万、亿、兆、京、垓、秭、穰、沟、涧、正、载;今天粗看一下百科,古人的这些单位在不同的文献中有不同进位制,如今普遍使用的是哪一种?
为什么人类目前最常用的进位制是十进制?是因为我们长着十根手指吗?
这个问题的答案,比我们想象的更为复杂。
事实上,我们的日常生活中充斥着多种进位制,每天我们都在混合使用它们;而在历史上,不同文明也曾发展出五花八门的计数系统。既然人类都拥有十根手指,为何还会出现如此多样的进位制?这似乎说明——手指的数量或许并非决定性因素,至少,不是唯一的原因。
今天,就让我们一起走进历史,看看那些影响深远的进位制是如何产生,又如何悄然塑造了我们今天的生活。
古巴比伦泥板上的密码:60进制
当我们低头看表,秒针走过一圈是60秒、分针走过一圈是60分钟;一个圆周被定义为360度。这些数字对我们来说如此自然,以至于我们很少去追问:为什么是60? 为什么不是更符合我们双手计数习惯的10进制?
这个谜题的答案,深埋在5000多年前的美索不达米亚平原,与一个古老的文明——苏美尔人及其后继者巴比伦人——息息相关。
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数字60是一个“高合成数”,它拥有非常多的因数(1, 2, 3, 4, 5, 6, 10, 12, 15, 20, 30, 60)。这意味着60可以被很多数字整除,这在没有现代计算工具的古代是巨大的优势。无论是分配粮食、计算土地面积,还是进行天文观测,先将整体分为60份,然后就可以轻松地等分为2份、3份、4份、5份、6份、10份、12份等等,而不会产生复杂的分数。
根据史学家的推测,在苏美尔文明早期,可能存在使用10进制和或12进制的两个部落。当他们融合时,其计数系统也发生了“混血”,10与12的最小公倍数60,便成为了新的基数。另一种理论则认为,巴比伦人利用指骨计数:用一只手的12个指节(不包括拇指),另一只手用来计数,5个12便是60。
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巴比伦人是卓越的天文学家。他们通过长期观测,将一年估算为360天左右(这非常接近真实值)。这个360,恰好是60的6倍。将一个圆分为360度,既符合他们对年周期的认知,又充分利用了60进制便于分割的优点,为后来的几何学和天文学奠定了基石。
进位制的雏形
巴比伦的60进制系统已经具备了“位值制”的雏形,这一点在数学史上具有里程碑式的意义。他们使用一种楔形文字系统。通过组合这两种符号,他们可以表示1到59之间的所有数字。对应的表示如下图:
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最关键的一步来了:当数值达到60时,他们并不是创造一个新符号,而是通过位置来表示!就像我们现代10进制的“11”表示“一个十和一个一”,巴比伦人也会将数字写在不同的“位”上。最右边是“个位”(60⁰位),向左一位是“60¹位”,再向左是“60²位”,以此类推。
这种巧妙的系统,让他们能够用有限的符号表示巨大的数字。当然,早期的系统也存在缺陷,比如没有“0”这个占位符,有时会带来歧义。字符之间相似,需要通过上下文来理解,容易造成混乱。但这些都无损于其开创性的伟大
无处不在的现代印记
尽管10进制最终在大部分计数领域胜出,但60进制凭借其无与伦比的可分割性,在特定领域牢牢占据了一席之地,穿越千年,至今仍在我们的生活中回响。
- 时间计量:这是最直接的传承。1小时=60分钟,1分钟=60秒。将一小时进行12等分(半天)或24等分(一天),都得益于60和其因数12的灵活性。
- 角度测量:1圆周=360度,1度=60角分,1角分=60角秒。这套体系直接源自巴比伦的天文学,并成为全球数学、科学、工程和航海领域的标准。
- 地理坐标:经度和纬度的划分,同样是角度系统的延伸,确保了全球定位系统的统一。
我们中国人是十进制使用最早的国家,而且有完整的十进制的文物记载。最早可以追溯到遥远的商朝。2002年,在湖南湘西里耶古镇的一口古井中,考古学家发现了惊世的《里耶秦简》。这些秦简中,有“二万四千六百四十六”这样复杂的数字记录,证明早在公元前3世纪,中国人就掌握了“逢十进一”的位值制。此外,里耶秦简中还发现了中国最早的乘法口诀表,比西方早600多年。
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进位制 + 位值制
中国古代十进制真正的突破来自算筹计数法。古人用竹棍(算筹)来表示数字,通过纵横相间的方式区分数位:个位用纵式、十位用横式、百位再用纵式,依此类推。这就是“一纵十横,百立千僵”的规则。这种计数法用极简的工具,就能表示任意大的数字。而且不会像之前巴比伦的位值制出现混乱。
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十进制位值制包括“十进”(满十进一)和“位值”(同一数字在不同位置表示不同数值)两条原则。这使极为困难的整数表示和演算变得简便易行。《孙子算经》中“凡算之法,先识其位”的记载,明确了位值制概念。
罗马数字
大家在仰望钟表、翻阅书籍序章,或在电影结尾看到版权年份时,总能遇见那些由 I, V, X, L, C, D, M 组成的古老符号——这就是罗马数字。它并非是我们熟悉的十进制“进位制”,而是一套独特的十进制符号累加系统。
它的核心规则很简单:
- 叠加: 相同的数字并列,表示相加。
- 左减右加: 一个小数字出现在大数字左边,表示“减法”;在右边,则表示“加法”。
罗马数字的优点是符号直观,便于刻录在石碑或金属上,非常适合记录确定的数字和序数。然而,它没有“位值”概念,也没有“零”。这使得用它进行乘除等复杂运算极其困难。如下图:我们可以对比一下,可以看出来,有“位值”概念的中国的算筹法, 阿拉伯计数法要比罗马数字清晰且易于理解。
据说法国数学家拉普拉斯曾说过:"罗马数字的笨拙,使得欧洲数学停滞了一千年。"李约瑟在《中国科学技术史》中所指出的:"当西方在中世纪挣扎于罗马数字时,中国的十进制已经为现代数学铺平了道路"
古代中医和现代科技的交融:16进制
中国古代,除了十进制,还有十六进制。在出土的秦简《为吏之道》(湖北云梦睡虎地,公元前217年)中明确记载:“衡石不正,十六两不平”,说明早在战国时代,十六进制已成为官方度量衡的法定标准。
这一进制的选择,实源自古代天平称量的实际需求——将1斤依次等分为两、四、八、十六份时,每一级重量恰好构成等比数列,便于通过砝码的叠加实现精确称量。南京博物院所藏的一件东汉铜权(重约250克),上刻铭文“十六铢为两,十六两为斤”,正是这种基于十六的进制关系在金属实物上的直接体现。
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在中医领域,十六进制进一步展现出其实用价值。李时珍在《本草纲目》中指出:“古秤唯有铢两钱分,而无轻重两字”。中药配伍讲究剂量精准,且可以等比细分。
常以“钱”为单位(1两 = 16钱),借助十六进制的细分能力,医师得以准确调配复方。例如,将3两药材均分为4份时,在十六进制体系下每份为12钱(3 × 16 ÷ 4 = 12),而若使用十进制,则每份为0.75两,出现非整数的结果,不便于实际称取。
令人惊叹的是,十六进制在现代计算机科学中焕发新生。内存编址普遍采用十六进制符号(0–9, A–F),其根源在于4位二进制数恰好对应1位十六进制数(如 0000 = 0,1111 = F)。这一映射关系极大方便了程序员对二进制数据的识别与转换——例如内存地址 0x7F3A 可迅速拆解为 0111 1111 0011 1010。
12进制
12进制也可以追溯到苏美尔人,上文提到,12进制和60进制可能存在着天然的联系。
在数学的简洁与效率上,十二进制相较常用的十进制展现出独特优势。其根基在于数字12本身卓越的数学性质:它是一个高度合成数,拥有包括1、2、3、4、6、12在内的六个正约数。这个优点和60进制类似。同时,这种实用性在人类身体与历史上找到了共鸣。一只手除拇指外的四指,恰好有12个指节。通过拇指逐一指点,便可实现高效的“掐算”,将抽象的十二进制内化为一种直观的肢体语言。
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历史上。英国的旧货币体系便是十二进制的活化石:1先令等于12便士,1英镑等于20先令。这一制度在1971年“十进制日”改革前,已沿用了近千年。英国的长度度量,1英尺等于12英寸也是十二进制的体现。
语言的化石层中也埋藏着线索。英语中的“eleven”(11)和“twelve”(12)并未沿用“thir-teen”(13)这类标准的十进制构词法。这一独特的语言现象,被部分语言学家视为远古十二进制计数习惯在词源中留下的烙印。
即便在今天,十二进制的“基因”依然编码于现代社会。最显著的例子莫过于钟表上的12小时制。在更为精密的领域,如音乐理论中,十二平均律将一个八度音程精确地划分为12个半音,其频率比值由一个优美的数学公式定义:2^(1/12) ≈ 1.05946。英国数学家亚历山大·约翰·埃利斯在1885年证明,这一划分方式能最均匀地覆盖音乐频谱。
正因如此,十二进制历来不乏有力的倡导者。从剧作家萧伯纳到数学家亚历山大·艾特肯,博物学家 布冯,还有瑞典国王 卡尔十二世他们都曾从计算效率和美学的角度,极力推崇十二进制的价值。他们总结:十二进制在计算效率上优于十进制,易于掌握,计算速度比十进制快一半以上。可以用:X表示10、Z表示11的补充数字符号。
点横背后的宇宙观:20进制
最后再和大家聊一下已经消亡的20进制。玛雅数字算法的起源可以追溯到玛雅人的日常生活。但是不同于欧亚文明。玛雅人却别出心裁地手脚并用,从而发明了“20进位的计数法”,这种计数法特别适合于大数字运算。
在危地马拉佩滕省蒂卡尔遗址的一块石碑(公元734年)上,刻着三个圆点、一条横线,下方配有一枚贝壳形符号。这些看似朴素的符号,构成了玛雅文明高度发达的二十进制数学体系的物质见证。该系统仅用三种符号——点(·)表“1”、横(—)表“5”、贝壳(〇)表“0”——即可表达任意自然数,例如“·—”为6(5+1),“···—”为8(5+3)。
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尤为独特的是其竖式进位法:从底部开始,每一位的数值是下一位的20倍。这种垂直叠放的进位结构,与其他文明普遍采用的横向进位形成鲜明对比,反映出玛雅人对空间与层级的独特认知。玛雅人也是最早发明0的民族。
二十进制的身体与宇宙源头
类似十进制,二十进制的产生,很可能源于人类最自然的计数工具:十指加上十趾,合计为二十。而在玛雅文明中,这一系统更进一步与其宇宙观深度融合。玛雅人将20天定为一个月,18个月(共360天)为一年),再补上5个“禁忌日”,即构成精确的365天太阳历。此外,为协调天文观测,他们在长纪年历的第三级位采用了18进位(而非20),以便使360天接近一个太阳年。这种将信仰、历法与数学统一的智慧,使玛雅人能精确计算金星周期至583.92天,误差仅0.02天。
二十进制的跨文明印记
二十进制并非玛雅独有。法国至今在数字表达中保留其痕迹,例如80说成“quatre-vingts”(四个二十),90为“quatre-vingt-dix”(四个二十又十)。丹麦语中50至90的数词也建构在二十进制之上。在东亚,汉语中的“廿”(niàn)原为“二十”的合音,亦可视作二十进制的语言体现。
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陨落与遗忘
尽管玛雅数字系统如此先进,却在殖民时代几近湮灭。西班牙主教迪亚哥·德·兰达于1566年曾记录:“他们用点和线书写数字……能完成令人惊叹的计算”,却同时参与焚毁了绝大多数玛雅典籍。如今,除四部存世抄本(如《德累斯顿抄本》)及石刻铭文外,玛雅数学的完整体系已不可复现。一个以〇为起点的文明算术,最终本身趋近于“零”,只在断碑与残页间,向后人透露出远古的智慧微光。
总结
当我们将巴比伦的60进制、中国的十进制、英国的12进制以及玛雅的20进制并置时,一个根本性的问题随之浮现:文明究竟如何选择其计数的基础?这些看似随机的数字——10、12、16、20、60——其背后远非偶然。它们揭示了人类认知与生存环境深刻的互动逻辑。
- 首先是对人自身的认知,双手,手的关节,双手和双脚。这些都可以看作是10,12,20进制的基础。
- 同样还有生产力的发展。天文观测和统计,天平称重的等比分割,这些都是60进制和16进制的基础。生产力,是塑造数字语言的另一只无形之手。
数学史家莫里斯·克莱因所言:“每种进制都是特定生存环境下的认知结晶。”
然而,这些古老的智慧,在今天的数字时代获得了全新的生命。我们的日常生活,宛如一座进位制的活态博物馆,10进制,12进制,60进制。都已经融入到了我们的生后。
进位制的多样性提醒我们:数学并非一套冰冷的抽象规则,而是人类用数字为宇宙编织的意义之网,同时记录人类对世界的理解。
参考文献
- 卡茨《数学史通论》(2003)
- 李约瑟《中国科学技术史·数学卷》(1959)
- 《大英博物馆藏品目录·中世纪货币卷》(2010)
- 南京博物院《汉代度量衡专题展图录》(2018)
- 《德累斯顿法典》数字化项目(萨克森州立图书馆,2020)
- 克莱因《古今数学思想》(1972)
- 埃利斯《论乐音的度量》(1885)
- 睡虎地秦简整理小组《睡虎地秦墓竹简》(1990)
- 国家计量总局《中国古代度量衡图集》(1984)
- 玛雅文明数字系统研究组《玛雅历法与数学》(2015)
- 《德累斯顿抄本》,约1200–1350,萨克森州立图书馆藏。
- 莫莱,《全景玛雅》,国际文化出版公司。
- 新浪财经,《玛雅人的数学计算》,2022。
- 沪江法语,《法语数字小科普:70、80、90的说法为什么这么复杂?》,2013。
- 郑子宁,《中国话》,2021。
- 香港资优教育学院,《玛雅记数系统》。
- 新东方小学网,《数学小故事:玛雅人的数学成就》,2017。
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