登陆注册
11143600000074

第74章 数学之神——阿基米德

阿基米德(前287一前212)出身在现今意大利西西里岛的海滨叙拉古城,这是一个由希腊移民建立的城邦国家。曾经创造了灿烂文化,出现了亚里士多德、亚历山大大帝等名人的希腊文明此时已如西照的夕阳,步入了傍晚时分。在环地中海周边,北部,罗马国家在意大利半岛崛起;南部,是腓尼基人建立的迦太基强国;在东部的广大区域,是仍然属于希腊世界的大小不等的数个国家。阿基米德就是在这样的环境中度过了一生。

阿基米德家属于贵族阶层,与叙拉古国王希耶隆二世是亲戚,但家境并不富裕。他的父亲菲迪阿斯是位天文学家兼数学家,使阿基米德自小得到良好的教育,饱受科学知识的熏陶。少时的阿基米德天资聪慧,勤奋好学,善于钻研、思考各种问题,并常常达到痴迷的程度。据说在他年轻时就设计出在港口用的装卸货物的机器。但这时,他的理论知识还不够,讲不出它的道理。在国王的帮助下,他来到埃及亚历山大里亚留学,以求深造。

亚历山大里亚位于尼罗河港口,是当时希腊世界的最大城市之一,也是文化与学术中心,人才荟萃之地,有藏书丰富的图书馆和博学园。几何学之父欧几里得曾在这里开办学校,讲授《几何原本》,培养了一批人才。阿基米德来到这里,跟随欧几里得的学生柯农学习。他与青年学者埃拉托色尼(任图书馆馆长)结为好友,两人常在一起探讨问题。埃拉托色尼测出的地球直径,与人们现在得出的长度仅相差一百余公里。学者们在这里展开的日心说与地心说的辩论,虽然日心说未能取胜,却开阔了阿基米德的思路,给他以启迪。

学习之余,阿基米德常常到尼罗河畔散步。在久旱无雨的季节,他看到农民们一桶一桶地从河里提水浇田,非常吃力。为解决用尼罗河水灌溉农田的问题,他制造了一个螺旋抽水机,可以将水连续地从低处抽到高处,这就是人们称为“阿基米德螺旋”的机械。这种排水的机械后来用途越来越广,如搅拌机、绞肉机等,都是利用了阿基米德螺旋的原理。

前240年,阿基米德回到家乡,当上了国王的顾问,帮助国王解决生产、军事以及各种生活中出现的问题。这促使他将理论与实际相结合,取得许多新的发现与发明。

“假如给我一个支点,我就能移动地球。”这是阿基米德强调杠杆作用的名言。杠杆很早就为人们所熟悉和使用了,但是还没有人进行系统的论述。阿基米德总结了前人验证的散乱的论述,经过对杠杆平衡条件的数学证明,写出了《论平面图形的平衡》,对杠杆原理进行了系统、全面、科学的总结,并得出重量比等于距离反比的杠杆定律。这个定律后来成为一切机械设计的基础,直接指导了人们的生产和生活实践。据说,希耶隆国王曾抱怨阿基米德的理论研究没有实际用处,但不久后发生的一件事却使国王信服了。国王命人造了一只大船,船造好后却无法下水。正当大家束手无策之时,阿基米德主动请战,设计、制造了一套杠杆滑轮系统,然后将绳子的一头交给国王。国王轻轻一拉,船就慢慢地移动起来,下到水里了。国王高兴万分,特发出布告,命“从今以后,凡是阿基米德所说的话,务须一律听从”。

在古希腊时代,人们求圆的周长和面积时,利用的是前人总结出的直径为一而周长为三(即径一周三)数值,然而,这样计算出的圆的周长和面积总是偏小。阿基米德经过反复计算与求证,得出了用小数表示即3.1409<π<3.1429的数值,取平均值即3.1419,大大地提高了计算的精确度。他在《论球和圆柱》中提出了5条公理作为严格证明的依据。在《圆的度量》一书中,求出了计算球体、圆柱体和更复杂立体的体积、表面和周长的公式。更重要的是,在推演这些公式的过程中,他运用了穷竭法,即逐步求近似而求极限的方法,从而奠定了现代微积分计算的基础。以至在一千多年以后,莱布尼茨发明微积分法时,还声称得益于阿基米德的创造。

一则流传最广的故事是:希耶隆二世交给工匠15两金子,让工匠为他制造了一顶纯金的王冠。许多天以后,王冠做成了,纤细的金丝密密地织成各种花样,十分精美,称一下,正好15两。国王拿到手里,满心欢喜,但又怀疑工匠偷了金子,掺进银子。国王命人拿去检验成色,并且不能碰坏一根金丝。谁也没办法完成这个重任,只好将其交给阿基米德。接受任务后阿基米德整日冥思苦想,也想不出什么好办法。但他并不放弃,脑中始终为这个难题所萦绕。一天,他去澡堂洗澡,当坐进澡盆时,他看见盆里的水慢慢地溢了出来,而身体则微微上浮。突然,他眼前一亮,一个灵感闪现在脑海:相同重量的物体,由于其体积不同,排出的水量也不同。干是,他不顾赤裸的身体,大喊着“我找到了,我找到了”,跑回家去。经过实验与严格的计算,证明王冠中掺有银子,并且得出准确的数量,令工匠心服口服。由此,他发现了流体静力学的基本原理——物体在液体中减轻的重量,等于它所排出的液体的重量。后来,他在《论浮力》一书中对此做了详述,这个原理被人们称为阿基米德原理。

到了前3世纪末,阿基米德已进入高龄之时,罗马与迦太基之间的战争越来越激烈了。夹在两强之间的叙拉古地位十分微妙,不得不左右逢源,苟且图存。前218年,两强间的第二次布匿战争爆发。战争初期,迦太基的名将汉尼拔率军突然出现在意大利的北部,令罗马军队大败。叙拉古趁机脱离罗马,宣布与迦太基结盟。当罗马军队从失败中恢复过来后,立刻对背叛它们的城邦实行报复。罗马元老院命令执政官马赛拉斯统帅4个军团,40艘战船向叙拉古发动攻击。阿基米德责无旁贷地投入了保卫祖国的战斗,在他的指导下,叙拉古人制造的机械在战争中发挥了巨大威力。

当敌人的战舰从海上袭来时,城墙里飞出了大大小小的石块,打向战船。待战船好不容易靠近城墙时,城墙上又伸出了相当先进的长长的机械吊臂,吊臂下悬着的巨大的铁爪和铁钩,用以钩住罗马战船,慢慢上升,再慢慢倾斜,将它掀翻在海上。还有一个传说:在罗马战船靠近时,城墙上集中的许多镜子把太阳光反射到敌人的船帆上,使战船起火燃烧,损失惨重(人们对这个传说一直半信半疑。17世纪牛顿对光进行了研究之后,认为这种情况完全是可能的)。海军司令克劳狄乌斯说:“我们简直是在跟木桶打仗,灾难连续不断地向我们袭来,可是我们却看不见一个敌人。我们还是不要和科学家打仗吧。”海军只得退出了战斗。罗马陆军的命运似乎更惨,当军队接近城墙时,投石机将大石块投向敌军;在军队后退时,又飞出利箭,打得敌人望风而逃。

马赛拉斯无计可施,只得命令将叙拉古城团团围住。一年、两年过去了,叙拉古仍然安然无恙。但是,城里的粮食越来越紧张,人心混乱,一部分人产生了投降情绪。前212年的春天,一个雇佣军头目叛变,在黑夜偷偷地打开城门,放进了敌人。等待了这么长久的敌人冲进城,按捺不住地在城里大肆烧杀劫掠。尽管马赛拉斯命令不许碰阿基米德,并派一名士兵去请他。但是,覆巢之下,安有完卵。当时,阿基米德正在全神贯注地求证着眼前的一个几何图形,突然一名士兵的黑影遮住了光线。阿基米德愤怒地大喊:快走开!你弄坏了我的图形。那个士兵要带他去见马赛拉斯,他说:“等等,让我证出这道题。”士兵终于不耐烦,拔剑刺进了阿基米德的胸膛。一位伟大的科学家就这样离开了人世。

阿基米德死后,人们遵照他早年的嘱托,在他的墓碑上刻下了标明其体积比为3:2的一个圆柱体和一个内切球(他的一项发现:直径相同的一个内接球体与一个圆柱体体积之比是2:3)。

阿基米德将数学与物理学紧密结合,不仅用力学方法解决数学问题,而且用数学方法研究力学及其他实际问题,在数学和物理学上都做出了杰出的贡献。他是现代数学分析的先驱、静力学的奠基人、液体静力学的创始者、螺旋抽水机的发明人。他的这些发现和发明在今天已经得到了广泛的应用。在科学发展史上,他和牛顿标志着力学和数学史上的两个主要时代。

同类推荐
  • 怀念一只被嘲笑的鸟

    怀念一只被嘲笑的鸟

    《怀念一只被嘲笑的鸟》作者刘建超是我国微型小说界具有阳刚气的作家,读他的作品令人产生强烈的震撼。其作品大多正气逼人,富于理想主义色彩。扶外在形态上看,刘建超的作品立意与人物内涵也许最接近于所谓主流意识形态,但细细琢磨起来,你会体察到,内在地支撑着他的创作理念,是对崇高信念与理想人格的推崇和呼唤。换言之,他是站在平民的立场上,痛切地针对当代社会的某些精神缺失有感而发的。他笔下的伟人、将军或平民英雄决非虚无缥缈、高不可攀,其人其事都是在我们的生活中曾经发生过或者可能发生的。
  • 风流半边街

    风流半边街

    收《谜样的汉江》、《风流半边街》、《一页风帆》、《野荠青青》等14篇短篇小说。
  • 向阳孤儿院5

    向阳孤儿院5

    长篇小说《向阳孤儿院》取材于真实的孤儿院,由一个个鲜活而真实故事加工改编而成。小说以日记的形式书,,一天都具有相对的独立性以及真实性,在情节设计上巧妙新颖,故事引人入胜。
  • 中国古典文学四大名著(第八卷)

    中国古典文学四大名著(第八卷)

    四大名著是指《三国演义》、《西游记》、《水浒传》及《红楼梦》四部中国古典章回小说。这四部著作历久不衰,是汉语文学中不可多得的作品。其中的故事、场景,已经深深地影响了中国人的思想观念、价值取向。“四大名著”的最初提法是“四大奇书”,中国在明末清初最先有了这种说法。李渔曾在醉田堂刊本《三国志演义》序中称:“冯梦龙亦有四大奇书之目,曰三国也,水浒也,西游与金瓶梅也……”清代乾隆年间问世的《红楼梦》原名《石头记》被公认是中国古典小说的最高峰。本书将这四部书进行了新的编排,选取其中的经典篇章予以出版。
  • 十月围城(电视剧版·官方影像书)

    十月围城(电视剧版·官方影像书)

    “2014年度最受期待头号大剧”、“中国梦”首发第一弹——《十月围城》重磅来袭!该剧拥有难得一见的“低调奢华有内涵”的剧本、超豪华的青春偶像阵容,可称的上是一部草根逆袭的近代革命大剧。白丁车夫阿四误打误撞成为留洋归来的革命青年李重光,就此踏上命悬一线的替身生涯,相同的面容,不同的命运,一场荒诞却真实的大戏由此开演。现在《十月围城》官方影像书新鲜出炉啦,想了解该剧的台前幕后吗?想一睹剧中人物的精美的定妆照、剧照、幕后花絮照吗?让我们来先睹为快吧!
热门推荐
  • 悍妃嫁到:腹黑邪王请自重

    悍妃嫁到:腹黑邪王请自重

    穿越到一个花瓶女身上,一睁眼就被冠上了不清白的骂名,不就是孤独一生吗?正和她心意。可是一道圣旨却让她成了鼎鼎大名鬼王的冲喜王妃。没事儿,鬼王死了以后,整个王府都是她的。谁知在某夜黑风高的夜里,某男竟然一变成了妖孽美男,危险一步步的逼近:“本王死了,你就是富婆?”某女节节败退:“你死我怎能苟活。”“是嘛?这么衷心?”某男妖娆一笑。某女翻窗而逃。却又引来无数情债,鬼王头上已是绿油油的一片。“家风不严,必须严加管教。”【情节虚构,请勿模仿】
  • 幸福的艺术蓓蕾

    幸福的艺术蓓蕾

    凤城唐山,钟灵毓秀。自古以来英才辈出,皆因重教兴学也。幸福小学,千禧肇建,薪传十载,烛照百代。办学有道,突出艺术特色;施教有方,促进全面发展。十年建设、十年发展、十载辉煌。
  • 穿越谁敢嫁给我

    穿越谁敢嫁给我

    她是一名网络写手,最喜欢的莫过于看穿文,为什么呢?她也不知道。是从什么时候开始,她对古代有一种莫名的情节,从小学起就爱看古装片,那时候也许喜欢的是古装的飘逸。反正就被古代迷得稀里糊涂,做梦都梦到自己成了一个侠女,一个公主,一个拥有无上智慧的幕后人,耍弄着权谋。可正当她思想渐变,只想找个长期饭票,有一套房子,做个安稳的房奴,过自己的小日子时,她竟真的穿越了......
  • 剑之神

    剑之神

    在目睹自己所有亲人死于贼人之手的那一刻,他的心便被怨恨填满,盖世神功变为杀人手段,以平和的心态面对所经历过凄苦人生,还是快意恩仇的还报,他在杀戮中不断的深思着……然而他是否能经得起否周边的环境与人的诱惑呢?
  • THE BOBBSEY TWINS IN THE COUNTRY

    THE BOBBSEY TWINS IN THE COUNTRY

    本书为公版书,为不受著作权法限制的作家、艺术家及其它人士发布的作品,供广大读者阅读交流。汇聚授权电子版权。
  • 中国历史博览3

    中国历史博览3

    《中国历史博览3》主要内容分为“隋唐”、“五代十国”、“宋”三个章节。
  • 兰亭纪事

    兰亭纪事

    红尘滚滚,世事纷纭。花开花谢又数载,弦月初雪几回圆?滔滔水已逝,匆匆过流年。兰亭为谁而建,故事如何流传?请移步兰亭,倾听一段消失的传奇……
  • 王牌大贱谍

    王牌大贱谍

    爹不疼,妈不爱,卖身只值两三块!钟海因为付不起三块饭钱,被美女老板“收为己用”,而代价竟是卧底在她老公身边“收拾”狐狸精!穷小子变身大间谍,不料出师误入美女丛中!贵妇人的绝色纠缠、办公室的佳人诱惑、花痴女的真情告白……精疲力尽想干点正事,却不想那狐狸精娇嗲嗲的喊他“honey”再来一次……
  • 戮宴

    戮宴

    “我要当将军”“什么?不可能?”“燕雀安知鸿鹄之志,我一定会成为将军的,狠狠的打你们的脸。“
  • 栀虞

    栀虞

    《栀虞》暗夜里,墙角的血色栀子花正在悄然开放。它开的娇艳欲滴,她笑的貌美如花。那株栀子花,是用血灌溉的,是用心培育的。但那颗心,却已因为那株花,而不再跳动。那株花可怕,那个人,更可怕。有一天,那株栀子花,枯萎了。轻轻,掉落的栀子花。你是否,闻到了她的香。你是否,看到了她的心。是啊,那颗早已不再跳动的心,又有谁,能看到。枯萎的栀子花,是否,会再次跳动。是否,会再次凋零。是否,会再次在暗夜开放。