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为世界赞誉的祖冲之何故被批大逆不道?

核心提示: 在古代,科学家并不太受重视,而祖冲之是少有的、以科学贡献在正史中有传记的一位。生于南京、长于南京的他,不仅是早于欧洲千余年推算出7位小数圆周率的数学家,还是杰出的天文学家和机械制造师呢。而他的一系列成就,也要归功于南北朝时南京城的空前繁荣。

2011年3月14日,国际数学协会正式宣布,将每年的3月14日设为国际数学节,来源则是中国古代数学家祖冲之的圆周率。

在古代,科学家并不太受重视,而祖冲之是少有的、以科学贡献在正史中有传记的一位。生于南京、长于南京的他,不仅是早于欧洲千余年推算出7位小数圆周率的数学家,还是杰出的天文学家和机械制造师呢。而他的一系列成就,也要归功于南北朝时南京城的空前繁荣。

他是数学家

第一个把圆周率推到小数点后第7位数,早于欧洲千余年

祖冲之(429—500),字文远。其祖籍河北涞水,为避战乱,祖父祖昌带着一家人迁至江南。祖冲之就出生在建康(南京),除曾在镇江、昆山工作几年外,一生72年中有60多年在南京生活。

祖冲之是南北朝时期杰出的数学家。在汉以前,中国一般用三作为圆周率数值,即“周三径一”。这在计算圆的周长和面积时,误差很大。祖冲之在刘徽创造的用“割圆术”求圆周率的科学方法基础上,运用开密法,经过反复演算,求出圆周率为:3.1415927>π>3.1415926。这是当时世界上最精确的数值,他也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第7位数字的人。直到1000多年后,这个纪录才被欧洲人打破。

祖冲之的这一成果,给当时的人们帮了大忙,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积量。此后,人们制造量器时,就采用祖冲之推算的数值,减少了误差,为日常生活提供了方便。

圆周率的计算,是祖冲之在数学上的一项杰出贡献,有外国数学史家把π叫做“祖率”。

甚至连现在的不少IT界人士都认祖冲之为“祖宗”。因为当年英特尔公司推出的奔腾芯片,正是通过运行π的计算,才发现芯片运算有问题。现在计算π,已经成为一个标准的电脑测试程序,以此来验证计算机的各项性能,特别是运算速度与计算过程的稳定性。

祖冲之的数学研究成果后来汇集成《缀术》一书,唐朝时它曾被当作国子监的数学课本。

他是天文学家

发明《大明历》开辟历法新纪元,一度被批“大逆不道”

圆周率这一巨大的光环,让很多人忽视了祖冲之的博学多才。他在南京求学、任教、做科研期间,在多个领域都取得了不可忽视的成就。最值得一提的,是他在天文历法方面的贡献。

这主要是指祖冲之于公元462年编制成功的《大明历》。他从亲自测量计算的大量资料中,对比分析发现过去历法的严重误差,并勇于改进,编制成功了《大明历》,开辟了历法史的新纪元。

在《大明历》中,祖冲之首次运用“岁差”测定每一回归年的天数,结果跟现代科学测定的只相差50秒。其中所使用的回归年日数、交点月日数、木星公转周期、五大行星会合周期等数据也都相当精确。此外,他还发明了用圭表测量冬至前后若干天的正午太阳影长以定冬至时刻的方法,这个方法也为后世长期采用。

祖冲之申请改用《大明历》的举动,对传统的天地、星月、历法带来冲击,因此引来朝臣一边倒的质疑。守旧势力抬出古圣先贤的招牌来压制祖冲之,认为“冬至时的太阳总在一定的位置上,这是古圣先贤测定的,是万世不能改变的”,并且指责说,“祖冲之以为冬至点每年有稍微移动,是诬蔑了天,违背了圣人的经典,是一种大逆不道的行为”。

当时的祖冲之只有30岁出头,步入仕途不久,官阶很低,但他无所畏惧、据理力争。他写了一篇有名的《驳议》,根据古代文献记载和多年来亲自观测的数据,证明冬至点的确是有变动的,坚定地表示:“决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,就应当改用新的。”

祖冲之严谨求实的精神和有理有据的驳议,赢得了这场大辩论。最终,宋孝武帝决定在宋大明九年(465)改行新历。

可惜好事多磨。就在大明八年,孝武帝死了,改历的事也被搁置。南齐时又有一个太子支持改历,也因太子去世而错过了机会。一直到祖冲之去世后10年,即梁天监九年(510),《大明历》才以《甲子元历》之名颁行。

祖冲之还提出了新闰法。在此前的1000多年里,我国历法家一向把19年定为计算闰年的单位,期间含有7个闰年(13个月)。但这样不够周密、精确。祖冲之吸取了前人的先进理论,加上自己的观察,提出了391年内144闰的新闰法,这在当时算是最精密的了。

他是机械制造师

曾经发明过千里船、指南车、水碓磨等实用工具

祖冲之还是位杰出的机械制造师。他的祖父祖昌,做过刘宋朝的大匠卿,这是掌管土木工程的大官。祖冲之天生就心灵手巧,加上受到良好的教育,因此在机械制造上多有发明。

《南齐书·祖冲之传》中记载:“以诸葛亮有木牛流马,乃造一器,不因风水,施机自运,不劳人力。又造千里船,于新亭江试之,日行百余里……”

祖冲之在新亭江(在今南京市西南)为他的“千里船”所做的处女航,虽然在今天看来速度并不快,但验证了一种高效的推进方法。在当时,船只是以风力和人力作动力,以桨、橹等作为推进工具。而祖冲之发明的这种船,能“不劳人力”作为动力源,又“不因风水”影响高机动性。后来祖冲之儿子祖暅做了掌管船舶制造和运输的太舟卿,或许与他父亲的这项发明有些关系。

从远古时代黄帝对蚩尤作战,就开始使用指南车来辨别方向,但以前是在战车上方设置一木人,让人在车内转动使之指南。祖冲之造了一个铜制机械安上,无论车子如何转动,都能自动调整指南。

当时北方有一叫索驭驎的人,也声称能造指南车,齐高帝萧道成倒也高兴,令他们各自造了一个,在乐游苑(今九华山一带,是当时著名的皇家园林)比试,由大臣王僧虔、刘休两人实地考察。结果证明,祖冲之的指南车构造精巧、运转灵活,索驭驎只得认输,并把自己的指南车毁掉了。

根据文献记载,可以知道祖冲之的指南车是利用齿轮互相带动的结构制成的,达到指南的功能,而且使用了离合器,与现代结构相差无几。

祖冲之也制造了很有用的劳动工具,比如水碓磨。它是用水力驱动水轮,代替人脚来拨动碓杵的尾端,使其能舂谷。在这个基础上,他又研究了水力磨面,并创造性地将水碓和水磨两件东西集中在一起制造出组合式水力工具——水碓磨。齐武帝曾亲自到乐游苑观摩过它,这时的祖冲之已是花甲老人了。

他是南京人

南京的空前繁荣,带来了天时地利人和

在古代,科学家并不太受重视。祖冲之是少有的、以科学贡献在正史中有传记的科学家,在《南史》和《南齐书》中都有他的传记。

曾有人专门探讨过,祖冲之为什么能有这么多的发明。追根究底,与当时南京的人文环境有关。六朝时期的南京城,人口超过100万,是世界第一大城市,又是国家的都城,承汉启唐,创造了灿烂的“六朝文明”,并在科技、文学、艺术等诸方面达到了空前繁荣。这些为祖冲之的发明创造提供了天时地利人和。

祖冲之年轻时就好学博览,20岁就被孝武帝派至当时朝廷的学术研究机关华林学省做研究工作,后来又到设在南京朝天宫冶山的总明观任职。当时的总明观是全国最高的科研学术机构,相当于现在的中国科学院。总明观内分设文、史、儒、道、阴阳5门学科,实行分科教授制度,请来各地有名望的学者任教,祖冲之就是其一。在这里,祖冲之接触了大量国家藏书,包括天文、历法、术算方面的书籍,具备了借鉴与拓展的先决条件。《隋书·律历志》确认祖冲之是在南朝的宋末演算出圆周率,而此时他正在南京总明观中工作。

祖冲之不仅在中国享有盛名,在世界上也广为人知。

为纪念这位伟大的古代科学家,国际天文学家联合会将月球背面的一座环形山命名为“祖冲之环形山”,并将南京紫金山天文台于1964年发现的1888小行星命名为“祖冲之小行星”。巴黎“发现宫”科学博物馆的墙壁上著文介绍了祖冲之求得的圆周率,莫斯科大学礼堂的走廊上镶嵌有祖冲之的大理石塑像。

我国在1954年也选用祖冲之等4位古代科学家的肖像出版了《中国古代科学家(第一组)》纪念邮票。

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关键词: 祖冲之 世界