我們的農曆是陽曆還是陰曆?
閏月和節氣是怎麼定的?
為什麼一星期有7天,二月只有28天?
月份和星期的英文名稱是怎麼來的?
萬年曆需要用到哪些數學?
曹老師的生活數學教室,
這回邀請到利瑪竇、徐光啟、小徐、小利,
跟你一起聊聊曆法的故事,
從我們每天都會用到的月曆,
循序漸進的學到隱含其中的數學。
來到曹老師的生活數學教室,
你會發現:
原來月曆中也有這麼有趣又奧妙的數學話題!
作者簡介:
曹亮吉 著
1943年生於東京,三歲返台。台大數學系學士,1972年獲得美國芝加哥大學博士。自1976年任教於台大數學系,曾任系主任,於2001年退休。曾任《中國數學雜誌》(現改名為《台灣數學期刊》)總編輯、《科學月刊》總編輯,目前擔任大學入學考試中心顧問。
多年來以「阿草」為筆名,致力於數學與科普寫作,著作包括《阿草的葫蘆》、《微積分基本要義》、《從月曆學數學》(原書名:阿草的曆史故事)、《從生活學數學》(原書名:阿草的數學聖杯)、《從天文地理學數學》(原書名:阿草的數學天地)、《從旅遊學數學》等書。《阿草的葫蘆》更榮獲第一屆吳大猷科學普及著作創作類銀籤獎。譯有《阿基米德寶典》。
章節試閱
第2章 各曆的發展──小徐、小利對話錄(之一)
2.2 必也正名乎
小徐:利瑪竇說教皇國瑞十三世所頒的新曆,並沒有全面實施開來。
小利:新曆當然比原有的要進步,但科學與政治宗教相爭,注定不容易勝出。開始的時候,只有義大利周圍仍然信奉天主教的國家改用新曆,然後才慢慢擴張出去。英國及其領地一直到1752年才改用新曆。英國曆的歲首原來是3月25日,也就是天使報喜節,改曆後才與天主教國家合流。
小徐:什麼是天使報喜節?
小利:那一天,天使加百利告訴聖母瑪利亞她會生下耶穌。
小徐:英國居然用這個節日為歲首!
小利:英國是基督教國家啊!
小徐:他們可選另外的基督教節慶啊!譬如聖誕節或復活節。
小利:當然都可以,但天使報喜宣示基督的到來,不是很重要嗎?
小徐:說得也是。
小利:東正教的反應也很慢,俄國要到1917年革命後才改曆。所謂的「十月革命」,按照新曆,其實是在11月發生的。另外一件有趣的事:1908年帝俄派代表團到倫敦參加奧林匹克運動會,結果遲到12天,運動會早就過了。原來帝俄忘了英俄兩國的曆相差了12天!
小徐:利瑪竇說,古羅馬曆的歲首要比現在的晚兩個月,所以October原來是第八個月,Octo就是「八」。我看,September、November、December果然分別是第七月、第九月及第十月──從字首就看得出來。那麼其他的月名和月序有關嗎?
小利:原來的羅馬曆每年從March開始,共10個月,之後就進入冬休,沒有嚴格的年曆規範。後來,羅馬曆在第十月December之後,加了兩個月,January及February,所以February是年底。March原來是穀神,象徵春天到了,萬物復甦,開始耕種,後來March的意思轉成戰神。March之後,April、May、June都是神名。但July、August原來叫第五月(Quintilis)和第六月(Sextilis)。凱撒改曆有功,參議院就用他的名字Julius Casear來代替第五月,而稱為July。後來奧古斯都大帝也因改曆有功,把第六月改為August。February的原意為懺悔贖罪節,在本月中舉行。January是天門神,天門神有兩面臉,一面面對過去,一面面對未來。羅馬曆後來把January做為歲首,倒頂有意思的。
小徐:你說奧古斯都大帝改曆有功,他又改了什麼曆?
小利:這和羅馬人的數數目有關。羅馬人說第四天其實指的是3天後的大後天,因為他們說今天是第一天,明天是第二天,後天是第三天,第四天就是大後天。凱撒規定4年1閏,造曆的人就想當然耳把它弄成3年1閏。等到奧古斯都大帝發現這項錯誤,已經多閏了3次。於是,他下令往後該閏的3次都免閏。直到西元8年開始,才確定實施了4年1閏的規定。
小徐:有趣,這就像是植樹問題,兩頭算或不算。哦,對了,陽曆按照一大月一小月排列,為什麼七、八兩月連大?
小利:這也和奧古斯都大帝改曆有關。凱撒曆從March開始,原來是一大月一小月輪流排列,到了January後,剩下29日,就給了February。奧古斯都改曆有功,改第六月為August,但發現它是個小月,心有未甘,就把它也改成大月,September到December的大小也順便倒了過來。但這樣比原來多出了1日,於是又從February拿走了1日──反正,February原來是在年底,就是擺閏日的月份,必要時也可拿掉日子。
小徐:陽曆的大小月排得亂七八糟,月名也古怪,原來還有這番變化。
小利:最近讀到喬志高的《言猶在耳》,有一篇文章說:「1999年3月,美國報紙記載,這一個月中出現了兩次月圓。據說,這個天文現象,每隔33個月就會發生一次,由此產生俗語once in a blue moon,意謂罕見的事。今年特別稀罕的是,有謂『藍月』,正月裡已經出現一次,而一年有兩個月份發生兩次月圓的異象,一百年中最多只會有4次。」我總覺這和閏月有關,是不是?
小徐:這篇文章我讀過,也馬上想到閏月。我要用原來的陰曆合陽曆創造一個新的陰陽曆:把每個陽曆月的最後一日看做一個新中氣,而規定月圓日為新陰曆月的第一日。如此,一個陽曆月若含有兩個月圓,則第一個月圓的那個新陰曆月就不含該陽曆月的最後一日,亦即不含新的中氣,因此根據農曆置閏的方法,這個新的陰曆月就是閏月了。我們知道19年有7閏,19年共有228個陽曆月,所以平均每隔33個陽曆月就會發生一次閏月──在我們類比中,就是發生了「藍月」。
小利:果然可用陰曆置閏的原理來解釋。可是一年內怎麼可能發生兩次「藍月」呢?一年不可能有兩次閏月吧!
小徐:當然,一年不可能有兩次閏月。但是兩次「藍月」確實會發生。主要原因是,我們用以類比的新中氣排列間隔,和農曆真正的中氣略有不同。照我們的排法,從12月31日、1月31日、2月28日(或29日)到3月31日,彼此的間隔為31日、28日(或29日)、31日。所以如果1月發生了「藍月」,很自然3月也可能會發生「藍月」。真正的中氣間隔不會出現31日、28日、31日的情形。
小利:所以一年有兩次「藍月」,一定要發生在1月及3月?
小徐:當然。由剛才的類比解釋,除2月外,其他其實是平氣的類比,所以除2月外,其他11個月成為「藍月」的機會大致相等。19年有7個「藍月」,19×11 = 209年就有7×11 = 77個「藍月」,其中約有7個發生在一月。如此則大約30年有一次一月的「藍月」,所以雙「藍月」,一百年最多只會有4次。
小利:唉呀,很有詩意的「藍月」,卻被你剖析得這麼清楚!
小徐:看了喬志高的文章,我馬上查《中國年曆簡譜》,發現1999年1月2日為陰曆11月15日,1月31日為陰曆12月15日,1月果然是「藍月」。再查,3月2日為陰曆1月15日,但陰曆2月15日卻發生在4月1日。我心中大叫:3月不是「藍月」啊!後來想通了:美國比我們這裡遲了12小時,有可能在它的3月31日就見到了月圓。
小利:沒錯,月圓的日子就像朔日一樣,會因地而有不同。
小徐:突然想起另一個聽來的閏月故事。蘭嶼的雅美族(也稱達悟族)每到春分附近的月圓夜,就駕船出海捕魚。如果正逢飛魚隨黑潮而來,則魚兒在月光照耀下,會跳出水面,閃閃發光,漁人就可滿載而歸。他們在12個月圓後又出海捕魚,但二、三年總有一次看不到魚兒跳躍,於是打道回府,休息一個月,下次月圓再出海。休息的這個月就是閏月了。
小利:這是自然置閏法了。
小徐:農曆把一個月分成上中下三旬。西洋的星期和月亮有關嗎?
小利:最早和月亮的盈虧大概是相關的──月亮的變化大概可分成4個7日。不過一旦約定成7日,那就與月亮無關了,因為月亮的週期無法為4所整除。中國的旬倒是咬定了月亮,犧牲了一旬為10日為一致性,因此下旬有時只有9日。在西方,巴比倫人可能是最早以7日為作息單位的民族。
小徐:星期和上帝以6日創造世界,第七日休息有關嗎?
小利:應該是有關的。上帝創造世界與休息的故事記載於舊約聖經的創世紀。到了出埃及紀,摩西領到十誡,其中第四誡就規定,大家工作6日後,第七日要休息。因此猶太人就有了一星期7日為單位的作息時間表。西元前六世紀,巴比倫人攻占耶路撒冷,強迫猶太人移居巴比倫人所在的兩河流域達60年之久。巴比倫人的作息也是以7日為週期,星期的觀念更是根深柢固。此後,巴比倫人影響了希臘人、埃及人,而猶太人影響了羅馬人及基督教歐洲。星期就大大流傳開來。
小徐:英文的星期各個名字,Sunday、Monday分屬太陽、月亮,Tuesday以下又是什麼來源?
小利:Tuesday就是火星日啊!
小徐:我也懷疑是這樣。日本人叫星期二為火曜日,不過火星不是Mars嗎?
小利:沒錯,火星是Mars,法文稱星期二為mardi。不過條頓人稱火星神為Tiw,英文Tuesday的字源是Tiw。
小徐:原來如此。那麼Wednesday、Thursday、Friday、Saturday分別是水星神、木星神、金星神和土星神啦!
小利:沒錯,條頓人的水星神、木星神、金星神各為Woden、Thor及Freya。倒是土星日Saturday是直接從拉丁文的土星Saturnus轉成的。
小徐:所以一星期各天的命名大致有三種方式:一種是用七個和地球密切相關的星球,也就是中國所謂的七曜來命名;另一種就是用七曜的神名。這兩種都是星之期──「星期」這個詞的來源。再一種就是排序,星期一、星期二、……等等;講到排序,從星期日開始,順序是日、月、火、水、木、金、土。有什麼道理嗎?
小利:這的確是個有趣的問題。如果按照這些星球離地球遠近來排,應該是土、木、火、日、金、水、月才對。第二世紀的羅馬歷史學家卡修斯的說法是這樣的:當時流行的占星術認為,每一段時間總有一顆星在主控。按照星球遠近所排的七曜順序,第1日的第1小時屬土星,第2小時屬木星,……第7小時輪到月亮,第8小時就輪回土星,……依此類推。第1小時的土星同時是第1日的值星,所以第1日稱為「土星日」。第1日的第24小時會輪到火星,第2日的第1小時則依序輪到太陽,所以第2日由太陽值星,稱為「太陽日」。依此類推,第3、4、5、6、7日的第1小時,各由月亮、火星、水星、木星、金星當班。所以七曜日的順序是那樣子的排法就得到解釋了。
小徐:遠近順序是「土木火日金水月」,值星順序是「土日月火水木金」,依照遠近順序從土開始,往下3個就到日,再往下3個就到月,……這樣就得到值星順序。對了,這是24小時的「24」除以7曜的「7」,剩下3的結果。這種說法雖然匪夷所思,但有一貫的數學原理,可算自圓其說。想不到占星術居然主控了我們的日子!
小利:不要忘了,「占星術」(horoscope)這個字的原意就是測時術──測量某時辰某星球的位置,來看它對某人的影響!
小徐:說到占星術,使我想到緬甸的一星期有8天。
小利:一星期有8天?你是說他們用的曆中,有類似農曆的旬?
小徐:不是啦,我說是一星期7天中有8天。
小利:什麼?
小徐:你去到仰光的大金塔就知道了。
小利:願聞其詳。
小徐:東南西北加上東南、西南、西北、東北,不是有8個方位嗎?
小利:沒錯,8個方位,但跟一星期有7天有什麼關係?
小徐:別急嘛!方位和占星術不是有關嗎?星期的名稱原來就是從7顆星而來的,當然也和占星術有關!
小利:是,都有關係——但7和8怎麼湊在一起?這有一點亂七八糟吧!
小徐:緬甸人的傳說中,另有一顆神祕的行星,叫羅日侯(Rahu),所以他們有八曜,而不是七曜。
小利:但一星期還是只有7天啊!
小徐:我說別急嘛!他們把星期三這一天當兩天用,從午夜到中午叫Bohddahu,還是配以原來星期三的水星;從中午到午夜叫做Yahu,配以這顆神祕的行星羅日侯。這樣共有8個方位,8個緬甸天,8顆星。每個方位,配一個緬甸天,配一顆星,而且還配一種動物。譬如你生在星期三的午前,你就和水星有關,和有牙的象有關;水星和有牙象就決定了你的性格,也決定了你與生在其他天的人是否匹配。到大金塔,千萬要到你所屬的方位──正南方,祁福浴佛;那裡有一尊佛、一頭有牙石象。如果你生在星期三午後,你的方位就是西北方。
小利:真有趣!不過星期三的這兩個方位,去祁福的人數就較少了?
小徐:你真有數學頭腦;我也特別注意到,這兩個方位的人潮的確不如其他的方位。
小利:但是要怎麼知道你生日在星期幾呢?
小徐:就看今年的生日是星期幾,每往前回算一年,星期幾就提早2日或1日,這要看是否跨過閏年的閏日。如此往回推算到你出生的那年就好。
小利:這要有相當的耐心。不過如果生在星期三,怎麼知道是午前還是午後?
小徐:那就問父母你的生辰八字了。對了,一個星期到底從那一天開始?
小利:不是星期一嗎?星期的第一天。
小徐:可能是星期日,它可看成第零天。
小利:你知道西洋的習慣,沒有第零年、第零月、或第零日。馬雅人最特別,他們每個月只有20日,而且是從第零日數到第十九日。
小徐:為什麼許多月曆都把星期日擺在最左邊?
小利:這個我也不知道。依據基督教,星期日是給上帝的,是休息日,當然是一星期的最後一日。
小徐:上帝用六天創造世界,第七日休息了,這是舊約聖經說的。猶太人也在第七日休息,但他們的安息日卻在星期六。所以星期日是猶太人一星期的第一日。啊!難道月曆都是猶太人製作的?
小利:安息日叫做Sabbath,它的字源的確與「七」有關,譬如教授每七年可休假一年,休假年就叫做Sabbatical year。對猶太人而言,一個星期的確可認定是從星期日開始的。回教徒則以星期五為安息日,人們的星期從星期六開始。但基督教卻認定從星期一開始。中文採用星期一、星期二、……等,一定是接受基督教的想法。
小徐:現在幾點了?
小利:嗯,還有1刻鐘到5點。
小徐:時間還算早,還可再談談。你們西方為什麼喜歡說「還有1刻鐘到5點」,而不說「4點45分」?
小利:我想是西方人承繼羅馬人的習慣,快到要計數的數目前,喜歡倒著數。譬如羅馬人把19說成「20減1」,把4寫成「5減1」。
小徐:就像火箭發射之前,從10倒著數到1後,發射。
小利:不過我們不會把4點半說成「還有2刻鐘到5點」。
小徐:為什麼你們要說成1/4,a quarter,而不說15分鐘呢?
小利:1小時的1/4就是15分鐘,不是嗎?我們喜歡用二分法,譬如1/2英寸、3/4英寸、half passed four是4點半,three quarters of an hour是3刻鐘。
小徐:我記起來。我看過你們的門牌號碼有57 1/2,也有57 3/4的,是不是就像我們這裡的57號之2,57號之3。
小利:完全正確。
小徐:我們比較喜歡10進位。從前我們把1日分成100刻;1日有1440分鐘,所以1刻相當於現在的14.4分鐘,而不是15分鐘。
小利:難道我剛剛說:「還有1刻鐘到5點」,錯了?
小徐:沒錯沒錯。自從接受了西方的時分秒制,我們就認定1刻是15分鐘。
小利:古時候你們的一天分成幾個小時?
小徐:12個時辰。
小利:時什麼?
小徐:時辰。時辰的意思是太陽所在的位置。最初中國人注意到的是,一回歸年大約有12個朔望月,於是就把黃道分成12個方位,使得太陽所在的方位大致與陰曆月份可以對應起來,因此用12個地支來表這些方位。一天內的時間則與太陽在地球上移動到的方位有關,而此地球上的方位雖與黃道上的方位是兩件事,但就借用了12地支來表示。不同的方位代表不同的時間,這就是12時辰的由來。
小利:在西方,故事也差不多。古代,白天就用日晷來定時間,而日晷通常畫成12個方位,所以白天有12個小時。後來覺得晚上的時間也需要分割,就一樣分割成12小時。嗯,你們的一個時辰相當於我們的兩個小時。
小徐:不錯。我們的時辰用地支標示,子時指的是夜晚11時到凌晨1時,丑時是1時到3時,其餘類推。生辰八字包括了出生的時辰。
小利:原來如此。不過,你剛才說過,古時候你們把一天劃分成100刻,那麼一個時辰就不能含有整數個數的刻了?
小徐:不錯,這是兩個不相屬的分割系統。晚上看不到太陽,就用水鐘計時,水鐘上的刻度代表時間,而刻度用10進位等分割較方便。
小利:對了,用日晷很難把時間等分割。白天1小時的長短會隨季節不同,在西方稱為季節時(temporal hour)。在西方也一樣,等到水鐘、沙漏通行了,時間的分割才漸漸走向等分割。不過,刻(quarter)是小時之下的分割。
小徐:必也正名乎,今天真的學到不少!我們再續杯,叫點蛋糕。
第2章 各曆的發展──小徐、小利對話錄(之一)
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