公元前287年,阿基米德出生在古希臘西西里島東南端的敘拉古城。在當(dāng)時(shí)古希臘的輝煌文化已經(jīng)逐漸衰退,經(jīng)濟(jì)、文化中心逐漸轉(zhuǎn)移到埃及的亞歷山大城;但是另一方面,意大利半島上新興的羅馬帝國(guó),也正不斷的擴(kuò)張勢(shì)力;北非也有新的國(guó)家迦太基興起。阿基米德就是生長(zhǎng)在這種新舊勢(shì)力交替的時(shí)代,而敘拉古城也就成為許多勢(shì)力的角力場(chǎng)所。
阿基米德的父親是天文學(xué)家和數(shù)學(xué)家,所以他從小受家庭影響,十分喜愛(ài)數(shù)學(xué)。大概在他九歲時(shí),父親送他到埃及的亞歷山大城念書(shū),亞歷山大城是當(dāng)時(shí)西方世界的知識(shí)、文化中心,學(xué)者云集,舉凡文學(xué)、數(shù)學(xué)、天文學(xué)、醫(yī)學(xué)的研究都很發(fā)達(dá),阿基米德在這里跟隨許多著名的數(shù)學(xué)家學(xué)習(xí),包括有名的幾何學(xué)大師—?dú)W幾里得,因此奠定了他日后從事科學(xué)研究的基礎(chǔ)。
阿基米德對(duì)于機(jī)械的研究源自于他在亞歷山卓城求學(xué)時(shí)期。有一天阿基米德在久旱的尼羅河邊散步,看到農(nóng)民提水澆地相當(dāng)費(fèi)力,經(jīng)過(guò)思考之后他發(fā)明了一種利用螺旋作用在水管里旋轉(zhuǎn)而把水吸上來(lái)的工具,后世的人叫它做“阿基米德螺旋提水器”,埃及一直到兩千年后的現(xiàn)在,還有人使用這種器械。這個(gè)工具成了后來(lái)螺旋推進(jìn)器的先祖。
當(dāng)時(shí)的歐洲,在工程和日常生活中,經(jīng)常使用一些簡(jiǎn)單機(jī)械,譬如:螺絲、滑車、杠桿、齒輪等,阿基米德花了許多時(shí)間去研究,發(fā)現(xiàn)了“杠桿原理”和“力矩”的觀念,對(duì)于經(jīng)常使用工具制作機(jī)械的阿基米德而言,將理論運(yùn)用到實(shí)際的生活上是輕而易舉的。他自己曾說(shuō)給他一個(gè)支點(diǎn),他可以舉起整個(gè)地球。
剛好海維隆王又遇到了一個(gè)棘手的問(wèn)題:國(guó)王替埃及托勒密王造了一艘船,因?yàn)樘筇?,船無(wú)法放進(jìn)海里,國(guó)王就對(duì)阿基米德說(shuō),“你連地球都舉得起來(lái),一艘船放進(jìn)海里應(yīng)該沒(méi)問(wèn)題吧?”于是阿基米德立刻巧妙地組合各種機(jī)械,造出一架機(jī)具,在一切準(zhǔn)備妥當(dāng)后,將牽引機(jī)具的繩子交給國(guó)王,國(guó)王輕輕一拉,大船果然移動(dòng)下水,國(guó)王不得不為阿基米德的天才所懾服。從這個(gè)歷史記載的故事里我們可以明顯的知道,阿基米德極可能是當(dāng)時(shí)全世界對(duì)于機(jī)械的原理與運(yùn)用,了解最透徹的人。
敘拉古的亥厄洛王叫金匠造一頂純金的皇冠,因懷疑里面摻有銀子,便請(qǐng)阿基米德鑒定一下。當(dāng)他進(jìn)入浴盆洗澡時(shí),水漫溢到盆外,于是悟得不同質(zhì)料的物體,雖然重量相同,但因體積不同,排去的水也必不相等。根據(jù)這一道理,就可以判斷皇冠是否摻假。阿基米德高興得跳起來(lái),赤身奔回家中,口中大呼:“尤里卡!尤里卡!”(希臘語(yǔ)意思是“我找到了”)他將這一流體靜力學(xué)的基本原理,即物體在液體中減輕的重量,等于排去液體的重量,總結(jié)在他的名著《論浮體》中,后來(lái)以“阿基米德原理”著稱于世。
第二次布匿戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期,羅馬大軍圍攻敘拉古,阿基米德獻(xiàn)出自己的一切聰明才智為祖國(guó)效勞。傳說(shuō)他用起重機(jī)抓起敵人的船只,摔得粉碎;發(fā)明奇妙的機(jī)器,射出大石、火球。還有一些書(shū)記載他用巨大的火鏡反射日光去焚毀敵船,這大概是夸張的說(shuō)法。總之,他曾竭盡心力,給敵人以沉重打擊。最后敘拉古因糧食耗盡及奸細(xì)的出賣而陷落,阿基米德不幸死在羅馬士兵之手。
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,他在諸多科學(xué)領(lǐng)域所作出的突出貢獻(xiàn),使他贏得同時(shí)代人的高度尊敬。
阿基米德在力學(xué)方面的成績(jī)最為突出,他系統(tǒng)并嚴(yán)格的證明了杠桿定律,為靜力學(xué)奠定了基礎(chǔ)。在總結(jié)前人經(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。他在研究機(jī)械的過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)了杠桿定律,并利用這一原理設(shè)計(jì)制造了許多機(jī)械。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。
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”,即我們今天所說(shuō)的逐步近似求極限的方法,因而被公認(rèn)為微積分計(jì)算的鼻祖。他用圓內(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,比較精確的求出了圓周率。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。
阿基米德在天文學(xué)方面也有出色的成就。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。但早在公元前三世紀(jì)就提出這樣的見(jiàn)解,是很了不起的。
阿基米德的著作很多,作為數(shù)學(xué)家,他寫(xiě)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。
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。
結(jié)尾,用阿基米德在論著《群牛問(wèn)題》中寫(xiě)下的詩(shī)句來(lái)結(jié)束對(duì)他的回憶吧。
“朋友,如果你自認(rèn)為還有幾分聰明,請(qǐng)來(lái)準(zhǔn)確無(wú)誤地算一算太陽(yáng)神的牛群,它們聚集在西西里島,分成四群悠閑地品嘗青草。
第一群象乳汁一般白潔,第二群閃耀著烏黑的光澤。第三群棕黃,第四群毛色花俏,每群牛有公有母、有多有少。
先告訴你各群的公牛比例:白牛數(shù)等于棕牛數(shù)再加上黑牛數(shù)的三分之一又二分之一。此外,黑牛數(shù)為花牛數(shù)的四分之一加五分之一,再加上全部棕公牛。
朋友,你還必須牢記花牛數(shù)是白牛的六分之一又七分之一再搭上全部的棕色公牛。但是,各群的母牛都有不同的比例:白色的母牛數(shù)等于全部黑色公母牛的三分之一又四分之一。而黑母牛又是全部花牛的四分之一加上五分之一,請(qǐng)注意,母牛公牛都要算進(jìn)去。同樣的,花母牛的數(shù)字是全部棕牛的五分之一加六分之一。最后,棕色母牛與全部白牛的六分之一加七分之一相一致。
朋友,若你能確切地告訴我這些公牛母牛膘肥體壯、毛色各異,一共有多少聚集在那里,你就不愧為精通算計(jì)。
但你還稱不上聰明無(wú)比,除非你能回答如下的問(wèn)題:把所有的黑白公牛齊集一起,恰排成正方形,整整齊齊。遼闊的西西里島草地,還有不少公牛在聚集。當(dāng)棕色的公牛與花公牛走到一起,排成一個(gè)三角形狀。棕色公牛、花公牛頭頭在場(chǎng),其他的牛沒(méi)有一頭敢往里闖。朋友,你若能夠根據(jù)上述條件,準(zhǔn)確說(shuō)出各種牛的數(shù)量,那你就是勝利者,你的聲譽(yù)將如日月永放光芒!”