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第26章 祖冲之求是创新

祖冲之(429—500),字文远,范阳遒(今河北涑水县北)人。是南朝宋、齐时的数学家、天文学家和机械制造家,也是世界科技史上的杰出人物。祖冲之家庭的几代人对天文、历法以及机械制造方面都有比较深入的研究。他的祖父祖昌,在宋朝做了一个管理朝廷建筑的长官。在这样的家庭气氛熏陶下,祖冲之自小时候起就受到了良好的教育,读了不少书,大家都称赞他是个博学的后生。他特别爱好数学,也喜欢研究天文、历法,经常观测太阳和其他星球运行的情况,每一次观测,都做一次详细的记录。

宋孝武帝刘骏听到他的名声,派他到一个专门掌管学术研究的官署“华林学省”工作。他对当官并不感兴趣,但是在那里,便于博览群籍,可以更加专心研究数学、天文、历法了,于是,他就应召赴任了。

在祖冲之以前,有个名叫刘徽的数学家,利用割圆术从圆内接正六边形算起,边数逐步加倍,一直算到圆内接正一百九十二边形的面积,算得了圆周率即π的近似值为3.14。祖冲之应用了刘徽的割圆术,并在刘徽的计算基础上继续推算,求出了精确到小数点之后第七位有效数字的圆周率,即3.1415926<π<3.1415927。这一结果,相当于需要对九位数字的大数目进行各种运算(包括开方在内)一百三十次以上,这在今天用笔算运算也是一项十分繁复的工作,而在当时是用算筹运算的,更不知要艰巨多少倍。从这里,可以看到祖冲之付出了多么巨大的劳动,需要多大的毅力和信心。

祖冲之所求得的圆周率数值,远远地走在了世界的前列。直到一千年后,15世纪阿拉伯数学家阿尔·卡西于1427年著《算术之钥》和16世纪法国数学家维叶特于1540—1603年才求出更精确的数值。为了计算方便,祖冲之还求出用分数表示的两个圆周数值。一个是355,称为密率;一个是22,称为约率。密率是分子、分母在一千以内表示圆周率的最佳渐近分数。在欧洲,16世纪的鄂图和安托尼兹经过运算,才得出这个数值。

在天文学领域中,祖冲之也取得了辉煌的成就。他在探古今之异,观华戎之要,对历代历法进行系统的研究过程中,一方面开动思想机器,极力思考研究的途径和方法,一方面坚持实际观测,他亲自用圭尺量日影、亲自观测漏时计的情况,一丝一毫也不肯马虎而过。通过对历代历法的研究,他发现古时的历法疏陋错舛之处很多,划分得也不精密,他指出了天算历法家刘歆、张衡、刘徽、何承天等人的不足,大胆地提出了改革历法的主张。他根据长期观测的结果,创造出一种新的历法,叫做“大明历”。这一历法测定的每一回归年的天数跟现代科学测定的结果只相差五十秒;测定月球环行一周的天数,跟现代科学测定的结果相差不到一秒。可见它的精确程度了。

研究和推行科学,不仅要受到客观条件和科学研究方法的制约和限制,而且还要受到来自社会的传统观念和传统势力的阻挠。462年,祖冲之请求宋孝武帝颁布新的历法,宋孝武帝便召集群臣商议。当时,有一个皇帝宠幸的大臣戴法兴出来反对。戴法兴拘泥于陈腐的传统观念,抱残守缺,他无视祖冲之提出的“冬至所在,岁岁微差”的事实,对祖冲之横加非难。他认为祖冲之擅自改变古历法,是离经叛道的行为,提出古人的章法不能改变,攻击祖冲之改革闰周是“削闰坏章”。祖冲之没有被戴法兴的攻击诬蔑吓倒,他当场用自己研究的数据回驳了戴法兴。戴法兴仗着皇帝对他的偏爱,蛮横地说:“历法是古人制定的,后代人不应当改动。”祖冲之据理力争,严肃地说:“你如果有事实根据,就只管拿出来辩论,不要拿空话吓唬人嘛。”宋孝武帝为了帮助戴法兴,找来一些懂历法的人跟祖冲之辩论,也一个一个地被祖冲之驳倒了。尽管如此,由于戴法兴是宋孝武帝刘骏的宠臣,大家都畏惧他的权势,既然戴法兴对祖冲之提出异议,商议的人就都跟着戴法兴附和,以免得罪当道。当时,支持祖冲之观点的,在朝臣中只有一人。这是一场科学与反科学的论战。事后,由于宋孝武帝还是不肯颁布新的历法,直到祖冲之去世十年之后,他创制的大明历才得到推行。事实验证了祖冲之生前的预言,即大明历的推行势在必行。

除了对数学、天文历法方面的贡献外,祖冲之还是个多才多艺的机械发明家。他制造的指南车,不管车身怎样转弯,车上的铜人总是指向南方;他还制造过“千里船”,在新亭江上试航过,一天可航行一百多里;他还利用水力转动石磨,叫做“水碓”,可用来舂米碾谷子。

祖冲之勤于治学,善于分析思考,他治学态度严谨,博访前故,远稽昔典,搜集自古以来的大量文献资料和观测记录,并对之进行系统深入的分析研究,从前人的科学思想和成就中吸收了丰富的营养。他不虚推古人,富于批判的精神和探索的勇气。他在掌握大量资料的同时,坚持实际考核验证,既发扬了前人的成就,又纠正了前人的错误,横下一条心,用心求索,攻克了一个又一个科学难关。他这种求是创新,勇于探索的精神也是一切科学家和改革家所应具备的宝贵品格。

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