阿基米德传 - 科创网

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阿基米德传

diy患者2011/05/22科学技术学 IP:山东

时间：公元前212年
地点：地中海上的一个城市叙拉古
叙拉古城内一片火光，刀剑声，嘶杀声，惨叫声响成一片。城内有一座古老的宅院，院子里静悄悄，只有屋里的油灯散发着微弱的光芒。一群手持青铜短剑的罗马士兵到了院子门口，“看样子，是有钱人家，或许还能有些战利品。”他们说着，闯进了院子，推开屋门，他们一楞，原来在昏暗的油灯下，一个白发仓仓的老人，用石子在地上划着一些奇怪的符号，甚至没有看这些罗马士兵一眼，在他眼里，罗马士兵根本就不存在。显然，骄傲的罗马士兵被激怒了。一个罗马士兵，拿着短剑指着这位老者：“请你跟我们走！”老者这才缓缓抬起头，看了一下眼前的景象，说：“我的朋友，在你杀死我之前，请让我把我的圆画好。”说完，又低下头，继续画他的图，这位士兵被彻底激怒了，一刀刺向了老者的心脏。老者躺倒在地，喃喃地说：“他们夺走了我的躯体，但我将取走我的灵魂。”说完安然死去。
文中的老者就是本文的主人公阿基米德。
虽然说，文章的名字叫《阿基米德传》实际上，并非真正的传记，本文并不打算对历史进行研究与论证，而是站在一个阿基米德的粉丝的角度，对阿基米德的一些传说从科学和情理的角度上进行剖析，从而展现一代伟人的风采。
只有肥沃的土壤才能开出鲜艳而美丽的花朵，同样，阿基米德这朵人类科学史上最灿烂的花朵之一（照顾到大家的观点，我很不情愿的加了个之一）同样需要肥沃的土壤，这个土壤就是灿烂的古希腊文明。到底有多灿烂？有人说，如果古希腊不灭亡，科学能继续发展，我们会在969年登上月球而不是1969年。古希腊文明在被罗马毁灭前有几百年的历史，然而小小的古希腊却留给了我们这么多财富，当然是精神财富。你可以默默数一下，你知道的古希腊的名人，你会发现，古希腊文明是如此杰出，经过了2000多年，我们，作为外国人，居然还能知道他们的姓名，而且还这么多。古希腊奠定了现代科学技术的基础，经过了黑暗的中世纪，再次在文艺复兴中爆发，最终成就了我们今天的社会。没有古希腊，我们是不可能坐在电脑旁看帖子的。文明如同生物，是有自己的发展的规律的，在经历了童年，青年，壮年，最后不可避免的进入了老年，面对罗马的兴起，古希腊最终被毁灭，毁灭之前，最终由阿基米德把古希腊的文明推向了高潮。而阿基米德把数学和物理学的高度推的如此之高，一直于直到近2000后的牛顿时代，才彻底超过了阿基米德。古罗马号称古希腊的学生，可惜这个学生太不争气，除了学习了实用知识外，把古希腊的精神内核抛弃了，文明之火变的奄奄一息。
让我们再回到阿基米德。经过了两千年，而且这两千年大部分处于野蛮状态，所以对文化的保存很差，所以很多事情需要考证，上文提到的阿基米德之死是真的吗？或许真相我们永远也考证不出来了，我们只能推测了。个人以为基本属实。因为传说也要有依据，我们凡人是很难想象一个人对真理，对科学的追求居然可以超过对生命的追求，所以很难凭空造出这个传说，应该是某一个罗马士兵被阿基米德的这种气度所征服，或者一个阿基米德的仆人在惊恐中看到了这一幕，后来才传出去，而凡人终于知道，原来真有这种人。当然具体的对话可能是由我们这些凡人所演绎出来的。
阿基米德的故事很多，让我们一个一个的看。
最著名的就是这样一个故事，阿基米德曾经对国王说：给我一小块放杠杆的支点，我就能翘起地球。这句话都听说过，但能感受其中的豪气与自信的人并不多。可以肯定，这句话就是阿基米德说的，说这话需要科学知识还有豪气与信心。阿基米德作为杠杆原理的发现者，无疑他具备这方面的科学知识，知识就是力量，有了知识，豪气与信心自然而来，纵观2000年，不会有第二个人能这样说。当然，跟他学习的人倒很多，比如，我QQ上的签名，“给我基本粒子和时间，我能DIY出一切，包括女人。”
当古罗马将军马塞卢斯率领军队攻打叙拉古城时，他深刻的体会到了“知识就是力量”的意思。该城之王希伦请求王亲阿基米德驱逐60艘敌舰。阿基米德不久前发明了杠杆，他将杠杆和滑轮结合在一起制成巨大的吊车，这些吊车将那些入侵的战船吊出了港口。在战斗中，吊车还得到弩石弹射器和凸面镜的协助，凸面镜把阳光聚焦到船上使船着火。结果，罗马舰队遭到了毁灭。马塞卢斯说：“我们不要和这个几何怪物进行战斗了，他拿我们的船当杯子，从海中舀水。”这个故事有几分真实呢？个人以为这个故事夸大了很多。弩石弹射器应该是真的，以阿基米德的聪明很容易做到，但能抓起敌舰的杠杆应该是不可能的，别说当时，就是现在也做不到。但应该有原型，关于这个机器的原型，有个记录片曾经探讨过，认为可能是用杠杆吊起一个大石头，然后放开，砸到船上，把船砸沉，这个比较靠谱。还有“凸面镜把阳光聚焦到船上使船着火”，这个应该是不可能的，因为当时铜镜反射率很低，但即使用现代的银镜依然不可能成功，根本原因在于反射光线的晃动性。就是当你用发射光线照一个地方的时候，你根本不可能把光线会聚于一点，而且越远晃动的越厉害，正所谓差之毫厘，谬以千里。这个特点有时候在精确测量上用到，比如测量扭称很小的形变，会用一束光射到扭称上的一面镜子上，让扭称的微小变形通过反射出来的光斑表现出来。听说有一集《流言终结者》做过这个实验，我没看过，不知道结果如何，但我敢和任何人打赌，这种方法是不可能让船着起来火的。
阿基米德早年在亚历山大留学。那个时候的亚历山大应该是世界文明的中心了，当然属于古希腊世界的一部分。他经常到尼罗河畔散步，在久旱不雨的季节，他看到农人吃力地一桶一桶地把水从尼罗河提上来浇地，他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，省了农人很大力气。它不仅沿用到今天，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形。古希腊不是中国，没有把发明都给古代神仙的传统，况且阿基米德也不是神仙，所以这个传说应该是真的。如果说寻找阿基米德留给我们这个社会的直接物质证据，那就是这种水车。但是在阿基米德心中，这件事情其实根本不值得一提，我推测，在他心中，数学是第一位的，因为最纯洁，最纯粹。物理其次，最不值得一提的就是工程，包括他和古罗马人做战的机器，对他来说，这些东西根本不是目的，只是一个验证品，都是为了验证理论的正确才做出来的。所以当他死的时候是在做数学题，而不是改进工程器械，改进工程器械这种事情就交给那些平庸的工程学家们干吧，而我们的阿基米德仅仅去了解这个世界的终极原理，去和造物主交流这个世界的制造方法和规则。

大数。数数大家都会，可关键问题是你能数多大的数，数的大小和你所处的环境和心智有关。古希腊时期用不着接触很大的数，估计最大的数就是一个城邦的人数了，或者一个国家的人数，顶多几百万。正是因为大家接触大数的机会不多，所以没有发展出一套很好的表示大数的方法。虽然实际需要有限，但人的心智是无限的，阿基米德能数到多大的数呢？他曾经计算过，如果把整个当时所知的宇宙全部用沙子填起来需要多少。这个看似是一个平凡的数学问题，其实表现了人的巨大的想象力和对科学的巨大信心，因为一般人不会去想这样的问题，即使想，也认为那时无限个沙砾，但阿基米德告诉了我们，需要的数量是有限的！换句话说，这个世界是可以用数学来描述的！这种自信其实和撬地球是一脉相承的。而且他还发展了具体的大数的表示方法，相当于现在的乘方。好象最后他的结果是10的63次方个沙砾。（《从一到无穷大》论述过这个问题，碰巧，我的那本找不到了，大家有时间自己查吧）。关于大数，这个不是最夸张的，阿基米德曾经出了这样一道题：：“啊！朋友，如果你智慧过人，那就专心致志算出那天那群公牛的数目吧。它们曾在西西里岛的大平原上吃草，按毛色它们被分成4组：乳白牛、黑牛、黄牛和花斑牛。每组中的公牛数占大多数，它们之间的关系为：
1、白公牛=黄公牛＋（1/2＋1/3）黑公牛
2、黑公牛=黄公牛＋（1/4＋1/5）花斑
3、花斑公牛=黄公牛＋（1/6＋1/7）白公牛
4、白公牛=（1/3＋1/4）黑牛
5、黑公牛=（1/4＋1/5）花斑公牛
6、花斑公牛=（1/5＋1/6）黄牛
7、黄公牛=（1/6＋1/7）白牛
　　该问题继续说：“啊！朋友，如果你能算出每群中公牛和母牛的数目，你还是称不上无所不知或精通数字，也不能被列入智者之列。”于是该问题涉及到其数学的本质部分：解7个带有8个未知数的等式（4组不同颜色的公牛和4组相应颜色的奶牛）。原来，这些等式并不难解。事实上，它们有无限多的答案，而牛群总头数的最小数值为50，389，082，这些牛可以在西西里6，358，400公顷的大平原上自由自在地吃草。
　　然而，阿基米德并未就此停止。他对公牛数目另外又提出了两项限制条件，从而使这问题变得难多了：
　　8．白公牛＋黑公牛＝一个平方数。
　　9．花斑公牛＋黄公牛＝一个三角数。
　　问题最后说：“如果你已算出这群牛的总数，噢！朋友，你俨然就是一个征服者了，不消说，你就是数字科学方面的专家了。”
这个答案的结果，会令你们目瞪口呆的，结果是：1981年，当出自劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的克雷1号巨型计算机的47页硬拷贝缩印在《趣味数学》杂志上时，全部的206，545位数才最终公布于世。注意，206545是这个数的位数，不是结果。阿基米德肯定不知道这道题的答案，不过他知道这个答案是存在的，而且随着数学发展，一定会计算出来的，这就够了。这两个关于大数的故事肯定是真的，除了阿基米德，还有谁这么狂呢？
还有一个广为流传的故事，就是希伦给金匠一定量的金子（设其重量为W）制造皇冠。当希伦收到那顶皇冠时，他请阿基米德鉴定它是否含有全部的金子，或金匠是否偷走了一些而代之以较廉价的金属。公元前1世纪著名的罗马建筑师维特鲁威是这样记载的：“阿基米德反复琢磨这一问题，一天他偶然来到洗澡间，在那儿，他注意到，当他坐进浴缸里，漫出浴缸的水的数量等于他浸在浴缸中的身体所排出的水量。这一点向他暗示了解决这一问题的方法，于是他立即欣喜地跳出浴缸，光着身子向家奔去，并大声喊着他已发现了他寻找的东西。因为当他跑的时候，他反复大声地用希腊语叫道，我找着啦！我找着啦！”和前面同样的逻辑，就是普通人应该不会理解这种行为，所以不会凭空造出这种传说，应该是有一定的真实性的，光着屁股跑出浴缸应该还可以，但跑到街道上估计就是后人可以加工的了。他喊的“尤里卡！尤里卡！”！”（希腊语，意思是“我找到了”）也成了句经典。好象欧洲一个航天探测计划就是用这个命名的，非常贴切名字。

阿基米德的墓碑。阿基米德不是神，要受自然规律的限制，是要死去的，我们也一样，当我们死后，我们的墓碑会怎么写呢？“广告位招租”还是“提供陪聊服务”？我们凡人可以耍一下无厘头。牛人们则可以把自己一生最为得意的发现写在墓碑上，比如，波儿滋曼把公式刻在墓碑上，问题是阿基米德是个大牛，发现实在太多，他会选择什么刻上去呢？首先他不会把工程发明刻上去，虽然很多人把这个发明看成真正使他们受惠的发明。浮体定律，杠杆定律这些物理定律应该也会排除，肯定会是数学，因为数学才是他探索的终极目标，其他的都是工具。还有一个原因是数学是简洁的，是美的，比较适合刻在墓碑上，把自己发表的一篇论文刻在墓碑上，说不过去，想累死雕刻工呀。按照阿基米德的愿望，人们在他的墓碑上刻了一个圆柱体，柱体里面是一个球体——象征着他的骄傲的发现：球的体积是装下该球的最小的圆柱体体积的三分之二。多么漂亮的发现！可是具体他怎么得到的这个结论，我们还不十分清楚。在一本复原的“阿基米德羊皮”书中，他运用了无穷数这个概念。比如说，你把球体体积看作无穷个圆的相加，但是你又怎么能把这无穷的圆相加而又得出确定的数目，阿基米德成功地解答了这个问题，这就是他的成功突破之处。科学界众所周知，微积分是在1666年由牛顿发现的，世界科学界将微积分发现的那一年（1666）定为近代物理学的开始，美国科学家怎么也不会相信，古希腊数学家阿基米德早在公元前2世纪时就已经接近于发现这一“近代物理学”的奠基石
！
有这么个传说，阿基米德死后，坟墓也荒了，找不到了。公元前75年，伟大的罗马演说家西塞罗去膜拜一下阿基米德的墓，可惜找不到，一边走，一边做诗：“啊，古希腊……啊，古希腊……（估计没词了），啊，古希腊………………你真TM D伟大！（别说，还真压韵）。哎呀，这是什么东西，碰死我的脚了。”仔细一看，是个墓碑，没有字，只有一个圆柱体，里面一个球。西塞罗立马痛哭流涕，啊，我终于找到你了，阿基米德！没错，这就是阿基米德的墓，除了他，谁还会，谁还能，谁还敢把这个东西刻上去呢。只是不知道这块碑现在还在否，如果有生之年能去趟希腊，我一定要在碑前放一束鲜花。

要说他最伟大的发现，每个人的观点可能不同。我最喜欢阿基米德求抛物线的面积，这个是古典数学的顶峰。直到后来牛顿发明了微积分才彻底超过他。具体的方法，我看过，但忘了，唯一没有忘的就是看到证明方法时兴奋的心情，并不住的赞叹，这，太奇妙了。在证明里面他巧妙的利用了杠杆原理，用物理学的方法去证明数学结论，确实是科学史上有趣的事情。后世的牛顿则正好想法，他发明微积分只是为了证明他的物理定律，这种思维方法相对常见，所以牛顿首先是物理学家而阿基米德首先是数学家。
了解阿基米德的最好的方法就是理解他的思想，而具体的历史其实并不是最重要的。在此过程中，你会得到无穷的乐趣，会对人类的能力充满信心，会不住的赞叹，居然还有这么聪明的人。感谢上帝赐予我们了一个这么伟大的天才。
写这篇文章的时候，我不到5岁的女儿在看《喜羊羊和灰太狼》，中间跑过来问我写的什么。我告诉她，所有的一切我都是给她写的，等她长大，我会把这篇文章给她看，让她去了解阿基米德，并且告诉她，你能从《喜羊羊和灰太狼》中获得乐趣，只要你认真学习知识，你一样会从阿基米德中一样获得乐趣，那时智力上的享受，同时也会获得力量。
谨以此文献给我最最亲爱的女儿。

说明：中间有些对于一些具体事件的描述，是复制过来的，个人以为没有必要打字了。希望不要被认为是抄袭。

参考文献：《阿基米德的报复》《阿基米德小传》阿基米德吧中的《阿基米德羊皮书》

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