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第21章 推陈出新的科学巨匠祖冲之

第21章 推陈出新的科学巨匠祖冲之

祖冲之(公元429~公元500),字文远,祖籍范阳(今河北省涞水县)

。他是我国南北朝时期南朝的一位非常杰出的科学家。他不但在数学方面,而且在天

文历法、机械制造等领域都作出了卓越的贡献,是我国历史上的一位科学伟人。更为可贵的

是,在他的科学活动中,他不迷信前人观点,敢于推翻前人的陈旧学说,勇于同顽固守旧势

力进行坚决彻底的斗争,表现了他追求真理,献身科学的大无畏的战斗精神。

稽古机思躬察仪漏

祖冲之生活在南朝的宋(公元420~479年)、齐(公元479~502年)两个朝

代。宋、齐地处长江中下游,都城建康(今江苏省南京市)。

祖冲之的家在当时是属于低级的士族,在门阀士族统治的南朝时代,社会地位是不高的

。但是,祖家有世代钻研学习的传统。

祖冲之出生在这样一个家庭里,从小便对天文学和数学发生了浓厚的

兴趣。他虽没有受过名师指教,但凭着他的聪明和勤奋,博览群书,尤其是前人关于天文、

数学等浩繁著述,他都广泛搜罗,认真阅读。还未成年,便以“少稽古,有机思”令当时

的人们刮目相看。另一方面,他又决不“虚推古人”,决不把自己束缚在陈腐的典籍文献之

中,并且进行了精密的测量和仔细的推算,像他自己所说的那样,每每“亲量圭尺,躬察仪

漏,目尽毫厘,心穷筹策”。祖冲之这种对前一代的科学遗产取其精华,去其糟粕,敢于怀

疑古人陈腐学说,敢于推翻前人的错误结论的高贵品质,是值得后人学习的。

求圆周率著作《缀术》

祖冲之曾为《九章算术》撰写过注释。刘徽的割圆术给予祖冲之重要的启示。他按照刘

徽的方法继续计算下去,从正192边形,一鼓作气演算到正1536边形,得出了圆周率是3.1

416的结果,然而,他并不满足,仍然坚持不懈地深入推求。终于求得了精确度更高的圆

周率近似值,计算出圆周率在3.1415926到3.1415927之间,在世界数学

史上第一次把圆周率推算准确到小数点后第7位。在国外直到1000年以后,15世纪阿拉伯

数学家阿尔`卡西计算到小数16位,才打破了祖冲之的记录。他还明确指出了圆周率的上

限和下限,用两个高准确度的固定数作界限,精确地说明了圆周率的大小范围,虽然未指明

,但是实际上已确定了误差的范围,在我国也是前所未有的。他用355/113表示圆周

率的最佳分数值,称之为“密率”。用22/7表示“约率”。在欧洲,德国人奥托和荷兰

人安托尼兹得到这一结果,是在16世纪。

祖冲之在数学上另一重要的成就即为解决了球体积的计算问题。在他们之前,《九章

术》中已经正确地解决了圆面积和圆柱体体积的计算问题。但是关于球体积的计算公式却是

错误的。他的儿子祖日恒

还在推算求证的过程中,提出了“等高处的横截面积相等,那么两个

立体

的体积也必然相等”的结论。这个结论国外在1000年后才由意大利数学家卡瓦列列提出,被

人称为“卡瓦列列定理”。

祖冲之还研究过“开差幂”和“开差立”的问题。

祖冲之和他的儿子祖日恒的数学研究成

果汇集在一部名叫《缀术》的著作中。《缀术》中

可能包含有祖冲之为《九章算术》作的注,以及对圆周率、球体体积的研究,内容比较深奥

直到现在,

对《缀术》内容的探讨,仍然是吸引国内外许多学者很大兴趣的一个问题。

编《大明历》造指南车

祖冲之在天文历法方面的成就都包括在他所编写的《大明历》和那篇有名的《驳议》之

中。

祖冲之经过长年累月辛勤地测算提出了进一步改革历法的主张。他制订了一种新的历法

。这一新的历法对历法的编制方面作出了很多创造性的贡献,新的历法是在那个时代里的一

部最好的历法。

宋孝武帝大明六年,也就是公元462年,祖冲之写了一个奏章,把他编制的新历法献

给了皇帝。因为这是大明六年提出来的,所以被称为《大明历》。这一年,他33岁

新的历法送到了宋孝武帝的面前。可是宋孝武帝根本不懂历法,究竟是《大明历》好,还

是《元嘉历》好,他弄不清楚。

有太子旅贲中郎将戴法兴假

冒懂得历法,出来攻击祖冲之的新历法。面对戴法兴的挑战,祖冲之

写下了科学史上有名的文献——《驳议》。

直到梁天监九年

(公元510年)开始在梁施行《大明历》,废除《元嘉历》。一直沿用了八九十年。从祖

冲之上《大明历》到开始施行,中间差不多经过了半个世纪,这时祖冲之已离开人们十年了

祖冲之不仅对自然科学进行过广泛地研究,取得了卓越的成就,而且对于机械制造也有

贡献,其中有些项目在当时生产中发挥了作用。祖冲之在机械制造方面的成就是很多的,其

中之一就是重造指南车。

指南车是我国古代人民在机械方面的重要发明创造之一。这种指南车是什么人,在何时

发明的,现在已经不清楚了。

刘宋统治的末年,守卫皇官的禁卫军头目肖道成打算有一辆好的指南车。这时祖冲之正

在朝廷做谒者仆射,平时又有博学的名声,于是肖道成就去请求祖冲之,让他想办法重造一

辆指南车。祖冲之答应了。经过反复的试验,祖冲之得了要用五个齿轮组成差动齿轮机,才

能符合车子向左向右转,木人指南方向不变的要求。要使五个齿轮灵巧地配合,必须计算精

密,制作准确。祖冲之算准了每一个齿轮的半径和齿距,叫铜匠依图铸造。最后制成了一具

铜制的机械,机械的上面插着一个小木人,它的右手前伸,手指指着南方。

祖冲之在机械制造方面的又一发明就是水碓磨。

这种水碓磨既省力,而且日夜可以不停地转动,所以工作效率很高。遗憾的是建在

乐游苑的那只水碓磨只是齐武帝和宫里的人赏玩而已。但祖冲之替农家制造的水碓磨,不但

能舂米,而且还有人用来榨油,起着重要的作用。

祖冲之还设计制造过一种千里船。

成就辉煌世人景仰

祖冲之博学多才,但仕途不顺。公元464年,祖冲之担任娄县(今江苏昆山县东北)县令。宋

朝末

年,回到建康,担任谒者仆射。大约在公元494年到498年之间,又担任水校尉的官职,写过

一篇《安边论》,很受齐明帝激赏。公元500年,祖冲之去逝,享年72岁。

祖冲之的成就不仅限于自然科学方面,他还精通乐理,对于音律很有研究。此外,祖冲

之又著有《易义》、《老子义》、《庄子义》、《释论语》等关于哲学的书籍,都已经失传

了。

祖冲之在天文、历法、数学以及机械制造等方面的成就,充分表现了我国古代科学的高

度发展水平。祖冲之所以能够取得这样辉煌的成就,并不是偶然的。首先,当时社会生产正

在逐步发展的需要。其次,祖冲之在前人创造的基础上做出了他的成绩。再就是祖冲之个人

的认真学习,刻苦钻研,不迷信古人,不畏惧守旧势力,不怕斗争,不畏艰辛,也都是他取

得杰出成就的重要原因。

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