第四回 专注——创造力的源泉
阿基米德(Archimedes)
公元前287年生于西西里岛(Sicilia,今属意大利)的叙拉古(Sracusa),
公元前212年卒于叙拉古。
数学、力学、天文学。
阳光闪烁,叙拉科西亚是那么耀眼,国王和他的臣民们只能斜着眼看它。它在船坞里,等待着入水式。这不是一艘寻常的船,叙拉科西亚是用最好的材料造的,船头很坚固,设计很新颖,装饰也很豪华。
亚历山大里亚的托勒玫王曾下令造船,叙拉古的希罗王遵照命令把船造出来了,而且造得很大。他想请托勒玫王来参加下水仪式。船虽造好了,但是没有办法把它送下水。希罗王很为难,只好请阿基米德来解决这个问题。
阿基米德曾在希罗王面前自夸:只要给我个立足点,我就能移动地球。这是因为阿基米德发现了杠杆定律。利用杠杆,人们就能举起比自己重很多倍的东西。
这船是在码头边上造成的,当阿基米德来到这里时,见到那么多人聚集在这里,感到惊讶。成群结队的工人们把货物装上船。在另一个斜坡上,服务员帮助旅客上甲板。希罗王决定让船尽可能地重,以此来考验阿基米德的创造力。
阿基米德开始工作了。有几个年轻人做助手,把准备好的滑轮、杠杆和绳子放在船的周围。人们都认为:这些机械设备,不可能移动像叙拉科西亚这么大的船。那么,阿基米德用这些机械干什么呢?
最后,一切都准备好了。阿基米德坐在海滨的一个小椅子上。在希罗王发出信号时,阿基米德把附在第一个滑轮上的绳子徐徐拉动。慢慢地,几乎毫不费力地,华丽而沉重的船开始向海移动。一会儿,该船滑入水中。困惑不解的人们高兴地手舞足蹈,欢呼不已。
阿基米德是一位解题能手,他喜欢思考科学问题,例如:如何测量圆的周长。然而,他更乐意帮助家乡(叙拉古)解决实际问题。那时候,叙拉古是希腊的一部分。阿基米德和他的父亲菲季阿都在这里出生,他喜欢这个城市。叙拉古处于西西里岛的海滨,很快就发展成为重要的商业中心,它是个适合思想家居住的地方。阿基米德去过亚历山大里亚,它也是个适合思想家居住的地方。当时他还年轻,在那里结识了一些朋友。但是,他还是不想离开叙拉古。
阿基米德的父亲菲季阿,曾是一位有名的天文学家。这也许是阿基米德对太阳、月亮和行星感兴趣的原因吧!一天他开始思考大数。绝大多数人深信:表示充满海岸的沙粒的数字不存在。沙是不能数的,所以那数必定大到超过了想像力。阿基米德喜欢挑战:他计算海岸的沙的数目,好像这不够困难;他决心计算填满整个已知宇宙的沙粒有多少?(在那时,人们认为:宇宙是太阳、月亮和五个行星之间的空间;当时,认定只有金星、水星、火星、木星和土星五个行星。)
首先,阿基米德计算装满一颗罂粟种子大小的沙有多少粒;然后,他计算装满人的一个手指大小的罂粟种子有多少颗;进而他计算填满一个露天剧场要用多少个手指。阿基米德这样一直做下去,最后得到它的答案是:1063粒(读作:10的63次方)。这数以例证表明阿基米德表示大数的新系统。他使用指数表明:一个数该被自乘多少次。
阿基米德把宇宙的大小估计得太小了。但是他计算了要填满那个空间要用多少沙粒。这引进了思考的新途径。一天,希罗王说:“阿基米德,我有另一个问题要向你请教。”
“好,陛下,我能给你什么帮助吗?”
“情况有一点我不满意,”国王详细地说,“我告诉了你,你可不要告诉任何人!”
“当然可以,请你相信我。”
“我的问题就在这里。丢奥森内斯为我造了个新皇冠,那不是?用丝绒包着的。”
“真华丽,陛下!你是否喜欢它?”
“从外表上看,我也喜欢,但是,我总觉得没有完全按照我的要求做。”国王解释说,“你知道,我为丢奥森内斯提供了制造皇冠所需要的金子。但是,现在我怀疑金匠在皇冠内以银代替了金,而把贵重的金子据为己有。”
“噢!”阿基米德被难住了,“当然,你不想把漂亮的皇冠割开,看个究竟。你让我证明你核对过皇冠的重量与你给予丢奥森内斯的金子是一样的重,是吗?”
希罗王点头。阿基米德没有立即解答出国王的问题,他有点困惑。
阿基米德答应思考这个问题,然后就走开了,他常常心不在焉地自言自语沉浸于问题中,连自己该往哪里走都忘了。有时撞着人,有时走到马车前面,有时甚至连吃饭也忘了,直到他的朋友提醒他。
一天,阿基米德在公共浴室洗澡,当他坐进木盆,一个思想像闪电一样出现了。他是那样的兴奋,为他的发现而兴奋,他冲出浴室跳着跑着上了街,喊道:“发现了,发现了!”竟然连衣服也忘了穿。阿基米德就这样发现了浮力定律。
在澡盆里,阿基米德观察到被他的身体排出的水量。他注意到:在他降低和升高他的身体时,水面也随着升高或下降;当他的身体完全进入水中时,水对他的浮力最大,水的浮力使他飘起来。经过思考,他认识到:支持的体积越大,水的浮力越大。有较大体积的物体与同样重量的小物体相比,承受着较大的浮力。例如,六寸的塑料尺和一个镍币一样重。但是,尺浮而镍币下沉。因为尺子有较大的体积,所以就有较大的浮力。
阿基米德知道:丢奥森内斯为希罗王制造的皇冠与国王给他的金子应该一般重才对,但是,如果这个皇冠排出的水多于同样重量的金子,就意味着皇冠的体积较大,所以,它必定包含着比金密度小的物质——银。他把与皇冠同样重的金放入水中,看水升高多少;然后,他又把皇冠置入水中,看见水升得较高。由此证明:皇冠有较大的体积,不是纯金。对于制造皇冠的金匠,后来如何处置,没人知晓。
关于他的发现,阿基米德写了许多小册子。有些小册子仍保存在博物馆中。阿基米德经常研究圆。他发现了圆的周长和圆的直径的确切的比。为此,他在圆内画了一个有许多边的多边形;又画了另一个多边形把圆包括在内。他得到著名的准确比,用的就是这种方法。在许多次试验之后,阿基米德宣布:这比在31〖〗7和310〖〗71之间,并称之为pi(π),现在已经被计算到小数点后许多位。
阿基米德对圆的工作,引导他去研究所有种类的曲线、球和螺线。他花很多时间绘制模型,仔细地写下他的观察结果。当时没有书写工具,他就从火中拨出冷灰,在上面画。他常在沙盘上工作。最后,他为发现的曲线、曲面、圆、球、圆锥曲线和螺线的面积、体积和重心给出了证明。阿基米德最引为自豪的发现是刻在他的墓碑上的球和圆柱图解。阿基米德在这些领域作出的研究成果都是杰出的,直到18世纪后半叶,有了新的工具之后,后人的研究才有了新的进展。
“您是否考虑过:如果你多做这些实用性的研究,而不是搞这些图形,你会多么有钱啊!”一天,阿基米德的一个邻居问他。
“也许钱和名对某些人来说,是重要的。我宁愿做我最感兴趣的事!”阿基米德回答。
“但是,螺旋抽水车是你发明的,这是实用的,是不是?”
“我以为每个人都该乐于帮助别人。但是,如果我花我的整个生命设计机械玩具,我会有失败感。”阿基米德笑着说。
与他的数学论文相比,像螺旋抽水车这样的发明,对于阿基米德来说,就像玩具。但是,螺旋抽水车确实是重要而且实用的工具。它的主体是一个管子,一端开着,里面有一根棒。当低端以一个角度浸入水中,上端旋转,螺旋就像麦秆一样把水抽到顶部。在埃及,农民们使用它,抽尼罗河的水来灌溉。水手们也使用它把船中的水排出去。在西班牙,它被用于把矿井中的水排出来。
阿基米德在他接近生命末尾时,不得不花较多的时间去研究实用装置。罗马和迦太基都争夺西西里(叙拉古为该岛首府);人们称之为迦太基之战。在希罗王死后,他的孙子希罗尼姆斯接收西西里,愚蠢地加入了迦太基联盟。罗马人筹划着攻击,并且,轻易地侵占了西西里,但是,他们没有想到:阿基米德创造了那么多新武器,为叙拉古增强了防守。
在阿基米德的指导下,军队开始了进攻性的计划。首先,他向他们展示:如何使用大弹弓,这种装置能把巨石越过城墙扔到港湾里的船上。然后,他们在地基上建造长竿,让它能转到城墙的任何部分。当它转到城墙外面时,把杠杆松开,巨石就落到敌人的船上,给他们以毁灭性的打击。阿基米德还设计了巨大的起重机,把它装在城墙上,能把船吊起,并把甲板上所有敌人倒入海中。
罗马人打算在两年内侵占叙拉古,但是没有成功。在看到阿基米德天才的巧妙的炮后,罗马水手中有不少人是“一朝被蛇咬,十年怕井绳”。有时,如果船离岸太近,希腊人从城墙上吊根绳子下去,罗马人就以为这又是阿基米德的什么新发明,将会毁灭他们,便纷纷逃命。
罗马军事指挥官马塞路斯对于败在阿基米德手里感到困惑和愤怒。他期待着有那么一天,希腊人会放松防守。这一天终于来到了,希腊人过纪念阿耳忒弥斯的节日,叙拉古的兵士们休息、过节、只顾吃喝的时候,忘记了城外的敌人。罗马人已经占领了这座城市,他们还不知道发生了什么事。
阿基米德曾触怒马塞路斯,但是,马塞路斯尊重这位数学家的品德和智慧。在他的兵士们下船之前,马塞路斯下了严格的命令:不得伤害阿基米德,必须捉活。
和他的同胞不一样,在罗马人侵占该城时,阿基米德没有去参加节日活动,像往常一样,他深深地沉浸于几何问题中。他没有想到有什么不寻常的事发生,他只知道:有个人站在阳光下,他的影子投在地上,那正是他画几何图形的地方。
他说:“不要挡住光线,你听见了吗?”又说:“你没看见,我在工作吗?”
“老头,起来跟我走!”这个士兵命令道。
阿基米德没有听见,他继续工作,皱眉沉思,深深地专注于研究。他没有注意到那个士兵佩带着剑。这个士兵骄傲和粗鲁,不遵从马塞路斯的命令,拔出了剑,刺死了古代世界最伟大、最富有创造力的天才。
马塞路斯深感悲痛,他立即为崇高的阿基米德举行了隆重的葬礼,对于阿基米德的家属尽全力予以安慰和照顾。阿基米德早年就有过这样的要求:将在圆柱体内画一个球体的图刻在他的墓碑上。马塞路斯让他的这个要求变成了现实。
- 叙拉古属希腊,所以,希罗王要听从托勒玫王的命令。