阿基米德

古希腊后期最伟大的科学家,他一生都致力于研究和发明,并在数学和力学方面取得了极大的成就,为人类科技的发展奠定了基础。

人物档案

姓名:阿基米德

生卒年:公元前287年~前212年

出生地:意大利西西里岛叙拉古城

国籍:古希腊

身份:科学家

生平纪事

阿基米德出生于意大利西西里岛的叙拉古城。其父是一位天文学家,家庭的学术氛围对阿基米德以后的求学产生了重要影响。很小的时候,阿基米德就从父亲那里受到很好的教育,包括数学和天文学,还有古希腊的几何学。

在阿基米德11岁那年,一些老学者联名请求国王派阿基米德到亚历山大里亚城去学习。亚历山大里亚城是当时世界主要的学术中心之一,阿基米德在那学习了天文学、数学和力学。他一边读书,向那里的著名人物求学,一边周游各地,用自己的知识来帮助人们解决实际问题。

阿基米德曾为解答宇宙到底有多大的问题,大胆采用新方法计算了要填满宇宙所需要的沙粒数。通过这个奇特的构思,产生了“方次计算法”。他还学习了一套解决实际问题的计算丈量法,他能够不爬山就精确地测量出山的高度,甚至还能测算出地球的直径。他用这种方法为尼罗河两岸的冲击平原丈量土地,做了不少工作,也赢得了亚历山大里亚人的尊敬。

公元前240年,阿基米德离开了培育他多年的亚历山大里亚城。回到了家乡,做了国王亥厄洛的顾问,帮助国王解决一些生产实践、军事技术及日常生活中的科学技术等方面的问题。后来,叙拉古和迦太基联合起来对抗罗马。罗马当局派了一个富有作战经验的将领去进攻叙拉古。早在亥厄洛国王在世的时候,叙拉古的人民就在阿基米德指导下建造了一些防御设施和攻击敌人的武器。这些设施和武器起到了阻止罗马军队进攻的作用。

一天,叙拉古人正在庆祝一年一度的阿尔杰米达节,放松了警惕,罗马军队通过一扇偏僻的城门,偷偷进入了叙拉古城。罗马军队进城的时候阿基米德正在研究几何图形。当罗马士兵出现在他面前时,他头也不抬地说:“走开,让我把这道题算完”当一把阴森森的剑搁在阿基米德的脖子上直逼着他时,他终于惊觉,并镇静地说:“别碰乱我的图形,让我把这道题算完,免得给后代留下一道没有解开的题。”凶残而愚蠢的罗马士兵,没有理会阿基米德的事,他一挥剑,就将这位科学巨匠砍倒在他的几何图形上。据说,阿基米德的遇害,使占领军头目马赛拉斯十分痛心,他下令杀了那个愚蠢的士兵,并为阿基米德举行了隆重的葬礼。

科研成果

在数学领域,阿基米德拓展了著名的“穷竭法”。所谓穷竭法,就是把要求解面积(或体积)的曲线形分割成若干直线形,无限增加这些直线形的数目,则这些直线形面积(或体积)总和就是所要求的曲线形的面积(或体积)。阿基米德在 《论测图》一书中使用穷竭法,算出圆周率的值在3 1/7至3 10/71之间;他还使用这种方法证明了圆面积与一直角边等于圆周长而另一直角边等于半径的直角三角形的面积相等。他通过不断增加圆内接正多边形和外切正多边形的边数的方法使之逼近圆周,从而用内接和外切九十六边形计算出圆周率。这是最早提出的圆周率,也是最早提出的圆周率科学计算方法。此外,阿基米德还得出了球体、圆柱体的体积以及表面积的计算公式,提出了抛物线所围成的面积和弓形面积的计算方法。最著名的还是求阿基米德螺线(p= α×θ)所围面积的求法,这种螺线后来就以阿基米德的名字命名。他还用锥曲线的方法解出了一元三次方程,并得到正确答案。

在物理学方面,阿基米德建立了流体静力学,发展了光学,创立了机械学,发明了诸如较为原始的水泵装置,而且还发现了杠杆、滑轮和复式滑轮的工作原理。

阿基米德仅存下来的十几部著作及一些零散的文稿很有学术价值,其逻辑上的严谨与复杂,令后人惊叹不已。《论球与圆柱》是阿基米德的得意杰作,其中包括许多重大的成就。书中他从几个定义和公理出发,推出关于球与圆柱面积及体积等50多个命题。《平面图形的平衡或其重心》中从几个基本假设出发,用严格的几何方法论证力学的原理,求出若干平面图形的重心。《数沙者》中设计了一种可以表示任何大数目的方法,纠正有的人认为沙子是不可数的,即使可数也无法用算术符号表示的错误看法。 《论浮体》中讨论了物体的浮力,研究了旋转抛物体在流体中的稳定性。

除此之外,阿基米德还有一篇非常重要的著作,内容是探讨解决力学问题的方法。后来这部分内容以《阿基米德方法》为名刊行出版。文中记述,把一块面积或体积看成是有重量的东西,分成许多非常小的长条或薄片,然后用已知面积或体积去平衡这些分割出来的 “元素”,找到重心和支点,再用杠杆定律计算出所要求的面积或体积。他把这种方法看作是严格证明前的一种尝试性的工作,等到有结果以后再用归谬法来证明这一结果是否正确。阿基米德正是用这种方法在科学研究上取得了大量辉煌的成果。而他的这一方法已经具有近代积分论的思想。

影响评述

阿基米德取得的成就是多方面的,他将算术、力学、几何学、天文学、机械工程技术等学科向前推进了一大步。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,螺旋扬水机的发明者,建造起重机和投石机的工程师。此后将近2000年中,数学界再没有出现过像阿基米德这样伟大的数学家。阿基米德还有许多其他的发明,没有一个古代科学家能像他那样熟练地将计算技巧和严格证明融为一体,将抽象的理论和工程技术的具体应用紧密结合起来。他继承和发扬了古希腊研究抽象数学的科学方法,又使数学的研究和实际应用联系起来,这在科学发展史上的意义是重大的,对后世有着极为深远的影响。