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古代躯体中的现代头脑

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阿基米德无疑是古希腊乃至整个科学史上最富传奇色彩的科学家,而他一生的全部冲突和悲剧,都集中在他生命的尽头。

公元前212年,当古罗马军队攻进叙拉古城时,统帅马塞勒斯出于对阿基米德才能的敬佩,曾下令不准伤害这位旷世绝伦的大师。而沉迷于数学世界的阿基米德此时似乎并不知道城池已破,直到一个罗马士兵的影子落在了他画在炭灰地上的图形上。

一种传说是,那个冒失的士兵一脚踩在了图上,阿基米德气冲冲地喊道:“别碰我的圆!”另一种说法是,罗马士兵喝令阿基米德去见马塞勒斯,遭到了他的严词拒绝——他要首先解出自己的(数学)问题。不管是哪一种情况,最终都由那个暴怒的士兵用剑做了快速了结。一个75岁高龄的人类奇才就这样撒手人寰。两千多年后,英国数学家、哲学家怀特海发出如是感慨:没有一个人会由于全神贯注于对一个数学图形的冥想而丧生。

故事没有讲完。马塞勒斯对于阿基米德的死深感悲痛。他处决了杀死阿基米德的士兵,并为阿基米德修了一座陵墓。在墓碑上,根据阿基米德生前的遗愿,刻上了球内接于圆柱的几何图形。

阿基米德的主要兴趣是在纯几何方面,他自认为发现圆柱体体积和它的内接球体的体积比例,是他平生最大的成就。这一立体几何难题求证的是:当一个球体内接于一个圆柱体时,它的体积是圆柱体体积的三分之二,而这一球体的面积是其外切圆柱体表面积的三分之二。上述定理是从球面积等于其大圆面积的4倍这一定理推导出来的。

随着时间的流逝,阿基米德的陵墓被荒草湮没了。在他逝世100多年后,公元前75年,担任西西里行政官员的罗马政治家和作家西塞罗找到了他的坟墓,西塞罗写道:“发现它四周都是封闭的,并被荆棘丛和灌木丛覆盖着……我注意到有一个小柱状物从灌木丛中伸了出来,在这个柱状物上有一个球体和一个圆柱体图形。”

西塞罗重新修复了阿基米德的坟墓,聊表景仰之忱。

作为希腊化科学的杰出代表,阿基米德在数理科学和工程技术上建树颇多,并把数学原理应用于多项发明,堪称古代世界最伟大的数学家和“实干科学家”。他对科学的特殊贡献在于,他曾利用实验或是发明来测试理论,而且他认识到可以用数学方法描述的基本原理是物理现象的基础。也正是他第一次把数学应用到物理上,创造了力学的科学。他有一句名言:“给我一个支点,我就能移动整个地球。”

在科学史上,阿基米德由于最先表述了几个基本定律而闻名,它们都跟现实生活的应用大有关联,而且还留下了不少佳话。比如,他为辨别金王冠是否掺假而苦苦思索,在洗澡时从溢出的水获得灵感,发现并总结出浮力定律,同时也解答了国王的困惑。

再如,他利用扎实的杠杆原理知识,设计制造了一套精细的杠杆和滑车,不借助任何外力而将一艘满载货物的大船从港口一直拉到了岸上。当马塞勒斯率领的罗马军队第一次进攻叙拉古城时,阿基米德设计的巨型投石机抛出一连串大石块,砸毁了敌军的8条大木船。他还利用滑轮和杠杆原理设计了一种军用机械,可以用铁“嘴”把敌船“叼”起来,在空中摇晃并猛摔在悬崖上。另有传说,公元前215年,在马塞勒斯率大军乘战舰攻打叙拉古的危急情况下,阿基米德利用凹面镜的聚光作用,把阳光集中到一点照射到入侵的罗马战船上,由此产生的高温引起熊熊大火,击溃了敌军。

2005年,美国“发现”频道的“传说终结者”节目,出钱赞助美国麻省理工学院等名校的学者模拟了当时的场景。试验者用300平方英尺的黄铜和玻璃制成了一面巨大的凹面镜,然后在150英尺之外把强烈的光线聚焦到一艘老木船上,试图把这艘船点着。但令人失望的是,虽然这艘老木船被烤得冒烟,但始终没有燃起火苗。随后,科学家们又把这面凹面镜移到了距木船75英尺的地方,这回火苗倒是按预期燃起来了,但小得可怜,并且一会儿就自动熄灭了。

参与实验的一位大学教授表示,尽管实验没有取得传说中的效果,但从理论上说,利用聚光点燃物体是绝对可能的,那么谁又能肯定阿基米德没有用凹面镜来攻击罗马战船呢?在历史上,阿基米德是一个非常伟大的数学家,我们不能因为实验的结果而低估他的智慧和能力。

阿基米德的著作明显反映出他对现代科学的预知。常常有一种说法:假如那时阿基米德能运用一套合适的数学符号的话(那个年代里阿拉伯数字系统和代数符号尚未问世),那么他就会早于牛顿两千年发现微积分。

美国数学史家E.T.贝尔指出,全部历史上任何3个“最伟大”的数学家的名单都将包括阿基米德的名字。通常与他相联系的另外两个名字是牛顿和高斯。要是考虑到在这些巨人各自生活的时代,数学和物理学的相对充足或贫瘠,并依据他们所处的时代背景来评价他们的成就,一些人会将阿基米德排在首位。

因此,要是古希腊的数学家和科学家追随阿基米德而不是追随欧几里得、柏拉图和亚里士多德,他们很有可能在两千多年前就轻而易举地进入了笛卡儿和牛顿在17世纪肇始的现代数学时代,以及由伽利略在同一世纪开辟的现代物理学时代。

一切都只是因为,阿基米德有着那个“古代躯体中的现代头脑”。