中国历史人物之——祖冲之:数学天才的光辉成就

祖冲之,一个传世的数学天才,他的光辉成就至今仍让人叹为观止。自少年时期开始,祖冲之就展现出与众不同的数学天赋,独具慧眼的他在数学领域取得了许多重要的突破和创新,为中国数学的发展做出了卓越贡献。祖冲之不仅精通几何、代数等数学学科,更是在圆周率与斯特林公式等领域有着深刻的理解和突出的成就。他的研究成果为世人所赞誉,被誉为中国数学史上的一颗璀璨明珠。

祖冲之,生于公元四二九年(刘宋元嘉六年),卒于五〇〇年(齐东昏侯永元二年),字文远,范阳蓟(今河北涞源县)人,出身于士族之家。祖父名祖昌,刘宋时任将作大匠,是负责营建工程的最高长官。父亲名祖朔之,任奉朝请,是皇帝的侍从官员。南北朝时期,非常重视门第,有“上品无寒门,下品无士族”之 说。祖冲之生活在那个时代,靠他的士族门第,做官为宦是不成问题的。但祖冲之一生不留恋仕途,潜心于科学,终于成为我国古代著名的科学家。

祖冲之自幼勤奋好学,而又思想敏捷。他阅读了大量的典籍,并能从中吸取精华,为他后来的发明创造打下了坚实的基础。

祖冲之在科学上做出的成就,首先是对历法的改革。

当时使用的历法是天文学家何承天编制的《元嘉历》。何承天的《元嘉历》虽然比以往的任何历法都好,但祖冲之通过长期的亲自观测和推算,发现仍有许多不足,如果以《元嘉历》验证天象,“日月所在,差觉三度;二至晷(guǐ音鬼) 景,几失一日:五星见伏,至差四旬。”即:日月所在的位置,差了三度;冬至和夏至与实际几乎差一天;金、木、水、火、土五大行星的出现和隐没与实际相差四十天。当祖冲之发现《元嘉历》的这些错误后,就决定编一部新历法。但要想编新历法,谈何容易!何承天的《元嘉历》就曾倾注了四十年的心血。可是祖冲之不畏艰辛,志在改革,终于在四六二年,也就是在他三十三岁的时候,把新的历法编出来了。由于这一年是宋孝武帝大明六年,所以这部历法被称之为《大明历》。

《大明历》为了纠正《元嘉历》的错误,有两点重要的改革:一是对“闰法”的改革。“闰法”即设置闰月之法。置闰的目的是为了调整节气的误差。《元嘉历》及以前的历法大都采用十九年设置七个闰月的办法。祖冲之通过研究测算发现,如照此“闰法”,每二百年就要与实际相差一天。因此,他在《大明历》中采用了三百九十一年设置一百四十四个闰月的新“闰法”。这比以前的历法精确多了。

二是把“岁差”引入了历法。东晋以前的天文学家没有“岁差”的概念,他们不知道区分“天周”和“岁周”,以为太阳运行一周(天周)就是“岁周”。到东晋时,天文学家虞喜却发现太阳从今年冬至运行到明年冬至,并没有回到原来的冬至点上,而是每五十年向西移动一度。这种“天周”与“岁周”的差就叫做“岁差”。后来何承天又认为每一百年差一度(现代测定是七十一年八个月差一度)。他们尽管提出了“岁差”的概念与数值,却并没有引用到历法中。祖冲之通过自己的观测,进一步证实了“岁差”的存在,在《大明历》中第一次引入了他自己得到的岁差数值,这是天文历法史上的一个创举,对后世有很大的影响。《大明历》规定一年为365.24281481天,与近代科学测算所得数据相差不到五十秒,可见祖冲之的《大明历》是相当精确的。

由于祖冲之在《大明历》中进行了上述两项重要改革,所以《大明历》要比当时使用的《元嘉历》精确得多。按说应该得到统治者的批准实行。但是,当祖冲之把他的《大明历》及阐述历法的《上大明历表》一同呈交给宋孝武帝的时候,却遭到了一个权臣的反对。

这个权臣名叫戴法兴,是个专横跋扈的人物。戴法兴仗着他的权势,代表保守的、反科学的反动势力,对《大明历》不分清红皂白地横加指责,大肆攻击。祖冲之虽然不畏权势,据理和他辩论,但由于许多大臣都惧怕戴法兴的势力,即使知道戴法兴毫无道理,也不敢反驳,甚至随声附和,致使《大明历》不得施行。祖冲之在这样的情况下,仍然没有退缩,他本着实事求是的科学态度,又写了一篇《驳议》,进一步对戴法兴进行驳斥。

后来,经过许多曲折,到了五一〇年(梁武帝天监九年),《大明历》才被采用了,但这时祖冲之已经去世十年了。在封建统治之下,要实行一项改革,是何等之难啊!

祖冲之在科学上的另一个成就,就是精确地计算出了圆周率。

圆周率即圆的周长与直径的比值。两汉以前,一般认为圆周率是3,即所谓“径一周三”。这很不精确。两汉以后,随着生产和科学的发展,圆周率的用途越来越广。“径一周三”的圆周率由于很粗略,用它来计算往往造成误差,所以一些历算家们开始探索较精确的圆周率。第一个不用3作圆周率的是新朝时的刘歆,他为王莽新朝制造的“律嘉量斛”(一种圆柱形标准量器)用的圆周率是3.1547。到三国时代,刘徽已经计算出了较精确的圆周率3.14。

祖冲之在学习和总结前人经验的基础上,经过反复运算,得出了他自己的圆周率:“以圆径一亿为一丈(“一亿”是“一亿忽”的简称。即是说:以一丈为直径),圆周盈数三丈一尺四寸一分五厘九毫二秒七忽,肭(nû音恧)数三丈一尺四寸一分五厘九毫二秒六忽,正数在盈肭二限之间”。用现代数学符号表示就是:3.1415926<兀<3.1415927

祖冲之得出的这个圆周率,在一千多年的时间里,一直处于世界领先的地位。直到十五世纪,阿拉伯人阿尔·卡西才第一次超过了祖冲之。

祖冲之在求出精确的圆周率后,为了人们计算的方便,又进一步找到了兀=355/113的“密率”。这个数值在世界上也遥遥领先,直到过了一千多年后,才由德国人奥托和荷兰人安托尼兹重新得到。但奇怪的是,在西方数学史上却称这个“密率”为“安托尼兹率”,以为它是荷兰工程师安托尼兹的发现。这是非常不合理的!已故的日本数学家三上义夫曾建议将此率改称为“祖率”。

另外,在机械制造方面,祖冲之还设计制造了“指南车”、“水碓磨”、“千里船”等。史称他制造的千里船“日行百余里”制造的指南车“圆转不穷,而司方如一”,都达到了很高的水平。

祖冲之还善于著书立说。比如他写的《缀(zhuì音坠)术》,是汉唐一千多年间的十部数学名著之一。

五〇〇年,祖冲之卒,终年七十二岁。祖冲之一生中在历法、数学、机械制造等方面所取得的成就,给我们中华民族留下了一份宝贵的遗产。

« 上一篇
下一篇 »