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第25章 中国的托勒密:裴秀

希腊科学家托勒密很多人都知道,但大家对裴秀这个名字可能就不那么熟悉了,在科学史上,裴秀可是被评为“中国科学制图之父”,是与托勒密比肩的大人物。今天就让我们通过他的经历与故事来了解一下这个中国的托勒密。

裴秀生活在魏晋年代,自幼喜欢学习,八岁就会写文章。青少年时,对政治已经非常感兴趣,而且学识比较广博。他的叔父裴徽,当时名望很高,家中常有很多宾客来往。有些宾客在来拜见裴徽之后,还要到裴秀那里同他交谈,听听他的议论,那时裴秀年仅十余岁。

由于裴秀才华出众,很受人们的赞赏。渡辽将军毋丘俭把他推荐给当时掌握着辅政大权的曹爽。曹爽任命裴秀为黄门侍郎,并命他世袭了父亲的爵位清阳亭侯,那年裴秀才25岁。年轻的裴秀这么早就在人群中脱颖而出,有时不免自负。一次,他得知著名的机械专家马钧设计制作了一种能连续把巨石发射到远处的攻城器,竟加以嘲笑,并与马钧辩论。马钧口才不行,说不过裴秀,后来也就懒得再辩解了。裴秀十分得意,又讲个没完,其实他对机械原理并不很精通,但年少得志难免自负,还好年纪渐长裴秀逐渐克服了自负的缺点,能够潜心学问,不然中国科学史上就会少了一位成就卓越的科学家了。

曹爽去世后,魏朝大权落入司马氏手中。裴秀因是曹爽任的官吏,被解除了职务。但不久又在朝中做官。司马懿的儿子司马昭执政后,裴秀得到更多发挥才能的机会。他提出的有关军事和政治方面的建议,常为司马昭所采纳,被任命为散骑常侍,在皇帝身边做顾问。

公元268年,裴秀被任命为司空,成为最高军政负责人之一,在他担任司空后,除在朝廷中负责政务外,还负责管理国家的地图和户籍人口,主管全国的户籍、土地、田亩赋税和地图等事,在这期间,由于职务上的关系,他得以接触更多的地理和地图知识,使他对古代地理和地图产生了兴趣,并进行了仔细整理和精心研究。

我国地理学起源很早,远在三四千年前的商、周时期,国家已经设置了专门掌管全国图书志籍的官吏。大约在春秋战国时期,出现了我国历史上一部地理学名著——《禹贡》。到了魏晋期间,因为年代久远,《禹贡》中所记载的山川地名已经有很多变更。正因如此,裴秀在详细考证古今地名、山川形势和疆域沿革的基础上,以《禹贡》作为基础,并结合当时晋朝的“十六州”而分州绘制成《禹贡地域图》共十八篇的大型地图集,地图集里古今地名相互对照,非常详细也很实用,而这本地图集最大的成就还在于它不仅是当时最完备、最精详的地图,更重要的是它里面所包含的科学的绘制方法。这是中国见于文字记载的最早的一部地图集。

裴秀在完成这本地图集的绘制以后,把它进呈给晋武帝,被当作重要文献收藏于“秘府”。裴秀在地图集的前面写了序言,详细谈到了他绘制地图所运用的方法。这是一篇很有科学价值的珍贵文献,它体现了裴秀在制图理论上的卓越见解,这篇序言后来保存在《晋书·裴秀传》中。

据史书记载,裴秀除了绘制《禹贡地域图》以外,还曾经绘制了一幅《地形方丈图》,一直流传了几百年,对后世地图学的发展有相当大的影响。在裴秀之前,我国的地图绘制还处于相对低级的水平,据说有人绘制了一幅《天下大图》,规模非常庞大,“用缣八十匹”,但是这幅《天下大图》有一个缺点,就是因为其规模和体积的庞大造成的不便携带、阅览和保存。“以一分为十里,一寸为百里”的比例尺(大约相当于一百八十万分之一)把《天下大图》缩绘成《地形方丈图》,并且把名山、大川、城镇、乡村等各种地理要素清清楚楚地标示在图上。这样阅览起来就方便多了。可见裴秀在当时已经掌握了地图绘制的缩放技术。

裴秀在地图学上的主要贡献,还在于他第一次明确建立了中国古代地图的绘制理论,他总结我国古代地图绘制的经验,在《禹贡地域图》序中提出了著名的具有划时代意义的制图理论——“制图六体”。

“制图六体”的具体内容是什么呢?裴秀认为,制图的原则有六条,第一条原则是比例尺,其作用是用来确定地图图幅的大小,地图图幅大小与该地区的实际面积大小有严格的比例关系,明白了这种比例关系,就可以从地图上量算出两个地点的距离,或是某个地区的面积,用起来很方便。比例尺又好比是画家的缩放尺,它可以把地图按照需要放大或缩小。第二条原则是方位,用来确定地图上地形地物彼此的位置关系。汉初已从古代的八个方位发展到十二个方位,不久又发展到二十四个方位,测量方位的仪器在战国对代有司南,汉代有方地盘,指南针发明以后才有罗盘。明确方位,在地图绘制时点与点之间的相互位置就不会出问题。第三条原则是行道的距离,从甲地到乙地有多少里路。行道的距离比较复杂,一般不能拿来直接制图,因为制图所用的距离是两地之间的水平直线距离。假如行道距离不是水平直线距离,而有海拔高低的变化,则需先将行道距离通过数学运算变成水平直线距离后方可制图。其余的三条原则分别是高下、方邪和迂直。这三条连在一起,彼此关系密切,是将人的行道距离变成水平直线距离的具体演算方法。这三条原则强调因地制宜,灵活运用,从实际出发,分清情况,然后再进行换算,校正因地形夷险而造成的距离上的差异。

而这六原则之间的关系,在裴秀看来,“有图像而无分率,则无以审远近之差;有分率而无准望,虽得之于一隅,必失之于他方;有准望而无道里,则施于山海绝隔之地,不能以相通;有道里而无高下、方邪迂直之校,则径路之数必与远近之实相违,失准望之正矣。故以此六者,参而考之。然后远近之实定于分率,彼此之实定于准望,径路之实定于道里,度数之实定于高下、方邪、迂直之算。故虽有峻山巨海之隔,绝域殊方之回,登降诡曲之因,皆可得举而定者。准望之法既正,则曲直远近无所隐其形也。”制图的这六条原则之间关系紧密,假如绘制的地图不是按一定的比例尺,那么从这种图上无法确定地物之间的距离大小;有了比例尺而无方位,则某地的方位从某一方面看可能是对的,但从其他方面看就不对了;只有方位而无道里,那么碰到有山有水相隔的地方、就不知道如何绘图了,整个地图的地形地物就无法连贯相通;光有人行道距离而没有地面高低起伏和曲直的校正,那么人行道距离就不能变成水平直线距离,这样绘出来的图与实际相违背,而且还会影响方位的准确性,所以在绘地图时,这六条原则要综合考虑,缺一不可,只有把这六条原则都考虑到了,才能做到图幅大小取决于比例尺,地形地物彼此之间的位置,决定于方位;地形地物彼此之间的远近取决于人行道距离,水平直线距离取决于高变下,方变邪、迂变直的运算。这样,即使有高山巨海相隔,有异域远方情况的不同,有高低曲折各种复杂因素,都可以按照制图者的需要加以确定。制图原则一旦确定,那么无论怎样复杂的地区都可以绘成地图。

裴秀创立“制图六体”理论,系统总结了前人丰富的绘图经验,为后世的地图绘制工作提供了一套完整的规范,是世界上最早的地图纲要。制图六体是很科学的,可以说,今天地图学上所应考虑的主要因素,除经纬线和地图投影外,裴秀几乎都已经提出来了。早在一千七百多年前,裴秀不仅已经认识到在地图上表现实际地形的时候有哪些相互影响的因素,而且知道用比例尺和方位去加以校正的方法,这在地图发展史上是具有划时代意义的杰出成就。

裴秀的“制图六体”对后世制图工作的影响十分深远。直到明末意大利传教士利玛窦所绘有经纬线的世界地图在中国传播传布以前,我国在地图绘制上,虽然在内容上不充实、完备,但是在方法上基本是遵循“制图六体”的。

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