《中学生必知的人物与故事:科学家》:
父子深夜对话
已经是深夜了,祖冲之的书房里仍然亮着灯,虽然浊灯已经加了两次油,但祖冲之仍在伏案苦读。书桌上堆放着《周髀算经》《灵显*等书,祖冲之手里正在翻看的是刘徽给((九章算术》作的注解,他被刘徽用高度的抽象概括力建立的“割圆术”和极限观念所折服。
“真了不起!”祖冲之兴奋地说。
“父亲,你说谁了不起啊?”在一旁陪父亲看书的儿子好奇地问。
“刘徽很了不起。”祖冲之的眼睛仍然停留在书上说。
“父亲,刘徽是谁啊?”儿子天真地问。
“前代的一个数学家。”
“那他为什么了不起呢?”
“他用极限观念建立了‘割圆术’。”
“什么是‘割圆术’呢?”儿子茫然地望着父亲。
“对于圆的面积、圆柱的体积和球的体积计算,原来没有合适的方法。可是自从刘徽提出了‘割圆术’以后,我们就找到了更精确的算法。”祖冲之指着手里拿着的书,兴趣十足地给儿子讲着,“刘徽提出,在圆内画一个正六边形,每条边都和半径相等,然后把六条边所对的六段弧线平分,画出一个正十二边形。这个正十二边形的周长要比正六边形的大,并且比较接近圆周的长,但仍比圆周要短。他认为,用同样的方法,如果画出正二十四边形,周长总和就又增加了,并且更接近圆周了,就这样一直把圆周分割下去,割得越细,和圆周相差越少,割了又割,直到不可再割的时候,这个无限边形就和圆周几乎完全相等了。刘徽用‘割圆术’的方法计算了正六边形、正十二边形、正二十四边形、正四十八边形……一直计算到正一百九十二边形的边长之和,得出了圆的周长是直径的3.14倍。”
祖冲之讲得很详细,儿子虽然似懂非懂,但还是产生了极大的兴趣。
祖冲之看到儿子有了兴趣,他非常兴奋:“告诉你吧,刘徽自己也不满意他算出的圆周率,他曾经说过,实际的圆周率应该比3.14稍大,如果能够继续割下去,就会算得更加精确。那么,我们就来继续完成他的愿望吧!”于是,祖冲之就开始着手计算圆周率。
功夫不负苦心人
祖冲之向来勤奋好学,即使做了官也没有随着环境变化而有所改变,他始终没放松对科学技术的钻研,每天早上到官府里办完杂事就匆匆赶回家。他在书房的地板上画了一个直径一丈的大圆,运用“割圆术”的计算方法,在圆内不停地画着多边形。
就这样日复一日,年复一年,祖冲之为了求出最精密的圆周率,每天都坚持计算,甚至到了废寝忘食的地步。这样艰巨复杂的计算,在当时既没有电子计算机也没有算盘的情况下,只能靠一些被称作“算筹”的小竹棍,摆成纵横不同的各种形状来表示数目,用于计算。这不仅需要掌握纯熟的理论和技巧,更需要具备踏踏实实、一丝不苟的严谨作风。
功夫不负苦心人,祖冲之用“割圆术”求出的圆周率精确到了小数点后七位数,他也成为世界上把圆周率精确到小数点后七位数的第一人。
领先世界的《大明历》
你知道我们今天的历法所说的“阳历”和“阴历”的区别吗?其实,我国古代的劳动人民由于农业耕作的需要,很早就掌握了丰富的天文历法知识,并根据变化制成了历法,而“阴历”就是我国古代劳动人民智慧的结晶。
到了祖冲之生活的南北朝时期,我国已经有了相当进步的历法。那时的历法,为了使地球绕太阳一周的日子能和月亮绕地球一周的日子配合起来,在闰法上还是采用19年7闰的老办法,规定19个年里有7个闰年,每个闰年要比平时多1个月。祖冲之经常翻阅历书,如《春秋四分历》《太初历》《后汉四分历》《元始历》《元嘉历》等等,所有能找到的前人制定的历法书,他都认真加以比较,仔细地思考。
理论知识总要落实在实践中。于是,他又决定从测定冬至的准确日期着手。他立起了一个8尺高的大尺子,用来观测日影的长度。在这些日子里,他亲自爬高,测量日影的长度,经历春夏秋冬,脸晒黑了,手冻裂了,但记录下来的数据却在一个一个增加。他在观测日影的同时,还设计了几个用作计时的漏壶,在记录日影长短的同时,还记下了准确的时间。为了实现改进历法的愿望,祖冲之就这样以旺盛的精力和火一般的热情,不辞劳苦地工作着。
一直观测了几年,祖冲之用竹简串起来的观测记录已经堆满了书房,但还是没有得出理想的结果。这是什么原因呢?经过核算和思考,祖冲之终于发现,由于冬至前后的影长变化不太明显,再加上漏壶表示的时间不那么准确,给冬至时刻的准确测定带来了困难。他总结失败的教训,又想出了一个新方法,就是不直接观测冬至那天日影的长度,而是通过观测冬至前后二十三四天的日影长度,取它的平均值,再求出冬至的精确时刻。根据这一方法,祖冲之终于提高了冬至时刻测定的精度。
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