中外科学家发明家丛书:朱载堉-第3章
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个使平均律数学上公式化的荣誉确实应归之中国。”
朱载堉在创立十二平均律理论的同时，又发现了以管定律与以弦定律的
差异，提出了“异径管律”论。这个理论实际上是一种管口校正方法。他在
《律吕精义》一书中指出，各音律以半音进入较高的次一音律时，管不仅要
缩短长度，同时要缩小围径，在规定各律管长度的同时，也必须规定律管内
径的大小。由于管与弦的振动发音方式不同，管的发音体是气柱，必须要测
定出气柱实际振动尺度与管的尺度之间的差数，也就是“管口校正”数，这
样才能正确地制造出所需要的律管。朱载堉在“异径管律”理论中，将他的
密率理论系统地应用在律管的管口校正上，成功地制造出了符合其理论的律
管。比利时声学家马容于1890年发表了一篇报告，他说依照朱载堉提出的律
管长度和内径数据，在黄钟的倍律（低八度）、正律和半律（高八度）上加
以实验，认为三律在八度关系上都符合要求，完全准确。
三、对乐器的研究
朱载堉以创建十二平均律和提出管口校正法而闻名，但他不仅是一个科
学家和音乐理论家，也是一位音乐实践家。其中最突出的，是他在乐器制造
方面获得重大成就。
朱载堉为了验证他的密率理论，特制了一架律准，即一个建立在十二平
均律基础上的弦定律器。在朱载堉之前，已有不少律学家制作了不同的律准
来研究律学，但以往的律准都是以三分损益律为基础的。朱载堉对它们作了
分析研究后，制造了一种新的定律器，它不仅在器具的表面刻有十二平均律
的数据，同时也刻上了三分损益律的刻度以资对照，将这种律学实验器推向
了一个新高度。更重要的是，这架律准既是调律器，也是世界上第一件建立
在十二平均律的理论基础上的弦乐器，它可以发音，不仅解决了数据的精确
度，也可当作乐器使用。遗憾是，这件宝贵的律准的命运同它的理论基础密
率和朱载堉的《乐律全书》一起，被束之高阁，没有在实践中得到应用。
为验证“异径管律”理论，朱载堉制作了36支律管。由于强调音律的精
确性和律管制作的精密度，他对律管的材料——竹管的选择作了十分详尽的
描述，如“大竹不堪用，惟用小竹长节者耳。”“甜竹最佳”，“新采湿竹，
使干极乃造，湿造则不佳”，等等。律管造出后，在实验时，有一个不可忽
视的条件：吹气要适当。朱载堉说：“吹时不可性急，急乃焦声，非自然声
也”。“吹律人勿用老弱者，气与少壮同，必不相协。然非律不协也。”在
这里，指出了吹气强弱对发音影响。它与现代科学知识是相符合的：当急吹
时，吹口处压强过大，管的另一端逸出的气流形成了涡流，而老弱者吹气不
足，吹口处空气压强过小，管的另一端甚至无气流逸出。这两种情况都对管
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的正常发音有影响。
朱载堉不仅用竹制作律管，还制造了铜质的金属律管，为了保证制造过
程中的准确性，他写了一份类似现代工艺流程的报告，其中对沙模、焙干、
浇铸、钻孔、抛光和截断等有关技术问题一一作了解释和交代。在当时技术
条件的限制下，朱载堉能做到这样严谨，是非常了不起的。
朱载堉还致力于古乐器的考辨，做了不少去伪存真的工作。他揭示了古
管乐器篪的开孔方法，并详细记录下它的形状、规范。中国古代的编钟在先
秦时期已经完备。其独特的形状和结构，使一钟能发出两个基音，悬挂方式
也便于敲击。但是，从宋代起，竟不知编钟如何造法，应取何种形状。朱载
堉曾对历代的青铜钟做过大量研究，再次证明“古钟扁而不圆”，“甬于架
上侧垂之，以便于击。”他还指出了钟的调音方法：“钟声清则去其厚，浊
则去其长。”这个调音方法也是符合板振动基本原理的。磬是一种石制乐器，
它的历史要比金属制的钟久远得多。但古磬的形状和规范从宋代起也失传
了，朱载堉在考察古磬和宋代特磬中，提出一组磬乐器不仅要别以厚薄，而
且要“别以大小不等”之说，他认为“宋制非也”。他的看法是符合中国早
期的编钟实际的。
在乐器制造上朱载堉作出的最重要成就之一是处理笙的调律。据现代学
者研究，朱载堉曾在笙点校上进行密率的实验。朱载堉所造的笙虽然由于演
奏不便，而且他极力推崇雅乐音乐，因而没有得到流传；但他的调律方法几
乎与我们现代的钢琴调律方法相一致。他的这些贡献，都是应该大书特书的。
朱载堉在乐器学上的另一贡献是提出合理的乐器分类问题。传统的“八
音”分类以制作乐器的材料为依据。朱载堉认识到了这种分类法有归属不清
和不当之弊，而且不能明确表明乐器的发音特点和性能。他将传统的“八音”
为分三类，一类是“吹管乐器”，一类是“弹弦乐器”，另一类是“敲打乐
器”。这无疑是乐器分类法上的一大进步。
四、天文历法
天文历法是我国古代科学中发达最早和成就最大的学科之一，经过世代
天文学家的努力，天文历法工作不断取得进展。到元代，著名科学家郭守敬、
王恂等人在进行大量观测并吸取前人研究精髓的基础上，于1281年编撰了十
分精密的历法——授时历，从而把我国古代天文历法的研究工作推向了新的
高峰。可惜，明王朝建立以后，由于对天文历法的研究工作采取了极其错误
的政策，兼之墨守成规、不思改革的思潮泛滥，致使具有优良传统和雄厚基
础的天文历法工作失去了生机，迅速从光辉的高峰上跌落下来，进入了一个
停滞不前甚至倒退的黑暗时期。
明太祖朱元璋为了加强明王朝的封建统治，采取了一系列思想控制措
施，对于天文历法的研究，也制定了极其严厉的法律条例，不许民间私自习
历、造历，违者或充军或处死。
明代所采用的历法叫大统历，其实它就是授时历，仅改变了名字而已。
大多数历官只能依样画葫芦，穷于应付皇历的颁布。虽然在使用过程中，也
曾发现预推结果与实际天象不符的情况，但多无可奈何，不了了之。在朱载
堉提出改历之议前，也曾有人提出对历法作小修小改的意见，但由于提议者
本身学识肤浅，不能切中要害，更加上反对的势力强大，这些人多以大统历
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“理数极精，古今历无过之者”为由反对改革祖宗之法，所以改历之事一直
束之高阁。这样年复一年，恪守旧法之风益甚，造成了官方历法研究死水一
潭的状况，用明孝宗的话说，已经形成了“朝士鲜知星历者”的可悲局面。
朱载堉正是这样的历史背景下，开始他的天文历法研究工作的。首先朱
载堉要冒很大的风险才能从事天文历法的研究，没有足够的胆识是不敢问津
天文历法这一禁区的。其次，朱载堉必须突破祖制不可变的思想藩篱，与盲
目迷信授时历或大统历的社会思潮相抗争。如果没有这样的精神，即使涉足
于天文历法这一领域，也将一事无成。再者，朱载堉面对着朝野人士对于天
文历法基本无知的形势，他必须从头开始，靠自己的努力，一点一点地学习、
摸索，以期解其术、通其法，进而“采众说之所长”，并力求达到“青出于
蓝而胜于蓝、冰生于水而寒于水”的新境界。为此，朱载堉不知付出了多少
辛勤的汗水。
朱载堉从研究史志所载各家历法入手，步入天文历法领域。通过刻苦的
学习和研究，先后编撰了两种历法——黄钟历和圣寿万年历。
黄钟历和圣寿万年历均取中国古代传统历法的经典形式。黄钟历共分九
篇，分别解决24节气、72候的计算；月朔和闰月的安排；每日日影长度、
漏刻更点和南中天星象的推求；日、月交食的预报，日、月五星运动的计算
及其在恒星间所处位置的预报等等天文历法问题。圣寿万年历与之大同小
异，共分八篇。这两种历法，除所设历元不同，和因此导致的若干天文数据
有所变化外，和授时历并无重大的差异。
从表面上看，黄钟历和圣寿万年历分别取万历九年（1581年）和嘉靖三
十三年（1554年）为历元。但实际上在进行各种历法问题的具体推算时，黄
钟历是以1581年前的300年，即1281年为实际历元，而圣寿万年历则是以
1554年前的4560年，即公元前3007年为实际历元。
黄钟历和圣寿万年历对授时历最有意义的修正，是关于回归年长度及其
古今变化的研究。
我们知道，回归年长度 （T）并非恒量，而是一个随时间而变化的变量，
任一年 （t）的回归年长度值可由下式表达：
T=365。24219878…0。0000000614（t…1900）
这是由现代天体力学推导出的理论公式。
在我国古代，关于回归年长度古大今小的概念，是由南宋天文学者杨忠
辅首先提出的，在他的统天历中，他建立了求任一年回归年长度值的公式：
T=365。2425…0。000002116（t…1195）
元代郭守敬等人，接受了杨忠辅的这一概念，并在他们的授时历中给出
了经过修正的新算式：
T=365。2425…0。0002t
0
式中t为以1281年起算的整世纪数。
0
朱载堉批判地继承了杨忠辅、郭守敬等人的成果，建立了回归年长度古
今变化的新公式：
在黄钟历中，设实际历元 （1281年）的回归年长度为365。2425日，
T=365。2425…0。00000175（t…1281）
在圣寿万年历中，设实际历元（公元前3007年—公元1554年前的4560
年）的回归年长度为365。25日，
T=365。25…0。00000175（t＋3006）
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这两个公式基本上是等价的，依之计算，T值仅有约0。000002日之差。
这样，朱载堉纠正了郭守敬等人回归年长度消长法的不当之处，在探索
回归年长度古今变化规律的道路上又迈进了一步。
在编撰黄钟历的过程中，朱载堉几乎对古代历法的所有重要问题都作了
评述，其心得载于《黄钟历议》之中。后来在编撰圣寿万年历时，他又对历
代冬至时刻、晷影测量和交食记录作了详细的考证，而写成《万年历备考》。
这些研究工作的方法，正如朱载堉自己所说的是：“辑名历五十家，倾心考
证，时刻分秒，期吻合于玑衡”，其目的则是“采众说�
![[易丹] 我在美国信息高速公路上(四、科学研究)封面](http://www.beike3.com/cover/noimg.jpg)