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外国著名数学家:阿基米德

编辑:sx_gaohm

2016-02-29

数学家就是以研究数论算法,数学建模,理论物理,方程解析解寻求,几何算法,代数变换技巧,在数学领域作出一定贡献,并且其研究成果能得到同行普遍认可的一类人群。精品学习网为大家推荐了外国著名数学家,请大家仔细阅读,希望你喜欢。

第一次叙拉古城保卫战胜利后,国王亥厄洛在庆功宴上当着众文臣武将的面,对他的一位特邀臣民赞道:“要不是你的超人智慧,你的杠杆武器,我们哪能击溃凶悍的罗马人?又岂能在此相聚?我们为你自豪!”这位臣民却平静地说道:“陛下,您及您的臣民,其智慧的力量是巨大的。倘使您能恰当运用,将无所不能!只要给我一个立足之处,我能够移动地球!”一言甫出,语惊四座。这位臣民就是阿基米德。

跨海求学,才华崭露

阿基米德是古希腊学者、物理学家、数学家和天才的发明家。他生于叙拉古王国的贵族家庭。叙拉古城位于西西里岛东南(今意大利锡拉库萨)。港口地理位置优越,扼地中海东西方商贸要道。一年四季帆樯摇曳,商贾云集。兴盛的商贸促进了叙拉古经济的发展和东西方文化的交流。阿基米德的童年正值古希腊思想文化活跃时期。古希腊没有建立统一的中央集权国家,各城邦独立发展,彼此互通有无、平等相处。

阿基米德受过良好的启蒙教育,从小就富于想象、长于思考。在父亲菲迪阿斯——物理学家和天文学家的引导下,阿基米德对科技知识有着浓厚的兴趣,喜爱涂抹图形、拼凑器物,对于大自然诸多现象惯于穷根究底。稍长,当时闻名于世的科技城亚历山大便锁住了阿基米德的目光,城里科学家的神奇故事,深深吸引并打动了阿基米德幼小而又好奇的心。公元前276年,在父亲安排下,年仅11岁的阿基米德南下地中海,历尽艰辛,来到了梦寐以求的圣地亚历山大,开始了影响他一生的求学生涯。

阿基米德师从于欧几里得弟子卡农。在老师的指点下,阿基米德如饥似渴地学习,在图书馆浩如烟海的文献中孜孜以求,阅读了大量的数学、物理、天文等各类自然科学书籍,为日后的科学研究打下了扎实的理论功底。阿基米德不仅是个书迷,很好地掌握了前辈严谨、精确的理论和方法,而且还善于结合实际,独辟蹊径,努力使研究成果付诸实施。有一次阿基米德路过尼罗河畔,两岸优美的风光和发达的农业令他神往,远处亚历山大港法洛斯岛上高耸云天的百米灯塔,这被誉为古代世界七大奇迹之一的建筑,更激起他立志干出J番科学事业的雄心。这时,阿基米德注意到附近的农夫正从尼罗河汲水,再提到地势高的农田浇灌,很是吃力。阿基米德设想,若有一种器械,直接从河里汲水灌溉,不就可以解除提水之苦吗?回到寓所,阿基米德便投入紧张的论证、设计中。工夫不负有心人,阿基米德研制成一螺旋型器械,由一个倾斜放置的筒体和一根带有宽阔螺旋面的螺杆组成。他把器械一端置于尼罗河,另一端架于农田。当摇动螺旋器手柄时,尼罗河水就在两螺旋面之间逐渐上升,最后从顶部源源不断地向地势高的广袤农田涌去。阿基米德打破了水往低处流这一亘古不变的法则,他的名字随着汩汩尼罗河水传遍了埃及,也传遍了叙拉古。后来,人们便把这种根据杠杆原理制成的螺旋器取名阿基米德螺旋器,以纪念这位发明人。直到今天,在埃及有些地方还在使用阿基米德螺旋器,可见其影响的深远。

痴迷求索,屡建奇功

 

公兀前240年,47岁的阿基米德载誉回到阔别多年的叙拉古。

成名后阿基米德仍一如既往全身心地投人科研工作。有一次,邻居家的小孩把一个球塞入圆柱形物体内玩耍时,发现球无法取出,于是向阿基米德求援。阿基米德取过圆柱形物体观看,巧的是里面圆球的直径正好与圆柱的直径和高相等。阿基米德当即意识到手上的玩具正是圆柱及其内切球的模型,自己曾苦思冥想二者体积之比未果,没想到这个一直困扰他的难题一下子有了线索。他随即向圆柱中注水,反复测量水量。他发现,无球时圆柱储水量与有球时储水量之比为3:2,亦即二者体积之比。这个偶然的发现,令阿基米德终身难忘。他叮嘱家人,他死后,在他的墓碑上镌刻圆柱及其内切球的图案作为墓志铭。

那时,船是地中海各国主要的交通工具,国家间的交往及商贸离不开船。各国竞相发展造船业,亚历山大已能建造装载千人的大战舰。亥厄洛王不甘落后,调集能工巧匠造了一艘巨大的皇家三桅货轮。竣工那天,国王驾临现场,大赏工匠。可紧接着问题也来了,因巨轮太重,任凭众工匠使出浑身解数,也无法让它下水。国王动员全城精壮合力参与牵引,还是无济于事。亥厄洛王一筹莫展,情急之下召来了他的亲戚、非凡的臣子阿基米德。阿基米德一见到这庞然大物,脑袋里便闪现了他最擅长的工具——杠杆。他巧妙地设计了多种滑轮和杠杆装置。巨轮下水那天,消息不胫而走,叙拉古万人空巷,人们争相来到船坞,都想亲眼目睹阿基米德近乎神话般的盛举。随着国王的一声令下,阿基米德缓缓启动滑轮,令人不可思议的奇迹发生了:举全城之力尚不能撼动的桀骜不驯的庞然大物,有如温驯的羔羊,满载货物随着滑轮的传动乖乖地驶入大海。屏息凝视的人群顿时为之沸腾。若非亲眼所见,恐怕谁也不会相信那一串串滑轮杠杆装置竟蕴含了超凡的力量。见到这有史以来最为惊心动魄的一幕,亥厄洛王也震惊了,他紧紧抓住阿基米德的手,一再重复:“有你在,我将无往不胜!”滑轮的应用给人们以极大的启迪。今天,我们仍能看到在建筑工地上,工人常用滑轮往高处运送工具和材料,以达到省力的目的。杠杆原理的发现为一切机械设计制造奠定了基础,在人类生产生活中创造了无数的奇迹。

亥厄洛王好大喜功,为炫耀自己的功绩,他决定用纯金打造一顶王冠,供奉在圣庙供人们瞻仰。不久,金匠依照国王的旨意打造了王冠。但见它金光灿灿,霸气逼人。国王甚为满意。不料,有人告密,说金匠偷梁换柱,窃取黄金后在王冠里搀进了等量的白银。闻听此言,国王勃然大怒,即刻召金匠逼问,金匠百般抵赖,死不肯承认有舞弊行为,还说若不信可以称。称后,果然王冠重量与当初的纯金重量相等。国王无计可施,又不甘心作罢,便找来阿基米德,要他在不损坏王冠的前提下,判断是否搀了假。在当时人们尚不知晓“比重”概念的条件下,要揭晓王冠之谜几乎是不可能的事。阿基米德百思不得其解,终日寝食不安。这一日,他来到公共浴室,准备一洗连日来种种由王冠带来的烦恼。他走进浴盆,顿觉水中有股力量撑着他,越往下这股力量越强。他还注意到满满的一盆水溢出了许多。他意识到王冠之谜即将解开,遂一展愁眉,冲出浴室,光着身子穿街越巷,边跑边喊:“尤里卡!尤里卡”(希腊语,意为“找到了”)!路人为之侧目。回家后,阿基米德取来一个容器,注满水,投入王冠,记下排出的水量,再如法炮制,记下与王冠等重纯金的排水量,多次实验后发现,前者的排水量大于后者,便断定王冠搀了银子。来到王宫,阿基米德重新演示了上述实验。在铁的事实面前,狡猾的金匠终于低下了头,他说:“栽在阿基米德手里,我心服口服。”通过进一步实验论证,阿基米德揭示了流体静力学基本原理,即被人们称为阿基米德定律的浮力定律:物体在液体中受到的浮力,等于物体所排开液体的重量。这在阿基米德的名著《论浮体》中有记载。后来,人们发现阿基米德定律也适用于气体。人们根据阿基米德定律,制造了潜艇,改进了船舶,甚至幻想制造浮力衣,穿上它,可以增大浮力,在水上自由活动。

奇招克敌,捐躯报国

公元前3世纪末,为争夺西地中海制海权,罗马与迦太基之间爆发了布匿战争,这被认为是影响人类历史进程的百次战争之一。第一次布匿战争后,西西里成为罗马第一个行省。第二次布匿战争爆发不久,叙拉古摆脱了罗马的统治,并于公元前216年与迦太基结盟。这一变故令罗马大为光火,叙拉古遂成了罗马的攻击目标。战幕开启,罗马舰队兵临叙拉古城下。亥厄洛王忙召集群臣询问破敌良策。满朝文武众说纷纭,莫衷一是。国王权衡再三,急宣阿基米德以求万全之策。阿基米德早已料到大战必不可免,强烈的爱国心驱使他早早地便思忖好了破敌方案。故国王召见他时,阿基米德从容地如此这般面授机宜。这一天,烈日高照,罗马舰队旌旗蔽日,鳞次栉比的船帆在海面上投下大片阴影。连日来因阴天而久闭的叙拉古城门忽然洞开,罗马舰队遂蜂拥而至。刚近城防区,只见万千道夺目的光柱直射舰队船帆,众多光柱汇聚一点。原来叙拉古士兵早已准备了许多凹面镜,对着船帆聚集。眨眼问,船帆着火,烈焰腾空,浓烟四起,舰队焚烧殆尽。罗马士兵目瞪口呆,以为天兵降临,落荒而逃,事后才知是阿基米德的妙计。阿基米德一战成名,亥厄洛王大喜过望,命令他监造多种防御武器,并委以督导操练重任。

公元前214年,罗马执政官马西努斯率军亲征,卷土重来。当配备有灭火措施的舰队进入叙拉古城防区时,以逸待劳的城内突然机器轰鸣,万石齐发。训练有素的叙拉古士兵熟练地操纵各种投射器,无论远近,弹无虚发。罗马人再一次在阿基米德面前折戟沉沙。连续的失败令马西努斯冷静下来,他知道面对的是拥有无比智慧又赤心报国的科学天才,要取胜惟有孤注一掷,俘获阿基米德。于是马西努斯重整旗鼓,再次率领由60多艘舰船组成的庞大编队杀向叙拉古。舰队铺天盖地,喊杀声连绵不断。哪知刚至城下,城里蓦地伸出许多巨大的机械手,没头没脑地擒起罗马舰船。罗马战船有的被捻为齑粉,有的被掼人浪滔,有的被拦腰击断……遭此重创,舰队溃不成军,喊杀声登时变成了嚎哭声,罗马人肝胆俱裂,谈阿基米德色变。空前的胜利令叙拉古军民放松了对强敌的警惕。公元前212年的一天夜晚,为纪念月亮女神阿尔忒弥娜,叙拉古举城狂欢。得悉这一情报,虎视眈眈的罗马人决定夜袭。他们轻而易举地攻入城池。

进城时,马西努斯通令军士,不许伤害阿基米德,他十分尊重这位让他屡战屡败的科学天才——阿基米德用智慧将叙拉古陷落的时间延迟了3年。进城后,罗马士兵没有直扑王宫,而是四处搜寻阿基米德。他们对阿基米德仍害怕不已,故求先制服阿基米德,以防再吃苦头。凌晨,有个罗马士兵冲进了阿基米德卧室,发现有位老人正在地上画着图形,老人正是阿基米德。长期征战耗费了他大量的时间,惟有加班加点才能弥补本可用以科研的时间,为求证一道几何题已熬了通宵。精力的过分集中使他没看到屋外冲天的火光,也未听到震耳的喊杀声,更没注意有人进了卧室。士兵见地上满是图形,便冲老人吼道:“你是不是阿基米德?”老人未予理睬,继续演算。老人执着的态度激怒了这位曾吃尽苦头的士兵,盛怒之下忘了主帅的训令,亮出了宝剑。老人轻蔑地推开指向自己的宝剑,继续盯着地上的图形,就在他再次动笔的那一瞬,罗马士兵的宝剑已刺入了他的躯体。鲜血洇红了地面,形成了又一幅极为抽象的几何图形。事后,马西努斯严惩了违令杀害阿基米德的士兵,抚恤了阿基米德的家人,并按他的夙愿,在其墓碑上刻上了圆柱及其内切球作为墓志铭,以示对这位天才的纪念。

阿基米德以其在数学、力学等诸多领域的卓越成就,确立了在数学、物理学领域崇高的地位。他发现了杠杆原理、浮力定律,是流体力学的创始人,也是微积分和静力学的奠基人。贝尔曾说:“任何一张列出有史以来三个最伟大的数学家的名单中,必定包括阿基米德。”

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