科学家的故事—阿基米德

　　阿基米德简介

　　阿基米德(Archimedes，公元前287年—公元前212年)，诞生于希腊叙拉古附近的一个小村庄。他出生于贵族，与叙拉古的赫农王(King Hieron)有亲戚关系，家庭十分富有。阿基米德的父亲是天文学家兼数学家，学识渊博，为人谦逊。阿基米德受家庭的影响，从小就对数学、天文学特别是古希腊的几何学产生了浓厚的兴趣。

　　当他刚满十一岁时，借助与王室的关系，被送到埃及的亚历山大里亚城去学习。亚历山大位于尼罗河口，是当时文化贸易的中心之一。人才荟萃，被世人誉为“智慧之都”。阿基米德在这里学习和生活了许多年，曾跟很多学者密切交往。他兼收并蓄了东方和古希腊的优秀文化遗产，在其后的科学生涯中作出了重大的贡献。

　　公元前二一二年，古罗马军队入侵叙拉古，阿基米德被罗马士兵杀死，终年七十五岁。阿基米德的遗体葬在西西里岛，墓碑上刻着一个圆柱内切球的图形，以纪念他在几何学上的卓越贡献。

　　据西方史学界描述，阿基米德，伟大的古希腊哲学家、数学家、物理学家、力学家，静态力学和流体静力学的奠基人。他从小就善于思考，喜欢辩论。早年游历过古埃及，曾在亚历山大城学习。据说他就在亚历山大里亚时期发明了阿基米德式螺旋抽水机。后来阿基米德成为兼数学家与力学家的伟大学者，并且享有“力学之父”的美称。阿基米德流传于世的数学著作有10余种，多为希腊文手稿。

　　阿基米德出生时，在当时古希腊的辉煌文化已经逐渐衰退，经济、文化中心逐渐转移到埃及的亚历山大城;但是另一方面，意大利半岛上新兴的罗马共和国，也正不断的扩张势力;北非也有新的国家迦太基兴起。阿基米德就是生长在这种新旧势力交替的时代，而叙拉古城也就成为许多势力的角斗场所。

　　阿基米德名言

　　  第一句：“Eureka!尤里卡!”

　　(希腊语Eureka，意即“我找到了!”)

　　关于阿基米德，流传着这样的趣闻：叙拉古国王让工匠替他做一顶纯金王冠，做好后，国王疑心工匠在金冠中掺了银子，但这顶金冠确与当初交给金匠的纯金一样重，到底工匠有没有捣鬼呢?既想检验真假，又不能破坏王冠，这个问题不仅难倒了国王，也使诸大臣们面面相觑。于是国王请科学家阿基米德来检验。

　　最初，阿基米德也是冥思苦想而不得要领。一天，当他进入浴盆洗澡时，水漫溢到盆外，于是悟得一个基本原理(浮力定律)：物体在液体中减轻的重量(浮力)，等于排去液体的重量!——不同质料的物体，虽然重量相同，但因体积不同，排去的水也必不相等。根据这一道理，就可以判断皇冠是否掺假。阿基米德高兴得跳起来，赤身奔回家中，口中大呼：“尤里卡!尤里卡!”(希腊语Eureka，意即“我找到啦!”)

　　他将这一流体静力学的基本原理，写入名着《论浮体》(On Floating Bodies)中，以“阿基米德原理”着称于世，至今载入物理学教科书。后世的许多大科学家和数学家，当他们获得重大发现的时候，几乎都情不自禁地高呼：“Eureka！尤里卡！”——“我找到啦！”

　　第二句：“给我一个支点，就能推动地球!”

　　阿基米德不仅是个理论家，也是个实践家。他热衷于将科学发现(原理)应用于技术发明、实践(工程)，从而把科学原理和技术工程两者结合起来。公元前1500 年左右，在埃及就有人用杠杆(丌皋)抬起重物，但是并不知道它的科学原理，因此无法扩大推广、使用到其他工程施工中去。阿基米德潜心研究了这个现象并发现了“杠杆原理”。

　　当时叙拉古国为埃及王制造了一条大船，体积庞大、重量特别沉，但只因不能启动下水，故长久搁浅在海岸。阿基米德为此设计了一套复杂的杠杆滑轮系统，安装在船上，将绳索的一端交到赫农王手上。赫农王拉动绳索，奇迹出现了!大船缓缓地挪动起来，最终下到海里。在国王万分钦佩之余，阿基米德微笑着说：“给我一个支点，我就能推动地球。”

　　这句名言，不仅是解释“杠杆原理”，而且具有深刻的含义，就是说：只要根据科学提供一些条件，就能做出相应的技术发明，创造奇迹!所以，例如在美国科学家从事导弹、人造卫星和宇宙飞船的研制过程中，科学家和工程师们经常引用这句名言。希特勒没有能提供这个“支点”，所以纳粹德国没有制造出原子弹;而爱因斯坦建议罗斯福提供了这个“支点”，所以美国最终制造出了原子弹，赢得了令日本天皇丧胆的胜利。

　　  第三句：“不要动我的圆!”

　　阿基米德晚年，罗马军队入侵叙拉古国，阿基米德指导同胞们制造了很多攻防武器。侵略军首领马塞勒塞率众攻城时，被阿基米德设计的“投石机”击退;他制造的铁爪式起重机，将敌军船舰提起并倒转……

　　罗马士兵在这频频的打击中已经心惊胆战，一见到有绳索或木头从城里扔出，他们就惊呼“阿基米德来了”，随之抱头鼠窜。

　　罗马侵略军被阻在城外三年之久。最终在公元前212年，罗马侵略军趁叙拉古城防务稍有松懈，大举进攻闯入城市。这时，75岁的阿基米德正在家里潜心研究深奥的数学问题，在沙盘上画了一个“单位圆”……残暴的罗马士兵闯入，践踏了他画的圆形，阿基米德悲愤地叫喊：“不要动我的圆！” 无知的罗马士兵举短剑一挥，璀璨的科学巨星就此陨落。

　　此后，“不要动我的圆！” 成了各时代各地科学家们、工程师们维护自己从事科学技术创造发明的权利的一句口头禅……

　　阿基米德生平和科学贡献

　　公元前287年，阿基米德诞生于西西里岛的叙拉古城邦(今在意大利境内)。他出生贵族，与叙拉古国(城邦)的赫农王有亲戚关系，家庭富有。阿基米德的父亲是天文学家兼数学家，学识渊博，为人谦逊。阿基米德 11 岁时，被送到古希腊文化中心亚历山大里亚城去学习。

　　亚历山大城位于尼罗河口，是当时文化贸易的中心之一。这里有宏伟的博物馆、图书馆，人才荟萃，被誉为“智慧之都”。阿基米德在这里学习和生活了许多年，对数学、力学和天文学产生了浓厚的兴趣。在他学习天文学时，发明了用水利推动的星球仪，并用它模拟太阳、行星和月亮的运行及表演日食和月食现象。又为解决用尼罗河水灌溉土地的难题，他发明了圆筒状的螺旋扬水器，后人称之为“阿基米德螺旋”。

　　他跟随数学家欧几里德(伟大著作《几何原本》作者)的门生，并在学术界结识许多好友，如科农(Conon of Samos)、多西修斯(Dositheus)、埃拉托塞尼等等。回到叙拉古以后仍然和他们保持密切的联系，因此阿基米德也算是亚历山大里亚学派的成员，他的许多学术成果，通过跟亚历山大学者的通信保存下来。

　　公元前240年，阿基米德回叙古拉，当了赫农王的顾问，帮助解决生产实践、军事技术和日常生活中的各种科学技术问题。

　　公元前212年，古罗马军队攻陷叙拉古，正在聚精会神研究数学问题的阿基米德，不幸被蛮横的罗马士兵杀死，终年75岁。阿基米德的遗体葬在西西里岛，墓碑上雕刻着一个圆柱内切球的图形，以纪念他在几何学上的卓越贡献。

　　阿基米德无可争议的是古代希腊文明所产生的最伟大的数学家和科学家，他在诸多科学领域所作出的突出贡献，使他赢得同时代人的高度尊敬。

　　阿基米德在力学方面的成绩最为突出，他系统并严格的证明了杠杆定律，为静力学奠定了基础。在总结前人经验的基础上，阿基米德系统地研究了物体的重心和杠杆原理，提出了精确地确定物体重心的方法，指出在物体的中心处支起来，就能使物体保持平衡。他在研究机械的过程中，发现了杠杆定律，并利用这一原理设计制造了许多机械。他在研究浮体的过程中发现了浮力定律，也就是有名的阿基米德定律。

　　阿基米德确定了抛物线弓形、螺线、圆形的面积以及椭球体、抛物面体等各种复杂几何体的表面积和体积的计算方法。在推演这些公式的过程中，他创立了“穷竭法”，即我们今天所说的逐步近似求极限的方法，因而被公认为微积分计算的鼻祖。他用圆内接多边形与外切多边形边数增多、面积逐渐接近的方法，比较精确的求出了圆周率。面对古希腊繁冗的数字表示方式，阿基米德还首创了记大数的方法，突破了当时用希腊字母计数不能超过一万的局限，并用它解决了许多数学难题。

　　阿基米德在天文学方面也有出色的成就。除了前面提到的星球仪，他还指出：地球是圆球状的，并围绕着太阳旋转!这一观点比哥白尼的“日心地动说”要早一千八百年。限于当时的条件，他并没有就这个问题做深入系统的研究。但早在公元前三世纪就提出这样的见解，是很了不起的。

　　阿基米德和雅典时期的科学家有着明显的不同，就是他既重视科学的严密性、准确性，要求对每一个问题都进行精确的、合乎逻辑的证明;又非常重视科学知识的实际应用。他非常重视试验，亲自动手制作各种仪器和机械。他一生设计、制造了许多机构和机器，除了杠杆系统外，值得一提的还有举重滑轮、灌地机、扬水机以及军事上用的抛石机等。被称作“阿基米德螺旋”的扬水机至今仍在埃及等地使用 　　　　历史上有的数学家勇于开辟新的园地，而缺乏缜密的推理;有的数学家偏重于逻辑证明，而对新领域的开拓却徘徊不前。阿基米德则兼有二者之长，他常常通过实践直观地洞察到事物的本质，然后运用逻辑方法使经验上升为理论(如浮力问题)，再用理论去指导实际工作(如发明机械)。没有一位古代的科学家，像阿基米德那样将熟练的计算技巧和严格证明融为一体，将抽象的理论和工程技术的具体应用紧密结合起来。