1524年,即明朝嘉靖三年,数学家王文素在其著作《算学宝鉴》中首次提出了导数这一数学概念,这一突破性发现表明中国数学在明代已经发展到了微积分的门槛前。令人遗憾的是,当今社会在讨论古代数学成就时,往往过分推崇古希腊、苏美尔和欧洲的贡献,却忽视了中国古代数学的辉煌成就。事实上,中国数学直到清朝才开始落后于欧洲。与古希腊等文明那种偏重理论、脱离实际的数学发展路径不同,中国古代数学始终保持着实用主义的传统,每一个进步都源于解决实际需求。
进入21世纪后,中国在古数学研究领域又取得了一项重大突破。考古学家发现了战国时期的算表,这一发现将人类使用十进制计算工具的历史提前了近1800年。特别值得注意的是,这份算表不仅展示了先秦时期中国数学的高度发展水平,更体现了极强的实用性。2017年,这份珍贵的文物被吉尼斯世界纪录正式认证为人类最早的十进制计算器。
2008年,清华大学入藏了一批珍贵的战国楚简,因其来源被称为清华简。这批竹简距今已有2300多年历史。虽然这些竹简是通过境外渠道获得,缺乏具体的出土信息,但经过碳十四测年技术和简文内容比对等多重验证,其真实性已得到确认。遗憾的是,由于这些竹简是盗掘所得,导致大量重要信息缺失,这对学术研究造成了不可估量的损失。
清华简内容丰富多样,其中21支保存相对完好的竹简上记载了算表的内容。经过专家们的精心整理,发现这些竹简通过交叉排列形成了21行20列的完整表格,表格中清晰地标注着各种数字。经数学史专家鉴定,这份《算表》是中国迄今发现的最早的实用计算工具。它的功能远超之前发现的里耶秦简九九表和张家界汉简九九表,不仅能快速计算100以内任意两个整数的乘除运算,还能处理包含1/2分数的两位数乘法。
中国古代的计算工具经历了从算筹到算盘的演变过程,而清华简算表作为算具的早期形态,不仅是中国最早的十进制实用计算工具,更被公认为人类最早的十进制计算器。那么,这种算具具体是如何使用的呢?
由于古今计算习惯的差异,理解其使用方法需要一定解释。清华大学历史系副主任刘国忠在人民网的专题报道中举例说明:比如要计算15×23,古人会先将15分解为10和5,将23分解为20和3。然后在算表最上行找到10和5,分别下拉对应的丝线;在最右列找到20和3,分别左拉对应的丝线。两横两纵的丝线相交形成四个交点,将四个交点对应的数字相加,就得到了15×23的结果。更复杂的计算如22.5×35.5也能通过算表完成,其中绿色区域代表小九九,黄色区域代表大九九。
这种计算方法实际上运用了乘法交换律原理,将15×23分解为10×20 10×3 5×20 5×3四个部分分别计算。对于更大的数字,可以先将数字分解为两位数,再分别计算后相加。这种计算方法不仅适用于现代数学,更展示了先秦时期中国人在大数运算方面的卓越能力。
除了乘法运算,该算表还能进行整数除法运算,以及处理含有1/2分数的两位数乘法(简文中用半表示1/2,锱表示1/4)。有学者研究认为,这套算表可能还可以用于开方运算,但还需进一步研究证实。相比之下,欧洲直到15世纪才出现类似的十进制算表,这意味着中国的这项发明领先了欧洲1800多年。
关于这一重要发现,还有三个关键点值得深入探讨:
首先,清华简算表的发现证明,早在先秦时期中国人就已经掌握了相当高深的乘除运算和分数计算技术。此后中国数学持续发展,到明代达到了微积分出现前的巅峰水平,长期保持世界领先地位。因此,不能因为现代数学公式多以西方人命名的现象,就妄自菲薄地认为中国古代数学不如西方,甚至错误地认为中国古代没有数学。
其次,战国时期社会管理日益精细化,私有制发展促进了商品交易繁荣,在实际生产生活中产生的盈亏计算需求催生了负数概念。在这种背景下,算表的出现是顺应时代需求的自然产物。中国数学的发展始终与时代需求紧密结合,具有很强的现实针对性。
第三,与中国形成鲜明对比的是,欧洲直到近代才开始普遍使用包括十进制在内的记数体系,并接受负数概念。然而令人费解的是,古埃及、苏美尔、古希腊、古罗马等文明虽然掌握了远超时代需求的数学知识(如传说苏美尔人能够进行15位数的运算),但这些知识在当时却缺乏实际应用场景。这种理论与实践的脱节现象值得深思。