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伊斯兰文明与几何学

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【原作者:拉格卜•赛尔迦尼教授(埃及)】

一切赞颂全归安拉,我们赞美他,求他佑助,我们作证穆罕默德是安拉的仆人和使者。

当你第一次翻开伊斯兰文明的史册,就挡不住它的魅力,难以抗拒它对你的震动。那震动不仅仅是源自历史的真实性,也因为璀璨辉煌、独具魅力的伊斯兰特色建筑。我们可以说:这种文化奇观永不消失! 因为这种建筑文明是在不朽的奇迹——《古兰经》的照耀下出现的。

在这篇文章里我们要和读者共同一览伊斯兰在几何方面的一些贡献。这是伊斯兰文明对人类一项非常重要贡献,其中有许多是令读者感到惊喜的科学文化,甚至有些伟大贡献出乎我们的意料——这些文明居然在遥远的时代就和穆斯林密切相联。

几何在穆斯林中的地位:

伊斯兰培养了穆斯林思考、研究、测量、汇集的习惯,这正是他们在几何学方面达到一定水平并至优秀的原因。

伊本•哈勒敦(愿安拉怜悯他)很诚恳地谈到了几何学,他说: “这(几何)是有关量的论述,若不将面、体、线连接,就只是一堆独立的数字”。 在谈论完几何的要素后,他又说:“我们知道几何学可以激发智慧,完整我们的构思。因为它所有的求证都要有明确的秩序和规律,这些规律和秩序是不容错用、乱用的。前辈们说过,运用几何科学去思考,就像用肥皂为衣服清洗污垢一样。” 这样的大学者以这种诚恳的态度看几何学——毫无疑问——反映了伊斯兰对几何学的重视。

一个民族的科学家把几何视为智慧的光明和思路的净化剂,那么他们就有能力把各种几何知识应用到建筑、供水、灌溉及机械等方面。

工业复兴:

几何学的发展与工业复兴有密切关系,证实这一说法的是法国东方学者让•塞迪略( 1777 -1833)。他在谈到伊斯兰文明时说:“他们在所有的艺术领域表现都出色,从他们那锋利的刀剑、轻巧而牢固的盔甲、毛绒绒的铺毯以及丝绸、羊毛、亚麻的纺织品就可以看出。他们是皮革制造工人、武器的使用者、衣物的织缝者。他们精通几何和雕刻……” 事实上,西方国家另一位研究员里诺说:“阿拉伯人,从安达卢西亚到法国南部,征服了许多地方和城市,他们当时配备的武器是其他任何民族没有的!”

伊斯兰文明的几何大师和技术员一直在遵循科学的方法。在困难的早期,他们就先开始绘图,然后再作出的小模型,现代建筑界的专业人士有许多设备和仪器都是早期伊斯兰技术著作提供并解释的。

 

(清真寺围墙的几何图案)

建筑几何:

如果我们再看一下建筑几何方面就会发现,穆斯林在建设新城市(由于伊斯兰帝国的扩大和在整个世界的传播)方面有着出色表现,主要表现在伊斯兰世界建筑复兴时期许多的清真寺、宫殿、桥梁和医院等建筑物的建设方面。

很多历史书籍还谈到了古代伊斯兰建筑文艺复兴的开始。谢里夫•易德里斯(卒于公元1166年)在《走遍天下的旅行者》在中写到伊历 99年至101年间,即奥马尔二世(倭马亚王朝第8任哈里发,公元717—720年在位)时期谈到科尔多瓦建筑的伟大,他说:“科尔多瓦有很多宏伟的建筑,是引以为傲的建设。科尔多瓦城有十七个拱门,拱门之间有五十扎,拱门宽50扎,四围是窗帘,从拱门步行到水池31腕尺。”

伊斯兰艺术表现在清真寺和学校建筑上,增加了很多之前的没有的风格和特征,并增添了很多如各式的冠、圆顶和尖塔等建筑技术要素。

穆斯林和他们的家园都显示出这些建筑艺术的伟大,举两个不同历史时期的例子:第一个是伍麦叶王朝时期建在安达卢西亚的科尔多瓦清真大寺 ,这是几个世纪以来建筑领域的奇迹, Hmeiri Rawd Almttar形容它说:“它是著名的清真大寺中最优美的。建筑优美,结构健全…… ”

 

(科尔多瓦清真大寺内部的顶部)

(科尔多瓦清真大寺内部)

  第二个例子是伊历964年在伊斯坦布尔建造的苏莱曼尼亚清真寺,它是建筑师米玛•希南的代表作,也是人们津津乐道的奥斯曼时代的光荣历史,其最突出的特点就是富于创造力的宏伟大穹顶。

 

(土耳其伊斯坦布尔苏莱曼清真大寺外景)

(土耳其伊斯坦布尔苏莱曼清真大寺内景)

建筑声学:

建筑学里有一门分科叫建筑声学( acoustics ),这门分科的建立要归功于穆斯林学者的开创性作为、科学方法论及在不同领域的应用。他们发现声音可通过拱形面产生回音,而回音又会聚集在同一点上——就像光一样。如果仔细计算拱形数据,弄清楚声音集中的方向,可加大声音的清晰度、强度。如果这些设计在计算上不准确,就会导致听觉上的混乱,出现杂声。


(伊斯法罕某古清真寺内部)

穆斯林在建筑技术上非常重视声音的特点,特别是对大清真寺的建设。因为穆斯林每日有五时的拜功,礼拜中领拜的人(伊玛目)要尽量让跟拜者听到他的声音。另外,每周五的聚礼及节日里伊玛目和演讲人的讲经,都要尽可能让出席者聆听到。所以穆斯林建筑技术在这方面做得非常出色,设计出像伊斯法罕的清真古寺、阿勒颇的“阿迪利亚(Adliyah)”清真寺以及巴格达的一些老清真寺等这样的建筑。这些清真寺的屋顶都设计成凸形,而墙壁都设计成了凹形的, 这种结构对礼拜时声音的传播是非常有利的。

毫无疑问,现存的伊斯兰古迹是穆斯林学者在几何技术和建筑声学方面领先的最好证明,比20世纪美国著名学者华莱士•k•扎比研究哈佛大学礼堂的声学要早得多。

(伊斯法罕某古清真寺内部)


(“阿迪利亚(Adliyah)”清真大寺院内)
(“阿迪利亚(Adliyah)”清真大寺大殿内)


(伊拉克一条街上有邻近的三座清真寺

水利几何:

穆斯林几何学者的创造力并不局限于建筑方面,还体现在其他许多方面,其中就有以供水、灌溉系统为主的水利几何。

虽然穆斯林几何学家不是第一台液压装置的发明者,但是在他们居住的地方已发现有利用水资源和河流灌溉的系统。伊斯兰文明中有关历史和研究向我们证实,穆斯林很早就发明了用不同方式引水的灌溉设备,主要出现在当时伊斯兰世界的首府特别是巴格达和库法以及其他周围有河流的城市。事实上,历史资料表明,在十世纪和十一世纪,穆斯林世界的灌溉系统已达到高度发展,甚至有资料记载了当时的灌溉工程对伊拉克中部地区底格里斯河及幼发拉底河河水流向的重大改变,及对位于巴士拉西北地区的沼泽和浅水湖泊的改变。

(引水工程确实方便了百姓)

因为农业的发展,伊斯兰很重视灌溉系统的发展。而伊斯兰世界许多地区是少雨天气居多,非农业用水也很重要。在任何社会中,人类所需的淡水是种宝贵财富,再加上伊斯兰教履行拜功需要沐浴清洁等原因,穆斯林就更加迫切地需要干净水。

(穆斯林设计的水利建筑手稿)

伊斯兰文明应用水利几何,不仅解决了迫切的基本用水需求,还在水利服务领域(如灌溉和饮用等方面)有出色表现,这些成就大部分是伊斯兰文明之前不为人知的。其中一个最重要的方面就是公共浴池,伊斯兰很多城市都设有公共浴池,这引起西方游客和商人的注意! 浴室的几何设计,让进入浴室洗澡的人从温暖空气慢慢转到冷空气,浴室通过地热进行加热,其内部墙壁上有热水和冷水管线。

(伊斯坦布尔目前仍在使用的澡堂) (叙利亚老式澡堂)

水利几何艺术之美:

众多浴室的设立,其目的是纯宗教和清洁的需要,但是穆斯林水利几何学家们仍不忘装饰浴室场所。伊斯兰宫殿和清真寺的院落里已经有美丽的喷泉;它赋予了空间美丽与欢乐,有些人(尤其是在清真寺)就经常用这些喷泉洗小净。

水利几何在花园和果园的美化方面发挥了作用,小溪不仅做灌溉之用,也让人们感到心旷神怡. 这种伊斯兰审美情趣来自安拉在《古兰经》里多处描绘下临诸河的花园。

(土耳其清真寺里的喷泉和小净处)

在我们看到了上述水利几何的应用之后,对穆斯林地理学家异常重视城市供水及水源就不足为奇了。穆斯林几何学家在城市供水方面的努力和奋斗是显而易见的。为了能够给人们提供用水,他们尽力调配各方资源,满足多种需求。

伊斯兰文明在各个领域的表现都很出色,知识的任何领域都有他们创造性的贡献。在这篇文章里,我们知道穆斯林在几何学领域也没有落后其它学科,领略了穆斯林几何学家们把几何学的重要性和艺术审美结合起来的才能。这种结合赋予伊斯兰文明进程中的人文精神以永恒的美丽。

 

穆斯林和机械几何:

我们现在来了解一下穆斯林在机械几何方面的贡献。那些卓越的科学家称之为“实用方法学”,它和其他几何学科一起构成了伊斯兰几何学科系统,就像在别的学科里一样,穆斯林学者们在机械几何学科中的贡献也很出色。

穆斯林先辈们在该学科的真诚态度和严谨作风,吸引人们关注他们在机械几何应用技术方面的突出贡献。有一部分人认为那些技术都是现代西方文明才有的,但我们在阅读中发现,穆斯林很早就随着“实用方法学”的发展,发明了很多机械和工具,甚至制造了原始的“机器人”!我们现在看到和了解的只是其中很少的一部分。

为了更多地了解“实用方法学”,我们必须首先了解“实用方法学”在当时的功能。就像一位先辈描述的那样:“以更少的力量干更多的工作,意思就是运用智慧代替力量,以头脑代替肌肉,以机器代替身体。” 这是文明的特征,人类众多民族的学者及他们在科学与文明领域里不计其数的发明创造,无一不是遵循着“克服困难,改善人类生活”这条规律。

穆斯林在“实用方法学”方面的人道精神:

也许在道德方面引导穆斯林在“实用方法学”方面有所创新的原因,是他们之前在许多民族存在的奴隶制度。在奴隶制度中,奴隶被强迫劳动。对那些十分消耗体力的工作,没有人去考虑奴隶的承受能力。伊斯兰禁止强迫奴隶劳动,并尊重他们。甚至连动物也予以保护,不让它们超负荷疲劳工作。另外,伴随着伊斯兰文明繁荣,迫切需要建设,穆斯林在技术领域这一方面就显露出其独特才能。

机械几何最重要的成就:

机械几何最重要的成就,明显地体现在穆斯林用石材、建材对拱门、清真寺、水坝、宣礼塔等大型建筑的应用上。看看伊斯兰世界里层层叠叠的清真寺建筑,高大挺拔的宣礼塔,就足以让我们了解这一点。当时的穆斯林工程师们以什么办法建筑了七十米高——相当于二十层高楼的宣礼塔呢? 众所周知,当时并没有千斤顶一类的设备工具,看看伊斯兰建筑那高大的墙体,就可想象穆斯林几何学家完成这些工作是多么令人惊叹!

大家不要忘记,这方面还有萨拉赫•丁(愿安拉慈悲他)在开罗修建的“泉水输送墙”。 水从尼罗河湾口中通过靠动力旋转的机械被抬高10多米,再灌入“泉水输送墙”管道,慢慢地流入城堡 。


(开罗的“泉水输送墙”遗址)  

穆斯林学者在机械几何方面的发展:

的确,穆斯林学者在机械几何方面的努力让后人惊叹不已。 他们的著作里充满了数以百计的机械和工具以及相关图片解释,这些全是为改善生活和周围环境而发明的,这在极大程度上反映了伊斯兰国家达到的文明和先进程度。

穆斯林在机械几何领域杰出的人才有巴努•穆萨兄弟(Banou Moussa)。巴努•穆萨兄弟是三个亲兄弟:穆罕默德、艾哈迈德和哈桑,都是穆萨•本•沙克尔的孩子,生活在伊历三世纪(公历九世纪)。当时他们组成了伊斯兰科研组织,以便科学家们齐心协力进行创新和发明,这种合作是现代西方文明的前身。这三兄弟以他们的著作《巴努•穆萨家族的方法论》而闻名。著名历史学家伊本•赫里康(Ibn Khallikān)评价这本著作说:“巴努•穆萨的书是少见的奇书。它记载的都是新奇的发明,是最好的书籍之一,它只有一卷……”这本书里记载了100多种机械图及其组装和使用方法,包括巴努•穆萨家族当时使用的自动楔子和机械控制的原理。可以说这是科学和技术史上最重要的成就。他们的发明还有“风吹不灭的油灯”和“自动出油芯和注油的灯”。当人们看见这种灯的时候,都以为火不是借助油和芯燃烧的。除在机械几何领域外,他们在天文和其他应用科学技术领域也很杰出。


(关于自动灯的设计图手稿)  

穆斯林在机械几何方面的成就:

在巴努•穆萨兄弟之后的伊历五世纪,卓越的科学家有的伊本•哈拉福•穆拉迪。他撰写了宝贵的《思路的秘密》一书。这本书的手稿1975年在法国奥涅(orneen)图书馆被发现。书里记录了包括关于“磨和水活塞”在内的重要设计的三十多种,以及机器的解释、对非常发达的太阳能计时器的解释。

另外,伊本•哈拉福•穆拉迪在他的书中讲述了现存于科尔多瓦清真寺的《古兰经》阅读架,这是将稀有的《古兰经》版本放在一个不用手、而是通过机械可以自动翻开的书架上。书里还详细地阐述了很多别的先进技术,如塔里格山上的宫殿里是怎么样通过机械转动原理使宫殿大厅的墙壁转动的。

在伊本•哈拉福•穆拉迪之后不到一个世纪,出现了另外一个学者,他就是生活在十二和十三世纪的加扎利(1136-1206)。他著有两部机械几何方面的书籍:其一是《精巧机械装置的知识之书》,内容是对50种机械设备的描述以及制造原理;其二是1974年被译成英文的《几何操作和技术总汇》,现代的科学史学家乔治•萨顿形容这部著作时说:“它是同类著作里最清晰明了的,可以说是穆斯林在这种技术上的颠峰之作。” 这本书中包含了各项发明,及对各式记时器和机械的不同设计,其中通过齿轮系统将直线运动变成圆周运动的规律是现代引擎的基础。该书第一部分是关于水式记时器.另一部分是关于汲水机械。


(《精巧机械装置的知识之书》的一页)

加扎利发明的记时器能用自动的木偶来显示时间的推移,有些是小球从鸟喙里反弹出来,有些是小门打开会有人走出来,另外一些则是旋转的塔或打鼓吹小号的音乐家等等,这些记时器是通过非常精密的轴把动力转移到木偶系统的。


(加扎利的时间显示器)

关于汲水机械方面,加扎利的著作里为我们提供了一个水泵的设计描述,历史学家认为这设计很接近蒸汽机。这个泵(机)是由两根相对的管子组成,每根管子带一个臂,当其中一根管子推压时第二根则为提升(吸力)状态 。为了保证这对组动作的运行,他还在远离轴心的地方安放了齿轮圆盘,而齿轮圆盘是靠中心机架的齿驱动的,每个泵有3个朝相同方向从下往上汲水的阀门,这些阀门阻止了水倒流。

(加扎利的取水设计图)

令人惊奇的是,加扎利还是使用移动式机器人的第一人。当时的哈里发要求他做出一台为哈里发洗小净的机器人,他便按年轻小伙子的模样制造了一台机器,一手握着水壶,另一手拿着毛巾,他的头巾上还有一只鸟。礼拜时间到了那只鸟就会叫,然后机器人就会从手里的水壶倒出适量的水,哈里发洗完小净后,机器人就递上毛巾,然后返回原地,鸟再叫!

(加扎利为哈里发设计的机器人)

从这里,我们可以看到机械几何在伊斯兰文明里已经朝着有益于人们生活的方向发展。显然,很大程度上机器已经取代体力。而再此之前,人们只是将它用于宗教领域,举例来说,神甫们使用的移动和发出声音的雕像,或在寺庙里使用的乐器,都是为宗教来服务的。而伊斯兰的到来,把人类和他们的主直接联系起来,中间不需要设备或视觉欺骗。 用机械节省了人们的精力和时间,在伊斯兰文明的照耀下,技术有了新的目的。这正好印证了另一方面——正如我们所看到的——穆斯林的发明对并不限于有些人所称的游戏娱乐。

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