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祖冲之:跌宕起伏的科学人生

时间:2018-12-27 08:28来源:未知 作者:数学组 点击:
祖冲之(公元429 年500 年) ,今河北涞水人,是我国南北朝的一位著名的科学家。 17n58PIC96a_1024.jpg 少年时期 南朝社会比较安定,农业和手工业都有显著的进步,经济和文化得到了迅速发展
祖冲之(公元429 年—500 年) ,今河北涞水人,是我国南北朝的一位著名的科学家。
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少年时期
 
南朝社会比较安定,农业和手工业都有显著的进步,经济和文化得到了迅速发展,从而推动了科学的前进。随着科学技术的发展,出现了一些著名的科学家,祖冲之就是其中较突出的一个。
 
“少壮不努力,老大徒伤悲。 ” 在人的一生中,少年时代是打基础的时代,基础打不好,长大了就不会有出息。祖冲之从小就是个好学上进的孩子, 在家庭的鼓励和影响下,他注意从书本里、 实践中汲取知识,特别是天文、 数学方面的知识,这为以后的科研打下了很好的基础。
 
公元 429年,正是南朝第二个皇帝刘义隆当政的第二年,随着一声清脆的啼哭,祖家新添了一个眉清目秀的男孩。他,就是日后的大科学家祖冲之。祖冲之的祖上,世代都是读书人,而且担任一定官职,前几代人是为朝廷掌管历法的。就是出生在这样一个书香门第兼官宦人家,祖冲之选择利用了家庭的有利条件,勤奋学习,而不是依仗父辈们的权势和名声混日子。
 
祖冲之从小就爱动脑筋,遇到什么事,只要不明白,一定得打破砂锅— — —璺(问)到底。冲之和爷爷最好,问爷爷的问题也就最多。而爷爷呢,对这个问个不停的孩子倒也从不厌烦,有问必答。
 
小冲之有个嗜好,每天傍晚,吃完了饭,就坐在院子里看天空。那一望无际,宝石蓝色的天穹,那挂在上面皎洁的明月,那一闪一闪的星星, 对他来说,是那样具有诱惑力。
 
他常常幻想:我要是能上去和它们交个朋友,那该有多好啊 ! 可是,在祖冲之那个年代,别说载人上天的卫星,就连飞机也还没发明哪 ! 祖冲之只好把想对星星、 月亮说的话,变成一个个的“为什么” 交给爷爷了。
 
在一个初夏的夜晚,祖冲之又像往常一样,坐在院子里,睁大了眼睛找他的 “老朋友” 们,当他的目光落在北斗七星上时,惊讶了,咦 ? 前些日子我注意它们时,它们组成的勺形,那勺把儿还朝东,今天那勺把儿怎么指向南了呢 ? 想来想去,百思不得其解,难道这星星也像我们小孩一样,爱翻跟斗玩吗 ? 不行,我得问爷爷去。想到这,他三步并作两步跑到屋里,见到爷爷就问:“爷爷,您说星星会翻跟斗吗 ?”
 
“傻孩子,怎么想起问这么个问题呀 ?” 爷爷慈爱地摸着祖冲之的头,笑着问。
 
“爷爷,是这么回事:前些日子,我看北斗七星时,它的勺把儿是向东的,今天我发现它的勺把儿却指向南了,您说这是怎么回事啊 ? ” 祖冲之心急地一口气说了下来。
 
“噢,孩子,你这个问题提得很好,可爷爷只能给你回答一半。 ”“爷爷,您知道多少,就先告诉我多少吧 !” 祖冲之热切地恳求着。
 
“好 !” 爷爷拿了把扇子,边扇边慢条斯理地讲了起来: “要回答你这个星星翻跟斗的问题,先得提到张衡老爷爷。 ” “张衡是一个什么样的人啊 ?” 祖冲之插嘴道。 “张衡是我国东汉时期的人,离我们现在有三百多年了,他是一个大天文学家,为了研究星星是怎么运动的,他年复一年,日复一日,花了很大的力气去观测、 计算、 研究。他认为星星不但会运动,而且运动的速度还不一样,对星星运动的速度,他认为: ‘近天则迟,远天则速。 ’ 也就是说,星星运动的快与慢,和离天的距离远近有关系。 ”
 
“星星为什么会运动呢 ? ” 还没有等爷爷说完,祖冲之的问题又连珠炮似地接上了。
 
“这个问题现在还是个谜。孩子,你好好学吗 ! 世上的谜很多,只有博学多思,才有希望解开它们。 ”
 
“嗯。 ” 祖冲之若有所思地答应着。
 
“对了,冲之,爷爷还忘了告诉你关于北斗七星 ‘翻跟斗’ 的规律呢。 ”
 
“什么规律 ? ” 祖冲之兴奋地问。
“有一个口诀,知道了以后,你可以试着用它来进行验证。 ”
“您快说呀 !” 祖冲之摇着爷爷的手,央求着。
“别着急,什么事都得有个来龙去脉。爷爷曾读过一本书,叫做《史记·历书》。那上面有一句话:‘随斗柄所指,建十二月。 ’ ”
 
“那是什么意思啊 ? ” 祖冲之又问了。
 
“那是古人长期观测天象,找出的北斗七星在不同季节,指不同方向的规律。古书《?冠子》上说 ‘斗柄东指,天下皆春;斗柄南指,天下皆夏;斗柄西指,天下皆秋;斗柄北指,天下皆冬。’ ” 说到这,爷爷反问祖冲之, “孩子,听了这个口诀,你明白北斗星勺把儿转向是怎么回事了吗 ?”
 
小冲之点了点头: “爷爷,我明白了,现在我们刚经过春天,等到了夏天,勺把儿当然要从东边指向南边了。再过些日子到了秋天,它还会往西指呢,您说对吧 ?”
 
爷爷看着这个聪明好学的小孙子,满意地笑了。
 
除了 “缠” 着爷爷发问,在小朋友中间,他也是个有心人。只要有问题,就想尽办法解决。
 
由于爷爷的引导,祖冲之观天象的兴趣更大了。不久,他又发现,月亮有时大,有时小,有时还变黑。为这事,他问过周围的小朋友,可多数小朋友都不知道,有的说,那是因狗吃月亮所造成的。祖冲之听了将信将疑。只有一个小朋友念了他爸爸教给他的一首歌谣: “初一看不见,初二一根线,初三、 初四镰刀月,初七、 初八月半边,一天更比一天胖,直到十五月团圆。十七、 十八月迟出,廿二半夜见半圆,一天更比一天瘦,廿九、 三十月难见。 ”祖冲之听了这个歌谣,就在心里暗暗地揣摩,既然月亮的大小有规律,那月亮变黑也肯定有规律,我一定要想办法找到它。
 
时光飞逝如电。那个整天嘴上挂着一串串 “为什么” 的小祖冲之,已经变成一个言语不多,视书如命的少年了。这时期,他就读于 “国子学” 。在这个学校里,祖冲之不像其它官家子弟一样不知道用功,白白浪费大好时光和良好的学习条件,而是以此机会大量地充实了自己的知识。在国子学中,他非常刻苦,采取了 “边读、 边问、 边想” 的方法。
 
青年成才
 
经过青年时期的不懈努力,祖冲之很快脱颖而出了,在天文历法、 数学上,接二连三地取得令人瞠目结舌的成果。 。
 
步入青年时期的祖冲之,英俊挺拔, 衣着素雅,脸上常呈现出若有所思的神情。此时的他,已才学出众,在京城中也小有名气了。
 
祖冲之二十四岁那年,宋孝武帝刘骏当政。为了笼络人心,他花费脑筋想表现自己像其父一样爱惜人才,发展经济、 安定社会。祖冲之就是在这种情况下被封为 “华林学省” 的士族的。华林学省确实是个好地方,里面园林优美,藏书丰富。但是,就是这样的一个好地方,却被那不学无术,胸无大志,靠关系混进来的学士弄得乌烟瘴气,一踏糊涂。但就是在这种环境下,祖冲之仍能洁身自好。尽管耳边常响起那些纨绔子弟们的鼓噪声、 讽刺声,但他从来没有放松过自己对科学的执著追求。他深知人生苦短,学海无涯,现在不惜时如金,将来就会后悔莫及。
 
在华林学省里,祖冲之苦读了七八年,涉猎了多种学科的知识,从天文到地理,从数学到文学……只要有兴趣的,就要找来看一看。他坚信,学科之间是融汇贯通的,并不是隔行如隔山。然而,在大量泛读的过程中,祖冲之仍然对天文有特殊的兴趣,并且他发现我们祖国的天文学一向就是相当发达的:周朝时期有关于流星、 日食、 月食的记载;战国时期关于陨石、 哈雷彗星的记载;五大行星的运行规律……看到祖先遗留下的丰富成果,祖冲之激动不已,并暗暗立志:一定要在前人的基础上,做出新的突破。为此,他不仅反复研读前人留下的资料,而且反复核对,思考前人结论的正确性,争取找到新的研究课题。
 
公元 461年,祖冲之三十二岁。当时,有一个刺史叫刘子鸾,他听说祖冲之很有才学,就点名要祖冲之前往今江苏省镇江市去协助他工作。就这样,祖冲之不得不离开华林学省,在刘子鸾手下当了个从事史(帮州级长官出主意、 办事的官)。后来随着刘的升职,祖冲之也跟着做了个掌管事务性的官。脱离了科研的环境,祖冲之整天事务繁忙,但祖冲之还是不懈地钻研天文学。公元 462 年,他终于发现前人何承天所修订的《元嘉历》中有三处大的疏漏,经过慎重考虑,他决定重新修订一个新的历法。但改历法可是一件大事,摆在祖冲之面前的道路可谓是困难重重。
 
经过认真推敲,祖冲之对《元嘉历》提出了三点修改意见。这三个意见是:1. 改闰法,即在391 年中插入 144年闰年; 2. 引入 “岁差” 法,即冬至点每 45 年都要向西移动 1度; 3. 应该在历法中加上 “交点月” 的内容。公元 462 年起,祖冲之开始着手编写新的历法《大明历》,在这部历法中,他除了对何承天的《元嘉历》进行了以上三点的修改外,还另加了两点。
 
《大明历》完成后,遭到了当时执掌朝政内务和机要的重要官员戴法兴的反对。为此,祖冲之同戴法兴等人进行了不屈不挠的斗争。
 
为了评判《大明历》的好坏,无知的皇帝刘骏从朝廷的官员里找了两个懂点行的人当朝进行答辩。
 
答辩的那一天当人到齐后,皇帝宣祖冲之上朝。祖冲之上来之后,面对满朝文武,不慌不忙,侃侃而谈,谈到了自己为改历想法的由来,谈到了自己改历法而做的努力,更谈到了新历法的好处。但正谈到兴头上,戴法兴马上站了出来,打断祖冲之的话,蛮横地说: “够了 ! 我看《元嘉历》挺好,没什么改的必要 !” 对于戴法兴的反对,祖冲之早有准备,就同他唇枪舌剑起来。
 
戴法兴打断祖冲之的话后,又接着说: “我看太阳(实际是地球)的运动,有时快有时慢,是没有规律可循的,用什么法都一样。既然古人已经创造了 ‘章岁法’ ,且多少年我们都沿用了下来,并没有什么不合适,我看没必要改了 !”
 
祖冲之听了微微一笑,反驳说: “太阳的运动的确是时快时慢,但据我多年的观测,它是有一定规律的,这是事实。 ”
 
“哼 ! 我看你别把自己当成神了吗 !” 戴法兴讽刺地说。
 
“我是一个再平凡不过的人。说起来,我有很多地方跟您比起来还差得远呢。但是,改 ‘章岁法’ 并不是我一时心血来潮,这个想法是以我严密的推算和十多年实地观测为基础的,否则,我祖冲之就是有豹子胆,也不敢在朝廷上班门弄斧啊 !” 祖冲之理直气壮地反驳着。
 
“你放肆 !” 戴法兴急了, “历法都是古人留下来的,它代表着上天的意志,不是你小小的祖冲之说改就改得了的,我看你还是死了这条心吗 !”
 
在这两个人争得不可开交的时候,皇帝坐在那儿一言不发。满朝文武也都噤若寒蝉。同情祖冲之的人暗暗地为他捏了一把汗,心想:祖冲之,你就先认输吧 ! 好汉不吃眼前亏,改历事小,你今后的前途事大啊 ! 你得罪了戴法兴,将来你的日子能好过吗 ?
 
祖冲之对于戴法兴的权势非常了解,知道他虽不是当朝皇帝,但掌握着国家的大权。得罪了戴法兴,那后果是多么严重,这一点,祖冲之是深感明白的。然而,追求真理的坚定信念,使他压倒了对权贵的惧怕。当辩论进行到剑拔弩张的时候,祖冲之仍然泰然自若,沉着应战。听完戴法兴的昏话后, 祖冲之和颜悦色地又开口了:“大人,我早就听说过,您不但熟悉典章,而且遍读古历,今天能亲耳聆听您的高论,真是三生有幸。冲之虽然没您那样学富五车,但是,在天文学上我也花费了十多年的功夫。如果说,我在这十年的努力都是一文不值, 那么,您那种建立在主观判断上的理论就真的那么值钱吗 ?” 祖冲之这番绵里藏针的话,说得戴法兴理屈词穷,只能从牙缝里挤出两个字: “狂妄 !”
 
祖冲之此时已全然不在乎这位权贵的恼怒,继续顺着自己的思路滔滔不绝地说:
 
“过去的古历确实有它好的地方,否则,它就不会存在这么长久。但是, 您知道,任何事物都是有规律可循的,如果不去想办法寻找他们,既对不起祖先,也对不起后人。我想,您该不会愿意让子孙耻笑我们这辈人的无能吗 ?”
 
祖冲之这一番话说得在场的大臣纷纷点头,许多人竟在下面交头接耳议论上了。
 
戴法兴看到自己在众人面前遭到这样的驳斥,心中怒火升腾,暴跳如雷,大声吼道:
 
“不管你怎么吹嘘你的《大明历》,也别想让我服你,你的那一套,我就是通不过 !” 说罢拂袖而去。空气一下凝固了,人们面面相觑,一时间都不知该如何是好。
 
皇帝看到事情发展到这个地步,也不知所措,求救似地把眼睛转向剩下的一个主持答辩的官员巢尚之。巢尚之从心眼里欣赏祖冲之,欣赏他那种敢于坚持真理的精神,欣赏他不畏权势的骨气。更何况祖冲之的才学又是那么出众,答辩又是那么精彩 !
 
见皇帝征求自己的意见,巢尚之便彬彬有礼地说: “启禀皇上,臣以为祖冲之的《大明历》是有根有据的,而且,比起古人的历法来,确实有许多好处。那些好处祖冲之已说得很清楚了,我这里说的只是一个事实,那就是,在这次答辩之前,祖冲之已运用《大明历》计算过以往二十三年间的日月食发生情况,结果,每次计算结果都与实际情况相符合,难道这还不足以说明新历确有它的好处吗 ? 冲之年轻力盛,言辞不免激烈,得罪了戴大人。但是,他想请您下令施行《大明历》, 不也全是为国家好吗 ?” 巢尚之说完这席话,站在一边的官员们纷纷称是,皇帝看到这种情况,心里也就默许了。但是,嘴里却说: “今天的辩论先到这里,容朕回去再好好考虑考虑。祖冲之,你回去把驳戴大人的理由写出来,待朕看了再定。退朝 !”
 
从皇宫回到家里,祖冲之激愤的心情久久难以平静,当晚奋笔疾书,写下了《辩戴法兴难新历》这篇有名的文章。在文章中,他用铁一般的事实驳斥了戴法兴这个顽固守旧分子无中生有的刁难。
 
这篇文章送到皇帝后,经过祖冲之的几番催促和以巢尚之为首的大臣们几番说服,最后,皇帝总算做出了决定。决定说:定于大明九年(公元465 年) ,在改革年号的同时,改行《大明历》。
 
这一消息传来,祖冲之高兴得几乎要流出眼泪,自己这十年来风餐露宿的观测、 研究总算没有白费,自己总算是做了点无愧于祖先、 有利于后人的事,作为一个搞学问的人,除了这个还有什么奢望呢 ?
 
可是,好事多磨,正当祖冲之沉浸在胜利的喜悦之中,准备更加发奋,再创新的成果时,宋孝武帝突然病死,那时正是公元 464 年的 5 月,离《大明历》的实施还有一年的时间。宋孝武帝的尸骨未寒,一场争权夺位的恶战就在继承者们之间展开了。处于这一种局势,哪还有什么人顾得上过问改历的事呢 ? 就这样,《大明历》被打入冷宫,直到十八年后才又被人提起。那是齐武帝萧赜当政时期,他的儿子萧长懋看到《大明历》,觉得很有意思和道理,要求父王恩准实施。但建议提出不久,太子和齐武帝二人便相继去世,事情又被搁置下来。这年祖冲之已经五十一岁了。直到公元510 年,由其儿子祖暅提议实行《大明历》,得到当朝皇帝萧衍的批准,这才得以实施。而此时,祖冲之已长眠于地下十余年了。
 
孝武帝刘骏死去,《大明历》的实施成了泡影,祖冲之该怎么办呢 ? 通过《大明历》这场风波,祖冲之已看到朝廷对科学不重视。他预感到,今后,如果自己还不改向,那么等待自己的将是更多的艰难险阻。自己才三十六岁,今后的路怎么走 ? 祖冲之整天冥思苦想着。 “不能就此一蹶不振,” 祖冲之想到: “不论前面是什么,我还是得走下去 !” 决心下定了,祖冲之又开始探索新的课题了。天文学的路暂时走不通了,那数学如何呢 ? 于是,祖冲之决定先从了解数学史开始,再从中找研究方向。于是他整天苦心钻研,在浩如烟海的数学问题中,终于找到了一个突破口— — —圆周率问题。他发现,圆周率的精确与否,在实际应用中(主要是和圆有关的计算中)意义重大。
 
但是,要知道,祖冲之时代的人既没有计算尺,更没有计算机,连珠算、 笔算都不会,计算圆周率这样的复杂问题,实在是难啊 !
 
祖冲之在了解前代数学有关圆周率的记载后,他发觉三国末期大数学家刘徽的方法是可取的,但他给的圆周率值却不那么准确,为了证实自己推断的正确性,祖冲之开始了艰难、 复杂的计算。然而,按当时的计算水平,得出正确的圆周率,其 “工程量” 是何等巨大啊 ! 然而,凭着一种为科学献身的精神和毅力,祖冲之顽强地知难而进。他拿着小棍儿摆啊,摆啊,从屋里摆到屋外,反反复复,最后,终于算出当时世界上最精确的圆周率值π= 3.1416。当这一工程浩大的计算完成之后,祖冲之在畅快之余,又想到了一个新问题:怎样给这个值以更完美的表示。因为圆周率是一个无穷大的值,要想精确地表示,就得给它划一个范围,这在数学上被称为 “上下限问题” 。在我国,祖冲之是第一个使 用 “上 下限”的数 学 概念。他用 这 个方 法, 给自 己 的圆 周 率划 的范 围 是:3.1415926<π<3.1415927,用分值表示为355/113(密率)。
 
在这个世界上,真理的光辉有时会被遮盖, 但却不会永远被遮盖。随着时间的推移,外国学者们不仅知道了祖冲之在求圆周率值上所作的伟大创造,而且还知道这一创造要比外国人最早的还要早一百多年 !
 
为了纪念祖冲之为人类创造的非凡奇迹,日本数学家三义上夫建议,把π= 355/113“物归原主” 叫做 “祖率” 。这个叫法在我国解放后,在全国已通用。
 
除了以上的数学成果,祖冲之在数学上还有两次贡献:一是,重新编正 “新莽嘉量”的容积;二是,编写数学专著《缀术》。
 
《缀术》一书是祖冲之在求证圆周率过程中得出的副产品。共包括六卷,是我国历史上最重要的数学著作之一,其中大概包括精密值圆周率、 三次方程解法和球形体积量法等。据史书记载,《缀术》一书深受唐政府的重视,并且在 12 世纪时,它还远渡重洋,传到日本和朝鲜,被两国政府定为教科书。
 
令人惋惜的是,这部博大精深的数学著作,这样一份珍贵的财富,因北宋中期的连年战争而散失了 !
 
指南车的研制
 
宋顺帝刘准手下有个实权派人物叫萧道成。萧道成表面上对刘准毕恭毕敬,实际上每时每刻都做着 “皇帝梦” 。为了当皇帝,他在暗地里下足了功夫。一天,他听说,古代的皇帝出门都得有一辆指南车开道,他想:我就要当皇帝了,没有一辆指南车怎么行呢 ? 于是,开始四处找人为他做这种车。找了几个人都没试制成功,他更心急如焚,这时,他手下有人提到祖冲之,萧道成一了解,知道祖冲之果然是个能人,于是他就借种种名义建议皇帝把祖冲之调了来。调来之后,祖冲之就被封了个谒者仆射的官职。
 
到了京城之后,萧道成就是他的管辖者,萧道成给他的第一件事就是制造指南车。
 
接到这个工作后,祖冲之非常为难,为此大伤了一番脑筋。
 
其实,这个车也不是什么新发明。传说,在上万年以前,我们的祖先黄帝和南方的蚩尤部落打仗,蚩尤人善施妖术,打仗时常作大雾,用来迷惑对方。为了使自己的军队不迷失方向,黄帝派人造了一辆指南车。这个指南车的原理和指南针一样,车上装有一些机械齿轮类的东西,车上有一个站立姿式、 伸开手臂的木头人。车启动后,不论车子怎么转,木头人的手臂始终指向南方。
 
以后,东汉的大科学家张衡,三国的大发明家马钧都尝试过制造指南车,可惜的是,它们先后都失传了。
 
到了东晋,由北方少数民族统治者打头,又兴起了制造指南车的“热” ,主要是因为皇帝们都觉得,出门有个指南车开道,有气派、 够威风。
 
据资料记载,公元349 年,后赵统治者石虎曾下令解飞为他制造指南车。50 年后,公元 399 年,后秦统治者姚兴也要手下人令狐生造过这种车。到了公元 417 年,东晋的大将刘裕率兵攻打后秦首都长安(今陕西省西安市) ,灭了后秦,刘裕的手下在众多的战利品中发现了指南车。尽管这辆车里面的零件已荡然无存,成了徒有虚表的废铁,但刘裕还是爱不释手,当宝贝似的把它运回了江南。
 
自此以后,那辆破指南车便成了皇室里面的 “传家宝” 了,每当皇帝出门,都要把它放在仪仗队的前面。为了让木头人能够转动,刘裕还专门派人藏在车箱里面,不断地拨弄那个木头人,就好像我们今天所看到的木偶戏一模一样了。
 
到了萧道成掌握实权后,他越看这辆破车越觉得败兴,三番五次地催促祖冲之快造。祖冲之对萧道成这种蛮横的态度非常反感, 但是,他又舍不得放弃对这种车的钻研。从小养成的钻研习惯使他越是遇到难题,就越是干得有劲。他并不把萧道成对自己如何放在心上,他心里只想着怎么攻克这个难关,为后人再留下点什么。
 
根据手头有限的资料,祖冲之推测,前几个指南车内部的机械都是木制的。木制机件至少有两个弱点,一是不耐磨,长期使用,齿轮互相摩擦就容易变形,而变形的齿轮又会引起整个机器运转失准;二是不结实。这也是前几辆指南车 “早逝” 的原因之一。想到这两层弱点,祖冲之决定在自己创造指南车中改用铜器部件。
 
决定了车所用的材料之后,接下来就是设计和组成零件。根据自己制造水碓磨的经验,他觉得,指南车的原理和水碓磨的原理有相似之处,这就是,它们都得巧妙地运用齿轮。
 
指南车的妙处就在于,不论车子的方向怎样变,车上的木头人的指向永远不变。怎样理解这一对变与不变的矛盾呢 ? 关键就在于车中要有一组精密的齿轮。这组齿轮就要向右转时车子也要向右转,而反之,当车子向左转时,另一些齿轮就要向左转。这样,只要车子转变的角度与齿轮转动的角度相当,那么,和齿轮相连接的小木头人就会十分准确地指向南方了。
 
想清楚这个原理后,下一步就是制图了。因为当时没有一张指南车的构造图可以依照,祖冲之只好凭想象自己制造了。他画了一稿又一稿,最后总算拿出了令自己满意的草图。在这张图的剖视部分中显示,车箱的中央有一个大平轮,轮上竖着一个长轴,轴上连着那站在外面的木头人。大平轮左右装有一个小平轮,两个小平轮的外侧又各自连着一个小齿轮。
 
这样的设计法,用今天的术语说,就叫做差速齿轮原理。
 
从祖冲之的剖视图看,指南车的主机部分并不复杂,只有 5 个齿轮加一个长轴。但实际上,要想组装合适则并不那么简单。齿轮的大小,疏密要求十分精密,稍有差错就会影响整个车子的准确性。怎么样使齿轮安装合理呢 ? 就靠精确的计算了。对于计算,祖冲之并不那么发怵,前面已经计算过圆周率那样大的工程,这回怎么说也要比那次轻松点了。他反复计算,直到确认每个齿轮的位置都合乎要求,才告罢休。
 
设计完毕,祖冲之又按设计图做了一个木制的模型。几经试验,那个木模型运转才算完全符合标准,祖冲之这才放下心来,马上请铜匠、 木匠一起合作,自己亲手监督,不久,一辆精美的指南车就出现在皇家乐游苑中了。
 
真是无独有偶,在祖冲之试制指南车的同时,京城里有个叫索驭的也想尝试着做一辆。这个刚从北朝迁到南朝的男子很有勇气,听说萧道成正在找人做指南车,就自报家门,要求也做一辆。萧道成听说这个消息,心想,多一个人试制也没有什么害处。于是,他下令索驭也造一辆,到时候和祖冲之造的那辆一同比试比试。
 
没过多久,索驭也宣布自己的指南车大功告成。萧道成看两辆指南车都造好了,很是高兴,特选手下的两名大臣来担任测定裁判,他们是:王僧虔和刘休。
 
试车选在一个天气和煦的好日子,地点是皇家圆林— — —乐游苑中。乐游苑平日里供皇室成员游玩,人迹稀少。这一天破例,一些商卖、 书生、 百生也被允许进来观看,一时间,花前、 树下、 水边、 廊子里、 假山上都聚满了人。开赛以前, 人群中竟有人三个一群、 五个一伙地为了谁能赢而争吵起来。
 
有的说: “我看索驭不那么简单,他敢向萧道成自告奋勇,说明他有两下子 ! 您瞧他那胸有成竹的样子,多自信啊 !”
 
有的说: “我还是更信服祖冲之,别看他不吭不响,我说他是茶壶里煮饺子— — —心里有数。你们还不知道吗 ? 他早在 30 多岁的时候就出名啦,天文、 数学、 机械制造,哪样他都挺行的。 ”
 
“您可不能凭着老眼光看人,我看,谁胜谁负,咱们还是等亲眼看了再说吧 !” 也有人插嘴道。
 
人群渐渐地安静下来了,正当人们翘首以待之际,从北边扬起了一阵尘土,两辆指南车一前一后,在四匹马的拖曳下跑过来了。从远处看,它们的外观几乎相同,但两辆车上的马的颜色却有不同,一辆是由两匹白马拉着,另一辆则由两匹枣红马拉着。
 
比赛开始了,随着裁判一声令下,由两匹枣红马拉的车先上场了,一上来就按裁判发出的口令表演起来。规定动作主要有,正常速度下的左转弯、 右转弯和加速后的左右转弯等。这辆指南车做正常速度运行时,一切发挥正常,不管车怎么转,车上的木头人始终指向南方。看到这里,人群中发出了啧啧的赞叹声,裁判官也不禁微微点头表示赞赏。接着,加速转弯开始了,几个急转弯下来,木头人手臂的指向逐渐失准,由开始的不明显,到明显,弯转的越多,偏差也就越大。人们哗然了,纷纷失望地摇起头来,有人开始猜测这是谁的车。正在这时,裁判官大声宣布: “第一辆指南车试车完毕,制造人索驭,结果:不合格。 ” 看到这情况,索驭心里很不是滋味,脸色铁青,而人群中仍然有人为他打气: “没关系,你的不行,祖冲之的那辆也未必合格,咱们一起等着瞧吗 !”
 
祖冲之那辆指南车上场了。拉车的那两匹白马每匹脖子上还挂了个带红缨的响铃,一走三摇,发出欢快的声音。车子开始做规定动作了,正常速度转弯,平平稳稳,木头指南人工作正常。快速转弯,木头指南人动作协调,车向左,它向右;车朝右,它朝左。
 
接着,又是几个急速转弯,木头人仍是指向准确,毫无差误。
 
最后,两位裁判官一致认为祖冲之的那辆指南车完全合格。当裁判官向观众宣布了评比结果之后,人群中又开始骚动起来了,有的,为自己的赛前的争论中站在祖冲之一边而自豪;有的,跑上前去向祖冲之祝贺。此时此刻,祖冲之的心情自然也十分愉快。
 
然而,多年搞研究受到的苦与乐的磨炼,使他具有一种与众不同的修养, 这就是: 胜不骄,败不馁。成功了,他从不得意忘形,因为那是多少失败换回的必然结果;失败了,他也绝不垂头丧气,因为那意味着自己的功夫还没到家。
 
在这成功的时候,祖冲之想想,倒还是挺佩服索驭敢于尝试的勇气。当他抬头看去,发现此时索驭正一个人孤独而又尴尬的站在自己造的车前发呆,祖冲之的心里也挺不是滋味,主动走上前去,对索奴说: “索先生,别泄气,我看,您的车只要稍加改进,就会很好的。今天我的车虽然赢了,但日后,您一定会有超出我的地方,既然干事,就不能怕失败。 ” 索驭听了这番话,暗暗赞叹他的气度。可是想想自己在这多人面前丢了丑,仍是感到羞愧难当。一气之下,还是把他那辆指南车烧了。
 
晚年改行  成绩斐然
 
祖冲之的晚年,是在南齐统治风雨飘摇、 民不聊生的情况下度过的。政治环境的恶化,年龄条件的改变等多种因素致使祖冲之决定改变研究方向。尽管学术上,从理科转向了文科;官职上,由文官变成了武官。但是,祖冲之仍然像年轻时那样奋斗着,无论是在科学的研究领域中,还是在武官的位置上,都做出了卓著的成绩,为自己的一生写下了完美而辉煌的篇章。
 
公元 488 年,祖冲之已到了花甲之年,回首往事,他是感到欣慰的,因为自己没有虚度光阴。自己走过的路尽管坎坎坷坷,但是,却丝毫没有偏离过年轻时定下的志向。天文学、 数学、 机械制造……总之,他在理科领域里已经留下了有益于社会人生的成果。
 
展望未来,自己仍有余力,还想在其它方面做点新的尝试。
 
当时,政治局势已不那么稳定,统治者之间你争我夺,打斗不断。政治腐败,经济凋敝,生灵荼炭。
 
看到这种状况,祖冲之一腔激奋,决定把自己的研究方向转到社会科学和文学方面,为的是能够更直接地为挽救自己国家的败势尽点力。
 
前面讲到过,祖冲之年轻时,曾在华林学省读了大量的书籍,其中,也包括不少的文科经典著作,如《周易》、 《老子》、 《庄子》、 《孝经》、 《论语》等。祖冲之这时就以此为基础,分别为它们译义和注释,但是,译文或注解在不同的作者手中其水平的差别也很大。因为它是作者知识、 才能和文笔的直接表现。祖冲之所释译的《周易》、 《老子》就发挥了他所具有的朴素的辩证法和唯物论的思想和古为今用的治学态度;他所译义注释的《庄子》,就侧重于借对庄子的分析和批判来讽喻当时流行的 “玄学” ;他所译义注释的《论语》,则根据当时的政治局势,来规劝士大夫们不要逃避现实。
 
祖冲之在文学上的突出的成绩就是写作了十卷小说《述异记》,这是一部写鬼怪的小说。写鬼怪以喻人间,这是在社会黑暗、 言论不自由的情况下,人们惯用的手法。祖冲之写这本书时,很有可能也怀有一种讽刺当时黑暗统治,规劝当朝君主的意图。
 
这部书早已失传了,但是值得庆幸的是,在后人的一些著作中,我们还能看到它的一鳞半爪。比如,鲁迅编著的《古小说钩沉》一书中,就有祖冲之的《述异记》片断。
 
总之,晚年的祖冲之为了冲破当时社会的黑暗,几乎把自己的全部精力都用在了社会科学和文学上。如果说,他在晚年时期还做过点同理科有关的事,那就是研究 “钟律”了。 “钟律” 是音乐上的术语。在我国古代,有 “十二律” 之说, “十二律” 就是指构成音阶的 12个音,又指选择构成音阶的各个音之间的规律。要想辨别这个规律,就少不了一种专门的工具 “黄钟律管” 。这种工具还有一个功能就是校正度量衡。据《南齐书》记载,祖冲之在这方面的造诣很高,在当时达到了无人比拟的程度。
 
祖冲之在研制 “钟律” 过程中,充分运用了他的数学知识,表现了他打破学科局限,而进入了边缘科学的卓越实践当中,这在世界历史上也是独一无二的。
 
公元 493 年,齐武帝赜死了,萧鸾继位,称齐明帝。他上台后,为了树立自己的绝对威信,又导致了一场大屠杀。在他当政的 494 年到公元 498 年之间,由于内乱不绝,外战又起,国家已是金玉其外,败絮其中了。到了公元 499 年,萧赜的儿子齐昏侯萧宝卷继位时,北朝的军队一举攻下了南齐重镇寿阳(今安徽省寿县) ,南齐王朝从此就开始一蹶不振,并开始逐渐走向衰亡。
 
祖冲之就是在这种危难的形势下,由原来的文职谒者仆射又兼任了武职的长水校尉。长水校尉是管理国内少数民族部落的部队将领。南北朝期间,战乱频繁,让祖冲之这个南朝人来作从北朝过来的少数民族军队的统领,其困难是可想而知的,更何况祖冲之既不是行伍出身,而且年纪又大(此时已近 70 岁)。然而,祖冲之此时考虑的并不是这些,他的想法只有一个:重整山河、 富国强兵。为此,他不断地写些政治军事方面的论文,上书皇帝,希望他的建议能够得到采纳,并且付诸实施。在他自己著的《安边论》中,也提到了 “开屯田,广农植” 的观点,用以巩固边防,他希望通过此来劝皇帝扭转南齐的败势。可惜的是,个人的力量毕竟有限,况且这时的南齐已是病入膏肓了,任什么力量也救治不了。
 
公元 500 年,祖冲之带着对祖国的一腔热情和一腔忧虑,在自己的武官位置上辞别人世,终年72 岁。
 
一代伟人就这样流星般地逝去了,然而,人们在扼腕叹息之余,却又欣喜地发现,新的科学之星又升起来了。
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