他们撬动了地球(科学家的故事)

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祖冲之，我国南北朝时 期杰出的数学家、天文学家 ，出生在建康(今南京)，学 识渊博的祖父和父亲使他从 小就受到很好的家庭教育。 爷爷给他讲“斗转星移”的故 事，父亲教他读书、做学问 。在耳濡目染之下，祖冲之 在青年时代就对自然科学和 文学、哲学产生了浓厚的兴 趣。他把古人和今人的各种 文献、记录、资料，几乎全 都搜罗出来进行考察，在古 人的智慧中汲取养分，却不 把自己束缚在古人陈腐的错 误结论之中。他细心梳理各 种运算结果，严谨整合各种 规律结论，真正像他自己所 说的那样，每每“亲自用尺 测量计算日影长短，亲自观 察地动仪和沙漏。观察的时 候用尽眼力，不放过毫厘之 微；计算推演的时候用尽心 力”。 成年后的祖冲之因为博 学多才的名声，被当时的皇 帝——南朝宋孝武帝派到当 时全国最高的科研学术机构 ，相当于现在中国科学院的 总明观工作。在这里，祖冲 之接触了大量关于天文、历 法、术算方面的国家藏书， 为今后的发明创造和科学理 论研究提供了条件。作为～ 留数学家 在汉代以前，中国一般 用“三”作为圆周率数值，即 “周三径一”。运用这种方法 计算圆的周长和面积时，误 差很大。祖冲之是第一位将 圆周率值计算到小数点后第 七位的科学家。 在祖冲之生活的时代， 算盘还未出现，人们普遍使 用的是由一根根几寸长的方 形或扁形小棍子制成的计算 工具——算筹。用算筹来计 算不能将整个计算过程留在 纸上，每计算完一次就得重 新摆动。也就是说，这种计 算工具，只能用笔记下计算 结果，而无法得到较为直观 的计算过程。因此只要有一 点小小的差错，比如算筹被 碰偏了或者计算中出现错误 ，就只能从头开始。这无疑 增加了祖冲之的计算难度。 为求得圆周率的精准数值， 他需要对九位有效数字的小 数进行加、减、乘、除和开 方运算等十多个步骤的计算 ，而每个步骤都要反复进行 十几次，开方运算有50多次 ，最后计算出的数字达到小 数点后十六七位，其中的艰 辛可想而知。直到1000多 年后，这个纪录才被欧洲人 打破。后人将“圆周率”用他 的名字命名为“祖冲之圆周 率”，简称“祖率”。圆周率 的应用很广泛，尤其是在天 文、历法方面，凡牵涉到圆 的一切问题，都要使用圆周 率来推算。 祖冲之的研究不仅具有 理论意义，还具有积极的现 实意义。他的研究适应了当 时生产实践的需要，用最新 的圆周率成果修正古代的量 器容积容量。要知道那时的 量器大多是圆柱状的，以前 很难精确计算其容量。此后 ，人们制造量器时，就采用 祖冲之计算的数值，减小了 误差，为日常生活提供了方 便。 除了圆周率，祖冲之对 长方形和长方体的长、宽、 高、面积和体积的计算都有 自己独到的见解。他的数学 研究成果汇集于数学专著《 缀术》中。在唐朝官学中， 《缀术》也被列为必读的十 部算经之一，因为内容极其 高深，所以需学习4年，是 所有学科中最花费时间的。 后来，《缀术》传至朝鲜， 但10世纪以后，《缀术》渐 渐在各国失传了。尽管今天 已无从知道《缀术》的具体 内容，但从该书在唐代官学 中的学习年限，在朝鲜、日 本古代教育制度、书目等资 料及史书中相关的零星记载 ，我们仍可以想见其学术价 值。 在古代，中国历法家一 向把19年定为计算闰月的单 位，认为每19年中有7个闰 月。祖冲之在汲取前人理论 的基础上，结合自己的观察 ，他认为“19年7闰”的闰数 过多，每200年就要差一天 ，不是十分准确。因此，祖 冲之提出“391年144闰月”的 新闰法。这种算法的精密程 度极高，按照他的推算，一 个回归年的长度与今天的推 算值仅相差46秒。除此之外 ，祖冲之还改进了推算出日 食或月食发生时间的算法， 区分了回归年和恒星年，最 早将岁差引进历法，给出了 更精确的木、水、火、金、 土五星会合周期，等等。这 些都被收入《大明历》中， 直到南宋《统天历》的出现 ，才有了比之更精确的数据 。 祖冲之的这些新发现， 给传统的天地、星月、历法 带来冲击，因此引来朝臣一 边倒的质疑和守旧势力的强 烈反对。他们认为原始的历 法“是古圣先贤测定的，是 发生任何事都不能更改的” ，并且指责祖冲之“污蔑了 天，违背了圣人的经典，是 一种大逆不道的行为”。 当时只有30岁出头的祖 冲之虽然官阶很低，但他无 所畏惧，据理力争。他写了 一篇有名的《驳议》，证明 自己的理论的正确性。皇帝 被他严谨的数据演算和缜密 的逻辑分析能力所折服，表 示：“绝不应该盲目迷信古 人，既然发现了旧历法的缺 点，又确定了新历法有许多 优点，就应当改用新历法。 ”可惜好事多磨，因为皇帝 和太子的先后去世，改历的 事也被搁置。P1-4