趣味大地测量学/主题 01 · 地球椭球理论/第 2 集 · 地球怎么“变圆”,又怎么变得可测/深入
斯塔德:同一个二十五万,为什么能量出两个地球
折算用的那把尺子本身是一条跑道,各地跑道不一样长;今天通用的 157.5 米不是量出来的,是 1882 年推算出来的,而推算的每一环都有人不同意。同一个古代数字,跟着不同的斯塔德走会落到相差近七千公里的两处——所以公里数只配两位有效数字,「只差百分之几」无从说起。
正文里那三个数,代表的是三种不同的东西。
埃拉托色尼真正量出来的只有两样:亚历山大城里木竿与阳光的夹角,以及两城之间的路程。其余的每一个数,都是别人替他算、抄录或折算出来的。「约二十五万斯塔德」就是抄来的,而且流传下来的版本不止一种:克莱奥梅德斯记的是二十五万,斯特拉波、维特鲁威与普林尼记载的则是二十五万二千。多出的两千很可能是他自己改的——二十五万二千除以三百六十正好是七百,每度合七百斯塔德,凑成整数,便于造表。
至于「≈39000 公里」,那是后人替他折算的结果。折算只是一道乘法,但乘数从哪里来,才是这一页要讲的事。
尺子是一条跑道
斯塔德原本不是地理单位,而是一项赛跑的赛程——也就是在跑道上跑一程的距离。希腊人把它定为六百尺。
麻烦出在「尺」上:各城邦的一尺并不一样长,修出来的跑道自然长短不一。这一点今天依然可以实地验证,有些跑道遗迹至今尚在——奥林匹亚跑道两端的大理石起止石相距 192.27 米,德尔斐的跑道量下来是 177.55 米,两条当时都叫「六百尺」,却差了将近十五米。学界常引用的另一个数值 185 米也大致在此范围;罗马人后来把一罗马里定为八斯塔德,折算下来同样在 185 米上下。
古人自己早就注意到了这件事,只是解释更有意思。公元二世纪的罗马作家格利乌斯记下过一个更早的说法:奥林匹亚那条跑道是赫拉克勒斯用自己的脚量出来的,正好六百足;后世各地同样按六百尺修跑道,量下来却明显更短。相传毕达哥拉斯由此推断:既然跑道长出这么多,赫拉克勒斯的脚就该按同样的比例更大,身材也该按同样的比例更高。
这段推理今天当然站不住脚,但它说明了一件事:斯塔德标准不一,并不是现代人才发现的难题。
那五千斯塔德,是有人一步一步走出来的吗
流传很广的一个说法是:亚历山大城到赛伊尼的那段路,是「皇家计步员」走出来的——他们受过专门训练,步幅极稳,靠数自己走过的步数报出路程。
计步员确有其人。亚历山大东征时军中就设有这一职位,普林尼在《自然史》里称他们为「他行军路程的测量者」,并指名提到拜顿与狄奥格涅图斯,两人确实把沿途的站程写成了书。
但把那五千斯塔德算在他们头上,并无依据。有研究者指出,埃拉托色尼身在亚历山大图书馆,查阅的是当时已成书的尼罗河行程记述——那些记录出自往来尼罗河的探险者、使节与船长之手,写下的只是旅行者的估算,并非逐段丈量的结果。另一条常被引用的古代记载确实提到过托勒密王室的测量官,但说的是赛伊尼到梅罗埃,不是亚历山大到赛伊尼。
所以他手里的这两个量,来历并不对等:角是量出来的,路是问来的。
157.5 米是谁定的
本课采用的一斯塔德 157.5 米,又是从哪里来的?
它并非出自任何一条古跑道的实测,而是 1882 年由德国度量衡学者胡尔奇推算出来的。推算一共三环:第一环是古籍里的一句话——普林尼记载,按埃拉托色尼的算法,一「斯霍伊诺斯」(古埃及的行程单位)折合四十斯塔德,同一句里他还提到也有人算作三十二;第二环是埃及本土的换算,一斯霍伊诺斯记作一万两千皇家腕尺;第三环是实物,皇家腕尺有出土的标准器可量,约合 0.525 米。三环接起来:
换句话说,一斯塔德恰好是 300 皇家腕尺。
所以 157.5 米不是测量值,而是推算值:它的全部立足点,只是一句古代转述、一处单位换算,再加上一件出土的标准器。
这条链上的每一环,都有人不同意
争议最大的是第二环。近百年来多数研究者把一斯霍伊诺斯记作两万腕尺,而不是一万两千——这一环一旦改动,157.5 就不成立了。第一环同样不够扎实:普林尼在同一句里就写着,另有三十二斯塔德一说。
考古实测的跑道在 177 米到 192 米之间,没有一条接近 157.5 米。为绕开这个冲突,有人主张「跑长途用的斯塔德」和「跑道上的斯塔德」本是两回事:一个是计量学上定义明确的单位,一个是估算远距离时惯用的粗尺度。这个区分确实有人认真论证过,但它同时也意味着,想用跑道遗址来坐实埃拉托色尼手里的尺子,这条路走不通。
还有更成问题的一层:157.5 米之所以最流行,很大程度上是因为用它算出来的结果最漂亮。而这个数值本身,恰恰是顺着埃拉托色尼给出的数字反推出来的;再拿它反过来证明那个数字有多准,就成了一个闭环。有研究者直接称之为循环论证。
同一个二十五万,两个地球
把两种取值分别代入算式:
两个结果之间差了将近七千公里。
同一个二十五万,顺着不同的斯塔德算下去,算出来的却是两个地球。这就是为什么正文里的公里数一律带着「≈」,而且只保留两位有效数字:不是算术算不到第三位,而是那把尺子撑不起第三位。
也正因如此,常听到的那句「埃拉托色尼算出的周长只差百分之几」无从谈起。要说出这句话,得先替他挑定一种斯塔德,而挑哪一种恰恰两千年来没有定论;挑定之后再回头称赞他准,称赞的是后人的挑选,不是当年的测量。
这不是说他量得不好。真正能确切说出口的是另一句:一个角、一段路、一次乘法,就把整个地球装进了一个数里。至于那个数究竟是多少——正文那条半径时间轴上,古代的四个值全都带着「≈」,道理也是一样:唐朝的「里」、阿拉伯的「里」、斯塔德,没有哪一个能确切到撑得起第三位。