人物生平
公元前287年,阿基米德出生于西西里島(Sicilia)的敘拉古(Syracuse)(今意大利錫拉庫(kù)薩)。他出生于貴族,與敘拉古的赫農(nóng)王有親戚關(guān)系,家庭十分富有。阿基米德的父親是天文學(xué)家兼數(shù)學(xué)家,學(xué)識(shí)淵博,為人謙遜。他十一歲時(shí),借助與王室的關(guān)系,被送到古希臘文化中心亞歷山大里亞城,跟隨歐幾里得的學(xué)生埃拉托塞和卡農(nóng)學(xué)習(xí),他以后和亞歷山大的學(xué)者保持緊密聯(lián)系,因此他算是亞歷山大學(xué)派的成員!啔v山大里亞位于尼羅河口,是當(dāng)時(shí)文化貿(mào)易的中心之一。這里有雄偉的博物館、圖書館,而且人才薈萃,被世人譽(yù)為“智慧之都”。阿基米德在這里學(xué)習(xí)和生活了許多年,曾跟很多學(xué)者密切交往。他在學(xué)習(xí)期間對(duì)數(shù)學(xué)、力學(xué)和天文學(xué)有濃厚的興趣。在他學(xué)習(xí)天文學(xué)時(shí),發(fā)明了用水利推動(dòng)的星球儀,并用它模擬太陽(yáng)、行星和月亮的運(yùn)行及表演日食和月食現(xiàn)象。為解決用尼羅河水灌溉土地的難題,他發(fā)明了圓筒狀的螺旋揚(yáng)水器,后人稱它為“阿基米德螺旋”。 公元前240年,阿基米德回?cái)⒗,?dāng)了赫農(nóng)王的顧問(wèn),幫助國(guó)王解決生產(chǎn)實(shí)踐、軍事技術(shù)和日常生活中的各種科學(xué)技術(shù)問(wèn)題!」212年,古羅馬軍隊(duì)攻陷敘拉古,正在聚精會(huì)神研究幾何問(wèn)題的阿基米德,不幸被蠻橫的羅馬士兵殺死,終年七十五歲。阿基米德的遺體葬在西西里島,墓碑上刻著一個(gè)圓柱內(nèi)切球的圖形,以紀(jì)念他在幾何學(xué)上的卓越貢獻(xiàn),并享有“數(shù)學(xué)之神”的稱號(hào)。 阿基米德是古希臘偉大的數(shù)學(xué)家、力學(xué)家。約公元前287年出生于西西里島的敘古拉,公元前212年卒于同地。 阿基米德早年在當(dāng)時(shí)的文化中心亞歷山大跟隨歐幾里得的學(xué)生學(xué)習(xí),關(guān)于他的生平?jīng)]有詳細(xì)的記載,但關(guān)于他的許多故事卻廣為流傳。他確立了杠桿定律,并稱“給我一個(gè)支點(diǎn),我將移動(dòng)地球”;發(fā)現(xiàn)了流體靜力學(xué)的基本原理—阿基米德原理,并用來(lái)鑒別皇冠的真假;曾設(shè)計(jì)了許多戰(zhàn)爭(zhēng)機(jī)械,對(duì)抗敵人的進(jìn)攻…… 后人對(duì)阿基米德給予很高的評(píng)價(jià),常把他和牛頓、高斯并稱為有史以來(lái)貢獻(xiàn)最大的數(shù)學(xué)家。
主要科學(xué)成就
阿基米德無(wú)可爭(zhēng)議的是古代希臘文明所產(chǎn)生的最偉大的數(shù)學(xué)家及科學(xué)家之一,他在諸多科學(xué)領(lǐng)域所做出的突出貢獻(xiàn),為他贏得同時(shí)代人的高度尊敬,并用他的智慧顛覆人類歷史。 力學(xué)方面: 阿基米德在力學(xué)方面的成績(jī)最為突出。 1、在總結(jié)了關(guān)于埃及人用杠桿來(lái)抬起重物的經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,阿基米德系統(tǒng)地研究了物體的重心和杠桿原理。提出了精確地確定物體重心的方法,指出在物體的中心處支起來(lái),就能使物體保持平衡;同時(shí),他在研究機(jī)械的過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)并系統(tǒng)證明了阿基米德原理(即杠桿定律),為靜力學(xué)奠定了基礎(chǔ)。此外,阿基米德利用這一原理設(shè)計(jì)制造了許多機(jī)械。 2、他在研究浮體的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了浮力定律,也就是有名的阿基米德定律其公式為:F。G排液=ρ液gV排液。 幾何學(xué)方面: 阿基米德的數(shù)學(xué)成就在于他既繼承和發(fā)揚(yáng)了古希臘研究抽象數(shù)學(xué)的科學(xué)方法,又使數(shù)學(xué)的研究和實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系起來(lái)。 1、阿基米德確定了拋物線弓形、螺線、圓形的面積以及橢球體、拋物面體等各種復(fù)雜幾何體的表面積和體積的計(jì)算方法。在推演這些公式的過(guò)程中,他創(chuàng)立了“窮竭法”,類似于現(xiàn)代微積分中所說(shuō)的逐步近似求極限的方法。 2、他是科學(xué)的研究圓周率的第一人。他提出用圓內(nèi)接多邊形與外切多邊形邊數(shù)增多、面積逐漸接近的方法求圓周率。他求出了圓周率大小范圍為:223/71<π<22/7。 3、面對(duì)古希臘繁冗的數(shù)字表示方式,阿基米德還首創(chuàng)了記大數(shù)的方法,突破了當(dāng)時(shí)用希臘字母計(jì)數(shù)不能超過(guò)一萬(wàn)的局限,并用它解決了許多數(shù)學(xué)難題。 4、提出了著名的阿基米德公理,用現(xiàn)代數(shù)學(xué)語(yǔ)言表述,阿基米德原理指對(duì)于任何自然數(shù)(不包括0)a、b,如果ab. 天文學(xué)方面: 1、他發(fā)明了用水利推動(dòng)的星球儀,并用它模擬太陽(yáng)、行星和月亮的運(yùn)行及表演日食和月食現(xiàn)象; 2、他認(rèn)為地球是圓球狀的,并圍繞著太陽(yáng)旋轉(zhuǎn),這一觀點(diǎn)比哥白尼的“日心地動(dòng)說(shuō)”要早一千八百年。限于當(dāng)時(shí)的條件,他并沒(méi)有就這個(gè)問(wèn)題做深入系統(tǒng)的研究。 重視實(shí)踐: 阿基米德和雅典時(shí)期的科學(xué)家有著明顯的不同,就是他既重視科學(xué)的嚴(yán)密性、準(zhǔn)確性,要求對(duì)每一個(gè)問(wèn)題都進(jìn)行精確的、合乎邏輯的證明;又非常重視科學(xué)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用。他非常重視試驗(yàn),親自動(dòng)手制作各種儀器和機(jī)械。他一生設(shè)計(jì)、制造了許多機(jī)構(gòu)和機(jī)器,除了杠桿系統(tǒng)外,值得一提的還有舉重滑輪、揚(yáng)水機(jī)、利用太陽(yáng)光將敵人的船焚燒以及軍事上用的拋石機(jī)等。被稱作“阿基米德螺旋”的揚(yáng)水機(jī)至今仍在埃及等地使用。
主要著作
阿基米德流傳于世的數(shù)學(xué)著作有10余種,多為希臘文手稿。他的著作集中探討了求積問(wèn)題,主要是曲邊圖形的面積和曲面立方體的體積。其體例深受歐幾里德《幾何原本》的影響,先是設(shè)立若干定義和假設(shè),再依次證明。 作為數(shù)學(xué)家,他寫出了《論球和圓柱》、《圓的度量》、《拋物線求積》、《論螺線》、《論錐體和球體》、《沙的計(jì)算》等數(shù)學(xué)著作;作為力學(xué)家,他著有《論圖形的平衡》、《論浮體》、《論杠桿》、《原理》等力學(xué)著作。 這些著作中《論球與圓柱》是他的得意杰作,包括許多重大的成就。他從幾個(gè)定義和公理出發(fā),推出關(guān)于球與圓柱面積體積等50多個(gè)命題 著作一覽: 《數(shù)沙器》,是專講計(jì)算方法和計(jì)算理論的一本著作。阿基米德要計(jì)算充滿宇宙大球體內(nèi)的砂粒數(shù)量,他運(yùn)用了很奇特的想象,建立了新的量級(jí)計(jì)數(shù)法,確定了新單位,提出了表示任何大數(shù)量的模式,這與對(duì)數(shù)運(yùn)算是密切相關(guān)的。 《圓的度量》,利用圓的外切與內(nèi)接96邊形,求得圓周率π為:223/71<π<22/7,這是數(shù)學(xué)史上最早的,明確指出誤差限度的π值。他還證明了圓面積等于以圓周長(zhǎng)為底、半徑為高的正三角形的面積;使用的是窮竭法。 《論球與圓柱》,熟練地運(yùn)用窮竭法證明了球的表面積等于球大圓面積的四倍;球的體積是一個(gè)圓錐體積的四倍,這個(gè)圓錐的底等于球的大圓,高等于球的半徑。阿基米德還指出,如果等邊圓柱中有一個(gè)內(nèi)切球,則圓柱的全面積和它的體積,分別為球表面積和體積的 。在這部著作中,他還提出了著名的"阿基米德公理"。 《拋物線求積法》,研究了曲線圖形求積的問(wèn)題,并用窮竭法建立了這樣的結(jié)論:"任何由直線和直角圓錐體的截面所包圍的弓形(即拋物線),其面積都是其同底同高的三角形面積的三分之四。"他還用力學(xué)權(quán)重方法再次驗(yàn)證這個(gè)結(jié)論,使數(shù)學(xué)與力學(xué)成功地結(jié)合起來(lái)。 《論螺線》,是阿基米德對(duì)數(shù)學(xué)的出色貢獻(xiàn)。他明確了螺線的定義,以及對(duì)螺線的面積的計(jì)算方法。在同一著作中,阿基米德還導(dǎo)出幾何級(jí)數(shù)和算術(shù)級(jí)數(shù)求和的幾何方法。 《平行圖形的平衡或其重心》,是關(guān)于力學(xué)的最早的科學(xué)論著,講的是確定平面圖形和立體圖形的重心問(wèn)題。 《論浮體》,是流體靜力學(xué)的第一部專著,阿基米德把數(shù)學(xué)推理成功地運(yùn)用于分析浮體的平衡上,并用數(shù)學(xué)公式表示浮體平衡的規(guī)律。書中他研究了旋轉(zhuǎn)拋物體在流體中的穩(wěn)定性。 《論錐型體與球型體》,講的是確定由拋物線和雙曲線其軸旋轉(zhuǎn)而成的錐型體體積,以及橢圓繞其長(zhǎng)軸和短軸旋轉(zhuǎn)而成的球型體體積。 《阿基米德方法》,是一封給埃拉托斯特尼的信,它主要講根據(jù)力學(xué)原理去發(fā)現(xiàn)解決問(wèn)題的方法。他把這種方法看作是嚴(yán)格證明前的一種試探性工作,得到結(jié)果以后,還要用歸謬法去證明它。 《群牛問(wèn)題》,含有八個(gè)未知數(shù),最后歸結(jié)為一個(gè)二次不定方程。最初是在一封給埃拉托塞尼的信中提出,但真實(shí)性頗值得懷疑,“群牛問(wèn)題”大概很早以前就已存在,阿基米德只是重新研究而已。
名言
1、不要?jiǎng)游业膱D!
2、給我一個(gè)支點(diǎn),我就能撬動(dòng)地球。
3、即使對(duì)于君主,研究學(xué)問(wèn)的道路也是沒(méi)有捷徑的。
故事
注:關(guān)于阿基米德故事的真實(shí)性,現(xiàn)今已無(wú)法考證。
“Eureka!”—浮力原理的發(fā)現(xiàn)
關(guān)于浮力原理,有這樣一個(gè)的傳說(shuō)。 相傳敘拉古赫農(nóng)王讓工匠替他做了一頂純金的王冠,做好后,國(guó)王疑心工匠在金冠中摻了假,但這頂金冠確與當(dāng)初交給金匠的純金一樣重,到底工匠有沒(méi)有搗鬼呢?既想檢驗(yàn)真假 又不能破壞王冠,這個(gè)問(wèn)題不僅難倒了國(guó)王,也使諸大臣們面面相覷。 后來(lái),國(guó)王請(qǐng)阿基米德來(lái)檢驗(yàn)。最初,阿基米德也是冥思苦想而不得要領(lǐng)。一天,他去澡堂洗澡,當(dāng)他坐進(jìn)澡盆里時(shí),看到水往外溢,同時(shí)感到身體被輕輕托起。他突然悟到可以用測(cè)定固體在水中排水量的辦法,來(lái)確定金冠的比重。他興奮地跳出澡盆,連衣服都顧不得跑了出去,大聲喊著“尤里卡!尤里卡!”。(Eureka,意思是“我知道了”)。 他經(jīng)過(guò)了進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)以后來(lái)到王宮,他把王冠和同等重量的純金放在盛滿水的兩個(gè)盆里,比較兩盆溢出來(lái)的水,發(fā)現(xiàn)放王冠的盆里溢出來(lái)的水比另一盆多。這就說(shuō)明王冠的體積比相同重量的純金的體積大,所以證明了王冠里摻進(jìn)了其他金屬。 這次試驗(yàn)的意義遠(yuǎn)遠(yuǎn)大過(guò)查出金匠欺騙國(guó)王,阿基米德從中發(fā)現(xiàn)了浮力定律:物體在液體中所獲得的浮力,等于他所排出液體的重量。一直到現(xiàn)代,人們還在利用這個(gè)原理計(jì)算物體比重和測(cè)定船舶載重量等。 “給我一個(gè)支點(diǎn),我能撬動(dòng)地球!”——杠桿原理的發(fā)現(xiàn) 在埃及公元前一千五百年前左右,就有人用杠桿來(lái)抬起重物,不過(guò)人們不知道它的道理。阿基米德潛心研究了這個(gè)現(xiàn)象并發(fā)現(xiàn)了杠桿原理。 在阿基米德發(fā)現(xiàn)杠桿原理之前,是沒(méi)有人能夠解釋的。當(dāng)時(shí),有的哲學(xué)家在談到這個(gè)問(wèn)題的時(shí)候,一口咬定說(shuō),這是"魔性"。阿基米德卻不承認(rèn)是什么"魔性"。 阿基米德確立了杠桿定律后,就推斷說(shuō),只要能夠取得適當(dāng)?shù)母軛U長(zhǎng)度,任何重量都可以用很小的力量舉起來(lái)。據(jù)說(shuō)他曾經(jīng)說(shuō)過(guò)這樣的豪言壯語(yǔ):"給我一個(gè)支點(diǎn)、我就能舉起地球”敘拉古國(guó)王聽說(shuō)后,對(duì)阿基米德說(shuō):"憑著宙斯起誓,你說(shuō)的事真是奇怪,阿基米德!"阿基米德向國(guó)王解釋了杠桿的特性以后,國(guó)王說(shuō):"到哪里去找一個(gè)支點(diǎn),把地球撬起來(lái)呢?" "這樣的支點(diǎn)是沒(méi)有的。"阿基米德回答說(shuō)。 "那么,要叫人相信力學(xué)的神力就不可能了?" 國(guó)王說(shuō)。 "不,不,你誤會(huì)了,陛下,我能夠給你舉出別的例子。"阿基米德說(shuō)。 國(guó)王說(shuō):"你太吹牛了!你且替我推動(dòng)一樣重的東西,看你講的話怎樣。"當(dāng)時(shí)國(guó)王正有一個(gè)困難的問(wèn)題,就是他替埃及國(guó)王造了一艘很大的船。船造好后,動(dòng)員了敘拉古全城的人,也沒(méi)法把它推下水。阿基米德說(shuō):"好吧,我替你來(lái)推這一只船吧。" 阿基米德離開國(guó)王后,就利用杠桿和滑輪的原理,設(shè)計(jì)、制造了一套巧妙的機(jī)械。把一切都準(zhǔn)備好后,阿基米德請(qǐng)國(guó)王來(lái)觀看大船下水。他把一根粗繩的末端交給國(guó)王,讓國(guó)王輕輕拉一下。頓時(shí),那艘大船慢慢移動(dòng)起來(lái),順利地滑下了水里,國(guó)王和大臣們看到這樣的奇跡,好象看耍魔術(shù)一樣,驚奇不已!于是,國(guó)王信服了阿基米德,并向全國(guó)發(fā)出布告:"從此以后,無(wú)論阿基米德講什么,都要相信他……" “不要弄壞我的圖!” ——科學(xué)巨星的隕落 在阿基米德晚年時(shí),羅馬軍隊(duì)入侵?jǐn)⒗,阿基米德指?dǎo)同胞們制造了很多攻擊和防御的作戰(zhàn)武器。當(dāng)侵略軍首領(lǐng)馬塞勒塞率眾攻城時(shí),他設(shè)計(jì)的投石機(jī)把敵人打得哭爹喊娘。他制造的鐵爪式起重機(jī),能將敵船提起并倒轉(zhuǎn)…… 另一個(gè)難以置信的傳說(shuō)是,他曾率領(lǐng)敘拉古婦女手持凹面鏡,將陽(yáng)光聚焦在羅馬軍隊(duì)的木制戰(zhàn)艦上,使它們焚燒起來(lái)。羅馬士兵在這頻頻的打擊中已經(jīng)心驚膽戰(zhàn),草木皆兵,一見到有繩索或木頭從城里扔出,他們就驚呼“阿基米德來(lái)了”,隨之抱頭鼠竄。 羅馬軍隊(duì)被阻入城外達(dá)三年之久。最終,于公元前212年,羅馬人趁敘拉古城防務(wù)稍有松懈,大舉進(jìn)攻闖入了城市。此時(shí),75歲的阿基米德正在潛心研究一道深?yuàn)W的幾何題,對(duì)一個(gè)羅馬士兵闖入視而不見,殘暴無(wú)知的士兵不知道眼前的這個(gè)傻老頭就是羅馬王多次交代要重點(diǎn)保護(hù)的阿基米德,舉刀一揮,一位璀璨的科學(xué)巨星就此隕落了。他的遺言是:“不要弄壞我的圖!”
之死
據(jù)說(shuō)羅馬兵入城時(shí),統(tǒng)帥馬塞拉斯出于敬佩阿基米德的才能,曾下令不準(zhǔn)傷害這位賢能。而阿基米德似乎并不知道城池已破,又重新沉迷于數(shù)學(xué)的深思之中。
一個(gè)羅馬士兵突然出現(xiàn)在他面前,命令他到馬塞拉斯那里去,遭到阿基米德的嚴(yán)詞拒絕,于是阿基米德不幸死在了這個(gè)士兵的刀劍之下。
另一種說(shuō)法是:羅馬士兵闖入阿基米德的住宅,看見一位老人在地上埋頭作幾何圖形(還有一種說(shuō)法他在沙灘上畫圖),可阿基米德卻對(duì)他的到來(lái)沒(méi)有反應(yīng),士兵拿刀子在他眼前晃了晃,阿基米德才反應(yīng)過(guò)來(lái)。只見他沒(méi)有逃,而是對(duì)士兵說(shuō) 你們等一等再殺我,我不能給世人留下不完整的公式!還沒(méi)等他說(shuō)完,士兵就殺了他。他是帶著遺憾死去的。
馬塞拉斯對(duì)于阿基米德的死深感悲痛。他將殺死阿基米德的士兵當(dāng)作殺人犯予以處決,并為阿基米德修了一座陵墓,在墓碑上根據(jù)阿基米德生前的遺愿,刻上了"圓柱容球"這一幾何圖形。
隨著時(shí)間的流逝,阿基米德的陵墓被荒草湮沒(méi)了。后來(lái),西西里島的會(huì)計(jì)官、政治家、哲學(xué)家西塞羅(公元前106~前43年)游歷敘拉古時(shí),在荒草發(fā)現(xiàn)了一塊刻有圓柱容球圖形的墓碑,依此辯認(rèn)出這就是阿基米德的墳?zāi)?并將它重新修復(fù)了。
墳?zāi)埂 “⒒椎轮,羅馬將軍馬塞勒斯甚為悲痛,除嚴(yán)肅處理這個(gè)士兵外,還尋找阿基米德的親屬,給予撫恤并表示敬意,又給阿基米德立墓,聊表景仰之忱.在碑上刻著球內(nèi)切于圓柱的圖形,以資紀(jì)念,因阿基米德發(fā)現(xiàn)球的體積及表面積,都是外切圓柱體體積及表面積的 2/3.他生前曾流露過(guò)要刻此圖形在墓上的愿望. 后來(lái)事過(guò)境遷,敘拉古人竟不知珍惜這非凡的紀(jì)念物.100多年之后(公元前75年),羅馬著名的政治家和作家西塞羅(Mar-cus Tullius Cicero,公元前106—前43年)在西西里擔(dān)任財(cái)務(wù)官,有心去憑吊這座偉人的墓,然而當(dāng)?shù)鼐用窬狗裾J(rèn)它的存在.眾人借助鐮刀辟開小徑,發(fā)現(xiàn)一座高出雜樹不多的小圓柱,上面刻著的球和圓柱圖案赫然在目,這久已被遺忘的寂寂孤墳終于被找到了.墓志銘仍依稀可見,大約有一半已被風(fēng)雨腐蝕.又兩千年多年過(guò)去了,隨著時(shí)光的流逝,這座墓也消失得無(wú)影無(wú)蹤.現(xiàn)在有一個(gè)人工鑿砌的石窟,寬約十余米,內(nèi)壁長(zhǎng)滿青苔,被說(shuō)成是阿基米德之墓,但卻無(wú)任何能證明其真實(shí)性的標(biāo)志,而且“發(fā)現(xiàn)真正墓地”的消息時(shí)有所聞,令人難辨真?zhèn)巍?
影響及評(píng)價(jià)
阿基米德是數(shù)學(xué)家與力學(xué)家的偉大學(xué)者,并且享有“流體靜力學(xué)之父”的美稱。他通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了杠桿原理,又用幾何演澤方法推出許多杠桿命題,并給出嚴(yán)格的證明,其中就有著名的"阿基米德原理"(杠桿原理)。 他在數(shù)學(xué)上也有著極為光輝燦爛的成就,特別是在幾何學(xué)方面.他的數(shù)學(xué)思想中蘊(yùn)涵著微積分的思想,他所缺的是沒(méi)有極限概念,但其思想實(shí)質(zhì)卻伸展到17世紀(jì)趨于成熟的無(wú)窮小分析領(lǐng)域里去,預(yù)告了微積分的誕生。 正因?yàn)樗慕艹鲐暙I(xiàn),美國(guó)的E.T.貝爾在《數(shù)學(xué)人物》上是這樣評(píng)價(jià)阿基米德的:任何一張開列有史以來(lái)三個(gè)最偉大的數(shù)學(xué)家的名單之中,必定會(huì)包括阿基米德,而另外兩人通常是艾薩克·牛頓和卡爾·弗里德里希·高斯。不過(guò)以他們的宏偉業(yè)績(jī)和所處的時(shí)代背景來(lái)比較,或拿他們影響當(dāng)代和后世的深邃久遠(yuǎn)來(lái)比較,還應(yīng)首推阿基米德。 除了艾薩克·牛頓和阿爾伯特·愛因斯坦,再?zèng)]有一個(gè)人象阿基米德那樣為人類的進(jìn)步做出過(guò)這樣大的貢獻(xiàn)。即使牛頓和愛因斯坦也都曾從他身上汲取過(guò)智慧和靈感。他是“理論天才與實(shí)驗(yàn)天才合于一人的理想化身”,文藝復(fù)興時(shí)期的達(dá)·芬奇和伽利略·伽利雷等人都拿他來(lái)做自己的楷模。
阿基米德性
實(shí)數(shù)具有阿基米德(Archimedes)性:對(duì)于任意兩個(gè)正實(shí)數(shù)a,b,若b>a,則存在正整數(shù)n,使na>b。
生平
公元前287年,阿基米德誕生于西西里島(Sicilia)的敘拉古(Sracusa)(今意大利錫拉庫(kù)薩)。他出生于貴族,與敘拉古的赫農(nóng)王有親戚關(guān)系,家庭十分富有。阿基米德的父親是天文學(xué)家兼數(shù)學(xué)家,學(xué)識(shí)淵博,為人謙遜。他十一歲時(shí),借助與王室的關(guān)系,被送到古希臘文化中心亞歷山大里亞城,跟隨歐幾里得的學(xué)生埃拉托塞和卡農(nóng)學(xué)習(xí),他以后和亞歷山大的學(xué)者保持緊密聯(lián)系,因此他算是亞歷山大學(xué)派的成員。
亞歷山大里亞位于尼羅河口,是當(dāng)時(shí)文化貿(mào)易的中心之一。這里有雄偉的博物館、圖書館,而且人才薈萃,被世人譽(yù)為“智慧之都”。阿基米德在這里學(xué)習(xí)和生活了許多年,曾跟很多學(xué)者密切交往。他在學(xué)習(xí)期間對(duì)數(shù)學(xué)、力學(xué)和天文學(xué)有濃厚的興趣。在他學(xué)習(xí)天文學(xué)時(shí),發(fā)明了用水利推動(dòng)的星球儀,并用它模擬太陽(yáng)、行星和月亮的運(yùn)行及表演日食和月食現(xiàn)象。為解決用尼羅河水灌溉土地的難題,他發(fā)明了圓筒狀的螺旋揚(yáng)水器,后人稱它為“阿基米德螺旋”。
公元前240年,阿基米德回?cái)⒗,?dāng)了赫農(nóng)王的顧問(wèn),幫助國(guó)王解決生產(chǎn)實(shí)踐、軍事技術(shù)和日常生活中的各種科學(xué)技術(shù)問(wèn)題。
公元前212年,古羅馬軍隊(duì)攻陷敘拉古,正在聚精會(huì)神研究科學(xué)問(wèn)題的阿基米德,不幸被蠻橫的羅馬士兵殺死,終年七十五歲。阿基米德的遺體葬在西西里島,墓碑上刻著一個(gè)圓柱內(nèi)切球的圖形,以紀(jì)念他在幾何學(xué)上的卓越貢獻(xiàn)和自己的理想。
科學(xué)成就
阿基米德無(wú)可爭(zhēng)議的是古代希臘文明所產(chǎn)生的最偉大的數(shù)學(xué)家及科學(xué)家之一,他在諸多科學(xué)領(lǐng)域所作出的突出貢獻(xiàn),為他贏得同時(shí)代人的高度尊敬,并用他的智慧顛覆人類歷史。
力學(xué)方面:
阿基米德在力學(xué)方面的成績(jī)最為突出。
1、在總結(jié)了關(guān)于埃及人用杠桿來(lái)抬起重物的經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,阿基米德系統(tǒng)地研究了物體的重心和杠桿原理。提出了精確地確定物體重心的方法,指出在物體的中心處支起來(lái),就能使物體保持平衡;同時(shí),他在研究機(jī)械的過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)并系統(tǒng)證明了阿基米德原理(即杠桿定律),為靜力學(xué)奠定了基礎(chǔ)。此外,阿基米德利用這一原理設(shè)計(jì)制造了許多機(jī)械。
2、他在研究浮體的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了浮力定律,也就是有名的阿基米德定律。
幾何學(xué)方面:
阿基米德的數(shù)學(xué)成就在于他既繼承和發(fā)揚(yáng)了古希臘研究抽象數(shù)學(xué)的科學(xué)方法,又使數(shù)學(xué)的研究和實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系起來(lái)。
1、阿基米德確定了拋物線弓形、螺線、圓形的面積以及橢球體、拋物面體等各種復(fù)雜幾何體的表面積和體積的計(jì)算方法。在推演這些公式的過(guò)程中,他創(chuàng)立了“窮竭法”,類似于現(xiàn)代微積分中所說(shuō)的逐步近似求極限的方法。
2、他是科學(xué)的研究圓周率的第一人。他提出用圓內(nèi)接多邊形與外切多邊形邊數(shù)增多、面積逐漸接近的方法求圓周率。他求出了圓周率大小范圍為:223/71<π<22/7。
3、面對(duì)古希臘繁冗的數(shù)字表示方式,阿基米德還首創(chuàng)了記大數(shù)的方法,突破了當(dāng)時(shí)用希臘字母計(jì)數(shù)不能超過(guò)一萬(wàn)的局限,并用它解決了許多數(shù)學(xué)難題。
4、提出了著名的阿基米德公理,用現(xiàn)代數(shù)學(xué)語(yǔ)言表述,阿基米德原理指對(duì)于任何自然數(shù)(不包括0)a、b,如果a b.
天文學(xué)方面:
1、他發(fā)明了用水利推動(dòng)的星球儀,并用它模擬太陽(yáng)、行星和月亮的運(yùn)行及表演日食和月食現(xiàn)象;
2、他認(rèn)為地球是圓球狀的,并圍繞著太陽(yáng)旋轉(zhuǎn),這一觀點(diǎn)比哥白尼的“日心地動(dòng)說(shuō)”要早一千八百年。限于當(dāng)時(shí)的條件,他并沒(méi)有就這個(gè)問(wèn)題做深入系統(tǒng)的研究。
阿基米德螺旋永動(dòng)機(jī)
重視實(shí)踐:
阿基米德和雅典時(shí)期的科學(xué)家有著明顯的不同,就是他既重視科學(xué)的嚴(yán)密性、準(zhǔn)確性,要求對(duì)每一個(gè)問(wèn)題都進(jìn)行精確的、合乎邏輯的證明;又非常重視科學(xué)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用。他非常重視試驗(yàn),親自動(dòng)手制作各種儀器和機(jī)械。他一生設(shè)計(jì)、制造了許多機(jī)構(gòu)和機(jī)器,除了杠桿系統(tǒng)外,值得一提的還有舉重滑輪、灌地機(jī)、揚(yáng)水機(jī)以及軍事上用的拋石機(jī)等。被稱作“阿基米德螺旋”的揚(yáng)水機(jī)至今仍在埃及等地使用。
著作
阿基米德流傳于世的數(shù)學(xué)著作有10余種,多為希臘文手稿。他的著作集中探討了求積問(wèn)題,主要是曲邊圖形的面積和曲面立方體的體積。其體例深受歐幾里德《幾何原本》的影響,先是設(shè)立若干定義和假設(shè),再依次證明。
作為數(shù)學(xué)家,他寫出了《論球和圓柱》、《圓的度量》、《拋物線求積》、《論螺線》、《論錐體和球體》、《沙的計(jì)算》等數(shù)學(xué)著作;作為力學(xué)家,他著有《論圖形的平衡》、《論浮體》、《論杠桿》、《原理》等力學(xué)著作。
這些著作中《論球與圓柱》是他的得意杰作,包括許多重大的成就。他從幾個(gè)定義和公理出發(fā),推出關(guān)于球與圓柱面積體積等50多個(gè)命題
著作一覽:
《數(shù)沙器》,是專講計(jì)算方法和計(jì)算理論的一本著作。阿基米德要計(jì)算充滿宇宙大球體內(nèi)的砂粒數(shù)量,他運(yùn)用了很奇特的想象,建立了新的量級(jí)計(jì)數(shù)法,確定了新單位,提出了表示任何大數(shù)量的模式,這與對(duì)數(shù)運(yùn)算是密切相關(guān)的。
《圓的度量》,利用圓的外切與內(nèi)接96邊形,求得圓周率π為:223/71<π<22/7,這是數(shù)學(xué)史上最早的,明確指出誤差限度的π值。他還證明了圓面積等于以圓周長(zhǎng)為底、半徑為高的正三角形的面積;使用的是窮竭法。
《論球與圓柱》,熟練地運(yùn)用窮竭法證明了球的表面積等于球大圓面積的四倍;球的體積是一個(gè)圓錐體積的四倍,這個(gè)圓錐的底等于球的大圓,高等于球的半徑。阿基米德還指出,如果等邊圓柱中有一個(gè)內(nèi)切球,則圓柱的全面積和它的體積,分別為球表面積和體積的 。在這部著作中,他還提出了著名的"阿基米德公理"。
《拋物線求積法》,研究了曲線圖形求積的問(wèn)題,并用窮竭法建立了這樣的結(jié)論:"任何由直線和直角圓錐體的截面所包圍的弓形(即拋物線),其面積都是其同底同高的三角形面積的三分之四。"他還用力學(xué)權(quán)重方法再次驗(yàn)證這個(gè)結(jié)論,使數(shù)學(xué)與力學(xué)成功地結(jié)合起來(lái)。
《論螺線》,是阿基米德對(duì)數(shù)學(xué)的出色貢獻(xiàn)。他明確了螺線的定義,以及對(duì)螺線的面積的計(jì)算方法。在同一著作中,阿基米德還導(dǎo)出幾何級(jí)數(shù)和算術(shù)級(jí)數(shù)求和的幾何方法。
《平行圖形的平衡或其重心》,是關(guān)于力學(xué)的最早的科學(xué)論著,講的是確定平面圖形和立體圖形的重心問(wèn)題。
《論浮體》,是流體靜力學(xué)的第一部專著,阿基米德把數(shù)學(xué)推理成功地運(yùn)用于分析浮體的平衡上,并用數(shù)學(xué)公式表示浮體平衡的規(guī)律。書中他研究了旋轉(zhuǎn)拋物體在流體中的穩(wěn)定性。
《論錐型體與球型體》,講的是確定由拋物線和雙曲線其軸旋轉(zhuǎn)而成的錐型體體積,以及橢圓繞其長(zhǎng)軸和短軸旋轉(zhuǎn)而成的球型體體積。
《阿基米德方法》,是一封給埃拉托斯特尼的信,它主要講根據(jù)力學(xué)原理去發(fā)現(xiàn)解決問(wèn)題的方法。他把這種方法看作是嚴(yán)格證明前的一種試探性工作,得到結(jié)果以后,還要用歸謬法去證明它。
《群牛問(wèn)題》,含有八個(gè)未知數(shù),最后歸結(jié)為一個(gè)二次不定方程。最初是在一封給埃拉托塞尼的信中提出,但真實(shí)性頗值得懷疑,“群牛問(wèn)題”大概很早以前就已存在,阿基米德只是重新研究而已。
重視實(shí)踐
阿基米德和雅典時(shí)期的科學(xué)家有著明顯的不同,就是他既重視科學(xué)的嚴(yán)密性、準(zhǔn)確性,要求對(duì)每一個(gè)問(wèn)題都進(jìn)行精確的、合乎邏輯的證明;又非常重視科學(xué)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用。他非常重視試驗(yàn),親 自動(dòng)手制作各種儀器和機(jī)械。他一生設(shè)計(jì)、制造了許多機(jī)構(gòu)和機(jī)器,除了杠桿系統(tǒng)外,值得一提的還有舉重滑輪、灌地機(jī)、揚(yáng)水機(jī)以及軍事上用的拋石機(jī)等。被稱作“阿基米德螺旋”的揚(yáng)水機(jī)至今仍在埃及等地使用。 阿基米德螺旋永動(dòng)機(jī) 。 阿基米德發(fā)展了天文學(xué)測(cè)量用的十字測(cè)角器,并制成了一架測(cè)算太陽(yáng)對(duì)向地球角度的儀器。他最著名的發(fā)現(xiàn)是浮力和相對(duì)密度原理,即物體在液體中減輕的視重,等于排去液體的重量,后來(lái)以阿基米德原理著稱于世。在幾何學(xué)上,他創(chuàng)立了一種求圓周率的方法,即圓周的周長(zhǎng)和其直徑的關(guān)系。阿基米德是第一位講科學(xué)的工程師,在他的研究中,使用歐幾里德的方法,先假設(shè),再以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬐普摰玫浇Y(jié)果,他不斷地尋求一般性的原則而用于特殊的工程上。他的作品始終融合數(shù)學(xué)和物理,因此阿基米德成為物理學(xué)之父。 他應(yīng)用杠桿原理于戰(zhàn)爭(zhēng),保衛(wèi)西拉斯鳩的事跡是家喻戶曉的。而他也以同一原理導(dǎo)出部分球體的體積、回轉(zhuǎn)體的體積(橢球、回轉(zhuǎn)拋物面、回轉(zhuǎn)雙曲面),此外,他也討論阿基米德螺線(例如:蒼蠅由等速旋轉(zhuǎn)的唱盤中心向外走去所留下的軌跡),圓、球體、圓柱的相關(guān)原理,其成就。阿基米德將歐幾里德提出的趨近觀念作了有效的運(yùn)用,他提出圓內(nèi)接多邊形和相似圓外切多邊形,當(dāng)邊數(shù)足夠大時(shí),兩多邊形的周長(zhǎng)便一個(gè)由上,一個(gè)由下的趨近于圓周長(zhǎng)。他先用六邊形,以后逐次加倍邊數(shù),到了九十六邊形,求出π的估計(jì)值介于3.14163和3.14286之間。另外他算出球的表面積是其內(nèi)接最大圓面積的四倍。而他又導(dǎo)出圓柱內(nèi)切球體的體積是圓柱體積的三分之二,這個(gè)定理就刻在他的墓碑上。
關(guān)于阿基米德的故事
注:關(guān)于阿基米德故事的真實(shí)性,現(xiàn)今已無(wú)法考證。
浮力原理的發(fā)現(xiàn)——“尤里卡(Eureka!)”
關(guān)于浮力原理,有這樣一個(gè)的傳說(shuō)。
據(jù)說(shuō),在一次,希耶隆二世制造了一頂金王冠,但是,他總是懷疑金匠偷了他的金,在王冠中摻了銀。于是,他請(qǐng)來(lái)阿基米德鑒定,條件是不許弄壞王冠。當(dāng)時(shí),人們并不知道不同的物質(zhì)有不同的比重,阿基米德冥思苦想了好多天,也沒(méi)有好的辦法。有一天,他去洗澡,剛躺進(jìn)盛滿溫水的浴盆時(shí),水便漫溢出來(lái),而他則感到自己的身體在微微上浮。于是他忽然想到,相同重量的物體,由于體積的不同,排出的水量也不同……他不再洗澡,從浴盆中跳出來(lái),一絲不掛地從大街上跑回家。當(dāng)他的仆人氣喘吁吁地追回家時(shí),阿基米德已經(jīng)在作實(shí)驗(yàn);他把王冠放到盛滿水的盆中,量出溢出的水,又把同樣重量的純金放到盛滿水的盆中,但溢出的水比剛才溢出的少,于是,他得出金匠在王冠中摻了銀子。由此,他發(fā)現(xiàn)了浮力原理,并在名著《論浮體》記載了這個(gè)原理,人們今天稱之為阿基米德原理。
關(guān)于杠桿定律的故事——“給我一個(gè)支點(diǎn),我能撬動(dòng)地球”
在埃及公元前一千五百年前左右,就有人用杠桿來(lái)抬起重物,不過(guò)人們不知道它的道理。阿基米德潛心研究了這個(gè)現(xiàn)象并發(fā)現(xiàn)了杠桿原理。
在阿基米德發(fā)現(xiàn)杠桿定律之前,是沒(méi)有人能夠解釋的。當(dāng)時(shí),有的哲學(xué)家在談到這個(gè)問(wèn)題的時(shí)候,一口咬定說(shuō),這是"魔性"。阿基米德卻不承認(rèn)是什么"魔性"。
阿基米德確立了杠桿定律后,就推斷說(shuō),只要能夠取得適當(dāng)?shù)母軛U長(zhǎng)度,任何重量都可以用很小的力量舉起來(lái)。據(jù)說(shuō)他曾經(jīng)說(shuō)過(guò)這樣的豪言壯語(yǔ):"給我一個(gè)支點(diǎn)、我就能舉起地球”敘拉古國(guó)王聽說(shuō)后,對(duì)阿基米德說(shuō):"憑著宙斯(宙斯是希臘神話中的眾神之王,主管天、雷、電和雨)起誓,你說(shuō)的事真是稀奇古怪,阿基米德!"阿基米德向國(guó)王解釋了杠桿的特性以后,國(guó)王說(shuō):"到哪里去找一個(gè)支點(diǎn),把地球撬起來(lái)呢?"
"這樣的支點(diǎn)是沒(méi)有的。"阿基米德回答說(shuō)。
"那么,要叫人相信力學(xué)的神力就不可能了?" 國(guó)王說(shuō)。
"不,不,你誤會(huì)了,陛下,我能夠給你舉出別的例子。"阿基米德說(shuō)。
國(guó)王說(shuō):"你太吹牛了!你且替我推動(dòng)一樣重的東西,看你講的話怎樣。"當(dāng)時(shí)國(guó)王正有一個(gè)困難的問(wèn)題,就是他替埃及國(guó)王造了一艘很大的船。船造好后,動(dòng)員了敘拉古全城的人,也沒(méi)法把它推下水。阿基米德說(shuō):"好吧,我替你來(lái)推這一只船吧。"
阿基米德離開國(guó)王后,就利用杠桿和滑輪的原理,設(shè)計(jì)、制造了一套巧妙的機(jī)械。把一切都準(zhǔn)備好后,阿基米德請(qǐng)國(guó)王來(lái)觀看大船下水。他把一根粗繩的末端交給國(guó)王,讓國(guó)王輕輕拉一下。頓時(shí),那艘大船慢慢移動(dòng)起來(lái),順利地滑下了水里,國(guó)王和大臣們看到這樣的奇跡,好象看耍魔術(shù)一樣,驚奇不已!于是,國(guó)王信服了阿基米德,并向全國(guó)發(fā)出布告:"從此以后,無(wú)論阿基米德講什么,都要相信他……"
敘拉古保衛(wèi)戰(zhàn)
在阿基米德晚年時(shí),羅馬軍隊(duì)入侵?jǐn)⒗牛⒒椎轮笇?dǎo)同胞們制造了很多攻擊和防御的作戰(zhàn)武器。當(dāng)侵略軍首領(lǐng)馬塞勒塞率眾攻城時(shí),他設(shè)計(jì)的投石機(jī)把敵人打得哭爹喊娘。他制造的鐵爪式起重機(jī),能將敵船提起并倒轉(zhuǎn)……
另一個(gè)難以置信的傳說(shuō)是,他曾率領(lǐng)敘拉古人民手持凹面鏡,將陽(yáng)光聚焦在羅馬軍隊(duì)的木制戰(zhàn)艦上,使它們焚燒起來(lái)。羅馬士兵在這頻頻的打擊中已經(jīng)心驚膽戰(zhàn),草木皆兵,一見到有繩索或木頭從城里扔出,他們就驚呼“阿基米德來(lái)了”,隨之抱頭鼠竄。
羅馬軍隊(duì)被阻入城外達(dá)三年之久。最終,于公元前212年,羅馬人趁敘拉古城防務(wù)稍有松懈,大舉進(jìn)攻闖入了城市。此時(shí),75歲的阿基米德正在潛心研究一道深?yuàn)W的數(shù)學(xué)題,一個(gè)羅馬士兵闖入,用腳踐踏了他所畫的圖形,阿基米德憤怒地與之爭(zhēng)論,殘暴無(wú)知的士兵舉刀一揮,一位璀璨的科學(xué)巨星就此隕落了。 阿基米德是數(shù)學(xué)家與力學(xué)家的偉大學(xué)者,并且享有"力學(xué)之父"的美稱。其原因在于他通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了杠桿原理,又用幾何演澤方法推出許多杠桿命題,給出嚴(yán)格的證明,其中就有著名的"阿基米德原理"(杠桿原理)。
他在數(shù)學(xué)上也有著極為光輝燦爛的成就,特別是在幾何學(xué)方面.他的數(shù)學(xué)思想中蘊(yùn)涵著微積分的思想,他所缺的是沒(méi)有極限概念,但其思想實(shí)質(zhì)卻伸展到17世紀(jì)趨于成熟的無(wú)窮小分析領(lǐng)域里去,預(yù)告了微積分的誕生。
正因?yàn)樗慕艹鲐暙I(xiàn),美國(guó)的E.T.貝爾在《數(shù)學(xué)人物》上是這樣評(píng)價(jià)阿基米德的:任何一張開列有史以來(lái)三個(gè)最偉大的數(shù)學(xué)家的名單之中,必定會(huì)包括阿基米德,而另外兩人通常是牛頓和高斯。不過(guò)以他們的宏偉業(yè)績(jī)和所處的時(shí)代背景來(lái)比較,或拿他們影響當(dāng)代和后世的深邃久遠(yuǎn)來(lái)比較,還應(yīng)首推阿基米德。
除了偉大的牛頓和偉大的愛因斯坦,再?zèng)]有一個(gè)人象阿基米德那樣為人類的進(jìn)步做出過(guò)這樣大的貢獻(xiàn)。即使牛頓和愛因斯坦也都曾從他身上汲取過(guò)智慧和靈感。他是“理論天才與實(shí)驗(yàn)天才合于一人的理想化身”,文藝復(fù)興時(shí)期的達(dá)芬奇和伽利略等人都拿他來(lái)做自己的楷模。
古希臘阿基米德是最富傳奇色彩的古代科學(xué)家。1998年之前,傳世的阿基米德著 作共8篇,依次是:《論平面平衡》、《拋物線求積》、《球體和圓柱體》、《測(cè)圓術(shù)》、《論螺線》、《論浮體》、《圓錐體和橢球體》、《數(shù)沙者》。這8篇的內(nèi)容傳自兩個(gè)古代抄本系統(tǒng),它們被專家稱為“抄本A”和“抄本B”。不幸的是這兩個(gè)抄本都已佚失。1998年,紐約克里斯蒂拍賣行出現(xiàn)了一件名為“阿基米德羊皮書”的拍品,這是一本很不起眼的中世紀(jì)抄寫的祈禱書,但是因?yàn)閾?jù)信它原先是一本阿基米德著作的抄本,只是后來(lái)被人刮掉了原書字跡,再用來(lái)抄寫祈禱書的(這種“廢物利用”在古代并不罕見),所以身價(jià)不菲,最終由一位神秘富翁以200萬(wàn)美元拍得。隨后這位富翁自稱“B先生”,派人找到巴爾的摩市的華爾特藝術(shù)博物館手稿部主任諾爾博士,要諾爾組織團(tuán)隊(duì)來(lái)研究“阿基米德羊皮書”,研究經(jīng)費(fèi)由他來(lái)資助。但研究結(jié)束后羊皮書要?dú)w還給他。諾爾組織了一支包括了古代科學(xué)教授、數(shù)學(xué)史教授、中世紀(jì)藝術(shù)史教授、化學(xué)教授、數(shù)碼成像專家、X射線成像專家、古籍手稿研究專家的研究團(tuán)隊(duì),他們都主要是在周末業(yè)余時(shí)間從事這項(xiàng)研究。研究過(guò)程中,B先生也經(jīng)常參與決策。他“一直是負(fù)責(zé)的、考慮全面的、大方的”。這支研究團(tuán)隊(duì)辛勤工作了7年——從1999年至2006年,“這個(gè)項(xiàng)目從來(lái)沒(méi)有發(fā)生資金短缺的問(wèn)題”。 研究者們將“阿基米德羊皮書”一頁(yè)頁(yè)拆開,利用各種現(xiàn)代的成像技術(shù),最終竟然成功地完整重現(xiàn)了那份在700多年前已經(jīng)被從羊皮紙上刮去的抄本內(nèi)容。于是傳世阿基米德著作的第三個(gè)抄本重新出現(xiàn)了。它現(xiàn)在被稱為“抄本C”,成為存世的阿基米德著作抄本中最古老的版本。 “抄本C”中包括了阿基米德的7篇著作:《論平面平衡》、《球體和圓柱體》、《測(cè)圓術(shù)》、《論螺線》、《論浮體》、《方法論》、《十四巧板》。其中前五篇是以前“抄本A”和“抄本B”系統(tǒng)已經(jīng)承傳下來(lái),為世人所知的;而最為珍貴的是最后兩篇,即《方法論》和《十四巧板》,這是以前從未出現(xiàn)過(guò)的。
學(xué)術(shù)成就
歐洲文藝復(fù)興時(shí)期,當(dāng)時(shí)的大師們無(wú)不汲汲以追求希臘著作為務(wù) (哪怕是經(jīng)過(guò)希臘文—阿拉伯文—拉丁文這樣重重轉(zhuǎn)譯的) 。達(dá)·芬奇就曾盡力搜尋阿基米德的著作,但他無(wú)法看到《方法論》,因?yàn)槲乃噺?fù)興時(shí)期的大師們只能依賴“抄本A”和“抄本B”(那時(shí)還未佚失)來(lái)了解阿基米德。而達(dá)·芬奇要是看到了《方法論》,他一定會(huì)爽然自失——原來(lái)阿基米德的研究和成就早在1700年前就大大超過(guò)他了。阿基米德在《方法論》中已經(jīng)“十分接近現(xiàn)代微積分”,這里有對(duì)數(shù)學(xué)上“無(wú)窮”的超前研究,貫穿全篇的則是如何將數(shù)學(xué)模型進(jìn)行物理上的應(yīng)用。研究者們甚至認(rèn)為,“阿基米德有能力創(chuàng)造出伽利略和牛頓所創(chuàng)造的那種物理科學(xué)”。至于另一篇新發(fā)現(xiàn)的著作《十四巧板》,則又別開生面。盡管“十四巧板”這種古代游戲(比中國(guó)民間的“七巧板”更復(fù)雜些)在西方早已為人所知,但最初諾爾他們認(rèn)為《十四巧板》既難以理解也無(wú)關(guān)緊要,也許只是阿基米德的游戲而已。不過(guò)后來(lái)研究組合數(shù)學(xué)的專家參加研究之后,又有了驚人發(fā)現(xiàn)——他們認(rèn)為阿基米德在《十四巧板》中,其實(shí)是要討論總共有多少種方式將十四巧板拼成一個(gè)正方形?他們研究的答案是:《十四巧板》中的十四巧板總共有17152種拼法可以得到正方形。這使他們相信,《十四巧板》表明“希臘人完全掌握了組合數(shù)學(xué)這門科學(xué)的最早期證據(jù)”。 “阿基米德羊皮書”提供的《方法論》和《十四巧板》這兩篇阿基米德遺作的重新問(wèn)世,確實(shí)可以說(shuō)是“改寫了科學(xué)史”。
說(shuō)過(guò)的名言
“給我一個(gè)支點(diǎn),我能撬動(dòng)整個(gè)地球! 首先,要在地球上舉起與地球等重量的物體要6*10^22的力,若他能用的最大力為600N,那根據(jù)杠桿平衡條件,動(dòng)力臂要是阻力臂的10^22倍。而即使有這樣長(zhǎng)的杠桿,在茫茫宇宙中,也不會(huì)有相對(duì)于地球靜止的固定支點(diǎn),應(yīng)為太陽(yáng)系中的星體無(wú)時(shí)無(wú)刻不在運(yùn)動(dòng)著。而即使找到這樣的支點(diǎn),哪怕只是撬動(dòng)地球1mm,他在宇宙中所畫過(guò)的圓弧也會(huì)達(dá)到10^17km(約10000光年),這夠他玩一輩子的了。所以到現(xiàn)在為止也不可能只要在宇宙中給他一個(gè)支點(diǎn),他就能把地球撬起來(lái)。但如果你能找到方法一定會(huì)轟動(dòng)世界。
螺旋線
UG公式畫阿基米德螺旋線阿基米德螺線-定義 阿基米德螺線 ,亦稱“等速螺線”。當(dāng)一點(diǎn)P沿動(dòng)射線OP一等速率運(yùn)動(dòng)的同時(shí),這射線有以等角速度繞點(diǎn)O旋轉(zhuǎn),點(diǎn)P的軌跡稱為“阿基米德螺線”。 它的極坐標(biāo)方程為:r = aθ 這種螺線的每條臂的距離永遠(yuǎn)相等于 2πa。 笛卡爾坐標(biāo)方程式為: r=10*(1+t) x=r*cos(t*360) =r*sin(t*360) z=0 一動(dòng)點(diǎn)沿一直線作等速移動(dòng)的同時(shí),該直線又繞線上一點(diǎn)O作等角速度旋轉(zhuǎn)時(shí),動(dòng)點(diǎn)所走的軌跡就是阿基米德渦線。直線旋轉(zhuǎn)一周時(shí),動(dòng)點(diǎn)在直線上移動(dòng)的距離稱為導(dǎo)程用字母S表示。 阿基米德渦線在凸輪設(shè)計(jì)、車床卡盤設(shè)計(jì)、渦旋彈簧、螺紋、蝸桿設(shè)計(jì)中應(yīng)用較多。阿基米德渦線畫法如圖: (1)先以導(dǎo)程S為半徑畫圓,再將圓周及半徑分成相同的n等分,圖中n=8; (2)以O(shè)為圓心,作各同心圓弧于相應(yīng)數(shù)字的半徑相交,得交點(diǎn)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、…Ⅷ各點(diǎn),即為阿基米德渦線上的點(diǎn); (3)依次光滑連接各點(diǎn),即得阿基米德渦線。
羊皮書
古代抄本
古希臘阿基米德是最富傳奇色彩的古代科學(xué)家。1998年之前,傳世的阿基米德著。
作共8篇,依次是:《論平面平衡》、《拋物線求積》、《球體和圓柱體》、《測(cè)圓術(shù)》、《論螺線》、《論浮體》、《圓錐體和橢球體》、《數(shù)沙者》。這8篇的內(nèi)容傳自兩個(gè)古代抄本系統(tǒng),它們被專家稱為“抄本A”和“抄本B”。不幸的是這兩個(gè)抄本都已佚失。1998年,紐約克里斯蒂拍賣行出現(xiàn)了一件名為“阿基米德羊皮書”的拍品,這是一本很不起眼的中世紀(jì)抄寫的祈禱書,但是因?yàn)閾?jù)信它原先是一本阿基米德著作的抄本,只是后來(lái)被人刮掉了原書字跡,再用來(lái)抄寫祈禱書的(這種“廢物利用”在古代并不罕見),所以身價(jià)不菲,最終由一位神秘富翁以200萬(wàn)美元拍得。隨后這位富翁自稱“B先生”,派人找到巴爾的摩市的華爾特藝術(shù)博物館手稿部主任諾爾博士,要諾爾組織團(tuán)隊(duì)來(lái)研究“阿基米德羊皮書”,研究經(jīng)費(fèi)由他來(lái)資助。但研究結(jié)束后羊皮書要?dú)w還給他。諾爾組織了一支包括了古代科學(xué)教授、數(shù)學(xué)史教授、中世紀(jì)藝術(shù)史教授、化學(xué)教授、數(shù)碼成像專家、X射線成像專家、古籍手稿研究專家的研究團(tuán)隊(duì),他們都主要是在周末業(yè)余時(shí)間從事這項(xiàng)研究。研究過(guò)程中,B先生也經(jīng)常參與決策。他“一直是負(fù)責(zé)的、考慮全面的、大方的”。這支研究團(tuán)隊(duì)辛勤工作了7年——從1999年至2006年,“這個(gè)項(xiàng)目從來(lái)沒(méi)有發(fā)生資金短缺的問(wèn)題”。
研究者們將“阿基米德羊皮書”一頁(yè)頁(yè)拆開,利用各種現(xiàn)代的成像技術(shù),最終竟然成功地完整重現(xiàn)了那份在700多年前已經(jīng)被從羊皮紙上刮去的抄本內(nèi)容。于是傳世阿基米德著作的第三個(gè)抄本重新出現(xiàn)了。它現(xiàn)在被稱為“抄本C”,成為存世的阿基米德著作抄本中最古老的版本。
“抄本C”中包括了阿基米德的7篇著作:《論平面平衡》、《球體和圓柱體》、《測(cè)圓術(shù)》、《論螺線》、《論浮體》、《方法論》、《十四巧板》。其中前五篇是以前“抄本A”和“抄本B”系統(tǒng)已經(jīng)承傳下來(lái),為世人所知的;而最為珍貴的是最后兩篇,即《方法論》和《十四巧板》,這是以前從未出現(xiàn)過(guò)的。