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发布时间:1714254269 来源:
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祖冲之的轨事典故
指南车是一种用来指示方向的车子。车中装有机械,车上装有木人。车子开行之前,
先把木人的手指向南方,不论车子怎样转弯,木人的手始终指向南方不变。这种车子结构
已经失传,但是根据文献记载,可以知道它是利用齿轮互相带动的结构制成的。相传远古
时代黄帝对蚩尤作战,曾经使用过指南车来辨别方向,但这不过是一种传说。根据历史文
献记载,三国时代的发明家马钧曾经制造过这种指南车,可惜后来失传了。公元
417
年东
晋大将刘裕也就是后来宋朝的开国皇帝进军至长安时,曾获得后秦统治者姚兴的一辆旧指
南车,车子里面的机械已经散失,车子行走时,只能由人来转动木人的手,使它指向南方。
后来齐高帝萧道成就令祖冲之仿制。祖冲之所制指南车的内部机件全是铜的。制成后,萧
道成就派大臣王僧虔、刘休两人去试验,结果证明它的构造精巧,运转灵活,无论怎样转
弯,木人的手常常指向南方。
当祖冲之制成指南车的时候,北朝有一个名叫索驭驎的来到南朝,自称也会制造指南
车。于是萧道成也让他制成一辆,在皇宫里的乐游苑和祖冲之所制造的指南车比赛。结果
祖冲之所制的指南车运转自如,索驭驎所制的却很不灵活。索驭驎只得认输,并把自己制
的指南车毁掉了。祖冲之制造的指南车,我们虽然已无法看到原物,但是由这件事可以想
象,它的构造一定是很精巧的。
祖冲之也制造了很有用的劳动工具。他看到劳动人民舂米、磨粉很费力,就创造了一
种粮食加工工具,叫作水碓磨。古代劳动人民很早就发明了利用水力着米的水礁和磨粉的
水磨。西晋初年,杜预曾经加以改进,发明了“连机碓”和“水转连磨”。一个连机碓能
带动好几个石杵一起一落地舂米
;
一个水转连磨能带动八个磨同时磨粉。祖冲之又在这个
基础上进一步加以改进,把水碓和水磨结合起来,生产效率就更加提高了。这种加工工具,
现在我国南方有些农村还在使用着。
祖冲之还设计制造过一种千里船。它可能是利用轮子激水前进的原理造成的,一天能
行一百多里。
祖冲之还根据春秋时代文献的记载,制了一个“欹器”,送给齐武帝的第二个儿子萧
子良。欹器是古人用来警诫自满的器具。器内没有水的时候,是侧向一边的。里面盛水以
后,如果水量适中,它就竖立起来
;
如果水满了,它又会倒向一边,把水泼出去。这种器
具,晋朝的学者杜预曾试制三次,都没有成功
;
祖冲之却仿制成功了。由此可见,祖冲之
对各种机械都有深刻的研究。不过,对于他是如何算出圆周率的,我个人的看法是:一个
比现在还先进的时代的人死去后,由于失误,一不小心穿越到了古代,随后释然,便精心
研究起他在那个时代最擅长的“数学”,他又制作了一个他们那个时代的仪器。这样,也
就解开了祖冲之为什么能把圆周率计算的那么精确地原因。
在阿拉伯数学家阿尔·卡西和法国数学家维叶之前。他成为世界上第一个把圆周率的
准确数值计算到小数点以后七位数字的人。直到一千年后,这个记录才被阿拉伯数学家阿
尔·卡西和法国数学家维叶特所打破。祖冲之提出的它研究和计算的结果,证明圆周率应
该在
3.1415926
和
3.14“密率”,也是直到一千年以后,才由德国
称之为“安托尼兹
率”,还有别有用心的人说祖冲之圆周率是在明朝末年西方数学传入中国后伪造的。这是
有意的捏造。记载祖冲之对圆周率研究情况的古籍是成书于唐代的史书《隋书》,而现传
的《隋书》有元朝大德丙午年公元
1306
年的刊本,其中就有和其他现传版本一样的关于
祖冲之圆周率的记载,事在明朝末年前三百余年。而且还有不少明朝之前的数学家在自己
的著作中引用过祖冲之的圆周率,这些事实都证明了祖冲之在圆周率研究方越的成就。
那么,祖冲之是如何取得这样重大的科学成就呢
?
可以肯定,他的成就是建立在前人
研究的基础之上的。从当时的数学水平来看,祖冲之很可能是继承了刘徽所创立和面卓首
先使用的割圆术,并且加以发展,因此获得了超越前人的重大成就。在前面,我们提到割
圆术时已经知道了这样的结论:圆内接正
n
边形的边数越多,各边长的总和就越接近圆周
的实际长度。但因为它是内接的,又不可能把边数增加到无限多,所以边长总和永远小于
圆周。
祖冲之按照刘徽的割圆术之法,设了一个直径为一丈的圆,在圆内切割计算。当他切
割到圆的内接一百九十二边形时,得到了“徽率”的数值。但他没有满足,继续切割,作
了三百八十四边形、七百六十八边形……一直切割到二万四千五百七十六边形,依次求出
每个内接正多边形的边长。最后求得直径为一丈的圆,它的圆周长度在三丈一尺四寸一分
五厘九毫二秒七忽到三丈一尺四寸一分五厘九毫二秒六忽之间,上面的那些长度单位我们
现在已不再通用,但换句话说:如果圆的半径为
1
,那么圆周小于
3.1415927
、大大不到
千万分之一,它们的提出,大大方便了计算和实际应用。
要作出这样精密的计算,是一项极为细致而艰巨的脑力劳动。我们知道,在祖冲之那
个时代,算盘还未出现,人们普遍使用的计算工具叫算筹,它是一根根几寸长的方形或扁
形的小棍子,有竹、木、铁、玉等各种材料制成。通过对算筹的不同摆法,来表示各种数
目,叫做筹算法。如果计算数字的位数越多,所需要摆放的面积就越大。用算筹来计算不
象用笔,笔算可以留在纸上,而筹算每计算完一次就得重新摆动以进行新的计算
;
只能用
笔记下计算结果,而无法得到较为直观的图形与算式。因此只要一有差错,比如算筹被碰
偏了或者计算中出现了错误,就只能从头开始。要求得祖冲之圆周率的数值,就需要对九
位有的小数进行
15927
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
次,最后计算出的数字达到小数点后十六、七位。今天,
即使用算盘和纸笔来完成这些计算,也不是一件轻而易举的事。让我们想一想,在一千五
百多年前的南朝时代,一位中年人在昏暗的油灯下,手中不停地算呀、记呀,还要经常地
重新摆放数以万计的算筹,这是一件多么艰辛的事情,而且还需要日复一日地重复这种状
态,一个人要是没有极大的毅力,是绝对完不成这项工作的。
这一光辉成就,也充分反映了我国古代数学高度发展的水平。祖冲之,不仅受到中国
人民的敬仰,同时也受到世界各国科学界人士的推崇。
1960
年,苏联科学家们在研究了月
球背面的照片以后,用世界上一些最有贡献的科学家的名字,来命名那上面的山谷,其中
有一座环形山被命名为“祖冲之环形山”。
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