数，所以二分二至日回归时可能在夜半，也可能跨一天，所以只能通过漏刻计时再配以某颗恒星在某个星宿的某个位置（即入宿度）来确定，加之当日的天气等因素，冬至日和夏至日的确定难度很大。因此中国至迟在春秋时期，一年究竟几个月还是不明确的，有时是12月，有时是13月，甚至14月的情况也有。

于是，人们有必要考虑一种能够兼有阴阳历优势的纪年方法。利用月相的变化，人们容易识别，但周期不匹配。利用日晷的变化，周期倒是匹配，就是确定起来有困难。那么把两者想办法结合起来不就行了吗？这就是中国夏历采用阴阳合历的原因所在。

中国的农历大致可分为两个阶段，太初历以前的统称夏历、或颛顼历，太初历以后就是农历了。颛顼历中已经有了阴阳合历的基本设定，有了闰月的概念，但是如何确定闰月却相当不明确，当时的观测条件还达不到。

这个重要任务，自然就留给了历史上第一个大一统、并且国力相当昌盛的汉武帝朝。

汉武帝召集了天下最顶级的历算天才聚集长安，开始造历的尝试，也就是元封造历。这里面的代表人物包括落下闳、邓平、唐都、壶遂、司马迁等，可以说是这些人造就了中国第一部严格意义上的历法，也确定了中国文化的根基。

太初历的第一个重要工作是调整19闰7法。传统历法，19个回归年置闰7月，要么是在岁末置闰，要么是在9月。太初历则规定，每逢无中气的那个月的后一月为闰月。24节气中处于月初的那个节气叫节令，月中以后的那个叫中气。19年刚好有7个月没有中气，所以这一规定并未改变19闰7法的本质。

这个事情说起来似乎很简单，但当时能想到这一点却相当不容易。因为至少当时之人必须要认识到，地球的公转轨道是椭圆形。道理很简单，如果地球的公转轨道是正圆形，那么就不可能出现有的月份有中气，有的月份没有。只有是椭圆形的时候，才会出现有的节气间隔比较长，有的节气间隔比较短。

更有趣的，不光认识到了椭圆形，还认识到了地球章动周期恰是19个回归年（准确的说是18.6年）。

所谓章动，就是地轴的运动，“章”是取自中国古代以19年为一章而得名。章动是月球运动的白道面变化所引起，运用章动的19年周期，是充分考虑了月球运动的必然结果，也体现了阴阳合历的精神。

有了19闰7法，中国的农历就不用像西方的公历那样，定一个“若某年份是4的倍数、不是100的倍数、是400的倍数，则该年为闰年”这样奇怪的人为设定，也没有因为讨厌二月而故意少几天。农历的所有设定都充分尊重客观的太阳、地球、月亮三者的运行规律，没有人为主观因素影响。

另外，太初历还有一个重要成果，就是春节，也就是一年的第一天。定一年的起点也不容易，公历的元旦就完全不依赖任何天文规律，全凭人为规定。这在中国古代看来并不“科学”。一个容易想到的办法是定冬至日为一年起始，但前面讲了，冬至日不容易测，也不确切为某一天，老百姓很难接受。另一种是定立春，因为立春正是一年气温开始回升的时候。同样的，靠温度来定日子就更难。定大寒之后第一个朔日就简单多了，通过月相判断这是老百姓肉眼就能做出的观察，这就是春节的来历。

这里要说一个题外话。现代说起岁差的发现，一个经常提及的故事是古希腊某学者根据比较历年星盘的运动发现。这个故事有一个特别露马脚的点，就是用到了“春分”西移的概念。春分是24节气之一，只有中国这个农耕文明才会从古至今不断观测，欧洲根本没有24节气观测的记载。所以岁差和黄赤道交点退行的现象，只能是晋代的虞喜通过比较自战国以来的所有观测数据后，得出了明确的50年退行1度的结论。另一个同样了不起的天学家是张子信，他独居海岛30年才观测出了日月运行的不均匀性，并迅速应用到了历代的造历过程中。我们不应该抹杀这些伟大人物对人类的重要贡献。

太初历又称81分律历，这是落下闳设定的，也就是把一天分成81等份来研究。之所以分81份，是因为传统宫调用的是81寸。这是以律起历的开始。

这里有好多概念需要澄清。首先，什么是以律起历，这句话是《汉书》里提到的，它的意思是，用乐律的规则来确定历法的规则。这个事情相当了不起，因为它直接探到了“时间”这个概念的本质。我们现代人用的时间都是物理学时间。最早的秒来源于惠更斯的秒摆，即摆长为一米的单摆，其摆动的半周期为一秒。之所以这样定义，是因为单摆的周期只跟摆长有关，与其质量无关。到了现代，我们定义一秒是利用铯133的超精细能级的振动频率，这种定义方式同样用到了周期性振动的频率，类似于单摆。以周期性的振动来定义时间，这个事情容易想到，但又不容易，特别是在早期人类，他们还认识不到“周期”这个概念。以乐律来定义历法的标准，这个思想相当超前。特别是，用笛子（古代的笛子）宫调那个81寸这样的空间长度单位定义时间单位，已经与秒摆的思想一致了。

其次，乐律的进步一直是中国科技史上重要的事件。乐律的核心是五音，汉代的办法是三分损益法，即令81寸为宫调，取其三分之二为商、三分之四为角，如此类推之。当然，这种定法简单，但无法回归。所以后来有了朱载堉的十二平均律。

第三，一天分81份，这其实相当精确，说明当时的记时工具已经较为精确。传统都认为，汉代的计时工具主要是晷漏。特别是沙漏，电视剧《汉武大帝》里就有一个场景，东方朔为了帮刘彻拖时间，故意把沙漏里的沙子往外倒。但其实有更先进的。一个是水漏，有一种特别的水漏，叫欹器，《荀子》里有提到，基本是全自动的，利用水流往里灌，到一定程度就自动翻转过来。另一个更重要的，就是浑仪。传说中，落下闳是浑仪的发明人，张衡只是改进者。浑仪所传递的天文学图像，以及全自动的运转思想，相当不可思议。

以上这些其实还不是元封造历最伟大的地方，真正最伟大之处其实是这场造历的一个副产品：五星的确定。

五大行星，在我们今天人的眼睛里早已习以为常，可是在古代，五星确立却是如此重要的大事件。我们每天晚上抬头看星空，大部分的星星都是基本不动的，这些星被称为恒星。另外有一些运动轨迹复杂一些，则称为行星。注意，太阳和月亮对地球来说比较特殊，不在“星”的研究范畴内。行星究竟有多少颗呢？这个问题人类问了几千年。

我们都知道，五大行星也绕太阳公转，所以在地球其视运动较为复杂，很难总结出规律来。并且由于轨迹复杂，很多时候同一颗星会被误认为是两颗，比如金星，在汉代以前就分别被称为启明和长庚。元封造历的一个重要任务，就是确定行星的数量。而这些天才历算家的手里是没有天文望远镜的，这个任务之艰难可想而知。但是，他们圆满完成了任务，他们的工作准确地让人吃惊。

最后确定下来的五大行星，分别是辰、荧惑、岁、太白、镇。辰星即水星，水星离太阳最近，所以其对地球的视运动，就是在太阳的左右相伴而动，所以“日月星辰”的辰就是指它。荧惑即火星，火星离地球最近，轨迹也最飘忽不定，所以用一个“惑”字来表示。岁星即木星，木星的公转周期约为12个地球年，正是我们十二地支的纪年周期，十二地支的规律就是根据岁星而定的。太白即金星，金星离地球次近，总是出现在东、西方，也就是上面说的启明和长庚。镇星即土星，土星公转周期约为28个地球年，恰对应28宿，所以叫“岁镇一宿”。

对于任何一个古文明来说，天文学的任何发展都是大事件。即使现代科学，其发端也是天文学。而对汉朝人来说，五星的确立，如此重大的天文学进展，其对社会的影响是绝对不能忽视。五星确立的最重要影响，就是五行学说开始大行其道。

五行，在汉朝以前其实没有什么人讲，孔、孟、老、庄都没讲过五行。但是，有汉一代，你不谈五行，你都不好意思跟人打招呼。几乎每个人、每本书，都有专门章节大谈五行学说。而像医学之类，更是直接将五行作为基本的理论出发点。这其实和牛顿力学发展的过程类似。牛顿力学创立之初，唯一的作用就是完美地解决了开普勒行星三定律，正因为其在天文学上的成功，人们才将其用到其它运动学领域去。五行学说也一样。五星的确立，让所有自然数中，“五”这个数字陡然变得特别起来，而先秦哲学中唯一与“五”相关的，就是五行。于是，在天人感应的指导下，地球上的什么东西都要和“五”去对应了。其影响之深远，无论如何想，都不夸张。

最后，我国现在以“五星红旗”为国旗，这是相当了不起的事。“五星出东方、利中国”，五星是从汉朝开始就确定的汉族图腾，以它为国旗图案，具有更加深刻的文化内涵，比用龙、太极图这些烂大街的，意义要深远得多。