歐幾裏得是一個傑出的科學家,他標誌著當時的科學中心從雅典過渡到了亞曆山大城。歐幾裏得的名字與幾何學是不可分割的,因為他寫了一本幾何教科書《幾何原本》,此書至今還是幾何學的權威著作,當然也經過一些修改。印刷術發明後,出過一千多版。“我學了歐幾裏得”就是“我學了幾何學”的同義語,這句話並非很久以前說的。所以,歐幾裏得是最成功的不朽的幾何教科書作者。然而歐幾裏得作為一位數學家的盛名,並非由於他本人的研究成果。在他書中,隻有極少的定理是他自己創立的。他所做的一切,以及使他成為偉大的數學家的,就在於他利用了泰勒斯時代以來積累的數學知識,把兩個半世紀的勞動成果條理化、係統化,並且編纂成了一本著作。在編寫此書時,他一開始就推出一係列令人欽佩的簡要而精緻的公理和公式。然後他將定理一一排列,其邏輯性非常強,幾乎無須改進。


    曆來公認歸功於歐幾裏得本人的惟一定理,就是他為畢達哥拉斯定理提出的證明。雖然他的這一偉大論著主要涉及幾何學,但也提出了比率和比例的問題,以及現在為大家所知的數論問題,正是歐幾裏得證明了素數是無限的。他還通過一係列幹脆利落至今尚未作過任何改進的論證,證明了2的平方根是無理數。他還通過將光視為直線,使光學成為幾何學的一部分。當然歐幾裏得並沒有概括希臘的全部數學,甚至也沒有概括全部幾何學。繼他之後,希臘數學在相當長時期內,一直生氣蓬勃,像阿波洛尼烏斯和阿基米德等人,都為數學增添了一大筆財富。


    後來的哥白尼、克卜勒、伽利略、牛頓這些卓越的科學人物,統統都接受了歐幾裏得的傳統。他們都認真地學習過歐幾裏得的《幾何原本》,並使之成為他們數學知識的基礎。歐幾裏得對牛頓的影響尤為明顯。牛頓的《數學原理》一書,就是按照類似於《幾何原本》的“幾何學”的形式寫成的。自那以後,許多西方的科學家都效仿歐幾裏得,說明他們的結論是如何從最初的幾個假設推導出來的。許多數學家,像伯莎德·羅素、阿爾弗雷德·懷特海,以及一些哲學家,如斯賓諾莎也都如此。


    除《幾何原本》外,歐幾裏得還有不少著作,如《已知數》、《圖形的分割》、《糾錯集》、《圓錐典線》、《曲麵軌跡》、《觀測天文學》等,可惜大都失傳了。不過,經過兩千多年的曆史考驗,影響最大的仍然是《幾何原本》。


    托起地球的人阿基米德


    在古希臘敘拉古城,有一天,人們忽然看見大學者阿基米德竟然光著身子衝出浴室,邊跑邊嚷:“找到了!找到了!”他瘋了嗎?沒有。他是在洗澡時在水盆裏受到啟發,發現了流體靜力學的基本原理,從而找到了銀匠在金王冠裏摻銀的秘密。他是為此而興奮得忘乎所以了。


    事情是這樣的。敘拉古國王艾希羅曾交給金匠一塊黃金,讓他做一頂王冠。王冠做成後,國王拿在手裏覺得有點輕。他懷疑金匠摻了假,可是金匠以腦袋擔保說沒有,並當麵拿秤來稱,結果與原來的金塊一樣重。國王還是有些懷疑,可他又拿不出證據,於是把阿基米德叫來,要他來解決這個難題。迴家後,阿基米德閉門謝客,冥思苦想,但百思不得其解。


    一天,他的夫人逼他洗澡。當他跳入池中時,水從池中溢了出來。阿基米德聽到那嘩嘩嘩的流水聲,靈感一下子冒了出來。於是他從池中跳出來,連衣服都沒穿,就衝到了街上。原來,阿基米德由澡盆溢水找到了解決王冠問題的辦法:相同質量的相同物質泡在水裏,溢出的水的體積應該相同。如果把王冠放到水裏,溢出的水的體積應該與相同質量的金塊的體積相同,否則王冠裏肯定摻有假。


    阿基米德跑到王宮後立即找來一盆水,又找來同樣重量的一塊黃金,一塊白銀,分兩次泡進盆裏,白銀溢出的水比黃金溢出的幾乎要多一倍,然後他又把王冠和金塊分別泡進水盆裏,王冠溢出的水比金塊多,顯然王冠的質量不等於金塊的質量,王冠裏肯定摻了假。在鐵的事實麵前,金匠不得不低頭承認,王冠裏確實摻了白銀。煩人的王冠之謎終於解開了。


    這次試驗的意義遠遠大過查出王冠摻假的秘密。阿基米德從中發現了一條原理:即物體在液體中減輕的重量,等於他所排出液體的重量。這條原理後人以阿基米德的名字命名。一直到現代,人們還在利用這個原理測定船舶的載重量。


    公元前287年,阿基米德誕生於西西裏島的敘拉古(今義大利錫拉庫薩)。他出生於貴族,與敘拉古的赫農王有親戚關係,家庭十分富有。阿基米德的父親是天文學家兼數學家,學識淵博,為人謙遜。他11歲時,藉助與王室的關係,被送到古希臘文化中心亞曆山大裏亞城去學習。


    亞曆山大位於尼羅河口,是當時文化貿易的中心之一。這裏有雄偉的博物館、圖書館,而且人才薈萃,被世人譽為“智慧之都”。阿基米德在這裏學習和生活了許多年,曾跟很多學者密切交往。他在學習期間對數學、力學和天文學有濃厚的興趣。在他學習天文學時,發明了用水力推動的星球儀,並用它模擬太陽、行星和月亮的運行及表演日食和月食現象。為解決用尼羅河水灌溉土地的難題,它發明了圓筒狀的螺旋揚水器,後人稱它為“阿基米德螺旋”。


    阿基米德在力學方麵的成績最為突出,他係統並嚴格地證明了槓桿定律,為靜力學奠定了基礎。在總結前人經驗的基礎上,阿基米德係統地研究了物體的重心和槓桿原理,提出了精確的確定物體重心的方法,指出在物體的中心處支起來,就能使物體保持平衡。阿基米德曾說過:“假如給我一個支點,我就能推動地球。”


    阿基米德確定了拋物線弓形、螺線、圓形的麵積以及橢球體、拋物麵體等各種複雜幾何體的表麵積和體積的計算方法。在推演這些公式的過程中,他創立了“窮竭法”,即我們今天所說的逐步近似求極限的方法,因而被公認為微積分計算的鼻祖。他用圓內接多邊形與外切多邊形邊數增多、麵積逐漸接近的方法,比較精確地求出了圓周率。麵對古希臘繁冗的數字表示方式,阿基米德還首創了記大數的方法,突破了當時用希臘字母計數不能超過一萬的局限,並用它解決了許多數學難題。阿基米德被後來的數學家尊稱為“數學之神”,在人類有史以來最重要的三位數學家中,阿基米德占首位,另兩位是牛頓和高斯。


    阿基米德在天文學方麵也有出色的成就。除了前麵提到的星球儀,他還認為地球是圓球狀的,並圍繞著太陽旋轉,這一觀點比哥白尼的“日心地動說”要早1800年。限於當時的條件,他並沒有就這個問題做深入係統的研究。但早在公元前三世紀就提出這樣的見解,是很了不起的。


    在阿基米德晚年時,羅馬軍隊入侵敘拉古,阿基米德指導同胞們製造了很多攻擊和防禦的作戰武器。當侵略軍首領馬塞勒塞率眾攻城時,他設計的投石機把敵人打得哭爹喊娘。他製造的鐵爪式起重機,能將敵船提起並倒轉。


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