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十二进制与六十进制
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十二进制可能与历法有关,大概来源于月历的使用。几乎所有古老民族的历法最初都是月历,也就是人们通常所说的阴历。这大概是因为月亮伴随着人们度过漫漫长夜,月亮的圆缺变化又是那么明显,于是人们就参照月亮的变化来制定时间。
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通常把朔日,也就是夜空看不见月亮的那一天作为一个月的开始。月亮本身不发光,月光是由于阳光的反射,每逢朔月,月亮正好运行到地球和太阳之间,与太阳同时出没,于是被阳光照亮的那一半背向地球,而面向地球的是黑暗的一半,所以在这一天地球上看不到月球。
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过了朔日,黄昏后在西方天际可以看到弯弯的月亮,称之为新月;十五天后圆月在中天,称之为望月;过了望月,黄昏后的月亮逐渐移向东方,直到下一个朔月,周而复始。这样,人们就称月亮的运行周期为朔望月。可以观察到,一个朔望月应当是30(29.53)日。但是,一个结束的朔日恰好又是新周期的开始,这样就必须以两个月为单位计算周期,因为共有59日,于是人们就调整为大月30日、小月29日。既便如此,两个月还有0.06日的盈余,因此每过一段时间还要增加一个大月,才能保证月初必朔、月中必望。
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月亮的圆缺变化非常明显,因此,把月和日组合在一起容易记忆日月的流逝。但是,基于月的历法很难判别一年的四季,这是因为阴历一年12个月共354日,与地球公转一周365日相差11日多,三年将积34日。这就意味着第一年的春分和第二年的春分相差11天,三年之后春分相差一个月,这个差实在是太大了。一年四季的确定将影响到春种秋收,这对农业生产是一个大问题,因此,许多古老民族在阴历的基础上又用阳历加以补充,这样的历法被称为阴阳合历。
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在古巴比伦,根据出土的乌尔第三王朝(公元前2010-前2003)的行政管理文件,在历法中规定25年加入10个闰月。古巴比伦还规定了7日为周期的星期,分别用太阳、月亮和行星命名,这个规定一直影响到今天。在古代中国,人们使用二十四节气来指导农业生产。二十四节气的基础是阳历,比如,夏至总是在阳历的6月21日左右,冬至总是在阳历的12月21日左右。这样,古代的人们就利用增加闰月的方法来调整阴历的历法,使这个历法尽量与自然季节相吻合,正如《尚书·尧典》所说[^38]:"以闰月定四时成岁"。比较古巴比伦的历法,古代中国采用的添加闰月的方法更加准确,即19年加7个闰月,如《淮南子·天文训》所记载:"故十九岁而七闰"。很可能是为了与阴历中的月对应,人们在阳历中也规定一年十二个月。
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十二进制在本质上只限于对与季节周期有关、与时间周期有关的表述,虽然在英美等一些国家在某些场合还以十二为单位进行计算,比如,称十二个鸡蛋为"一打"或者"一罗"(gross),但是在英文中"十二"这个词twelve是由古英语twalif演变而来的,而后者含有"漏掉两个"的意识[^39],因此英美的这种单位表述还是基于十进制的。
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在中国传统文化中,12这个数字是非常重要的,甚至影响到今天的每一个中国人,这便是与人的出生年份有关的十二生肖。十二生肖把十二种动物与十二地支联系到一起,这种表示至少可以追溯到汉代,因为在王充[^40]的著作《论衡》中就有与今日述说完全相同的记载。与此有关,古代中国的十二个时辰也是用十二地支命名的,十二地支分别为:
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子、丑、寅、卯、辰、已、午、未、申、酉、戌、 亥,
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其中"子时"对应于现在时间23:00--1:00,其余顺推。到了汉代,为了皇宫守夜更替的需要,又把夜晚分为五更,其中"三更"半夜,对应于"子时"在23:00--1:00之间;"五更"黎明,对应于"寅时"在3:00--5:00之间,其余类推。到了宋代,人们进一步把每个时辰一分为二,分别称其为初和正,比如,子被分为初子、正子,并且称这样划分了的时间为小时,这便是现在汉语中"小时"这个词的由来。这样,一日就被划分为二十四小时,延续至今。
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关于使用六十进制记数法的原因众说纷纭,没有一个合理的解释[^41]。不管原因如何,古巴比伦人确实使用六十进制记数方法,参见话题1中的图。这种记数方法至少可以追索到公元前3200年到公元前2900年的乌鲁克时代[^42]。在现代时间的表达中,人们普遍采用六十进制,这可能是受了圆周角的影响,这要归功于对中世纪的欧洲产生巨大影响的古希腊科学家托勒密[^43],因为在他的名著《天文学大成》中把圆周划分为360度,每度60分,每分60秒,这个划分沿用至今。
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在古代中国,至少在汉代以前,中国就测定阳历一年的周期是365又1/4日,这是通过土星的运行周期计算得到的,《淮南子·天文训》中用较大的篇幅讨论了这个问题。还有一种方法可以计算阳历一年的周期,这就是利用日影长度的变化周期,古代中国称之为土圭之法。比如,用每年冬至那一天的日影长度进行比较,可以得到一年为365又1/4天,正如《后汉书·律历》中所说:"日发其端,周而为岁,然其景不复,四周千四百六十一日,而景复初,是则日行之终。以周除日,得三百六十五度四分度之一,为岁之日数。"这段话就是说,观察冬至那一天的日影长度,一岁过去后,日影长度不能重合,四岁即1461日过去之后日影长度才重合,所以用4除1461得到一年天数为365又1/4日。古代中国以北极星为参照观察天象,因为一年之后天象复原,于是古代中国规定一个圆周角为365又1/4度,而不是现在通用的360度。
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关于如何纪年,与现在世界通用的公元纪年法不同,古代中国是用60年为一个纪年周期,称60年为一个甲子,这就是干支纪年法。干又称天干,是指岁阳,一共10个,包括:
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甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、葵。
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支又称地支,是指太岁,一共12个,前面已经提到。天干与地支是这样组合的:天干的单数配地支的单数;天干的双数配地支的双数。可以看到,这样组合的所有可能结果正好是10与12的最小公倍数,即2×5×6
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= 60。从东汉至今,六十甲子周而复始,干支纪年法没有中断[^44]。
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