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中国科学家发明家的故事-第6章

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去拜访他。何承天见他对天文这么感兴趣,便说:“孩子,研究天文,很辛
苦,既不能升官,也不能发财,何苦呢?”祖冲之回答说:“我不想升官发
财,只想弄清天地的秘密。”

何承天见他有志气,便带他到了后院。见到一个由砖砌成的圆池,中间
立着一根木杆。祖冲之便问:“这是干什么用的?”何爷爷告诉他:“这叫
土圭,用来测量太阳的位置。”小冲之迷惑不解的问:“木杆这样短,太阳
那么高,怎么量呀?”

何爷爷笑笑说:“不是用木杆量,而是根据杆影的方向和长度来量。早
晨,太阳从东方升起,杆影朝西,很长。慢慢地杆影移向西北,越来越短。
到正午,太阳升得最高,杆影最短。下午杆影又渐渐变长,转向东方,那就
是夕阳西下了。”

祖冲之见地上有一条用砖石砌成的长长的线,便问:“这条线管什么
用?”何爷爷告诉他:“这是正北线。正午时,杆影落到线上,我就能看出
杆影的长度,每天都不一样。”祖冲之又问:“何爷爷,‘夏至’太阳在天
空最高,杆影最短;‘冬至’太阳在天空最低,杆影最长,您说对吗?”何
承天听了,赞许地连连点头,说:“对、对、对!你真是个爱动脑筋的好孩
子。”

就这样,何承天把祖冲之引入了研究历法的大门。

创新


祖冲之生活的年代是公元5 世纪。当时已经有相当先进的历法。古人依
照月亮变化运行的规律,把第一次见到月圆到第二次见到月圆之间的时间,
规定为一个月。这个月大约是二十九天多一点。一年十二个月,这就是我们
中国人采用的阴历。同时,人们经观测,掌握了四季变化与太阳的关系,并
将这变化的一个周期定为一年,这就是人们常用的阳历。阴阳历相比较,阳
历一年的天数比阴历长11 天多。为了解决这个问题,把这两种运算天数的历
法统一起来,古人用“19 年7 闰”的办法,也就是说19 年中规定了7 个闰
年。12 个月为一年的称为“平年”,13 个月为一年的称为“闰年”。这就是
“闰月法”。

祖冲之经过认真地观测、精密地推算,发现古人的这种办法并不很精确,
这里面还有着1/28429 的差距。因此,他把19 年7 闰改为391 年中有144
个闰年。这就大大缩小了两种历法天数之间的差距。

公元462 年,祖冲之经过多年的查阅、比较和研究古代天文历法方面的
资料,进行了多次的科学实验,终于制成了《大明历》。这一年他才33 岁。

在制《大明历》时,他首先将“岁差”应用到历法中。他进行了“交点
月”方面的研究,为准确地推算出日食、月食的发生时间提供了条件。这是
他在天文、历法方面的又一个创举。

不畏权贵

当祖冲之将他多年的心血——《大明历》公布于世时,却遭到了戴法兴
等权臣们的责难。为此,他向皇帝上了一本奏章。这是一篇很有说服力的文
章,详细阐述了他研究历法的经过,驳斥了戴法兴等人的言论。

他在文章中说:我这个人愚笨迟钝,但把全部的精力都用在了天文、历
算方面。我翻阅了古今文献。对于唐尧、夏禹、周代、汉代的历法,都进行
了仔细地研究;我用尽了各种运算方法,分辨了各种数据,如《九章》中,
对球体的运算就存在错误,但汉代的科学家张衡没有发现它,还是依照旧说;
汉代的铜斛上刻着铭文,那是刘歆弄的,数据完全错了,这些都是历算家们
的大缺点。《乾象历》和《景初历》的朔望月周期,在观测上虽然准确,但
在运算上存在很多错误;到了东汉的郑玄,三国的阚泽、虞翻、刘徽,他们
虽然精通多种学科,但在历法计算上也出现了疏忽和差错。我抽出一些空暇
时间,一一校正了他们的谬误。

我自信证据确凿,计算也较精密,这就是我敢于相信自己的结论是对的,
而不凭空盲信古人的原因。

他还说:我研究了当代天文学家何承天创制的《元嘉历》,那上面规定
的冬至和夏至,都比实际的天象早;闰月也提前了一个月;金、木、水、火、
土,这五个星的运行会合周期,也有40 天的差错;在推算月亮运行时,凭空
增加了一项“速度差”,但有些必要的数据,却反而没有。这些都是以前历
法上的差错,在我的新历法中都得到了纠正。

他又说我所创造的《大明历》,既系统地清理了历法发展的源流,又去
粗存精,使得天象的观测符合日月运行的实际情况。可是,有人不仅不加肯
定,反而进行讥笑诋毁,这不是很可惜吗?

然后,祖冲之以他实际的观察和精密的运算结果,逐条的驳斥了戴法兴
等人的责难,捍卫了真理。


祖冲之创制的新历法,有很多计算和现代科学测算接近。但当时,封建
帝王不重视科学,直到48 年后才下诏推行。

从这里我们可以看出,祖冲之不畏劳苦,几十年如一日,搜集资料、研
究比较各种有关数据,认真、仔细地进行观察和运算,对待科学一丝不苟。
同时,虚心地学习和吸收古人的研究成果,而不是盲从地崇拜先人,有理有
据地指出先人成果中的不足和谬误,在此基础上进行创新。

更可贵的一点是,他不畏权贵,不怕各种议论和责难,勇于为真理而斗
争。这种难能可贵的精神,值得我们学习。

沙里淘金

祖冲之自幼喜欢数学,在父亲和祖父的指导下学习了很多数学方面的知
识。一次,父亲从书架上给他拿了一本《周髀算经》,这是一本西汉或更早
的著名的数学书。书中讲到圆的周长为直径的3 倍。于是,他就用绳子量车
轮,进行验证,结果却发现车轮的周长比车轮直径的3 倍还多一点。他又去
量盆子,结果还是一样。他想圆周并不完全是直径的3 倍,那么圆周究竟比
3 个直径长多少呢?

对于这个问题,自古以来,就有很多数学家花费了大量的心血,想要求
得准确的数值。这是一个很耐人寻味的问题。人们把它称为圆周率,即圆的
周长与其直径长之比。通常用希腊字母π来表示。

我国对π值的研究,也很早就开始了。在公元前100 多年的一部《周髀
算经》里,有“周三径一”的记载,也就是说π=3。东汉时,张衡认为

157

π = 10 = 3。16 。三国时,刘徽算出π= 
50 
= 3。14 ,后来又算出
3927

π = 
1250 
= 3。1416 。

科学是没有止境的,也是没有平坦的道路可走的,只有不畏艰险,不怕
困难的人才能攀登科学的顶峰。祖冲之就是这样的一位科学家。他为了把这
个数值计算得更加准确,研读了大量数学书,并且一步一步地、坚持不懈地、
认真仔细地进行演算,终于算出圆周率介于3。1415926 与3。1415927 之间。
直到1000年后的15世纪,阿拉伯数学家阿尔·卡西和16世纪法国数学家F·韦
达才得到更精确的结果。

22 355

祖冲之还提出了π的约率
7 
和密率
113 
。这个密率值要

比德国数学家奥托及荷兰工程师安托尼兹计算的结果早1000 多年。因此日本
数学家三上义夫建议,把原来以安托尼兹命名的密率,改为“祖率”,以此
纪念祖冲之。

祖冲之是如何在1500 多年前算出这样精确的结果的呢?要知道当时还
没有现代化的计算工具,都是用筹码(小竹棍)进行计算的。他常常天不亮
就起床,一遍又一遍地挪动筹码,直到夜深。他在地上划了一个直径为一丈
的大圆,采用刘徽的“割圆术”,从圆内接正6 边形开始,一直算到圆内接
正12288 边的多边形。

科学的道路是没有捷径的。要使内接正多边形的数目连翻11 番,每翻1


番,至少要运算7 次加、减,还要进行12 位小数的2 次乘方、2 次开方。不
肯下工夫、不肯钻研的人,是绝对无法完成这么巨大的运算工程的。

其实,有不少的科学家,天赋不见得比别人高很多,他们成功的奥秘之
一就在于“下苦功”。进行科学研究,最忌与苦干实干相反的大话、空话。
要创造,就需下苦功、真功、长功。不吃苦中苦,哪得创造甜。

著名的生理学家巴甫洛夫谆谆告诫人们:“要做科学的苦工,要养成严
谨忍耐的习惯,要学会干科学中的粗活儿。”

科学就是这样,件件发明创造都是“苦工”、“粗活儿”、“琐细工作”,
是“精雕细刻”的结晶,是沙里淘出的金子。祖冲之所从事的就是沙里淘金
的工作。

月亮上的中国人名

祖冲之除了上述贡献之外,还以精确的计算,改造了指南车,制作了水
推磨、千里船等,对后世都有重大的影响。他的著作很多,除了数学著作《缀
术》、《九章术义注》外,还有《易》、《老》、《庄子》等经书的注疏之
作,可惜已失传了。

由于祖冲之非凡的成就,使他成为世界著名的数学家和天文学家,在世
界上享有崇高的声誉。国际天文学联合会决定用他的名字,命名月球上的一
座环形山脉,以表达对他的敬仰和永久的纪念。他为自己的祖国增添了荣誉。

(富芳)


贾思勰
——古代杰出的农学家
(公元5 世纪)

1400 多年前,我国南北朝时期,北魏出了一名杰出的农业科学家——贾
思勰。他是山东益都人,当过高阳郡(现山东临淄县西北)太守,具有广泛
的农事知识。他所撰写的《齐民要术》,是一部农业科学巨著,他因此闻名
于世。

不朽的著作——《齐民要术》

我国自古以来是一个农业大国。劳动人民在长期的生产实践中积累了丰
富的经验,具有举世瞩目的成就。伟大的农业科学家贾思勰在先人经验的基
础上,经过毕生的努力,第一次科学、系统、全面而又详尽地总结了古代劳
动人民的经验,撰写出农学巨著《齐民要术》。

《齐民要求》约撰写于公元533~544 年间,共10 卷,92 篇。“齐民”,
指平民;“要术”,是从事生产生活重要事项的技术。它内容极为丰富,使
我国的农业科学,第一次形成了系统的理论,建立了较为完整的农学体系,
反映了我国古代农业生产和科学技术水平。

此书,从论述的种类看,在种植业中,既有谷类、纤维、油料、染料、
香料、饲料及绿肥等大田作物,也有水生植物、瓜、果、蔬菜及林木栽培等;
在养殖业中,既有畜禽的饲养,又有水产养殖。从农事方面看,自开荒到耕
种,自生产前的准备到生产后的农产品加工、酿造与利用,都有详细的记载。

总之,农艺、园艺、土壤耕作、栽培技术、选种留种技术、畜牧兽医、
桑蚕技术,以及农产品的加工贮藏、野生植物的经济利用、有关动植物方面
的知识,无所不有,真是丰富多彩,包罗万象。它是我国现存最早、最完整、
结构严谨、论述全面、脉络清晰的一部农学著作,也是世界上最古老的农业
科学专著之一。

古代农业的百科全书

在《齐民要术》中,贾思勰对当时黄河中、下游地区作物的生长规律,
作了全面详细的描述。比如:农作物分哪些种类,生长的条件是什么,怎样
改善农作物的生长条件,农作物生长分哪几个阶段,各阶段的需要有什么不
同,怎样提高农作物适应环境的生长能力,都一一作了阐述,并有其独到见
解。例如:在《吕氏春秋》、《汜胜之书》中,虽然都指出了平整土地和搞
好中耕的重要性,但却远远不如他论述得那么细致、具体而透彻。他根据黄
河中下游地区春季干旱多风、气温回升快及夏日连雨的特点,不仅指出了耕
种的重要性和质量要求,还详细地阐述了怎样进行深、浅、初、转、纵、横、
顺、逆、春、夏、秋、冬耕,规范了春耕、秋耕的基本措施。甚至连地耕坏
了怎样补救,也提出了具体办法。

在1400 多年前,西欧还只知道用轮换休耕的方法来恢复地力,而当时贾


思勰已提出了很多改造土壤、保蓄水分、提高地力的有效办法。如:在作物
轮作顶茬、绿肥种植翻压、田间井群布局与冬灌等方面,都有自己的创见。
这些方法是当时世界上先进的耕作措施。大家知道,土壤中的养分是多种多
样的,而各种作物所需要的养分是不相同的。通过各种作物的轮换栽种,不
仅可以合理地利用各种养分,而且可以使土壤得到合理的休闲,为农作物产
量和质量的提高奠定了基础。在《齐民要术》中,对各种作物,先种什么,
后种什么,再种什么,以及不同的轮种方法得到的不同效果,都做了详细的
说明
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