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魏晋南北朝故事-科学家祖冲之

上篇已经讲过,萧道成取代刘宋政权建立齐朝。这个仅仅存在二十三年的政权,宗室间骨肉相残激烈无比。到了公元501年,一个远房亲戚萧衍率兵攻入建康,并于次年称帝,国号梁,齐灭亡。在南朝,我国出了个大科学家祖冲之。

祖冲之(429—500年),字文远,祖籍范阳遒县(今河北涞水北)。

祖冲之祖辈多精于科学技术。他的祖父祖昌,在刘宋朝廷里任大匠卿,专门负责营造设计。优裕的家庭环境,使祖冲之从小便能集中精力潜心研究所感兴趣的自然科学。他年轻时就已崭露头角,被宋孝武帝刘骏看重,安排到专门研究学术的官署华林学省供职。祖冲之从小就“专攻数术,搜练古今”,为从事科学研究,打下了坚实基础。出仕以后,还利用公余时间,坚持钻研学术。他吸收前人成果,但又“不虚推古人”,而善于独立思考。因此,经过长期努力,终于成就为大科学家,在数学、天文、历法、机械制造等方面,都作出了重大贡献。

他在数学方面的突出成就,是求得较为精确的圆周率。我国古代劳动人民在生产实践中,摸索出圆周与直径的比例,大体上是三比一,即《周髀算经》中所说的“周三径一”。该数字不够精确。后来经过历代数学家推算,越来越接近实际数值。如西汉刘歆求得3.1547;东汉张衡求得3.16;曹魏时的刘徽求得3.14;刘宋时的何承天求得3.1428等。祖冲之注意吸收前人研究成果,利用刘徽创造的“割圆术”,进一步研究,继续推算圆周率。当时运算的工具是竹棍(筹),对九位数字的大数,要经过一百三十次以上的计算,包括开方在内,任务很艰巨。祖冲之经过艰苦运算,终于得出了结果:大于本数的近似值(盈数),为3.1415927;小于本数的近似值(皇),为3.1415926,圆周率应界于两者之间,即圆周率的最佳渐近分数。

祖冲之求得的圆周率数值,远远超过了前人的成就,是了不起的贡献。他是世界上第一个将圆周率数值推算到小数点后七位数字的科学家。九百年以后,一位中亚数学家推算到小数点后的十六位数字才超过了祖冲之。而祖冲之提出的“密率”,更是世界数学史上的伟大发现。用355/113来表示圆周率,在外国到十六世纪中叶以后才出现。那时,德国的渥脱和荷兰的安托尼兹,先后求得355/113这个分数,西方数学界还把它称为“安托尼兹率”。其实,他们已经比祖冲之晚了一千多年。一位日本数学家曾为此建议,应该将“安托尼兹率”改称“祖率”,将荣誉还给中国。

除此之外,祖冲之还注释过《九章算经》,编写过一部《缀术》。《缀术》有六卷,约由数十篇论文组成,是祖冲之研究数学的主要代表作。到唐代时,还将《缀术》列为国学中数学课目的主要教科书,并规定四年学完,可见内容之丰富深奥。无怪《隋书》评论祖冲之研究成果时,称其为“算氏(数学领域)之最者也”,确实达到当时最高水平。

祖冲之还将自己在数学方面的成就应用于历法研究上,他根据自己对太阳、月亮的运行规律推算,制订出一种新的历法。宋孝武帝大明六年(462年),他将新历法呈交朝廷,请求批准使用。

新历法以孝武帝年号命名,称为《大明历》。孝武帝自己不懂历法,他让众臣讨论该不该使用。大臣戴法兴首先反对。戴法兴任皇宫警卫官,并不懂历法,但因为会逢迎拍马,深得孝武帝宠爱,朝廷上许多官吏都看他眼色行事,不敢得罪他。戴法兴装出十分懂行的样子,指着祖冲之说:“历法乃古代圣贤创造的,岂能随便更改?自古以来,人们都认为每年冬至太阳回到原来位置,此为永远不变之规。你违反古训,妄言太阳位置变了,我看这不对。”祖冲之反驳说:“古代历法存在许多错误,此为人所共知。早在后汉时,便有人观察到每年冬至太阳位置后移的现象,这事实说明新历法是正确的。”祖冲之把月食记录翻开说:“文帝元嘉十三年、十四年、二十八年,本朝大明三年,都发生过月食。这四个月食发生时,月亮位置都有记录。我根据这些记录推算,证明太阳每年冬至不是回到上一年冬至的位置上。这事实岂能否认?”戴法兴瞠目结舌,无话可说。他不甘心认输,又提出一个问题。他说:“十九年中有七个闰年,此为自古以来闰年法,你岂能将其改成在三百九十一年中设置一百四十四个闰年?”祖冲之说:“你所言闰年法,自秦汉算起,已有百年。在百年中,天象已发生变化,前人便已发现古代历法与天象之间的差错。难道有差错还不能改正吗?”孝武帝看他们辩得很激烈,又互不相让,便宣布散会。

不久,祖冲之将与戴法兴的争论写成科学史上有名的文献——《驳议》。过了两年,孝武帝知道祖冲之新历法有优点,宣布改年号时开始采用。不料,孝武帝在这年夏天病死,采用新历法的事又被搁置起来。一直到梁朝天监九年(510年)梁武帝在位的时候,祖冲之制订的《大明历》才开始使用。这时候,祖冲之已经去世十年了。

祖冲之在物理机械方面也有许多发明创造。他造出“千里船”,日行百里,在江中试行,比一般船速快得多。祖冲之“追修古法”,改造了一辆“指南车”。由于改用铜质齿轮、机件,提高了灵敏度,做到了“圆转不穷,而司方(向)如一”,史称“马钧以来,未有也”。当时有一位名叫索驭麟的人,也会造“指南车”,皇帝让二人各造一辆,拿到御苑里“对共校试”。比试结果,祖冲之所造运转自如,要高明得多。祖冲之还发明了水磨碓,以水作动力,推动水轮运转,提高了打谷磨粉的效率。

祖冲之之子祖肌⑺镒幼骛,也都是科学家。尤其是祖迹不仅当时便是祖冲之进行科学研究的得力助手,而且后来继承父业,取得了不少新的成就。祖荚在嵩山建立观测站,经过实测,发现北极星与北天极实际相差“一度有余”,打破了北极星与北天极居于一点的传统错误观念。他也著有一部《缀术》,汇集自己在数学研究上的新成果,“时人称之精妙”。据《南史》记载,祖冀行研究时,精神非常专注,“当其诣(到达)微(精微)之时,雷霆不能入(耳)”。有一次,他在路上一边走一边思考,一头撞到仆射徐勉的身上,徐勉赶紧打招呼,祖疾啪悟过来。祖嫉某沙是和祖冲之精心的培育分不开的。