数学史 · 中文镜像

数学家传记

克里斯托佛·克拉乌Christopher Clavius

出生
1538年3月25日 班贝格(今德国)
逝世
1612年2月2日 罗马(今属意大利)

克里斯托佛·克拉乌是一位德国耶稣会天文学家,他帮助教皇格里高利十三世引入了现在称为格里高利历的历法。

完整传记

克里斯托佛·克拉乌出生在德国地区,在采用拉丁名'克拉乌'之前一定有一个德国名字。有人猜测如'Clau'或'Klau',甚至'Schlüssel',意思是'钥匙',因此可能导致他采用拉丁名'克拉乌',这也意味着'钥匙',但从未有任何证据证实。尽管出生在新教革命在德国蔓延的时期,他出生的弗兰肯地区几乎未受影响,并保持坚定的罗马天主教。他于1555年加入耶稣会(耶稣会),在罗马被接纳,并在会内接受教育。他于1556年被送到葡萄牙的科英布拉大学,在耶稣会学院学习,该学院已在那里成立。

数学一直是克拉乌感兴趣的话题,他在作为普通学位一部分所修的数学课程中表现出色。对他产生重大影响的一件事是1560年8月21日发生的日食。以下是他自己在其1593年出版的著作In sphaeram Ioannis de Sacro Bosco Commentarius(对约翰尼斯·德·萨克罗博斯科《天球》的评注)中对这次日食的描述:-

我将引用两次非凡的日食,它们发生在我自己的时代,因此不久之前。其中一次是我于1559年[原文如此]在卢西塔尼亚[葡萄牙]的科英布拉附近正午时分观测到的,当时月亮位于我的视线与太阳之间,结果它在相当长的时间内遮住了整个太阳。黑暗在某种程度上比夜晚更甚;人们甚至看不见自己踩在哪里。星星出现在天空中,而且(令人惊叹)鸟儿因如此可怕的黑暗而惊恐地从天空坠落到地面。

我们要注意,尽管克拉乌给出的年份是1559年,但他犯了一个错误,因为我们知道,唯一符合他描述的日食发生在1560年8月21日。这一事件对克拉乌很重要,因为它使他决心将一生献给数学和天文学研究。在这次日食观测之后,他于1560年晚些时候前往意大利,在罗马的耶稣会罗马学院学习神学。他于1564年被任命为神父,但留在罗马学院,并在被任命那年开始了数学教学。事实上,除了大约1596年在拿不勒斯的一段时间和1597年访问西班牙之外,克拉乌余生一直担任罗马学院的数学教授。当然,当时学习神学是一个漫长的过程,尽管他在1564年成为教师,但他继续学习,直到1575年才成为耶稣会的正式成员。

我们上面引用的来自In sphaeram Ioannis de Sacro Bosco Commentarius(对德·萨克罗博斯科《论球》的评注)的引文开头提到了 'two remarkable eclipses of the Sun'。他在罗马学院观察到的第二次日食发生在1567年4月9日。以下是克拉乌对那次事件的描述:-

另一次我于1567年在罗马看到,也大约在正午,尽管月亮位于我的视线和太阳之间,但它并没有像之前那样遮住整个太阳,而是(这也许是以前从未在任何其他时候发生过的事情)在太阳上留下了一个狭窄的圆圈,从四面八方环绕着整个月亮。

他报告的“大约正午”的时间相当准确,因为最大值发生在正午过后10分钟。该报告表明这是一次环食,月亮的视角度略小于太阳。然而,[18]的作者们写道:-

克拉乌对1567年日食的描述,从表面上看,也许似乎他目睹了一次环食的环阶段。然而,计算表明这次日食不是环食。从罗马看,以观测者为中心的月球半径(955".92)略大于太阳半径(953".56),比值为1.0025...。因此,如果假设月球边缘是精确的圆形,1567年的日食将只是边缘全食,月亮在中心线附近仅完全遮住太阳14秒。然而,当考虑到月球边缘的真实轮廓时,即使在日食中心处,也会看到几个光球层的光点。因此,这次日食既不是完全全食,也不是环食。

另一种说法是,克拉乌看到的“某个狭窄的圆圈”可能是内冕。

也许克拉乌最为人所知的是他在历法改革方面的工作。儒略·凯撒于公元前46年引入的儒略闰年规则,在每385年中多出了3个闰年。结果,二分点solstices的实际发生时间逐渐偏离了它们的历法日期。春分的日期决定了复活节的日期,因此教会开始敦促改革。1511年的会议,以及随后1563年的特伦托会议,都敦促教皇采取行动。教皇格里高利十三世咨询了他的数学专家,其中克拉乌最为资深。克拉乌提议,1582年10月4日星期三(儒略历)之后应为1582年10月15日星期四(格里高利历)。他提议闰年应出现在能被四整除的年份,但以00结尾的年份必须能被400整除才是闰年。这一规则至今仍在使用,并且如此精确,以至于许多世纪内都不需要进一步改革历法。事实上,需要3500年才会达到一天的误差。

弗朗索瓦·韦达不喜欢克拉乌的历法,法兰克福的民众暴动,反对教皇和数学家,他们认为这些人合谋夺走了他们的11天。克拉乌写了Novi calendarii romani apologia (为新罗马历法辩护)(1595年),为新的历法改革辩护,以抵御这些攻击。

克拉乌 本人原创的数学成果不多,但他在推动数学知识传播方面所做的贡献超过16世纪任何其他德国学者。不过,他是第一个使用小数点的人。他是一位有天赋的教师和教科书作者,1574年出版了一部欧几里得Elements的版本,其中包含了他自己的想法。另一部写得很好的书是Algebra(1608)。他的算术书被许多数学家使用,包括哥特弗里德·威廉·莱布尼茨勒内·笛卡儿。克拉乌还制作了一些仪器,其中最有趣的也许是一种测量角度分数的仪器。值得一提的是,他对将测量刻度细分为更小单位作了极好的论述,这是直到皮埃尔·韦尼耶的工作之前最为精密的方法。他还设计了日晷,并开发了一种用于测量的象限仪。

也许对他工作的最好总结,是简要地看一下五卷本的Christophori Clavii e Scoietate Jesu opera mathematica, quinque tomis distributa(耶稣会士克拉乌数学著作五卷),这部著作是在他晚年编成的,收录了他的文集。第一卷包含上文提到的他的欧几里得以及比提尼亚的狄奥多西的《球面学》(Sphaericorum Libri III)。第二卷包含他在几何学和代数学方面的著作,而第三卷包含他对约翰尼斯·德·萨克罗博斯科(亦称圣木的弗瑞兹·约翰)的《球面学》(Sphaera)的评注——我们曾从中引用过关于两次日食的内容——以及他关于星盘的论著。第四卷包含一篇关于日晷制作的引人入胜的叙述,而最后一卷包含他关于历法改革的著作。

最后让我们看看克拉乌对伽利略所作天文发现的反应。这两位科学家是在伽利略1587年访问罗马时相识的,从那时起他们偶尔就数学问题通信。当克拉乌出版一本书时,他总是会寄一本给他的朋友伽利略。当伽利略在1610年出版Sidereus Nuncius时,克拉乌已是一位老人,无论从科学还是宗教的角度来看,要领会这些新发现都必定极其困难。作为罗马学院的资深科学家,他需要对伽利略的工作作出评判,然而有一段时间他没有质量足够好的望远镜来进行自己的观测。不过,在In sphaeram Ioannis de Sacro Bosco Commentarius(对德·萨克罗博斯科《论球》的评注)的最后一版中,他讨论了这些问题:-

我不想向读者隐瞒,不久前从比利时带来了一件仪器。它形如一根长管,两端装有两块玻璃,或者说是透镜,借此远离我们的物体看起来比物体本身近得多……这件仪器在天穹中显示出的恒星比不用它所能看到的要多得多,尤其是在昴星团、巨蟹座和猎户座星云周围、银河以及其他地方……而当月亮是新月或半满时,它显得如此明显地破裂和粗糙,以至于我对月球天体竟有如此不平整惊叹不已。请参阅伽利略于1610年在威尼斯印行、名为Sidereus Nuncius的那本可靠的小书,其中描述了他最初对恒星所作的各种观测。

用这件仪器看到的事物中,绝非最不重要的是,金星像月亮一样从太阳获得光线,因此根据它与太阳的距离,有时它看起来更像新月,有时则不那么像。在罗马,我在其他人面前不止一次观察到这一点。土星旁边有两颗较小的星星,一颗在东,一颗在西。最后,木星有四颗游动的星星,它们在彼此之间以及相对于木星的位置上以显著的方式变化——正如伽利略仔细而准确地描述的那样。

既然情况如此,天文学家就应当考虑如何安排天体轨道,以拯救这些现象。

如果读者对土星东西两侧各有一颗较小恒星的描述感到困惑,那么我们应当注意,直到1656年望远镜才改进到足以让克里斯蒂安·惠更斯发现土星环的真实形状。当然,对金星的观测最令人不安,因为克劳狄乌斯·托勒密的太阳和行星模型无法解释所观测到的相位。因此克拉乌呼吁天文学家提出一种理论来'save these phenomena'

上图是根据一幅写生肖像制作的版画。

参考文献

正文里的方括号编号指向这里,悬停即可直接看到条目。书目保留原文——译了书名反而查不到文献。

延伸资源

原站列出的延伸阅读与外部数据库,照原样保留,目标多为英文页面。

相关专题

原站的交叉引用。指向本站已镜像专题的留在站内,其余仍指回原站。