科学家祖冲之(1/1)

首发：~科学家祖冲之

南北朝时期，诞生了一位杰出的科学家，他就是祖冲之。

祖冲之出身于一个官宦世家，他的祖父曾在刘宋朝廷担任重要职务，主管土木工程，而他的父亲则是一名建筑官员。然而，祖冲之对传统的古籍并不感兴趣，他的父亲强迫他学习《论语》，但两个月下来，他仅能背诵出十句，这令父亲非常失望，甚至对他进行了体罚。然而，他的祖父却看到了他对天文现象的浓厚兴趣，认为他或许能在这一领域有所成就，于是开始教他学习天文知识。

一次，祖冲之和祖父拜访了一位精通天文学的官员。当被问及为何研究天文学时，祖冲之表示，他并非为了升官发财，而是纯粹出于对宇宙间奥秘的好奇。这位官员听后，对祖冲之赞赏有加，认为他是一个有志向的年轻人。

自此以后，祖冲之开始深入研究天文学，对日月星辰的运行轨迹进行细致的观测，并向那位官员请教了许多相关知识。他深知，要成为一名优秀的天文学家，仅仅依靠前人留下的知识是远远不够的，必须亲自进行观测和计算。

在祖冲之的时代，历法已经相当精确，但他认为还有进一步完善的空间。他翻阅了《太初历》、《后汉四分历》、《春秋四分历》、《元嘉历》等历法书籍，对这些古代历法进行了深入的分析和比较。他特别赞赏北凉赵榧在《元始历》中首次使用的六百年二百二十一闰的算法，这种算法打破了传统的十九年七闰的规律。

然而，祖冲之也发现这种算法存在弊端，它会导致二百年内多出一天。为了解决这个问题，他决定亲自进行观测和计算。他在观测站设置了一个圭表来测量日影的长度，并设计了几个漏壶来记录时间。经过长时间的观测和计算，他发现冬至时刻的测量非常困难，因为日影在冬至前后变化并不明显，而且漏壶表示的时间也不够精确。

面对这个难题，祖冲之并没有放弃。他总结了失败的经验教训，并想出了一个新的方法：不再单独观测冬至那一天的日影长度，而是对冬至前后二十多天的日影长度进行观测，然后取平均值来推算冬至那天的日期和时刻。这个方法取得了非常好的效果，大大提高了冬至时刻的测量精度。

基于这些新的研究成果，祖冲之制定了一部新的历法——《大明历》。这部历法规定一年为365天，与现代天文学测定的结果相比，仅有50秒的误差。

公元462年，祖冲之带着自己精心研究的天文学成果面见宋孝武帝，并请求皇帝废除旧有的历法，颁布他精心制定的新历《大明历》。然而，这一提议遭到了受孝武帝宠信的大臣戴法兴的强烈反对。戴法兴认为古历已经沿用了很久，祖冲之擅自改动是大逆不道的行为。面对戴法兴的质疑，祖冲之凭借自己的研究数据，有理有据地驳斥了戴法兴的论点，使其哑口无言。

戴法兴虽然争辩不过祖冲之，却仗着皇帝的宠爱，坚持己见，声称：“古人制定的历法，后人应当遵循，岂能随意改动？”祖冲之则从容不迫地回应：“你说古人的历法好，那么请拿出事实依据来。如果仅凭空洞的言辞来恐吓他人，又有何意义呢？”

为了维护戴法兴的颜面，孝武帝召集了一些通晓历法的官员与祖冲之进行辩论。然而，这些官员很快就被祖冲之深厚的学识和严谨的逻辑所折服，无法再提出有效的反驳。尽管如此，孝武帝并未立即颁布新历。直到祖冲之去世后十多年，《大明历》才得以正式实行。

与在天文学领域的卓越贡献相比，祖冲之在数学领域的成就同样令人瞩目。他精确地推算出了圆周率，这一成就堪称数学史上的一大里程碑。

所谓圆周率，即圆的周长与其直径之比。在祖冲之之前，人们常用“径一周三”来近似表示圆周率。然而，祖冲之对此产生了深深的疑问。他小时候就对此产生了好奇，长大后更是深入研究刘徽的“割圆术”。

“割圆术”是通过在圆内绘制正多边形来逼近圆的周长，随着多边形边数的增加，其周长也逐渐接近圆的周长。刘徽运用这一方法算出圆周率约为314。祖冲之在此基础上，进一步研究发现，圆周率的精确程度与圆内所接正多边形的边数成正比。

刘徽的数学成就是祖冲之进一步推算圆周率的重要基石。在刘徽的理论指导下，祖冲之开始了他的演算之旅。他与年仅十三岁的儿子夜以继日地计算了十几天，从正六边形开始，逐步推算至正九十六边形。他们惊讶地发现，正九十六边形的计算结果比刘徽的少了0000002丈。

面对这一差异，祖冲之的儿子提出质疑，认为可能是刘徽的计算有误。然而，祖冲之却持谨慎态度，他强调推翻前人的结论需要有充分的依据。于是，父子俩再次投入到繁琐的计算中，重新核查每一个步骤。这次，他们确认刘徽的结果是准确的，尽管多花了十几天的时间，但祖冲之却深刻体会到严谨计算的重要性。

为了得出更精确的结果，祖冲之废寝忘食地继续他的计算。他不断推算，直至正一万两千二百八十八边形和正两万四千五百六十七边形。这两个结果之间的差异仅有00000001，显示出他惊人的计算能力和毅力。他明白，理论上可以继续深入计算，但现实条件限制了他的进一步探索。

经过无数次的运算和验证，祖冲之终于得出了圆周率的精确范围，即在3与3之间。这一成就在数学史上具有划时代的意义，他首次将圆周率精确到小数点后七位，这一纪录保持了整整一千年之久。

除此之外，祖冲之还在圆周率近似分数上做出了杰出贡献，他得出了约率22/7和密率355/113。这一成果比欧洲早了一千多年，因此在国际科学界，有些科学家提议将这一密率值命名为“祖率”，以表彰他的卓越贡献。

除了在天文学和数学领域的卓越成就外，祖冲之在机械制造业也展现了非凡的才华。他发明了“计时器”、“水推磨”和“千里船”等机械装置，这些发明大大提高了生产效率，为当时的科技发展做出了重要贡献。