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阿基米德:一個想撬動地球的人

阿基米德(公元前287年—公元前212年),偉大的古希臘哲學家、百科式科學家、數學家、物理學家、力學家,靜態力學和流體靜力學的奠基人。阿基米德曾說過:“給我一個支點,我就能撬起整個地球。” 阿基米德和高斯、牛頓並列為世界三大數學家,甚至有人稱阿基米德為“數學之神”的過譽稱讚。

求學經歷

阿基米德公元出生於希臘敘拉古附近的一個小村莊,他出生於貴族,與敘拉古的赫農王有親戚關係,家庭十分富有。阿基米德的父親是天文學家兼數學家,學識淵博,為人謙遜。阿基米德受家庭的影響,從小就對數學、天文學特別是古希臘的幾何學產生了濃厚的興趣。

阿基米德十一歲時被父親送到埃及的亞歷山大城跟隨歐幾里德的學生埃拉託塞和卡農學習。亞歷山大城位於尼羅河口,是當時世界的知識、文化貿易中心,學者雲集,人才薈萃,被世人譽為“智慧之都”。阿基米德在這裡學習和生活了許多年,他兼收幷蓄了東方和古希臘的優秀文化遺產,對其後的科學生涯作出了重大的影響。

阿基米德對科學的研究,常常沉浸於忘我的思考之中,普魯塔克曾寫道:阿基米德廢寢忘食,完全忽視關心自己的身體。經常要強迫他去洗澡,在洗澡中,擦上香油膏,然而就在這時,他用手指在自己擦上油膏的身體上畫幾何圖形。

阿基米德:一個想撬動地球的人

主要成就

浮力原理

這次試驗的,阿基米德從中發現了浮力定律(阿基米德原理):物體在液體中所獲得的浮力,等於它所排出液體的重量。

阿基米德:一個想撬動地球的人

槓桿原理

國王替埃及托勒密王造了一艘船,因為太大太重,船無法放進海里,國王就對阿基米德說:“你連地球都舉得起來,把一艘船放進海里應該沒問題吧?阿基米德以此研究了槓桿原理:滿足下列三個點的系統,基本上就是槓桿:支點、施力點、受力點,要使槓桿平衡,作用在槓桿上的兩個力矩大小必須相等。

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機械應用

阿基米德在亞歷山大城求學時期,有一天在久旱的尼羅河邊散步,看到農民提水澆地相當費力,經過思考之後他發明了一種利用螺旋作用在水管裡旋轉而把水吸上來的工具,後世的人叫它做“阿基米德螺旋提水器”。埃及一直到二千年後的現代,還有人使用這種器械。這個工具成了後來螺旋推進器的先祖。

阿基米德利用機械應用,一生設計、製造了許多儀器和機械,例如舉重滑輪、灌地機、揚水機以及軍事上用的拋石機等。

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天文研究

阿基米德發展了天文學測量用的十字測角器,並製成了一架測算太陽對向地球角度的儀器。還曾經運用水力製作一座天象儀,球面上有日、月、星辰、五大行星。根據記載,這個天象儀不但執行精確,連何時會發生月蝕、日蝕都能加以預測。

阿基米德還認為地球可能是圓的。晚年阿基米德開始懷疑地球中心學說,並猜想地球有可能繞太陽轉動,這個猜想一直到哥白尼時代才被人們提出來討論。

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數學大師

阿基米德在幾何學方面有著極為光輝燦爛的成就。

阿基米德將利用“逼近法”算出球面積、球體積、拋物線、橢圓面積,後世的數學家依據這樣的“逼近法”加以發展成近代的“微積分”。阿基米德還利用割圓法求得π的值介於3。14163和3。14286之間。

另外他算出球的表面積是其內接最大圓面積的四倍,又匯出圓柱內切球體的體積是圓柱體積的三分之二,這個定理就刻在他的墓碑上。

阿基米德研究出螺旋形曲線的性質,現今的“阿基米德螺線”曲線,就是因為紀念他而命名。另外他在《數沙者》一書中,他創造了一套記大數的方法,簡化了記數的方式。

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保衛祖國

公元前218年,敘拉古和羅馬帝國之間發生戰爭,在阿基米德年老的時候,羅馬軍隊的最高統帥馬塞拉斯率領羅馬軍隊包圍了他所居住的城市,還佔領了海港。阿基米德為祖國的安危獻出了自己全部力量和智慧。當羅馬軍隊首領馬塞拉斯率領大軍進攻敘拉古時,阿基米德製造新的機械對抗羅馬當時先進的軍事設施。他製造了許多武器,做好在任何情況下擊退敵人的準備。若敵人離城市很遠,便用巨大的遠射程投射機器,發射大量的“重炮彈”和“火箭”,擊敗敵人的戰船。當阿基米德發覺炮彈落得太遠,不能擊中船隻時,便使用了適合較小距離的投射機器。這樣,使羅馬軍隊膽戰心驚,以致他們無力再向前推進。希臘文獻記載,當羅馬兵船靠近城下,阿基米德用巨大火鏡反射日光使兵船焚燒。另一種說法是他用投火器,將燃燒著的東西彈出去,燒燬敵人的戰船。總之,阿基米德竭盡全力,發明各種新式器械,給羅馬軍隊以沉重的打擊,為保衛祖國作出了重大貢獻。

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阿基米德之死

公元前212年,當敘拉古人民正在慶祝他們一年一度的阿爾傑米達節時,因叛徒的出賣,敘拉古城失守了。羅馬士兵衝入城內,闖進了阿基米德的房間。當時阿基米德正在全神貫注地研究一個幾何圖形、面對羅馬士兵的屠刀、他毫不畏懼、鎮靜自若的對羅馬士兵說,再給我一點時間,讓我證完這條定理,以免給後人留下一道尚未證完的問題。並高聲斥責羅馬士兵說“不要碰我的圖紙!”士兵認為這句話損害了他作為勝利者的威嚴,儘管在破城之後馬賽拉斯曾下令不得傷害阿基米德,但兇殘的羅馬士兵還是以劍刺向這位75歲的老人,偉大學者倒在血泊之中。

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最惋惜的就是那位羅馬軍隊的統帥馬塞拉斯,馬塞拉斯將殺死阿基米德計程車兵當作殺人犯予以處決。

馬塞拉斯為阿基米德舉行了隆重的葬禮,併為阿基米德修建了一座陵墓,再墓碑上根據阿基米德生前的遺願,刻上了“圓柱內切球”這一幾何圖案。

後記

阿基米德對數學和物理的發展做出了巨大的貢獻,即使牛頓和愛因斯坦也都曾從他身上汲取過智慧和靈感,他是“理論天才與實驗天才合於一人的理想化身”,文藝復興時期的達芬奇和伽利略等人都拿他來做自己的楷模。

然而,敘拉古人竟不知珍惜這非凡的紀念物,隨著時間的流逝,阿基米德的陵墓被荒草湮沒了。

後來著名政治家西塞羅遊歷敘拉古時有心去憑弔這位偉人的墓,眾人藉助鐮刀闢開小徑,發現一座高出雜樹不多的小圓柱,上面刻著的球和圓柱圖案赫然在目,這久已被遺忘的寂寂孤墳終於被找到了,墓誌銘仍依稀可見,大約有一半已被風雨腐蝕,依此辯認出這就是阿基米德的墳墓,並將它重新修復了。

又兩千年過去了,隨著時光的流逝,這座墓也消失得無影無蹤。有一個人工鑿砌的石窟,寬約十餘米,內壁長滿青苔,被說成是阿基米德之墓,但卻無任何能證明其真實性的標誌,而且不時有“發現真正墓地”的訊息,令人難辨真偽。