2013年12月4日,中國珠算項目被列入聯(lián)合國教科文組織“人類非物質(zhì)文化遺產(chǎn)”名錄。所謂“珠算”,就是以算盤為工具進行計算的一種方法。有人認為,算盤是古代中國人發(fā)明的一種人工計算器。那么,珠算是怎么發(fā)明的?是何時發(fā)明的?
算盤發(fā)明前用什么計算?
秦始皇隨身佩帶“算袋”張良運“籌”帷幄
在算盤發(fā)明之前,古人進行計算的工具叫“算籌”,這大概是中國最古老而又極原始的一種人工計算器。數(shù)學界推測,算籌的發(fā)明應(yīng)與蓍草占卜有關(guān)聯(lián)。蓍草是植物的莖,古代巫師喜歡用它來占卜,占卜的過程其實就是一個運算過程,通過所得結(jié)果、根數(shù)的變化來判斷吉兇。
算籌就是由算卦用的蓍草演化成“策”(細樹枝),再演化成“籌”.算籌可由竹、木、玉、骨等材料制成?!稘h書·律歷志》記載,西漢時的算籌“長六寸”,多為竹質(zhì)。漢代算籌折算成現(xiàn)代單位約為14厘米長,直徑在2毫米。
1971年,從陜西千陽縣漢墓中出土了西漢宣帝時期的圓形獸骨制作的算籌30余枚,裝在死者腰部的一個絲囊里。死人為何隨葬算籌?這里涉及到一個古代風尚。
算籌作為重要的計算工具,在古人的生活中十分重要。所以當時有點身份、有點文化的人都會隨身佩帶裝算籌的袋子,這種袋即叫算袋,就和今天大家身上必帶手機、鑰匙差不多。
中國歷史上第一位皇帝--秦始皇,就是位喜歡數(shù)學的優(yōu)秀籌算手,他經(jīng)常佩帶算袋出行。東南沿海漁民至今仍有人把墨魚(烏賊),稱為算袋魚,就是因為秦始皇。傳說,有一次秦始皇去海上巡游,將算袋扔進了海里,算袋遂化為墨魚。此即宋人蘇簡易《文房四譜》中所謂 “昔秦王東游,棄算袋于海,化為此魚,形一如算袋,兩帶極長。”
此事雖屬無稽之談,但卻透露出了一個重要的史實,當時不少人出行確實是帶著算籌的。
因為籌算得準,所以“運籌”又成了有謀略的代稱,如《漢書》中,稱張良“運籌帷幄之中,決勝千里之外”,便就是這意思。
使用算籌來計算,叫籌算,正好與珠算相對應(yīng)。籌算也有一套獨特的計算口訣,如乘法,使用的是現(xiàn)在小學生都會背的“九九”口訣。九九口訣在今天看起來很簡單,但當年能發(fā)明出來,是件了不起的事,也是中國獨有的算法。
算籌一直到唐代還十分流行,甚至在算盤已普遍使用的明清時期,也是古代民間重要的計算工具。
算盤究竟是什么時候發(fā)明的?
山東沂南發(fā)掘的漢墓壁畫中已繪有“算盤”
中國數(shù)學界認為,珠算是由籌算演變而來的。如在籌算中,上面一根當5,下面每一根當1;而在珠算中,上一檔一珠也當5,下一檔每一珠則當1.用算籌進行乘法運算,其方法與后來的珠算留頭乘法,完全相同。
算盤,古人又稱為“珠盤”或“盤珠”.但算盤到底是什么時候發(fā)明的?學術(shù)界至今仍有爭議。根據(jù)文獻記載,至少有元末明初說、宋代說、唐代說、漢代說四種說法,甚至有人將之推到史前。
持“元末明初說”者,一般用清代著名數(shù)學家梅文鼎的觀點來說事。梅在其《歷算全書·古算器考》中有這樣的說法:“今天珠盤起于何時?曰:古書已佚,苦無明據(jù),然以愚度之,亦起于明初爾。”
但是“元末明初說”不久即為考古發(fā)現(xiàn)所推翻。1921年7月,北平國立歷史館派人前往河北巨鹿宋代故城三明寺故地,進行考古發(fā)掘。共發(fā)掘出文物200多件,其中就有算盤珠一顆。此珠直徑2.11厘米,木質(zhì),扁圓形,與現(xiàn)代通用的算盤珠大小相近,只是稍扁。
更重要的是,在宋代出版的算書中,已出現(xiàn)了《盤珠集》和《走盤集》。明代珠算大師程大位,在其《算法統(tǒng)宗》卷末“算經(jīng)源流”中,不僅著錄了元、明時期的算書,還收入了宋代刊印的算書,其中便包括《盤珠集》和《走盤集》,如果當時沒有珠算,是不可能出版相應(yīng)算書的。
1953年的一次考古發(fā)掘,又將“宋代說”否定了。當時,在山東沂南發(fā)現(xiàn)的一座漢墓中,人們從墓前室西壁橫額的畫像上找到了“算盤”:圖中有一人跪在地上,雙手捧著長方板,向主子做奉獻狀,似乎在報告計算結(jié)果。長方板有六個直行,三行,內(nèi)有圓珠,每行8顆,上5下3.另外,在該墓室一個小幾上,也有一長方板,所繪直行和所置圓珠顆數(shù)與手捧的長方板一樣。此畫中的算盤引起了《中國科學技術(shù)史》作者、英國漢學家李約瑟的注意,并作為一種推測性觀點,寫進了《中國科學技術(shù)史》中。
“漢代說”的另一重要證據(jù),是東漢著名數(shù)學家徐岳所撰《數(shù)術(shù)記遺》中已提到了“珠算”,這也是中國數(shù)學史上最早的“珠算”概念。但清代學者質(zhì)疑,《數(shù)術(shù)記遺》是后人偽托徐岳所作,這讓“漢代說”莫衷一是。
另有日本學者質(zhì)疑,中國的珠算系在漢代時,由古羅馬傳入。古羅馬也有一種算盤,叫“溝算盤”,是在一塊有溝的金屬板的每條溝里,裝上可以上下移動的若干小球。很顯然,這種質(zhì)疑是沒道理的,珠算“申遺”成功就說明了一切。
古今算盤有什么不同?
《清明上河圖》所繪算盤與今日無區(qū)別
從《數(shù)術(shù)記遺》來看,古代算盤與現(xiàn)代算盤的構(gòu)造和用法并不完全一樣--
《數(shù)術(shù)記遺》中稱,“珠算,控帶四時,經(jīng)緯三才。”據(jù)注文所記:“板為三分,其上下二分以停游珠,中間一分以定算位。位各五珠,上一珠與下四珠色別。其上色別之珠當五,其下四珠,珠各當一。”從徐岳所記來看,古代早期的算盤無橫梁,故上下的珠子要用不同的顏色來標記。但這種算盤,實是算籌的翻版,是將籌換成了珠子。
古代早期還有一種8珠算盤,《數(shù)述記遺》中稱,“古用上一珠,下四珠,上一當四,以合八卦之數(shù)。”后來改進為“上一珠,下五珠”,這樣計算更方便。在算盤的橫梁定型之前,中間沒橫梁,用一根繩索將上下珠子隔開。
其實,到了宋代,古代的算盤與今天所用已無大區(qū)別。
中國發(fā)現(xiàn)最早的與現(xiàn)代算盤差不多架構(gòu)的算盤,是在宋代張擇端的《清明上河圖》中--在趙太丞家藥鋪柜上繪有像算盤的圖形。這是上世紀60年代初,中國當代數(shù)學史研究專家嚴敦杰首先看出來的。另一位數(shù)學史專家余介石聽說后頗感興趣,特意到收藏此畫的故宮博物院進行調(diào)查。但當時有些學者并不認可,稱那把所謂的“算盤”,應(yīng)該是盤點營業(yè)款的錢板。
1981年1月,中國珠算協(xié)會負責人與北京新聞電影制片廠攝影師再次來到故宮博物院,仔細觀察《清明上河圖》,并將趙太丞藥鋪柜上的長方形東西,在鏡頭中放大。放大后可以很清楚地看出,左邊長方形是一把15檔的算盤,右為水牌。
繼在《清明上河圖》中發(fā)現(xiàn)算盤后,上世紀80年代初,中國數(shù)學界又在元初畫家王振鵬所繪的《乾坤一擔圖》中也發(fā)現(xiàn)了一把算盤:畫上貨郎擔上有一把算盤,其橫梁和檔子、穿珠,極為清晰,同現(xiàn)代算盤一樣。
《乾坤一擔圖》左邊有一行小字:“至大三年秋八月,臣王振鵬書”.至大三年為公元1310年,由此可見,宋代已使用算盤是比較靠譜的說法。
古代算盤高手有多厲害?
隆慶錢莊伙計“雙手撥珠如飛無人能比”
自算盤發(fā)明后,古代中國就出現(xiàn)了不少珠算超人。
珠算在明代民間十分流行,當時使用的算盤一般是17檔、梁上2珠、梁下5珠的圓珠算盤。明代不僅涌現(xiàn)出程大位、朱載堉等一批珠算理論家,還出現(xiàn)了許多打算盤高手。
在明代打算盤的高手中,有一位叫唐順之的儒學大師常被提及。唐順之是今江蘇武進人,嘉靖八年(公元1529年)進士,官至右都御史。唐順之既有理論,又有實踐,特別注重技能的實用性。姚之骃《元明事類鈔》中,記載了唐順之打算盤之事--
“唐順之至廬州,適府有算糧事,唐子乃索善算者十余人,人各與一數(shù),算訖記其概只數(shù)字,凡三四易,自撥盤珠,每一數(shù)字亦只記數(shù)字,不移時而一府錢糧目清矣。老書算咸驚其神速。”意思是說,唐順之精于珠算,當時正好廬州府在盤點糧倉,珠算高手唐順之不多時就算了出來,外人都覺得太神奇了。
到了清代,珠算高手更多。當時,在糧柜、典當、錢莊、銀行、大商號等必用算盤的行業(yè),能打一手好算盤的人很吃香?!断闵娇h志》記載,康熙年間,隆慶錢莊有一位打算盤高手:“雙手撥珠如飛,無人能比”,雙手打算盤,這可是高難度的動作。
如何能成為打算盤高手?古人很注意指法。清光緒七年(公元1882年)潘逢禧撰《算學發(fā)蒙·珠算一》里,總結(jié)出了一套“指法練習”--
“凡欲練習指法,使之純熟,但將‘一百八十五’數(shù),迭次加之,每日習學,久久自有大珠小珠落玉盤之妙。所以必用‘一八五’者,因此數(shù)遞加數(shù)次,則盤中珠數(shù)輒一齊同,如‘一一一’或‘五五五’之類,若有參差便是訛錯,易于自知也。”
這種特殊的指法練習,就是在空盤上不斷加“185”:連加3次,得“555”;連加6次得“1l10”;連加l0次得“1850”.