数学之神


阿基米德是古希腊著名的数学家、物理学家和天文学家。他创造了“阿基米德原理”、创立了微积分学、发明了“阿基米德螺旋”,同时还为战争发明了几项战术武器。

阿基米德公元前287年生于西西里岛希腊移民的叙拉古。他的家庭属于贵族,是叙拉古僭主希耶隆二世的亲戚,但据说并不富裕。父亲费狄阿斯是一位天文学家和数学家。阿基米德在其父的影响下,从小热爱学习,善于思考,喜欢辩论,并且酷爱数学,学习过欧几里得的几何学。他在家乡受了教育后,11岁时便飘洋过海,到亚历山大里亚去求学深造。

亚历山大里亚是著名学者云集的地方,不但有当时世界上最大的图书馆,藏书达50多万卷,而且有十分优越的学术研究环境。

亚历山大里亚的研究工作主要分为文学、数学、天文和医学四项,而数学在科学研究中占有主要地位,因此逐步形成了一个以几何学研究为中心的亚历山大里亚数学学派,从而进入了希腊几何学的黄金时代。

阿基米德在这里结识了许多知名学者,特别是以欧氏几何学名垂千古的欧几里得。欧几里得于公元前300年前后活跃在亚历山大里亚,他的《原本》集希腊古典时期几何学之大成,归纳成一个严谨的逻辑演绎系统,至今仍是世界各民族中几何学教科书的蓝本。

欧几里得为亚历山大里亚培养了一大批数学家,而阿基米德的到来,使这个文化中心群星灿烂的上空升起了一颗新的明星。

他受业于欧几里得的门徒柯农,学习了哲学和数学、天文学、物理学等科学知识,通今博古,掌握了丰富的希腊文化遗产。他的同学阿波罗尼、埃拉托色尼、多西费、色夫柯西等等也都是有名的数学家。

他回到叙拉古后,在宫廷中专心从事科学研究。据说,他整天都象被他所钟情的妖魔迷住了一样,废寝忘食。他常常被人逼着才去洗澡,擦香膏。就在这个时候,他还要在炭灰地上画几何图形,甚至用手指在涂了油膏的肚皮上画那些条条杠杠。

据说有一个青年问欧几里得学习几何有什么用处,欧几里得听了随即吩咐仆人:“给他点钱,让他走吧,他想靠几何学发财呢!”

在数学方面,阿基米德著有《沙的计算》一书,他努力探求用最少的符号表示极大数目的方法,提出了一个具有重大意义的计算方法,即按级计算法。

同时他还大大发展和加深了著名的穷竭法。所谓穷竭法,就是把要求面积(或体积)的曲线形分割成若干直线形,无限加多这些直线形的数目,则这些直线形面积(或体积)总和,就是所求的曲线形的面积(或体积)。

还在亚历山大里亚求学期间,他经常到尼罗河畔散步。在久旱不雨的季节,他看到农人一桶一桶地把水从尼罗河里提上来浇地,非常吃力,便创造了一种螺旋提水器,通过螺杆的旋转把水从河里取上来,省了许多气力。他不仅在埃及一直沿用到2200年后的今天,而且也是当代用于水中和空中的一切螺旋推进器的原始雏型。这种提水器实际上运用了杠杆原理。阿基米德在《论杠杆》(已失传)中详细论述了这个原理。

有一次,国王要阿基米德移动载满重物和乘客的一艘新三桅船,阿基米德接受了挑战。他设计并制造了一组复杂的滑轮装置。表演那天,观者如堵。只见阿基米德摇着手柄,船慢慢地进入水中,群众发出了欢呼声,国王也心服口服。

据说,希耶隆二世造了一顶金王冠,他怀疑金匠欺骗了他,在王冠中掺有银,便请阿基米德鉴定,但不许弄坏王冠。那时,人们还不知道不同的物体有不同的比重,阿基米德冥思苦想,无计可施。

有一天,他去洗澡,当他躺进盛满温水的浴盆中的时候,浴盆中的水漫溢出来,而他则感到身体微微上浮。一道灵感的闪光掠过他的脑际:相同重量的物体,由于其体积不同,排出的水量也不同……他猛地从浴盆中跳出来,一丝不挂,高兴地喊着:“攸勒卡!”“攸勒卡!”(古希腊语:找到了!)跑上了大街,跑回了家。他的仆人气喘吁吁地追上了大街,追到了家,看到阿基米德正在作试验:他把王冠放在盛满水的盆中,量了溢出的水,又把同样重量的纯金放在盛满水的盆中,发现溢出的水比刚才溢出的少。问题解决了:王冠中掺有银子。他发现了各种物体有不同的比重,发现了流体静力学的基本原理——物体在液体中减轻的重量,等于它所排出液体的重量。他的名著《论浮体》记载了这个原理,今天称为阿基米德原理。

公元前214年,罗马的执政官马赛拉斯率领军队攻打叙拉古。当罗马的舰队和陆军逼近叙拉古城时,许多又大又重的石头以飞快的速度投向敌人的陆军,而一些粗梁则撞沉了敌人的军舰;有的军舰还被一种起重机式的机械抓吊到空中,掀翻过来,或摔在岩石上,掉入海里,连人带船粉身碎骨。原来,阿基米德多年前造的机械在叙拉古保卫战中发挥了作用。

马赛拉斯遭到惨重损失,便佯装退却,而在当天夜里迅速逼近城墙。他以为阿基米德的机器无法发挥作用了。可是阿基米德早就准备了投石机之类的短距离器械,再次打退了罗马人的进攻。

罗马人一筹莫展,望城兴叹,甚至谈虎色变,草木皆兵,一看到城墙上出现绳子或木梁,就以为又是阿基米德开动机器了,惊叫着“阿基米德来了!”抱头鼠窜。

马赛拉斯不能取胜,只好采用长期围困的办法,这样整整过了两年,到公元前212年才占领了叙拉古。

马赛拉斯十分敬佩使他屡次败北的阿基米德,下令不准伤害他,还派了一个士兵去请他。谁知阿基米德还不知道城池已破,此时正全神贯注地凝视着几何图形沉思呢。他要求把问题证完再去,激怒了这个鲁莽而无知的士兵,拔出剑来刺死了这位75岁的老科学家。

马赛拉斯对阿基米德的死十分痛心,严惩了那个士兵,抚恤了阿基米德的亲属,隆重地追悼了阿基米德,为他建了陵墓。根据他生前的愿望,在他的墓碑上刻下了标明其体积比为3:2的一个圆柱体和内切球。

阿基米德被后世的数学界尊称为“数学之神”,在人类有史以来最重要的三位数学家中,阿基米德占首位,另两位是牛顿和高斯。