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A HUMAN HISTORY OF MATHEMATICS凿构周期律 · 数学鑿構週期律 · 數學 · 05 / 25

Another Criterion

另一种判据

另一種判據

A procedure can be something to execute and something to justify. Liu Hui shows why those are not opposing traditions.

术不仅给出答案,也可以成为论证的对象;原图、绳序和注释层都关系到我们怎样读它。

術不僅給出答案,也可以成為論證的對象;原圖、繩序和注釋層都關係到我們怎樣讀它。

Han Qin · Independent English edition秦汉 · 简繁中文与独立英文版秦漢 · 簡繁中文與獨立英文版

In this essay篇内目录篇內目錄
  1. 1. When the Cords Rotted
  2. 2. Purchased and Excavated
  3. 3. The Procedure
  4. 4. Cutting Again
  5. 5. Leaving the Doubt in Place
  6. 6. Thirty Students
  7. 7. Does It Count as Proof?
  8. 8. Turning the Question Around
  1. 一 绳烂了
  2. 二 买来的和挖出来的
  3. 三 术
  4. 四 割之又割
  5. 五 敢不阙疑
  6. 六 三十人
  7. 七 算不算证明
  8. 八 反过来问
  1. 一 繩爛了
  2. 二 買來的和挖出來的
  3. 三 術
  4. 四 割之又割
  5. 五 敢不闕疑
  6. 六 三十人
  7. 七 算不算證明
  8. 八 反過來問

1. When the Cords Rotted

In the winter of 1983–84, archaeologists excavating Han tombs at Zhangjiashan, near Jiangling in Hubei, recovered a group of bamboo manuscripts from tomb 247. Dated material places the burial around 186 BCE, although that should be understood as an archaeological inference rather than a surviving certificate recording the instant the tomb was sealed.

Among the manuscripts was a book of calculation. It had once been a physical volume: about two hundred narrow bamboo strips, roughly thirty centimeters long and only several millimeters wide. Brush-written columns ran down the strips. A procedure might continue across several pieces, held in sequence by binding cords.

The cords had decayed. The bamboo survived in varying states of completeness, but the book's continuous reading order no longer arrived automatically with it. The result introduces a different material problem from those encountered earlier in this series. The words may remain while their arrangement requires reconstruction.

Editors compare lengths, bamboo nodes, binding traces, handwriting, ink, broken edges, and the way sentences and technical instructions can continue. Terms designating operations or quantities help establish possible joins. Move one strip into the wrong place and a procedure can appear to prescribe something quite different.

The difficulty is not solved entirely by mathematics. A historically surprising or erroneous operation cannot simply be corrected out of existence because a modern reader dislikes it. Yet semantic coherence inevitably enters the reconstruction. Knowing how a procedure could work helps determine how its surviving instructions may have been ordered.

That is a controlled interpretive circle, not a license to arrange the evidence at will. Physical clues constrain the possibilities, and independent forms of evidence can confirm or challenge a proposed sequence. The final order is an argued conclusion, not just something seen when the tomb was opened.

More than a decade separated excavation from the publication of a full transcription in 2000 and an annotated edition in 2001. Conservation, photography, paleographical reading, identification of hands, repeated arrangement, and comparison with other finds all contributed. The delay reflects a complex task, not simply slow reading.

The manuscript's own title, Suan shu shu—here understood as Writings on Calculation—is written on the back of the strip numbered six in the modern edition. That wording matters. The numeral identifies an editorial arrangement; it need not tell us that an ancient owner deliberately put the title on “the sixth page” in the modern sense.

A title on a roll's exterior could help someone identify its contents without opening it. For modern editors, it provides important evidence that the material formed a named textual object. It does not by itself prove the membership or order of every disputed fragment.

Several strips also carry the surnames Wang and Yang and notices conventionally read as saying that one or the other had checked the text. Their exact roles—copyists, revisers, owners, or participants in another arrangement—remain debated. The marks nevertheless attest to intervention in a written mathematical collection, not merely to isolated answers.

The early Han witness thus establishes a material tradition of reusable calculation procedures and textual checking. It does not need to become a precisely dated autograph to be important.

Clay, wax, parchment, and bamboo offer different failures of survival. A tablet can remain after a surface is smoothed; wax can lose its marks; scraped parchment can retain recoverable ink; a bound bamboo book can lose its cords. None leaves a self-explanatory record. In the bamboo case, the problem is especially visible: recovering a text includes recovering a defensible order in which it can mean something.

2. Purchased and Excavated

Other early calculation manuscripts enlarge the picture, but their evidential status is not identical. Yuelu Academy acquired a large group of Qin bamboo strips through the Hong Kong antiquities market in late 2007, followed by additional donated material in 2008. Among them is a work called Shu, Numbers or Calculation, published in 2011.

Peking University received another group in 2010. Its institutional description lists 762 bamboo strips together with wooden writing objects, a die, and sixty-one counting rods. Many strips bear writing on both sides. The Tsinghua collection acquired in 2008 includes twenty-one strips forming an elaborate decimal multiplication table.

These are important materials, but they are not controlled archaeological excavations. Authenticity and provenance are separate questions. Bamboo, ink, script, language, internal relationships, and scientific examination may support judgments about age and genuineness. They cannot recreate a lost tomb number, stratigraphic position, or original association among objects.

An authentic text can therefore support close mathematical analysis while remaining weaker evidence for its owner's occupation or the composition of a burial. Philology cannot retrospectively supply an excavation record. The appropriate response is differentiated confidence, not either indiscriminate acceptance or refusal to study the text.

The Peking material preserves some unusual physical information because parts arrived still rolled or grouped. Such arrangements can illuminate how strips were bound, how writing continued across surfaces, or how different texts shared a roll. The counting rods are especially valuable because they are tools rather than verbal descriptions of tools.

Even here, observations made during conservation cannot fully replace observations in situ. A market-acquired assemblage may preserve relationships, but the route by which its objects were combined or separated remains a relevant uncertainty.

Controlled finds offer a different anchor. Tomb 11 at Shuihudi, excavated in 1975, contained over a thousand Qin strips and fragments associated with a man named Xi. A chronicle records both political events and details of his life: his birth in 262 BCE, registration for service in 246, later scribal appointments, legal work, and military service.

Before Xi administered official records, an official record had already claimed him. That small biographical sequence connects literacy and calculation with a state that registered, assigned, measured, and audited people as well as goods.

The statutes concerning verification address discrepancies in stores and measuring equipment. They assign penalties to responsible officers when balances or capacity measures fail specified tolerances. The source essay's examples include penalties assessed in armor or shields according to the scale of an error. These are not mathematical textbook exercises. They establish the administrative reality in which accurate measures and accounts had consequences.

Liye, excavated from an ancient well in 2002, supplies a complementary archive: tens of thousands of Qin documents associated with the county administration of Qianling. Multiplication material occurs alongside working accounts and official records. Its importance is not the recovery of another complete mathematical canon but the embedding of calculation within an administrative setting.

The excavated book and the excavated accounts do not become the same object. They come from different sites and need to be connected through careful comparison. Together they support a stronger account of relevant practices than a textbook's practical vocabulary alone could provide.

Preservation imposes another selection. Bamboo and wood decay readily in ordinary oxygenated environments. Waterlogged, sealed, oxygen-poor tombs and wells can preserve them; extreme dryness can preserve other wooden documents. Neither kind of site is a random sample of everyday writing.

We cannot infer the original distribution of mathematical activity directly from today's map of manuscript discoveries. Workshops, ordinary burials, surface buildings, and heavily used discarded books may have left almost nothing. Surviving concentrations partly describe environments suitable for organic preservation.

The same discipline applies to earlier essays. The Greek-speaking world was not devoid of mathematical papyri or ostraca merely because famous authors' originals are lost. Mesopotamian tablets, Chinese bamboo books, and medieval Greek copies are different kinds of samples produced by different histories of survival. They are not neutral measuring instruments for the amount of mathematics each society once performed.

3. The Procedure

A characteristic format links the excavated calculation books to the later Nine Chapters: a problem beginning with a situation, an answer, and a procedure. The first two concern a particular case. The third describes operations capable of application to a class of cases.

The Chinese term shu can designate such a procedure. It may instruct the reader where to place quantities, what to multiply, what becomes divisor or dividend, how to divide, reduce fractions, or continue an operation. Replacing the example's numbers should in principle leave a usable sequence.

That is the crucial difference between a result and a method. An answer settles this instance. A procedure provides a way to handle related instances. Entries in the early Han manuscript, including conversions between grain forms, already display this movement from a case to a reusable rule. It was not invented by Liu Hui in the third century CE.

The received Nine Chapters contains 246 problems. Its chapter names classify technical work in ways that overlap with, but do not duplicate, modern school subjects. Rectangular Fields has thirty-eight problems on areas and fractions. Millet and Rice has forty-six on conversions. Proportional Distribution has twenty.

Short Width has twenty-four, including extracting roots from given areas or volumes. Construction Consultations has twenty-eight problems concerning earthworks and solids. Fair Transport has twenty-eight concerning taxation, transport, and labor apportionment. Excess and Deficit has twenty, using the consequences of two trial assumptions. Fangcheng has eighteen, and Right-Angled Triangles has twenty-four.

Calling fangcheng “linear algebra” can reveal familiar structures but can also erase the original organization of work. It refers to arrangements of quantities and procedures carried out with rods, not simply to symbolic equations written on paper. Similarly, the final chapter covers more than the one theorem a modern reader might expect from its title.

Five chapters—fields, grain conversion, distribution, construction, and transport—contain 160 problems in explicitly practical settings. The remaining chapters also contain measuring, trading, digging, and building. The practical language is unmistakable.

But a story about moving grain is not necessarily a surviving record of grain actually moved. Numbers may be designed to make a method easy to display. Different situations can carry the same procedure. Some problems explore technically useful cases rather than report administrative incidents.

No reliable census separates the 246 into so many real cases and so many classroom inventions. The archive from Liye and the verification statutes show that officials performed related kinds of calculations. The Nine Chapters shows an edited body of methods suitable for such work. Functional connection is not documentary identity.

This is not a ranking of practical and theoretical mathematics. A deliberately constructed example can carry general knowledge more effectively than an unedited account. Its artificiality may be part of its mathematical function.

The book itself accumulated in layers. Institutions, place names, units, and vocabulary do not all belong to one moment. Liu Hui's preface associates the restoration and revision of older calculation material with Zhang Cang and Geng Shouchang after losses traditionally linked to the Qin destruction of books.

Other historical sources connect those men with technical and administrative activity. Their precise roles in producing the received Nine Chapters are less directly established. Liu Hui's account, written centuries later, is evidence for a tradition about earlier compilation, not a contemporary editorial ledger.

Qing scholars already noticed chronological difficulties. References associated with the Shanglin imperial park seemed too late for an attribution of the entire book to the early Han Zhang Cang. The objection does not exclude his participation in some earlier stage; it excludes treating one name as the explanation of every layer.

We should therefore distinguish the historical officials, Liu Hui's account of their relation to older material, and the complex received text. The book's authority does not require a single author or a single day of composition. Its procedures reached their canonical arrangement through a history that remains partly hidden.

4. Cutting Again

Liu Hui's commentary is conventionally dated to 263 CE, the fourth year of Jingyuan under the Cao Wei regime. His biographical record is much thinner than the significance of the work might lead a modern reader to expect. The commentary and the material later transmitted as the Sea Island Mathematical Classic are our principal sources for his mathematics.

Precise modern birth dates, family pedigrees, and detailed local biographies often exceed what the early evidence can sustain. An important work does not automatically produce an abundant personal archive.

Even the date of the commentary requires a textual distinction. The received material includes references to a bronze capacity vessel associated with the Jin arsenal, whereas 263 belongs to Wei. Qing editors noted the problem. Liu Hui may have revised material later, or another layer may have entered the transmitted commentary.

Thus “a commentary associated with Liu Hui in 263” is more secure than “every word now labeled Liu Hui was written in 263.” The date identifies an important historical anchor, not the completion date of every surviving sentence.

His preface explains his relation to an older book. He recalls studying it from childhood, returning to it, and annotating it according to what he could understand. A branching image presents apparently diverse problems as connected to common roots. Grasp a relation in one place and analogous cases can become intelligible.

He occupies the position of an interpreter. The procedures are already there; his task is to explain why they work and connect their underlying patterns. That role is neither passive repetition nor the wholesale replacement of a predecessor's book. The commentary can expose a procedure's reasons while preserving the inherited textual framework.

The circle-area discussion offers the best-known example. Begin with a regular hexagon inside a circle. Use right-triangle relations involving the radius and chord to double the sides: twelve, twenty-four, forty-eight, ninety-six, and 192. Finer polygons leave smaller uncovered regions.

The important work includes controlling the remainder. Liu Hui is not simply stopping when a drawing looks close enough. He relates the uncounted area to geometrical quantities so that approximation has an accountable error.

His famous language about cutting ever more finely, losing ever less, and eventually coinciding with the circle belongs inside that argument. Detached from its surroundings, it can sound like a philosophical aphorism about infinity. In place, it accompanies constructions, numerical work, and estimates.

Modern historians understandably speak of a limit idea. That phrase can illuminate the structure, provided it does not claim that Liu Hui wrote a nineteenth-century epsilon definition. Historical comparison should identify similarities without exchanging his words for a later formal theory.

The contrast with Archimedean demonstrations is instructive. The preceding essay emphasized finite stages that defeat any proposed positive difference. Liu Hui's language evokes the continuation of cutting to its ideal end. How that expression functions within the whole argument is a real interpretive problem, not something solved by assigning both texts the same modern label.

The numerical record also has layers. The familiar sequence reaches a 192-sided polygon and supports the useful approximation 157/50. More accurate values and computations involving further subdivisions occur in the transmitted commentary. Their attribution and dating intersect with the Jin-vessel passage and later editorial history.

It is therefore unsafe to state without qualification that in 263 Liu Hui personally carried out every high-sided calculation now printed under his name. The mathematical reconstruction may be coherent while the textual attribution remains uncertain.

What is clear is a repeated concern with explanation. Why multiply here? Why divide there? Why does cutting and recombining preserve an area? Those are not merely requests for a successful answer. They concern the grounds on which a general procedure deserves confidence.

5. Leaving the Doubt in Place

Circle cutting is not an isolated outbreak of reasoning in an otherwise mechanical commentary. In the construction chapter, Liu Hui asks why formulas for solids contain divisors such as two, three, or six. His explanations decompose bodies into related pieces and compare their volumes.

Traditional names such as qiandu, yangma, and bienao designate specific solids. Roughly, they include wedge-like triangular prisms, pyramid-like bodies on rectangular bases, and tetrahedral pieces. Translating the names into modern shapes is useful only if the actual configurations and conditions are retained.

The argument concerning yangma and bienao continues a subdivision into smaller similarly related pieces. A remaining discrepancy is transferred into a smaller configuration. As in the circle discussion, the diminishing remainder is part of the reason the desired relation can be secured.

The broader pattern combines dissection, rearrangement, corresponding sections, and control of what remains. Liu Hui is explaining why operations yield necessary relations, not merely displaying a few favorable numerical trials.

But the diagrams have not survived intact from his time. References to red, blue-green, and yellow solids point to a visual component that later readers no longer possessed. Qing editors explicitly acknowledged the absence of the old figures and reconstructed drawings from the commentary.

Many attractive modern illustrations are therefore scholarly reconstructions, not reproductions of a third-century original. An interpretation may be convincing, but its visual completion cannot silently become additional ancient evidence.

The sphere problem is especially revealing because Liu Hui does not defend the inherited rule at all costs. He recognizes a difficulty in the Nine Chapters' volume procedure and introduces the mouhe fanggai, a solid commonly reconstructed as the intersection of two perpendicular cylinders of equal radius.

At corresponding heights, its sections have a stable relation to those of the sphere. If the volume of that intersecting body can be established, the sphere's volume can be obtained. The route is promising, but he does not supply the missing determination.

The commentary leaves the doubt explicit. Rather than force an explanation from an appealing shape and risk departing from sound principles, he waits for someone able to give an adequate account. The often-cited phrase gan bu que yi conveys the obligation to preserve uncertainty rather than conceal it.

This is not merely a graceful apology for running out of time. It marks a lower threshold for acceptance. An answer, a plausible diagram, or a suggestive comparison is not enough when the reason remains unsatisfactory.

Archimedes also marks a boundary, but at a different point. He can find a result mechanically and then insists on a geometrical demonstration. Liu Hui leaves a stage unresolved because he lacks the adequate account. In both cases the boundary is stated by the author rather than imposed solely by a modern historian.

Later work associated with Zu Chongzhi and his son Zu Geng, also known as Zu Xuan in some naming traditions, supplied the sphere relation. Zu Chongzhi's life is documented much more substantially than Liu Hui's, conventionally placed in the fifth century, about 429–500. His Zhui shu became an official mathematical classic but is now lost.

Tang commentary preserves material from the Zu tradition. The crucial principle compares solids through sections at corresponding heights: if those areas agree throughout, their volumes cannot differ. Applied to appropriately related bodies, the sectional argument resolves the volume left open in Liu Hui's discussion.

This can be compared with later principles associated with Cavalieri without claiming direct transmission or identical conceptual foundations. Once again, a modern resemblance should not erase a historical procedure's own form.

The historical record also preserves Zu Chongzhi's celebrated bounds for the circle constant: 3.1415926 < π < 3.1415927, an interval of width 0.0000001, together with 355/113 and 22/7. The results are better attested than the sequence of operations used to obtain them.

Claims that he necessarily reached a polygon of one particular enormous side count are reconstructions. Continued polygon refinement is plausible in the surrounding tradition, but the lost book prevents the result from identifying one unique algorithm. We may possess a numerical achievement without possessing its workshop.

6. Thirty Students

The transmitted Nine Chapters contains more than an early canonical text and Liu Hui's third-century explanations. Under the Tang, Li Chunfeng and colleagues produced further commentary under imperial authority. Reading a modern page can mean hearing several periods at once: base text, Liu's annotations, and Tang subcommentary.

Li Chunfeng's work joined mathematics to astronomy, calendrical calculation, official historical writing, and court technical service. Calling him a university professor would replace that institutional setting with a much later one.

The group later known as the Ten Mathematical Classics entered official teaching and examination. It included the Zhoubi, Nine Chapters, Sea Island, Sunzi, Zhang Qiujian, Five Departments, Xiahou Yang, Mathematical Procedures of the Five Classics, Continuation of Ancient Mathematics, and Zu Chongzhi's now-lost Zhui shu.

Institutional documents give the mathematical school a quota of thirty students. They also specify substantial study periods: the Nine Chapters and Sea Island together could occupy three years; other groups had shorter allocations; difficult works such as the Continuation and Zhui shu required several years.

The number thirty is a capacity or establishment figure, not proof that exactly thirty candidates passed the mathematical examination every year. School places, entrants, examination candidates, and successful appointees are different quantities. Administrative changes across periods further complicate any simple annual total.

Mathematics was one technical category within the examination system, but formal inclusion did not make its status equal to the prestigious literary routes. Its professional destinations lay largely within technical, calendrical, and other bureaucratic service. It did not create an independent modern class of mathematics professors.

The name Five Departments itself keeps calculation visibly connected with official functions. A canonical curriculum and practical administrative needs were not mutually exclusive descriptions of the same body of knowledge.

The book's later survival required additional institutions. An official Song printing project around 1084 established an important edition of the mathematical classics. Further copying and printing followed. Southern Song records describe Bao Huanzhi obtaining a Nine Chapters copy from the family of Yang Zhongfu and transmitting it to the imperial collection.

The text did not then remain available everywhere as an unchanged complete book. By the Ming, older complete witnesses were difficult to find. The Yongle Encyclopedia preserved extensive material by excerpting it into a classified compilation.

Qing scholars, prominently Dai Zhen in the work surrounding the Siku quanshu, gathered and collated mathematical texts from that encyclopedia and other witnesses. Modern editions depend substantially on this reconstruction while also drawing on the surviving branches of the tradition. “Lost and recovered” is a useful outline, but not a claim that every single line came through one exclusive route.

The present text is consequently a layered object: early procedures, third-century commentary, Tang annotations, Song editions, Ming excerpts, Qing scholarship, and modern collation. Its history differs from the palimpsest's, but neither is a transparent tube carrying an untouched original.

Counting rods bring us closer to execution. Slender sticks placed on a surface represent units, tens, hundreds, and other positions. Alternating orientations can distinguish neighboring places. Fangcheng procedures arrange quantities in parallel columns and eliminate them through prescribed transformations.

Modern matrix notation can reproduce much of the mathematical structure. It does not preserve every hand movement, placement convention, or temporary configuration. A written procedure is not a film of the calculation.

When a text instructs the reader to set down quantities of grain, the practitioner may make many changes to a rod arrangement before reaching the next written instruction. The book records a rule and representative configurations, not every intermediate bodily action.

Commentarial traditions distinguish positive and negative rods by colors such as red and black. That textual prescription is evidence, but it does not prove that every Han calculation used two standardized colored sets. The surviving physical objects and the written convention answer different questions.

There is always a distance between a description of how to calculate and a complete record of someone calculating. Making that distance explicit preserves both the generality of the procedure and the material specificity of its execution.

7. Does It Count as Proof?

The question cannot be settled by a single unexamined definition. Liu Hui plainly supplies reasons for procedures. The dispute concerns what kinds of reasoning the historian should call proof, how they were organized, and how modern reconstruction should relate to the ancient text.

One approach broadens the history of proof beyond the theorem-and-deduction form familiar from the Elements. It asks how mathematical communities offered reasons sufficient to establish the correctness of a general claim or algorithm. Under this description, many of Liu Hui's explanations are straightforwardly part of proof history.

A second approach emphasizes structural rigor together with formal difference. It recognizes genuine arguments about areas, volumes, and right triangles while insisting that the organization of the Nine Chapters and its commentary is not simply Euclid with different notation. Comparison should reveal how authority is established in each practice, not erase the differences by translation.

A third approach places philological caution first. Modern historians may render an instruction as an algebraic formula, prove that formula elegantly, and then attribute the newly supplied proof to the ancient author. The result can be mathematically correct and historically unearned.

This warning does not imply that Chinese authors gave no demonstrations. It distinguishes their surviving reasoning from ours. A reconstruction can explain what would make a procedure valid without showing exactly which justification the author or reader possessed.

A narrower use of proof reserves the word for deductions from explicitly stated definitions, axioms, postulates, and prior propositions within a systematically organized chain. Much of Liu Hui's commentary does not take that literary form. Even under this definition, however, “not this type of proof” does not entail “no argument for correctness.”

These are analytical positions, not four sealed camps into which every scholar fits. Their value lies in the cautions they articulate. A broad definition can include too much if it ignores differences. A narrow definition can prejudge the history by making one tradition the admission standard for all others.

The strongest comparative question is not simply who first obtained a listed result. It is what someone had to do to make a mathematical claim acceptable, to whom the explanation was addressed, and what counted as an adequate reason.

That question does not require imagining Greece and China as contestants on a single track toward modern European science. It requires close attention to texts, diagrams, procedures, readers, and institutions.

Excavated manuscripts change the inquiry further. The Nine Chapters can no longer stand as the only source from which every early procedure supposedly descended. The Zhangjiashan material demonstrates other arrangements and earlier forms of calculation writing. Canonization is a historical achievement, not evidence that the canon was the origin of all its contents.

Karine Chemla and Guo Shuchun's critical work brings the base text, commentaries, terminology, and reconstructed figures into one sustained investigation. An important concern is how algorithms themselves become objects whose correctness can be demonstrated. Proof and procedure are therefore not rival kinds of mathematics; one may be directed at the other.

Definitions still matter. If proof requires a complete explicit axiomatic architecture, many canonical procedures and annotations will not qualify in that sense. If proof concerns publicly articulated reasons for the necessary correctness of a general operation, dissection, root-extraction explanations, and recursive volume arguments become central evidence.

But a dictionary cannot settle the remaining questions. What did the missing original diagrams show? What role did the language of cutting until no further division remains play? What unspoken assumptions supported a recursive reduction of the remainder? Which reasons would the intended readers regard as sufficient?

These are substantive historical issues even after everyone agrees to use a broad word. Some cannot receive an unqualified answer because the relevant material is gone. A modern diagram can make the reasoning intelligible without restoring the exact ancient visual object.

Terminology decides whether an activity enters the historian's category of proof. Analysis of the evidence determines what the activity actually consisted of. Confusing those two decisions makes both the mathematics and the history easier than they really are.

8. Turning the Question Around

The title Another Criterion needs to withstand its own examination. Does it imply that one civilization possessed algorithms while another possessed deduction? If so, the title would reproduce the contrast the evidence has just undermined.

Liu Hui gives arguments as well as procedures. Greek mathematics includes numerical methods, astronomical calculation, algorithms, and practical measurement as well as axiomatic exposition. Selecting one famous book from each archive can manufacture two pure traditions that never existed in that form.

The local claim is stronger because it is narrower. The Nine Chapters and its commentaries organize much of their work around procedures and their explanation. That describes a textual tradition. It does not reveal an eternal Chinese mode of mind.

The supposed opposition between algorithm and proof also fails on its own terms. An algorithm can be the object of a proof: why do these operations succeed for every case of the intended kind? Liu Hui's commentary repeatedly occupies precisely that relation.

A third objection concerns mathematics itself. The modern discipline is an analytical category historians use across periods. Early Chinese writers spoke of numbers, calculation, procedures, and particular classified arts. They did not necessarily pose the modern philosophical question of what counts as mathematics in our sense.

The series' concern with criteria is therefore retrospective. It should be identified as the author's way of organizing a history, not placed as a speech in Liu Hui's mouth. He need not have contemplated a universal definition of mathematics in order to distinguish an adequate explanation from one he distrusted.

Excavated texts provide a fourth challenge. Knowledge may have circulated through short procedures, tables, excerpts, working collections, administrative documents, and oral instruction. The later authority of the Nine Chapters does not mean every earlier calculation was progressing toward that canonical book.

The new evidence turns an apparent starting point into one stage in a longer process. We see components, alternative arrangements, and partly shared techniques. We still do not possess a complete construction diary explaining how every element entered the finished structure.

A fifth objection concerns the boundaries of the comparison. Intellectual communities are not naturally sealed inside civilization-sized containers. Specific periods, texts, networks, and institutions make better units of investigation than a presumed national or civilizational temperament.

The defensible conclusion is consequently modest but substantial. Materials from the Warring States through the Wei–Jin period disclose practices centered on compiling, executing, and explaining procedures. Their grounds of credibility can be described in their own terms and compared with particular Greek practices. Neither “algorithmic” nor “deductive” is the permanent essence of a people.

Several false comparisons then become easier to recognize. Define mathematics in advance as an Elements-style text and the Nine Chapters will appear mainly as an absence of axioms. Define it as a collection of executable general procedures and the Elements can be made to appear deficient in calculation. In each case the chosen ruler disguises itself as a neutral standard.

Compare the bare Chinese base text with Euclid while excluding Liu Hui's commentary, and the outcome has been rigged by the selection of layers. Translate ancient categories into algebra, geometry, proof, and algorithm without marking the translation, and modern boundaries return disguised as ancient facts.

Return to the scattered bamboo strips. The loss of cords did not erase every trace of order; binding marks, material features, and local relationships can survive. But sequence must be reconstructed. Mathematical intelligibility helps constrain that work, while physical evidence prevents intelligibility from becoming the only judge.

The circle is not fatal. Historical interpretation often moves between parts and wholes, testing each against independent evidence. A proposed order can be revised when it makes a join physically implausible or conflicts with a handwriting pattern. The goal is accountable inference, not an impossible view without assumptions.

A related discipline applies to Liu Hui. Before asking whether his argument is sufficient, we must identify what claim it addresses, what resources it uses, and what its readers could supply. Our categories guide the question, but they must remain open to correction by the text.

His decision to leave the sphere problem unresolved gives the essay its firmest endpoint. He did not define the boundaries of a modern discipline. He identified one place where he lacked the reason he required. That negative judgment tells us something concrete about mathematical trust.

The broader suggestion—that criteria become visible through the success, criticism, and comparison of practices—is this series' interpretation. It is not a universal law that ancient people never discussed their own standards. In this instance, one author's refusal to smooth over uncertainty is enough. Calculation continued, and the conditions under which a result deserved acceptance remained part of the work.

一 绳烂了

1983年底到1984年初,湖北江陵张家山发掘了一批汉墓。其中一座编号二四七的墓里出土了大批竹简。

墓中的纪年材料使学者通常把墓葬定在汉高后二年,即前186年前后。这个定年是考古推断,不宜写成精确封墓日期,也不能仅凭末见纪年断言抄本必定早于那一年。这批简里有一部算书。

它原来是一本正经的书。约两百枚竹简,每枚长三十厘米上下,宽只有六七毫米。人在上面不是横着写一行,是拿毛笔沿着狭长的竹面自上而下写一列字。一枚简装几个字到几十个字,一段术文可能跨好几枚。写完之后,用三道绳把竹条一枚枚编起来,再卷成一卷。绳是有机物。

两千多年之后打开墓室的时候,三道编绳已经全烂了。原来那本书变成了两百多条狭长的竹片,彼此散乱,局部残断。

于是出现了一个前几篇都没有出现过的问题。文本还在,顺序没有了。

现代印刷本上一句接一句,排列看起来天经地义。竹简时代不是这样。绳一断,顺序本身就成了一个需要证明的东西。整理者只能靠简的长短,上下竹节的位置,编绳留下的痕迹,书手的笔迹,墨色,残口的形状,语句能不能接上,以及法,实,术曰这些技术词是否连续,一枚一枚重排。排错一枚,一个算法看上去就会变成完全不同的步骤。

这里有一个不太舒服的地方。判断哪一枚在前哪一枚在后,物理证据能约束一部分,剩下的要靠语义。而语义的意思是:排出来的这个顺序,得让那套算法讲得通。也就是说,要把一本算书读回来,得先假定它算得通。这句话到末尾还会再出现一次。从发掘到全文释文正式刊出,用了十几年。2000年发表释文, 2001年出注释本。

这十几年不是一直在做同一种物理拼接。它包括清理,保护,拍照,释读古文字,比对书迹,反复试排,以及和别的出土材料互校。这不是古文字学家的慢性子,是材料的结构本身要求如此。有一件事帮了大忙。现代整理编号第六枚简的背面写着三个字,筭數書。那是这本书自己的名字。

一本书在自己的第六枚简背面写着自己叫什么,这件事在竹简时代是有实际用处的。卷起来之后,从外面看不出里面是什么,得有一个地方能标出来。

而对两千年后的整理者来说,这三个字还有另一重用处。它至少确定了一件事:这些散开的竹片原本属于同一部书,而且这部书有名字。

另外还有几枚简的下端写着王,杨,以及王已雠,杨已雠。雠是校对的意思。这两个人是抄的,是校的,还是别的什么身份,现在还不能确定。

但至少可以看出,前186年以前,已经有一本实物算书,里面装着可以反复使用的计算程序,而且上面留下了有人校对过的痕迹。

前四篇的物质状况各不相同。泥板可以抹平,但抹平之后板还在。蜡抹掉就没了。羊皮可以刮,而刮不干净的墨留在纤维里,七百年后还能读出来。竹简是第四种。它能撑两千年,但它会散开。四种材料,四种失效方式。抹掉的,消失的,刮不净的,散开的。

而散开这一种有它独有的麻烦。前三种失效之后,剩下的东西是不是原样,一看就知道。散开之后剩下的东西全都在,只是不知道该怎么摆。每一种都决定了后人能拿到什么,以及要付出什么才能读它。

二 买来的和挖出来的

出土算书不止这一部,而它们的证据地位差别很大,这个差别必须先说清楚。

2007年年底,岳麓书院从香港购入一批秦简,编号约两千一百枚,其中一千三百枚左右较完整。2008年又接受一位收藏家捐赠的七十六枚。里面有一部《数》,两百多枚, 2011年正式公布。

2010年初,北京大学接受捐赠,从海外购回一批秦简。清理之后有竹简七百六十二枚,其中约三百枚双面书写,另有木简,木牍,竹牍,一件木觚,一枚骰子,以及六十一根实物算筹。清华大学2008年入藏的战国简里,有二十一枚可以复原出一张相当复杂的十进乘法表。这三批都不是发掘品。它们是从古董市场买回来的。这里要分清两件事。器物的真伪,和器物的出处,是两个问题。

通过竹材,墨迹,古文字,书体,内容内证和必要的检测,可以对一批简的年代和真实性作出判断。这一层做得到。

但盗掘和市场这条链子,会把墓号,层位,共出物,简原来的空间关系和入土环境一起打断。这一层补不回来。文本学补不了考古学。

所以对这几批材料,合理的做法是双重评级。竹简和文本本身可以认真研究。凡是依赖原始出土地点,墓主身份,墓中组合而作的社会史推论,一律降一档。

北大那批有一点特殊。运回来揭剥的时候,相当一部分还保持着卷的状态,大约十卷竹册,不是全都散成了单简。这给研究简册怎么卷束,同一卷正反面怎么连续书写,不同文本怎样共用一卷,提供了很难得的信息。这批东西里还有一件不是文本。六十一根算筹,和算书一起保存下来。

第一篇里的书吏用泥板,第二篇里的希腊人用蜡板和尘板,那些工作面都没有留下来。这里留下了工具。

但这仍然是室内观察,不是考古现场记录。与此相对,有几批材料是实打实挖出来的。

1975年云梦睡虎地十一号墓,出土一千一百五十五枚简及残片。墓主叫喜,有明确的官吏经历,而且经历记在他自己的随葬简上。有一卷编年记,一边记秦国打了哪些仗,一边夹着他自己的事:昭王四十五年,也就是前262年,十二月甲午那天鸡叫的时候,喜出生。秦王政元年,也就是前246年,他十七岁,简上写着喜傅,他的名字登上了服役的名籍。秦王政三年他当上了史,后来做安陆令史,鄢令史,在鄢审理案件,其间三次从军。他替官府记账办案以前,名字先上了官府的册子。里面的《效律》直接涉及县和都官对财物的核验,度量衡的误差处理,而且罚到管事的人头上:称一石的衡器不准,差到十六两以上,管事的官啬夫罚一副甲,差八两到十六两,罚一面盾,量粮的桶和斗不准,也各有各的罚。它本身不是算书,但它证明账物核验和标准化不是算书作者虚构出来的背景。

2002年湖南龙山里耶,从一口古井里发掘出数万枚秦代简牍,主体是迁陵县官署的行政档案。里面有九九术一类的乘法材料,也有大量实际的计簿。里耶的价值不在于又得到一部完整的算经。在于计算材料直接嵌在官署档案的现场里。一边是墓里的教材,一边是井里的账。两头都在。

这个组合在前几篇里没有出现过。第一篇的两河有大量行政泥板,也有学校练习板,但那两类东西的关系要靠推断。这里可以看到一部随葬的算书,和一个县衙实际的计簿,分别在两个地方,各自都有出土层位。关于这些东西为什么能留下来,也需要说一句。

竹和木是有机材料,在正常的温湿通氧环境里极易腐败。今天大量战国秦汉竹简集中出现在江汉地区密闭,积水,缺氧的墓葬和井穴,或者西北极干燥地区的木简遗址。

这是很强的保存偏差。张家山是墓葬,里耶是废弃的古井,两种环境都不是古人日常用字场景的随机样本。北方普通土墓,地表建筑,日常作坊,反复翻阅之后废弃的竹册,很可能几乎不留痕迹。

所以中国有竹简,推不出中国当年某类书特别多。只能推出:某些南方湿墓,井穴和极干燥地区,有机会保存有机书写材料。

这条纪律在前四篇里已经用过几次,形态各不相同。第一篇是泥板偏向行政记录,第三篇是希腊留下产品而没有留下作坊,第四篇是一件孤本靠一连串偶然活下来。每一次都是同一句话:现存的样本不是历史活动的随机抽样。

这里顺便要修正上一篇的一句话。说希腊没有实物,如果指的是《原本》这类经典没有保存作者时代的原稿,可以这样讲。如果理解成古希腊语世界完全没有纸草,陶片一类的数学书写实物,就过强了。

三地真正不同的是现存样本的形成机制。把泥板,竹简和后世抄本直接当成各自数学活动数量的计量器,是把保存环境误当成了历史本身。

三 术

出土的这几部算书和后来的《九章算术》有一个最醒目的共同点,是体裁。最典型的格式是三段。今有某某,问某某。答曰某某。术曰某某。前两段给的是一个具体的例子,第三段给的是一类问题的做法。

第三段是关键。术通常不是这一题的逐行验算,更接近一个可以重复执行的一般程序。它告诉你把什么量置在哪里,什么和什么相乘,以什么为法,以什么为实,什么时候除,怎么约分,怎么继续。换一组数,原则上照术还能执行。这一点是术和答案的根本差别。答案只管这一题,术管一类。

张家山那本书证明这种体裁在前186年以前就有了。里面粟求米一类的条目不是只报一个答案,而会把一般的换算规则抽出来,再让具体的数字落进这条规则里。

所以术这种东西,不是刘徽的时代才发明的书面风格。它比现存的《九章》定型要早。《九章算术》通行本共二百四十六题,分九章。

方田三十八题,处理田亩面积和分数。粟米四十六题,处理谷物和货物换算。衰分二十题,按等级和比例分配。少广二十四题,由面积或体积反求边长,包括开方。商功二十八题,土木工程和各种立体的体积。均输二十八题,赋税,运输和劳役的比例分摊。盈不足二十题,用两次假设造成的盈和亏反推未知量。方程十八题,处理成组的关系以及正负操作。勾股二十四题,直角三边关系,测量和相似问题。

这九个名字首先是技术分类,不是今天的学科目录。

把方程直接译成现代那套线性代数,把勾股直接叫作某个定理,都能帮现代读者认出数学结构,但同时会把古代的分类体系抹掉。方程首先是筹算里的一种列置结构,不是纸面上的等式。那么这些题是不是行政实务。

从章节主题看,二百四十六题里,方田,粟米,衰分,商功,均输这五章合计一百六十题,都被编在土地,商品换算,分配,工程,赋输这些明确的实务语境里。其余几章也有大量测量,交易,打井,工程的生活叙事。叙事情境高度实务化,这一点没有疑问。

但题目里说有人运粮,不等于这是一份真实的运粮档案。

不少数字显然经过精心设计,好让程序算出整齐的结果。同一套术可以配不同的故事。有些题的条件本身更像是在训练一个算法的边界情况。

所以不存在一个可靠的计数,能把这二百四十六题分成真实案例多少题,课堂练习多少题。那样的数字会是假精确。

真正证明行政计算确实存在的,是另一批材料。睡虎地《效律》里的账物核验和度量衡规范,里耶官署里那些计簿和乘法表。那些让人知道官府确实在算。《九章》告诉人的是,有一套经过编辑的程序知识可以处理相似的问题。两者之间可以建立功能上的联系,但不能自动证明某一道《九章》题就是某个县衙案件的抄本。

第一篇处理过同一个问题。那时候的答案是,古巴比伦有大量以行政语言包装,却不可能是真实事务的题目。这里的证据结构不同,而且更好:中国这一侧同时保存了墓里的算书和官署的简牍,教材式的程序和实际的账务可以并排看。这是证据结构的差别,不是实用与理论的高低。至于这本书是什么时候写成的,没有一个日子可以指出来。

现存的《九章》明显是分层累积的。书里的制度,地名,单位和术语并不全属于同一个时期。清代四库馆臣已经抓到一个著名的问题:书中出现上林一类内容,而上林苑是汉武帝时候的事情。

刘徽的序说,秦焚书之后旧术残缺,汉代的北平侯张苍和善算的耿寿昌都以善算闻名,面对旧文的残余各有删补,所以后来的篇目和古本有差异,文字里也出现了较晚的语言。四库馆臣于是反问:上林苑在武帝时,张苍在汉初,何缘预载。这一句要拆成两层。张苍和耿寿昌确实是汉代与计算和度量事务有关的技术官僚,这一层有其他史籍支持。

他们编成或者删补了今天这部《九章》,这一层主要靠三世纪的刘徽追述几百年前的事情。汉代现存的史籍里没有一条同等明确的记载。

所以能说的是:刘徽在263年前后相信或者传承了一种说法,张苍和耿寿昌曾经整理过旧的算术材料。这个传统本身是重要的史料。至于二人就是《九章》的编者,不能升格成事实。而且就算张苍参加过某一个阶段的整理,也解释不了现存文本的全部层次。

四 割之又割

刘徽这个人,能确定的东西非常少。和第三篇那位相比,情况几乎一样。作品完整,人几乎不在。

有一位叫刘徽的人,为《九章算术》作注。传统纪年把这件事放在曹魏景元四年,也就是263年。他的注和后来独立成篇的《海岛算经》,是认识他的主要依据。大致就这些。

现代通俗材料常常直接给他一个生卒年,甚至具体的籍贯和家系。那些数字远没有祖冲之四二九到五百年那种正史传记的依据。作品极重要,不意味着个人档案会自动变丰富。263年这个纪年相对可靠,因为传统目录和正史书志都记着魏景元四年刘徽注《九章》。

但这里又有一层。现传的刘注里有晋武库铜斛一类的文字,而263年还是曹魏。四库馆臣已经指出,如果他在景元四年作注,那么这部分要么说明他入晋之后又改过,要么说明后世的注释层混进了正文。

所以景元四年有刘徽注,这一句较稳。今本每一个刘注字句都写于263年,这一句不稳。他的序里最有价值的不是宏大的文明史,是作者的姿态。

这一点和前几篇的人物很不一样。阿基米德的前言在交代通信和优先权,谁死了,什么寄过了。刘徽的序在交代自己和一部旧书的关系。

他说自己从小学《九章》,长大以后反复研读。面对旧术,自己做的事情是采其所见,为之作注。序里还有一个很重要的比喻,大意是问题虽然像枝条一样分散,却有共同的根干,只要抓住一端,就能按事类相推理解其他的问题。换成白话:原书已经有术了,我要把术背后的根据揭出来,把同类的事理互相贯通。

注意他没有说原书是错的,也没有说要另写一部。他给自己安排的位置是解释者。

而解释者这个位置,恰恰是这一篇后面所有问题的来源。如果他只照术算,就没有判据问题可谈。如果他另写一部书,那就是另一件事。他做的是第三种:在原书旁边,一条一条说明原书为什么对。

这和他注里的实际写法相合。他常常不满足于照术算出答案,而要问为什么这样乘,为什么这样除,为什么割补之后量不变。最有名的一段在第一章方田的圆田术注里。

他从圆内接正六边形开始,利用半径和弦形成的直角三角形,把边数依次加倍。十二边,二十四边,四十八边,九十六边,再到一百九十二边。每加倍一次,多边形就更贴着圆,圆和多边形之间没有算进去的那一点余分就更小。他还要说明怎样估计这块尚未纳入的余面积,好让所得的圆面积不是凭目测。

最后这一步值得留意。他不是割到看不出差别就停手宣布相等,而是要对那块没算进去的余面积给出估计。在这个过程中间,他写下了这一句。割之弥细,所失弥少。割之又割,以至于不可割,则与圆合体而无所失矣。

这句话常常被单独摘出来当作一句哲学格言。它不是。它处在一个构造,误差缩小,余量估计的计算论证里,前后都有具体的活要干。

现代史家常用极限思想来描述它。这个说法可以帮助理解,但把它直接译成十九世纪那套形式化的定义,仍然是后见的重述。

第四篇里那个双重反证的办法,从头到尾不让边数变成无限,只要求存在某个有限的阶段能把余量压下去。这里的写法不同。刘徽那一句把过程说到了尽头:割到不能再割,就与圆合为一体。两种写法之间的距离有多大,是一个真问题,而且不是靠翻译能解决的。

数值方面要把两个层次分开。他的主要计算序列推到一百九十二边,取五十分之一百五十七作为便于使用的圆周率近似。传世的注里另有更精密的一个值,以及与更高边数相联系的计算。

而后面那一段正是文本史不能偷懒的地方。相关文字提到晋武库的器物,而263年还是曹魏。清代的校者据此认为刘注可能入晋之后有增补,现代研究对这一段到底是他后期的文字还是后人的层次,也有不同的处理。

所以刘徽在263年亲自算到很高的边数并写下今本全部细节,不是一件无争议的事实。

五 敢不阙疑

割圆不是他唯一一次讲道理。商功章给各种土木几何体的体积术。他面对的问题是:一个公式为什么要除以二,除以三,除以六。

他的办法不是另立一套公理,而是把立体剖分成可以互相比较的基本体。堑堵可以粗略理解成一种直三棱柱式的楔体,阳马是有矩形底面的斜削锥状体,鳖臑是四面体型的小体。

他把这些体互相剖开,配合,用已知的体积关系约束未知的体积。在证明阳马和鳖臑的比例时,剩下的小体又按同样的方式继续分割。

这里的要害和割圆有亲缘性。一个大体的差额被转成更小的,结构相似的差额。如果可以不断细分下去,余量就不能破坏所要求的体积比例。

这一组论证之所以被重视,是因为它显示他不是偶尔在圆周率那里才突然讲道理。他的注释工作有一个重复的模式:用分解,重组,同高截面,余量递减这些办法,说明原来的术为什么必然正确。

不过这里必须加一层。

刘注里反复出现朱实,青实,黄实一类的称呼,那是在指图中不同的块体。到宋以后,古图已经遗失。清代的人只能推寻注意,根据文字重新画。四库提要明确记着四个字:图既不存。

所以今天书上那些漂亮的立体图,有一部分是后世根据文字重构的,不是三世纪的原图。一个高度依赖图的论证,而图是后人补的。这一层在讨论他的论证性质时不能跳过。然后是这一篇里最重要的一段。《九章》商功给出的球体积术有问题。他没有替原书圆过去。

他构造了一个东西,叫牟合方盖,可以理解成两个互相垂直,具有圆柱式截面结构的立体的共同部分。他认识到球和这个方盖在对应的高度上截面有稳定的比例。如果能求出方盖的体积,球的问题就解决了。

但他求不出方盖的体积。

于是在注里,他没有说显然如此。传世的文字最后留下的语气大意是:方圆交错,厚薄变化,关系复杂。自己如果只凭形状勉强解释,恐怕会失正理,所以宁可把疑问留下来。敢不阙疑,以俟能言者。

这不是谦辞式的我没时间算。它的语气接近:既然还没有一个自己认为足够正当的理由,我怎么敢不把这里明确留作疑处,等待能够说明它的人。这一段的分量不在失败很浪漫,在于它给出了一个异常清楚的负面判据。负面判据的意思是:它不告诉你什么算数学,它告诉你什么不够。

这是全系列到目前为止,一个人对自己的工作说得最直接的一次。前面几篇里,阿基米德说过机械的办法不算证明,但他手上有答案。这里连答案都没有,而他把这件事写进了正文。

有答案不够。有一个看上去合理的图也不够。如果还不能给出使自己满意的正理,就应该停。

第四篇里那个人也在一个地方停过,但停法不一样。阿基米德停在:这个办法能让我找到答案,但它不算证明,所以我再证一遍。刘徽停在:我连那个办法都还没有,所以我不写。一个是找到了却不认,一个是没找到而承认。两种停法有一个共同点。都是当事人自己写下来的,而不是后人替他们判定的。

在这个系列里,这种材料非常少。第一篇没有,第二篇没有,第三篇也没有。到第四篇和第五篇,才连着出现了两次。缺口后来被别人补上了。

祖冲之的年代比刘徽清楚得多,正史给了四二九到五百年。他做历法,天文和数学,所著《缀术》后来进入官方的算学体系,但原书已经失传。关于球体积,今天主要依赖唐代李淳风等人的注疏所保存的祖氏材料。核心的一句是:幂势既同,则积不容异。幂指对应的截面面积,积指体积。意思是,两个立体如果在相同的高度上始终具有相同的截面积,那么总体积相等。

祖冲之的儿子祖暅用这种逐层截面的对比,把刘徽留下的方盖转成可以求体积的几何体,于是得到了球的正确体积关系。

祖冲之的圆周率结果有更直接的正史记载。史书说他更开密法,以极大的尺度计算圆周,给出了盈和朒的上下界,用现代小数写,两个界是3.1415926与3.1415927,相差0.0000001。还记下了两个比值:密率,圆径一百一十三,圆周三百五十五。约率,圆径七,周二十二。这组结果本身是很坚实的传世史料。

但方法不在了。史书只说更开密法,没有把逐步的计算抄下来,《缀术》又失传。

所以现代常见的那种叙述,说他沿着刘徽的割圆一直算到一万多边或者两万多边,应该标成重建假说,不是现存原文。它非常可能,但不能用结果反推出唯一的算法。结果可以确定,算法必须保留缺口。

六 三十人

刘徽的注不是终点。

唐高宗时期,李淳风等人奉诏对《九章》和其他算经作进一步的注释,形成了经文,刘注,唐疏三层。今天读《九章》,常常是在同一页上同时面对三个时代的声音。

李淳风本人的身份也值得看一眼。他的数学注释工作和天文历法,官方史书编纂以及朝廷的技术事务结合在一起,不是现代意义上的大学教授。

唐代还做了另一件事。李淳风等人奉诏整理注释的那一组经典,后来统称算经十书。《周髀算经》,《九章算术》,《海岛算经》,《孙子算经》,《张丘建算经》,《五曹算经》,《夏侯阳算经》,《五经算术》,《缉古算经》,《缀术》。这些书被纳入官方的数学教育和考试体系。

国子监设有专门的算学。传世的制度文书记算学生三十人。《九章》和《海岛》合计规定三年学习期,《孙子》《五曹》合计一年,《张丘建》《夏侯阳》一组一年,《缉古》三年,《缀术》甚至四年。

这里有一个数字陷阱要避开。算学生三十人是学校的员额,不等于明算科每年录取三十人。不同时段制度有变化,而现代论著常把学额,应试人数和取人额混为一谈。明算是唐代科举常科里的技术性科目,与进士,明经,明法,明字并列,但社会声望,仕途通道和考试规模都不相同。

并列这个词要小心。制度上确实并列,分量上不是一回事。它的职业出口主要在技术,历算和一般官僚系统的中低层,没有形成一个独立的数学教授阶层。《五曹算经》这个书名本身就还把计算和政府各部门的需要连在一起。至于这本书后来怎么活下来的,是另一条线。

北宋1084年前后有官方刊刻算经十书的工程,南宋又有重刻和传抄。南宋庆元年间,鲍澣之从杨忠辅家得到一部《九章》,传写进了秘阁。

但文本并没有稳定保存下来。到明代,《九章》完整的旧本几乎不可见。幸好《永乐大典》按类收录了大量文字。清乾隆修《四库全书》的时候,以戴震为核心的算经辑校工作从《永乐大典》等材料里重新汇集,校订这些失传的文本。现代通行本在很大程度上继承的是这一套清代的复原。

所以今天的《九章算术》不是从汉代一本手手相传下来的书。

这一点和上一篇的重写本可以放在一起看。那边是一件实物,靠一连串物理偶然活下来,而文本内容基本是十世纪那个抄手写下的样子。这边没有那样一件实物,文本却在一千多年里被不断增补,注释,刻印,拆散,又从类书里捡回来。一个是物在,一个是活着。

它是汉代的经文,三世纪的刘注,唐代的疏,宋代的刻本系统,明代类书里的残存,和清代的辑校,共同构成的一个文本对象。还有一件东西,比书更接近计算的现场,也更容易被忽略。

算筹是细长的小棒,竹木一类材料做的。北大那批秦简里就有六十一根实物。一般长度在几厘米到十几厘米之间。

计算的时候把筹放在平面上,用位置表示个位,十位,百位,常常通过横竖形态交替来防止相邻的位混淆。方程那一章特别适合在一个平面上把若干列量并置,再按程序消去。现代的矩阵写法可以精确模拟它的结果,却省掉了古人真正的手上动作。这里有一个很重要的记录缺口。书写下来的算法,不等于运算现场的完整记录。

书上写置上禾三秉的时候,真正在算的那个人可能在筹板上做几十次移动,换位和消去。做完了,书上不会把每一瞬间的筹阵画下来。古代算书有点像棋谱,是规则加上典型局面,不是每一次计算的录像。

关于正筹用红,负筹用黑,传世的注里有相关的颜色区分传统。但没有足够的实物证据可以证明汉代每一次正负运算都固定使用红黑两套筹。文字上的规定和出土器物的状态,是两类证据。

这一条看起来琐碎,但它和这一篇的主题是同一件事。写在书上的和实际发生的,中间总有一段。而后人能拿到的往往只有写在书上的那一半。

七 算不算证明

现在可以问那个问题了。刘徽的论证算不算证明。答案不是一个简单的是或否。学界至少有四种立场。

第一种可以叫扩展的证明史立场。如果证明史研究的对象是数学共同体如何给出足以保证一条算法正确的理由,那么刘徽的许多注释显然属于证明活动。这一路的研究明确反对把证明史预先写成只有希腊式的命题演绎才算证明,主张把中国,印度,两河等传统里对算法正确性的论证一并纳入。

第二种是结构等价但形式不同。这一路承认他在勾股,面积,体积等处提供了真实的论证,同时强调《九章》和刘注的文本组织,语言和推理呈现方式与《原本》的命题证明结构不同。比较的目的不是把他的句子改写成欧几里得的格式然后宣布其实一样,而是确认每一个传统各自怎样建立可信性。

第三种是文献学的保留。这一路提醒:近现代的数学家很容易把一句古代术文译成现代代数,再为这个现代代数式补上一个漂亮的证明,最后把这个现代重建倒写成古人原有的证明。这不是简单宣布中国没有证明。它的警告是:历史家的证明不能替古人的证明。

第四种是较传统的狭义标准。如果证明专指从明定的定义,公设,公理和先前命题出发,以命题形式连续演绎,那么他大部分的论证当然不属于这种文体。

但即使接受这个用法,得到的也只是不是这一种证明,得不到没有正确性论证。

所以学界真正没有共识的,不是他有没有说理由。这一点材料太明确了。没有共识的是,证明这个词应该覆盖哪些历史实践,以及用它会不会把实践之间的差别抹平。这四种立场背后,是几代人在方法上的不同选择。而对读者来说,要紧的不是谁站哪一边,是他们各自提醒了什么。

最实用的一条提醒是关于翻译的。把一句古代的术文译成现代代数,给这个式子配一个漂亮的证明,再把这个重建倒写回去,说成是古人本来就有的论证。三步走完,一个从来没有人写过的证明就出现在书上了。这不是说中国没有证明。是说后人重建出来的那个东西,不能拿去顶替古人自己写下的东西。

另一条提醒是关于比较本身的。有一种比较是列成果清单,看谁先得到什么。另一种比较问的是别的问题:在古希腊和古代中国,一个人要让别人接受自己的主张,分别得做什么,面对谁说,靠什么使它可信。后一种问法不需要先决定哪个文明更接近后来的欧洲科学。

还有一条提醒来自出土材料。张家山那部算书被读通之后,不能再把《九章》当成所有早期算法的唯一源头。该问的是计算作为一组实践和文本,究竟怎样形成,怎样传授。

至于文本本身,今天最完整的一次整理由郭书春与法国学者林力娜合作完成,把主文,刘注,唐疏,术语和图示重建放在一起处理。他们研究的中心问题之一,正是算法怎样成为一个可以被证明的对象。有一部分确实是定义问题。

如果先定义证明等于从显式的定义,公理,公设和先前命题连续演绎,那么《九章》主文当然很少证明,刘注也很少采取这种整体架构。

如果定义证明等于针对一个一般的数学主张或者算法,给出使适用的共同体能够接受其必然正确性的公开理由,那么割圆,面积割补,阳马鳖臑,开方解释都很自然地进入证明史。

但争论不止于字典。

即使大家都同意采用宽的定义,后面还要继续问:刘徽的原图是什么。不可割在他的论证里承担什么作用。递归分割是不是包含了没有明说的完备性假设。他的读者接受哪一种理由为充分。这些是实质性的历史问题,不是词典问题。而且这几个问题里,有一个已经不可能有干净的答案了:原图不在。

术语决定你把不把他放进证明这个盒子。材料分析决定盒子里究竟装了什么。

八 反过来问

现在必须反过来问一遍,而且要认真反。

这一篇的题目叫另一种判据。这个框子本身站得住吗。

第一种反对意见是:算法传统对演绎传统,这个二元结构可能就是现代史学制造出来的。这个反对很强。

刘徽显然不只给算法,也给论证。而古希腊数学并非只有公理体系,也有数值计算,算法,天文计算和实用测量。如果从几千年的材料里各挑一部最符合刻板印象的经典,就能人为造出两个纯粹的传统。

所以这一篇只能使用一个局部的说法: 《九章》和刘注这一条文本传统,高度以术为组织中心。不能把它升格成某个文明的心智就是算法。

第二种反对意见是:证明和算法的对立被夸大了。

刘徽恰好证明了这一点。他论证的对象往往就是算法。证明并不是算法之外的另一种活动,而是回答为什么这个算法对所有此类问题都成立。

第三种反对意见最要紧。数学作为一个统一的,跨文明,跨时代的对象,本身是史家的分析类别。战国秦汉的人说数,说算,说术,说九数。他们不会讨论今天意义上数学的本质是什么。

所以判据尚未确立这句话,是后人回头看时的说法,不是刘徽那个时代的人自觉地在说,什么算数学还没有定下来。如果忘掉这一点,就会把现代的学科哲学问题倒投到古人身上。

第四种反对意见针对《九章》本身。出土材料可能让以它为中心的叙事整个崩掉。

张家山,岳麓,北大的材料告诉后人,早期的计算知识可能以许多短的术,摘抄,合集,表格,官署计算和口传操作的形式存在。《九章》后来成为正典,不意味着战国秦汉所有的计算都是朝着《九章》去的。

以前很容易把它当成一座突然出现的完整建筑。现在看见的是建筑之前已经存在的大量构件,不同工法和局部房间。

这个变化是出土材料带来的,而且方向是往下走的。它没有让《九章》变得更早更伟大,它让《九章》从一个起点变成了一段过程里的某个截面。

但仍然没有施工日志。

第五种反对意见针对两个传统各自成立这句话本身:它仍然可能把中国和希腊想得太封闭。历史里的知识社群不是天然的文明盒子。比较研究的单位最好是具体的时代,文本,机构和实践,而不是预先实体化的文明性格。

所以这一篇最后能保住的命题,比两个数学传统弱,也比它硬。

战国到魏晋的中国材料显示出一套以术的编纂,执行和注释论证为核心的数学实践。它建立可信性的办法可以被单独描述。把它和古希腊某些命题演绎的实践比较是有意义的,但算法与演绎不是两个文明的永久本质,更不是同一条赛道上的名次表。最危险的比较有几种,值得记下来。

拿后来的一个传统去定义另一个传统。如果先规定数学就是《原本》式的文本,《九章》只能被描述成缺少公理。如果先规定数学就是通用算法,《原本》又会被描述成缺少可执行的计算。两边都只是把选定的尺子伪装成中性的标准。

把作品类型错当成文明类型。《九章》是算术经典,《原本》是命题化的几何汇编。比较这两本书,不等于比较两群人。忽略注释层。拿《九章》的裸主文去比《原本》的命题证明,却把刘徽的注排除在外,那已经在比较之前就决定了答案。

用现代的学科边界回填。代数,几何,证明,算法,都可以当分析词用,但必须说明它们是现代史家的翻译工具,不是当时那些人的原分类。

回到那两百多条散开的竹片。

绳烂掉之后,原有编联顺序不再直接保存,但编绳痕迹、物理位置与局部关系仍能约束复原。要把它读回来,得先决定哪一枚在前,哪一枚在后。而这个决定本身,是用现代人对那套算法应该怎么走的理解做出来的。整理者当然知道这一点,也用尽了物理证据去约束它。但那个循环没法完全消掉。

这不是说排出来的顺序不可信。物理证据的约束很强,而且不同的证据线索可以互相印证。说的是:那个顺序是一个结论,不是一份观察。读懂一本算书,需要先假定它算得通。这个循环在第一节就出现了,当时说的是竹简的排序。到这里可以看出它不止是排序的问题。

判断刘徽的注算不算证明,也要先假定他在做一件可以被称为论证的事情,然后才能问他做得够不够。而假定他在做什么,用的是后人对论证的理解。

那些人自己没有问过什么算数学。他们说数,说算,说术。问这个问题的是后来的人,而且是回过头去问的。这一点值得停一下,因为它把这个系列的位置也说清楚了。

这一篇所说的跨传统判据,是后来的比较分析;这不意味着当时的人从不讨论自己的论证标准。它是后来某一套做法占了上风之后,回头看时才显形的。而在它显形之前,各处的人只是在算他们要算的东西,并且各自有一套让自己信得过的办法。刘徽那句敢不阙疑,说的正是这套办法在他手里的下限。他没有说什么算数学,他说的是这一处我还信不过。

数还在往下算,而什么算数学,还没有算清楚过。

一 繩爛了

1983年底到1984年初,湖北江陵張家山發掘了一批漢墓。其中一座編號二四七的墓里出土了大批竹簡。

墓中的紀年材料使學者通常把墓葬定在漢高後二年,即前186年前後。這個定年是考古推斷,不宜寫成精確封墓日期,也不能僅憑末見紀年斷言抄本必定早於那一年。這批簡里有一部算書。

它原來是一本正經的書。約兩百枚竹簡,每枚長三十釐米上下,寬只有六七毫米。人在上面不是橫著寫一行,是拿毛筆沿著狹長的竹面自上而下寫一列字。一枚簡裝幾個字到幾十個字,一段術文可能跨好幾枚。寫完之後,用三道繩把竹條一枚枚編起來,再捲成一卷。繩是有機物。

兩千多年之後打開墓室的時候,三道編繩已經全爛了。原來那本書變成了兩百多條狹長的竹片,彼此散亂,局部殘斷。

於是出現了一個前幾篇都沒有出現過的問題。文本還在,順序沒有了。

現代印刷本上一句接一句,排列看起來天經地義。竹簡時代不是這樣。繩一斷,順序本身就成了一個需要證明的東西。整理者只能靠簡的長短,上下竹節的位置,編繩留下的痕跡,書手的筆跡,墨色,殘口的形狀,語句能不能接上,以及法,實,術曰這些技術詞是否連續,一枚一枚重排。排錯一枚,一個算法看上去就會變成完全不同的步驟。

這裡有一個不太舒服的地方。判斷哪一枚在前哪一枚在後,物理證據能約束一部分,剩下的要靠語義。而語義的意思是:排出來的這個順序,得讓那套算法講得通。也就是說,要把一本算書讀回來,得先假定它算得通。這句話到末尾還會再出現一次。從發掘到全文釋文正式刊出,用了十幾年。2000年發表釋文, 2001年出注釋本。

這十幾年不是一直在做同一種物理拼接。它包括清理,保護,拍照,釋讀古文字,比對書跡,反復試排,以及和別的出土材料互校。這不是古文字學家的慢性子,是材料的結構本身要求如此。有一件事幫了大忙。現代整理編號第六枚簡的背面寫著三個字,筭數書。那是這本書自己的名字。

一本書在自己的第六枚簡背面寫著自己叫什麼,這件事在竹簡時代是有實際用處的。捲起來之後,從外面看不出裡面是什麼,得有一個地方能標出來。

而對兩千年後的整理者來說,這三個字還有另一重用處。它至少確定了一件事:這些散開的竹片原本屬於同一部書,而且這部書有名字。

另外還有幾枚簡的下端寫著王,楊,以及王已讎,楊已讎。讎是校對的意思。這兩個人是抄的,是校的,還是別的什麼身份,現在還不能確定。

但至少可以看出,前186年以前,已經有一本實物算書,裡面裝著可以反復使用的計算程序,而且上面留下了有人校對過的痕跡。

前四篇的物質狀況各不相同。泥板可以抹平,但抹平之後板還在。蠟抹掉就沒了。羊皮可以刮,而刮不乾淨的墨留在纖維里,七百年後還能讀出來。竹簡是第四種。它能撐兩千年,但它會散開。四種材料,四種失效方式。抹掉的,消失的,刮不淨的,散開的。

而散開這一種有它獨有的麻煩。前三種失效之後,剩下的東西是不是原樣,一看就知道。散開之後剩下的東西全都在,只是不知道該怎麼擺。每一種都決定了後人能拿到什麼,以及要付出什麼才能讀它。

二 買來的和挖出來的

出土算書不止這一部,而它們的證據地位差別很大,這個差別必須先說清楚。

2007年年底,岳麓書院從香港購入一批秦簡,編號約兩千一百枚,其中一千三百枚左右較完整。2008年又接受一位收藏家捐贈的七十六枚。裡面有一部《數》,兩百多枚, 2011年正式公佈。

2010年初,北京大學接受捐贈,從海外購回一批秦簡。清理之後有竹簡七百六十二枚,其中約三百枚雙面書寫,另有木簡,木牘,竹牘,一件木觚,一枚骰子,以及六十一根實物算籌。清華大學2008年入藏的戰國簡里,有二十一枚可以復原出一張相當複雜的十進乘法表。這三批都不是發掘品。它們是從古董市場買回來的。這裡要分清兩件事。器物的真偽,和器物的出處,是兩個問題。

通過竹材,墨跡,古文字,書體,內容內證和必要的檢測,可以對一批簡的年代和真實性作出判斷。這一層做得到。

但盜掘和市場這條鍊子,會把墓號,層位,共出物,簡原來的空間關係和入土環境一起打斷。這一層補不回來。文本學補不了考古學。

所以對這幾批材料,合理的做法是雙重評級。竹簡和文本本身可以認真研究。凡是依賴原始出土地點,墓主身份,墓中組合而作的社會史推論,一律降一檔。

北大那批有一點特殊。運回來揭剝的時候,相當一部分還保持著卷的狀態,大約十卷竹冊,不是全都散成了單簡。這給研究簡冊怎麼卷束,同一卷正反面怎麼連續書寫,不同文本怎樣共用一卷,提供了很難得的信息。這批東西里還有一件不是文本。六十一根算籌,和算書一起保存下來。

第一篇裡的書吏用泥板,第二篇裡的希臘人用蠟板和塵板,那些工作面都沒有留下來。這裡留下了工具。

但這仍然是室內觀察,不是考古現場記錄。與此相對,有幾批材料是實打實挖出來的。

1975年雲夢睡虎地十一號墓,出土一千一百五十五枚簡及殘片。墓主叫喜,有明確的官吏經歷,而且經歷記在他自己的隨葬簡上。有一卷編年記,一邊記秦國打了哪些仗,一邊夾著他自己的事:昭王四十五年,也就是前262年,十二月甲午那天雞叫的時候,喜出生。秦王政元年,也就是前246年,他十七歲,簡上寫著喜傅,他的名字登上了服役的名籍。秦王政三年他當上了史,後來做安陸令史,鄢令史,在鄢審理案件,其間三次從軍。他替官府記賬辦案以前,名字先上了官府的冊子。裡面的《效律》直接涉及縣和都官對財物的核驗,度量衡的誤差處理,而且罰到管事的人頭上:稱一石的衡器不准,差到十六兩以上,管事的官嗇夫罰一副甲,差八兩到十六兩,罰一面盾,量糧的桶和鬥不准,也各有各的罰。它本身不是算書,但它證明賬物核驗和標準化不是算書作者虛構出來的背景。

2002年湖南龍山裡耶,從一口古井裡發掘出數萬枚秦代簡牘,主體是遷陵縣官署的行政檔案。裡面有九九術一類的乘法材料,也有大量實際的計簿。里耶的價值不在於又得到一部完整的算經。在於計算材料直接嵌在官署檔案的現場里。一邊是墓里的教材,一邊是井裡的賬。兩頭都在。

這個組合在前幾篇裡沒有出現過。第一篇的兩河有大量行政泥板,也有學校練習板,但那兩類東西的關係要靠推斷。這裡可以看到一部隨葬的算書,和一個縣衙實際的計簿,分別在兩個地方,各自都有出土層位。關於這些東西為什麼能留下來,也需要說一句。

竹和木是有機材料,在正常的溫濕通氧環境里極易腐敗。今天大量戰國秦漢竹簡集中出現在江漢地區密閉,積水,缺氧的墓葬和井穴,或者西北極乾燥地區的木簡遺址。

這是很強的保存偏差。張家山是墓葬,里耶是廢棄的古井,兩種環境都不是古人日常用字場景的隨機樣本。北方普通土墓,地表建築,日常作坊,反復翻閱之後廢棄的竹冊,很可能幾乎不留痕跡。

所以中國有竹簡,推不出中國當年某類書特別多。只能推出:某些南方濕墓,井穴和極乾燥地區,有機會保存有機書寫材料。

這條紀律在前四篇裡已經用過幾次,形態各不相同。第一篇是泥板偏向行政記錄,第三篇是希臘留下產品而沒有留下作坊,第四篇是一件孤本靠一連串偶然活下來。每一次都是同一句話:現存的樣本不是歷史活動的隨機抽樣。

這裡順便要修正上一篇的一句話。說希臘沒有實物,如果指的是《原本》這類經典沒有保存作者時代的原稿,可以這樣講。如果理解成古希臘語世界完全沒有紙草,陶片一類的數學書寫實物,就過強了。

三地真正不同的是現存樣本的形成機制。把泥板,竹簡和後世抄本直接當成各自數學活動數量的計量器,是把保存環境誤當成了歷史本身。

三 術

出土的這幾部算書和後來的《九章算術》有一個最醒目的共同點,是體裁。最典型的格式是三段。今有某某,問某某。答曰某某。術曰某某。前兩段給的是一個具體的例子,第三段給的是一類問題的做法。

第三段是關鍵。術通常不是這一題的逐行驗算,更接近一個可以重復執行的一般程序。它告訴你把什麼量置在哪裡,什麼和什麼相乘,以什麼為法,以什麼為實,什麼時候除,怎麼約分,怎麼繼續。換一組數,原則上照術還能執行。這一點是術和答案的根本差別。答案只管這一題,術管一類。

張家山那本書證明這種體裁在前186年以前就有了。裡面粟求米一類的條目不是只報一個答案,而會把一般的換算規則抽出來,再讓具體的數字落進這條規則裡。

所以術這種東西,不是劉徽的時代才發明的書面風格。它比現存的《九章》定型要早。《九章算術》通行本共二百四十六題,分九章。

方田三十八題,處理田畝面積和分數。粟米四十六題,處理穀物和貨物換算。衰分二十題,按等級和比例分配。少廣二十四題,由面積或體積反求邊長,包括開方。商功二十八題,土木工程和各種立體的體積。均輸二十八題,賦稅,運輸和勞役的比例分攤。盈不足二十題,用兩次假設造成的盈和虧反推未知量。方程十八題,處理成組的關係以及正負操作。勾股二十四題,直角三邊關係,測量和相似問題。

這九個名字首先是技術分類,不是今天的學科目錄。

把方程直接譯成現代那套線性代數,把勾股直接叫作某個定理,都能幫現代讀者認出數學結構,但同時會把古代的分類體系抹掉。方程首先是籌算里的一種列置結構,不是紙面上的等式。那麼這些題是不是行政實務。

從章節主題看,二百四十六題里,方田,粟米,衰分,商功,均輸這五章合計一百六十題,都被編在土地,商品換算,分配,工程,賦輸這些明確的實務語境里。其餘幾章也有大量測量,交易,打井,工程的生活敘事。敘事情境高度實務化,這一點沒有疑問。

但題目裡說有人運糧,不等於這是一份真實的運糧檔案。

不少數字顯然經過精心設計,好讓程序算出整齊的結果。同一套術可以配不同的故事。有些題的條件本身更像是在訓練一個算法的邊界情況。

所以不存在一個可靠的計數,能把這二百四十六題分成真實案例多少題,課堂練習多少題。那樣的數字會是假精確。

真正證明行政計算確實存在的,是另一批材料。睡虎地《效律》里的賬物核驗和度量衡規範,里耶官署里那些計簿和乘法表。那些讓人知道官府確實在算。《九章》告訴人的是,有一套經過編輯的程序知識可以處理相似的問題。兩者之間可以建立功能上的聯繫,但不能自動證明某一道《九章》題就是某個縣衙案件的抄本。

第一篇處理過同一個問題。那時候的答案是,古巴比倫有大量以行政語言包裝,卻不可能是真實事務的題目。這裡的證據結構不同,而且更好:中國這一側同時保存了墓里的算書和官署的簡牘,教材式的程序和實際的賬務可以並排看。這是證據結構的差別,不是實用與理論的高低。至於這本書是什麼時候寫成的,沒有一個日子可以指出來。

現存的《九章》明顯是分層累積的。書裡的制度,地名,單位和術語並不全屬於同一個時期。清代四庫館臣已經抓到一個著名的問題:書中出現上林一類內容,而上林苑是漢武帝時候的事情。

劉徽的序說,秦焚書之後舊術殘缺,漢代的北平侯張蒼和善算的耿壽昌都以善算聞名,面對舊文的殘餘各有刪補,所以後來的篇目和古本有差異,文字裡也出現了較晚的語言。四庫館臣於是反問:上林苑在武帝時,張蒼在漢初,何緣預載。這一句要拆成兩層。張蒼和耿壽昌確實是漢代與計算和度量事務有關的技術官僚,這一層有其他史籍支持。

他們編成或者刪補了今天這部《九章》,這一層主要靠三世紀的劉徽追述幾百年前的事情。漢代現存的史籍里沒有一條同等明確的記載。

所以能說的是:劉徽在263年前後相信或者傳承了一種說法,張蒼和耿壽昌曾經整理過舊的算術材料。這個傳統本身是重要的史料。至於二人就是《九章》的編者,不能升格成事實。而且就算張蒼參加過某一個階段的整理,也解釋不了現存文本的全部層次。

四 割之又割

劉徽這個人,能確定的東西非常少。和第三篇那位相比,情況幾乎一樣。作品完整,人幾乎不在。

有一位叫劉徽的人,為《九章算術》作注。傳統紀年把這件事放在曹魏景元四年,也就是263年。他的注和後來獨立成篇的《海島算經》,是認識他的主要依據。大致就這些。

現代通俗材料常常直接給他一個生卒年,甚至具體的籍貫和家系。那些數字遠沒有祖衝之四二九到五百年那種正史傳記的依據。作品極重要,不意味著個人檔案會自動變豐富。263年這個紀年相對可靠,因為傳統目錄和正史書志都記著魏景元四年劉徽注《九章》。

但這裡又有一層。現傳的劉注里有晉武庫銅斛一類的文字,而263年還是曹魏。四庫館臣已經指出,如果他在景元四年作注,那麼這部分要麼說明他入晉之後又改過,要麼說明後世的注釋層混進了正文。

所以景元四年有劉徽注,這一句較穩。今本每一個劉注字句都寫於263年,這一句不穩。他的序裡最有價值的不是宏大的文明史,是作者的姿態。

這一點和前幾篇的人物很不一樣。阿基米德的前言在交代通信和優先權,誰死了,什麼寄過了。劉徽的序在交代自己和一部舊書的關係。

他說自己從小學《九章》,長大以後反復研讀。面對舊術,自己做的事情是採其所見,為之作注。序裡還有一個很重要的比喻,大意是問題雖然像枝條一樣分散,卻有共同的根乾,只要抓住一端,就能按事類相推理解其他的問題。換成白話:原書已經有術了,我要把術背後的根據揭出來,把同類的事理互相貫通。

注意他沒有說原書是錯的,也沒有說要另寫一部。他給自己安排的位置是解釋者。

而解釋者這個位置,恰恰是這一篇後面所有問題的來源。如果他只照術算,就沒有判據問題可談。如果他另寫一部書,那就是另一件事。他做的是第三種:在原書旁邊,一條一條說明原書為什麼對。

這和他注里的實際寫法相合。他常常不滿足於照術算出答案,而要問為什麼這樣乘,為什麼這樣除,為什麼割補之後量不變。最有名的一段在第一章方田的圓田術注里。

他從圓內接正六邊形開始,利用半徑和弦形成的直角三角形,把邊數依次加倍。十二邊,二十四邊,四十八邊,九十六邊,再到一百九十二邊。每加倍一次,多邊形就更貼著圓,圓和多邊形之間沒有算進去的那一點余分就更小。他還要說明怎樣估計這塊尚未納入的余面積,好讓所得的圓面積不是憑目測。

最後這一步值得留意。他不是割到看不出差別就停手宣佈相等,而是要對那塊沒算進去的余面積給出估計。在這個過程中間,他寫下了這一句。割之彌細,所失彌少。割之又割,以至於不可割,則與圓合體而無所失矣。

這句話常常被單獨摘出來當作一句哲學格言。它不是。它處在一個構造,誤差縮小,餘量估計的計算論證里,前後都有具體的活要乾。

現代史家常用極限思想來描述它。這個說法可以幫助理解,但把它直接譯成十九世紀那套形式化的定義,仍然是後見的重述。

第四篇裡那個雙重反證的辦法,從頭到尾不讓邊數變成無限,只要求存在某個有限的階段能把餘量壓下去。這裡的寫法不同。劉徽那一句把過程說到了盡頭:割到不能再割,就與圓合為一體。兩種寫法之間的距離有多大,是一個真問題,而且不是靠翻譯能解決的。

數值方面要把兩個層次分開。他的主要計算序列推到一百九十二邊,取五十分之一百五十七作為便於使用的圓周率近似。傳世的注里另有更精密的一個值,以及與更高邊數相聯繫的計算。

而後面那一段正是文本史不能偷懶的地方。相關文字提到晉武庫的器物,而263年還是曹魏。清代的校者據此認為劉注可能入晉之後有增補,現代研究對這一段到底是他後期的文字還是後人的層次,也有不同的處理。

所以劉徽在263年親自算到很高的邊數並寫下今本全部細節,不是一件無爭議的事實。

五 敢不闕疑

割圓不是他唯一一次講道理。商功章給各種土木幾何體的體積術。他面對的問題是:一個公式為什麼要除以二,除以三,除以六。

他的辦法不是另立一套公理,而是把立體剖分成可以互相比較的基本體。塹堵可以粗略理解成一種直三稜柱式的楔體,陽馬是有矩形底面的斜削錐狀體,鱉臑是四面體型的小體。

他把這些體互相剖開,配合,用已知的體積關係約束未知的體積。在證明陽馬和鱉臑的比例時,剩下的小體又按同樣的方式繼續分割。

這裡的要害和割圓有親緣性。一個大體的差額被轉成更小的,結構相似的差額。如果可以不斷細分下去,餘量就不能破壞所要求的體積比例。

這一組論證之所以被重視,是因為它顯示他不是偶爾在圓周率那裡才突然講道理。他的注釋工作有一個重復的模式:用分解,重組,同高截面,餘量遞減這些辦法,說明原來的術為什麼必然正確。

不過這裡必須加一層。

劉注里反復出現朱實,青實,黃實一類的稱呼,那是在指圖中不同的塊體。到宋以後,古圖已經遺失。清代的人只能推尋注意,根據文字重新畫。四庫提要明確記著四個字:圖既不存。

所以今天書上那些漂亮的立體圖,有一部分是後世根據文字重構的,不是三世紀的原圖。一個高度依賴圖的論證,而圖是後人補的。這一層在討論他的論證性質時不能跳過。然後是這一篇裡最重要的一段。《九章》商功給出的球體積術有問題。他沒有替原書圓過去。

他構造了一個東西,叫牟合方蓋,可以理解成兩個互相垂直,具有圓柱式截面結構的立體的共同部分。他認識到球和這個方蓋在對應的高度上截面有穩定的比例。如果能求出方蓋的體積,球的問題就解決了。

但他求不出方蓋的體積。

於是在注里,他沒有說顯然如此。傳世的文字最後留下的語氣大意是:方圓交錯,厚薄變化,關係複雜。自己如果只憑形狀勉強解釋,恐怕會失正理,所以寧可把疑問留下來。敢不闕疑,以俟能言者。

這不是謙辭式的我沒時間算。它的語氣接近:既然還沒有一個自己認為足夠正當的理由,我怎麼敢不把這裡明確留作疑處,等待能夠說明它的人。這一段的分量不在失敗很浪漫,在於它給出了一個異常清楚的負面判據。負面判據的意思是:它不告訴你什麼算數學,它告訴你什麼不夠。

這是全系列到目前為止,一個人對自己的工作說得最直接的一次。前面幾篇裡,阿基米德說過機械的辦法不算證明,但他手上有答案。這裡連答案都沒有,而他把這件事寫進了正文。

有答案不夠。有一個看上去合理的圖也不夠。如果還不能給出使自己滿意的正理,就應該停。

第四篇裡那個人也在一個地方停過,但停法不一樣。阿基米德停在:這個辦法能讓我找到答案,但它不算證明,所以我再證一遍。劉徽停在:我連那個辦法都還沒有,所以我不寫。一個是找到了卻不認,一個是沒找到而承認。兩種停法有一個共同點。都是當事人自己寫下來的,而不是後人替他們判定的。

在這個系列裡,這種材料非常少。第一篇沒有,第二篇沒有,第三篇也沒有。到第四篇和第五篇,才連著出現了兩次。缺口後來被別人補上了。

祖衝之的年代比劉徽清楚得多,正史給了四二九到五百年。他做曆法,天文和數學,所著《綴術》後來進入官方的算學體系,但原書已經失傳。關於球體積,今天主要依賴唐代李淳風等人的註疏所保存的祖氏材料。核心的一句是:冪勢既同,則積不容異。冪指對應的截面面積,積指體積。意思是,兩個立體如果在相同的高度上始終具有相同的截面積,那麼總體積相等。

祖衝之的兒子祖暅用這種逐層截面的對比,把劉徽留下的方蓋轉成可以求體積的幾何體,於是得到了球的正確體積關係。

祖衝之的圓周率結果有更直接的正史記載。史書說他更開密法,以極大的尺度計算圓周,給出了盈和朒的上下界,用現代小數寫,兩個界是3.1415926與3.1415927,相差0.0000001。還記下了兩個比值:密率,圓徑一百一十三,圓週三百五十五。約率,圓徑七,週二十二。這組結果本身是很堅實的傳世史料。

但方法不在了。史書只說更開密法,沒有把逐步的計算抄下來,《綴術》又失傳。

所以現代常見的那種敘述,說他沿著劉徽的割圓一直算到一萬多邊或者兩萬多邊,應該標成重建假說,不是現存原文。它非常可能,但不能用結果反推出唯一的算法。結果可以確定,算法必須保留缺口。

六 三十人

劉徽的注不是終點。

唐高宗時期,李淳風等人奉詔對《九章》和其他算經作進一步的注釋,形成了經文,劉注,唐疏三層。今天讀《九章》,常常是在同一頁上同時面對三個時代的聲音。

李淳風本人的身份也值得看一眼。他的數學注釋工作和天文曆法,官方史書編纂以及朝廷的技術事務結合在一起,不是現代意義上的大學教授。

唐代還做了另一件事。李淳風等人奉詔整理注釋的那一組經典,後來統稱算經十書。《周髀算經》,《九章算術》,《海島算經》,《孫子算經》,《張丘建算經》,《五曹算經》,《夏侯陽算經》,《五經算術》,《緝古算經》,《綴術》。這些書被納入官方的數學教育和考試體系。

國子監設有專門的算學。傳世的制度文書記算學生三十人。《九章》和《海島》合計規定三年學習期,《孫子》《五曹》合計一年,《張丘建》《夏侯陽》一組一年,《緝古》三年,《綴術》甚至四年。

這裡有一個數字陷阱要避開。算學生三十人是學校的員額,不等於明算科每年錄取三十人。不同時段制度有變化,而現代論著常把學額,應試人數和取人額混為一談。明算是唐代科舉常科里的技術性科目,與進士,明經,明法,明字並列,但社會聲望,仕途通道和考試規模都不相同。

並列這個詞要小心。制度上確實並列,分量上不是一回事。它的職業出口主要在技術,歷算和一般官僚系統的中低層,沒有形成一個獨立的數學教授階層。《五曹算經》這個書名本身就還把計算和政府各部門的需要連在一起。至於這本書後來怎麼活下來的,是另一條線。

北宋1084年前後有官方刊刻算經十書的工程,南宋又有重刻和傳抄。南宋慶元年間,鮑澣之從楊忠輔家得到一部《九章》,傳寫進了秘閣。

但文本並沒有穩定保存下來。到明代,《九章》完整的舊本幾乎不可見。幸好《永樂大典》按類收錄了大量文字。清乾隆修《四庫全書》的時候,以戴震為核心的算經輯校工作從《永樂大典》等材料裡重新匯集,校訂這些失傳的文本。現代通行本在很大程度上繼承的是這一套清代的復原。

所以今天的《九章算術》不是從漢代一本手手相傳下來的書。

這一點和上一篇的重寫本可以放在一起看。那邊是一件實物,靠一連串物理偶然活下來,而文本內容基本是十世紀那個抄手寫下的樣子。這邊沒有那樣一件實物,文本卻在一千多年裡被不斷增補,注釋,刻印,拆散,又從類書裡撿回來。一個是物在,一個是活著。

它是漢代的經文,三世紀的劉注,唐代的疏,宋代的刻本系統,明代類書裡的殘存,和清代的輯校,共同構成的一個文本對象。還有一件東西,比書更接近計算的現場,也更容易被忽略。

算籌是細長的小棒,竹木一類材料做的。北大那批秦簡里就有六十一根實物。一般長度在幾釐米到十幾釐米之間。

計算的時候把籌放在平面上,用位置表示個位,十位,百位,常常通過橫竪形態交替來防止相鄰的位混淆。方程那一章特別適合在一個平面上把若干列量並置,再按程序消去。現代的矩陣寫法可以精確模擬它的結果,卻省掉了古人真正的手上動作。這裡有一個很重要的記錄缺口。書寫下來的算法,不等於運算現場的完整記錄。

書上寫置上禾三秉的時候,真正在算的那個人可能在籌板上做幾十次移動,換位和消去。做完了,書上不會把每一瞬間的籌陣畫下來。古代算書有點像棋譜,是規則加上典型局面,不是每一次計算的錄像。

關於正籌用紅,負籌用黑,傳世的注里有相關的顏色區分傳統。但沒有足夠的實物證據可以證明漢代每一次正負運算都固定使用紅黑兩套籌。文字上的規定和出土器物的狀態,是兩類證據。

這一條看起來瑣碎,但它和這一篇的主題是同一件事。寫在書上的和實際發生的,中間總有一段。而後人能拿到的往往只有寫在書上的那一半。

七 算不算證明

現在可以問那個問題了。劉徽的論證算不算證明。答案不是一個簡單的是或否。學界至少有四種立場。

第一種可以叫擴展的證明史立場。如果證明史研究的對象是數學共同體如何給出足以保證一條算法正確的理由,那麼劉徽的許多注釋顯然屬於證明活動。這一路的研究明確反對把證明史預先寫成只有希臘式的命題演繹才算證明,主張把中國,印度,兩河等傳統里對算法正確性的論證一並納入。

第二種是結構等價但形式不同。這一路承認他在勾股,面積,體積等處提供了真實的論證,同時強調《九章》和劉注的文本組織,語言和推理呈現方式與《原本》的命題證明結構不同。比較的目的不是把他的句子改寫成歐幾里得的格式然後宣佈其實一樣,而是確認每一個傳統各自怎樣建立可信性。

第三種是文獻學的保留。這一路提醒:近現代的數學家很容易把一句古代術文譯成現代代數,再為這個現代代數式補上一個漂亮的證明,最後把這個現代重建倒寫成古人原有的證明。這不是簡單宣佈中國沒有證明。它的警告是:歷史家的證明不能替古人的證明。

第四種是較傳統的狹義標準。如果證明專指從明定的定義,公設,公理和先前命題出發,以命題形式連續演繹,那麼他大部分的論證當然不屬於這種文體。

但即使接受這個用法,得到的也只是不是這一種證明,得不到沒有正確性論證。

所以學界真正沒有共識的,不是他有沒有說理由。這一點材料太明確了。沒有共識的是,證明這個詞應該覆蓋哪些歷史實踐,以及用它會不會把實踐之間的差別抹平。這四種立場背後,是幾代人在方法上的不同選擇。而對讀者來說,要緊的不是誰站哪一邊,是他們各自提醒了什麼。

最實用的一條提醒是關於翻譯的。把一句古代的術文譯成現代代數,給這個式子配一個漂亮的證明,再把這個重建倒寫回去,說成是古人本來就有的論證。三步走完,一個從來沒有人寫過的證明就出現在書上了。這不是說中國沒有證明。是說後人重建出來的那個東西,不能拿去頂替古人自己寫下的東西。

另一條提醒是關於比較本身的。有一種比較是列成果清單,看誰先得到什麼。另一種比較問的是別的問題:在古希臘和古代中國,一個人要讓別人接受自己的主張,分別得做什麼,面對誰說,靠什麼使它可信。後一種問法不需要先決定哪個文明更接近後來的歐洲科學。

還有一條提醒來自出土材料。張家山那部算書被讀通之後,不能再把《九章》當成所有早期算法的唯一源頭。該問的是計算作為一組實踐和文本,究竟怎樣形成,怎樣傳授。

至於文本本身,今天最完整的一次整理由郭書春與法國學者林力娜合作完成,把主文,劉注,唐疏,術語和圖示重建放在一起處理。他們研究的中心問題之一,正是算法怎樣成為一個可以被證明的對象。有一部分確實是定義問題。

如果先定義證明等於從顯式的定義,公理,公設和先前命題連續演繹,那麼《九章》主文當然很少證明,劉注也很少採取這種整體架構。

如果定義證明等於針對一個一般的數學主張或者算法,給出使適用的共同體能夠接受其必然正確性的公開理由,那麼割圓,面積割補,陽馬鱉臑,開方解釋都很自然地進入證明史。

但爭論不止於字典。

即使大家都同意採用寬的定義,後面還要繼續問:劉徽的原圖是什麼。不可割在他的論證里承擔什麼作用。遞歸分割是不是包含了沒有明說的完備性假設。他的讀者接受哪一種理由為充分。這些是實質性的歷史問題,不是詞典問題。而且這幾個問題裡,有一個已經不可能有乾淨的答案了:原圖不在。

術語決定你把不把他放進證明這個盒子。材料分析決定盒子裡究竟裝了什麼。

八 反過來問

現在必須反過來問一遍,而且要認真反。

這一篇的題目叫另一種判據。這個框子本身站得住嗎。

第一種反對意見是:算法傳統對演繹傳統,這個二元結構可能就是現代史學製造出來的。這個反對很強。

劉徽顯然不只給算法,也給論證。而古希臘數學並非只有公理體系,也有數值計算,算法,天文計算和實用測量。如果從幾千年的材料裡各挑一部最符合刻板印象的經典,就能人為造出兩個純粹的傳統。

所以這一篇只能使用一個局部的說法: 《九章》和劉注這一條文本傳統,高度以術為組織中心。不能把它升格成某個文明的心智就是算法。

第二種反對意見是:證明和算法的對立被誇大了。

劉徽恰好證明了這一點。他論證的對象往往就是算法。證明並不是算法之外的另一種活動,而是回答為什麼這個算法對所有此類問題都成立。

第三種反對意見最要緊。數學作為一個統一的,跨文明,跨時代的對象,本身是史家的分析類別。戰國秦漢的人說數,說算,說術,說九數。他們不會討論今天意義上數學的本質是什麼。

所以判據尚未確立這句話,是後人回頭看時的說法,不是劉徽那個時代的人自覺地在說,什麼算數學還沒有定下來。如果忘掉這一點,就會把現代的學科哲學問題倒投到古人身上。

第四種反對意見針對《九章》本身。出土材料可能讓以它為中心的敘事整個崩掉。

張家山,岳麓,北大的材料告訴後人,早期的計算知識可能以許多短的術,摘抄,合集,表格,官署計算和口傳操作的形式存在。《九章》後來成為正典,不意味著戰國秦漢所有的計算都是朝著《九章》去的。

以前很容易把它當成一座突然出現的完整建築。現在看見的是建築之前已經存在的大量構件,不同工法和局部房間。

這個變化是出土材料帶來的,而且方向是往下走的。它沒有讓《九章》變得更早更偉大,它讓《九章》從一個起點變成了一段過程裡的某個截面。

但仍然沒有施工日誌。

第五種反對意見針對兩個傳統各自成立這句話本身:它仍然可能把中國和希臘想得太封閉。歷史裡的知識社群不是天然的文明盒子。比較研究的單位最好是具體的時代,文本,機構和實踐,而不是預先實體化的文明性格。

所以這一篇最後能保住的命題,比兩個數學傳統弱,也比它硬。

戰國到魏晉的中國材料顯示出一套以術的編纂,執行和注釋論證為核心的數學實踐。它建立可信性的辦法可以被單獨描述。把它和古希臘某些命題演繹的實踐比較是有意義的,但算法與演繹不是兩個文明的永久本質,更不是同一條賽道上的名次表。最危險的比較有幾種,值得記下來。

拿後來的一個傳統去定義另一個傳統。如果先規定數學就是《原本》式的文本,《九章》只能被描述成缺少公理。如果先規定數學就是通用算法,《原本》又會被描述成缺少可執行的計算。兩邊都只是把選定的尺子偽裝成中性的標準。

把作品類型錯當成文明類型。《九章》是算術經典,《原本》是命題化的幾何匯編。比較這兩本書,不等於比較兩群人。忽略注釋層。拿《九章》的裸主文去比《原本》的命題證明,卻把劉徽的注排除在外,那已經在比較之前就決定了答案。

用現代的學科邊界回填。代數,幾何,證明,算法,都可以當分析詞用,但必須說明它們是現代史家的翻譯工具,不是當時那些人的原分類。

回到那兩百多條散開的竹片。

繩爛掉之後,原有編聯順序不再直接保存,但編繩痕跡、物理位置與局部關係仍能約束復原。要把它讀回來,得先決定哪一枚在前,哪一枚在後。而這個決定本身,是用現代人對那套算法應該怎麼走的理解做出來的。整理者當然知道這一點,也用盡了物理證據去約束它。但那個循環沒法完全消掉。

這不是說排出來的順序不可信。物理證據的約束很強,而且不同的證據線索可以互相印證。說的是:那個順序是一個結論,不是一份觀察。讀懂一本算書,需要先假定它算得通。這個循環在第一節就出現了,當時說的是竹簡的排序。到這裡可以看出它不止是排序的問題。

判斷劉徽的注算不算證明,也要先假定他在做一件可以被稱為論證的事情,然後才能問他做得夠不夠。而假定他在做什麼,用的是後人對論證的理解。

那些人自己沒有問過什麼算數學。他們說數,說算,說術。問這個問題的是後來的人,而且是回過頭去問的。這一點值得停一下,因為它把這個系列的位置也說清楚了。

這一篇所說的跨傳統判據,是後來的比較分析;這不意味著當時的人從不討論自己的論證標準。它是後來某一套做法佔了上風之後,回頭看時才顯形的。而在它顯形之前,各處的人只是在算他們要算的東西,並且各自有一套讓自己信得過的辦法。劉徽那句敢不闕疑,說的正是這套辦法在他手裡的下限。他沒有說什麼算數學,他說的是這一處我還信不過。

數還在往下算,而什麼算數學,還沒有算清楚過。

Sources and further reading史料与延伸阅读史料與延伸閱讀

Selected references for historical details and interpretive disputes. Museum records, ancient literary accounts and modern reconstructions do not carry the same kind of evidence.

以下资料对应文中的历史细节与解释分歧。馆藏记录、古代文学与现代重建,不是同一种证据。

以下資料對應文中的歷史細節與解釋分歧。館藏記錄、古代文學與現代重建,不是同一種證據。