科學家成長故事

第十二章 偉大的科學家祖衝之

　　祖衝之是我國南北朝時期的一位著名的科學家。他不但在數學方麵，而且在天文曆法、機械製造等領域都作出了卓越的貢獻。

　　公元429年，祖衝之出生於範陽（今河北淶水縣）一個科學世家，生活條件優越。他自幼就特別喜歡數學，不喜歡讀那些枯燥的經書，也不喜歡背那些難懂的詩詞。他對仕途毫無興趣。為此，父親經常責罵他。祖父祖昌任大匠卿，主管土木建築。他常為祖衝之辯護說：“隻會死記硬背，不肯動腦筋，又不會動手的人才真的沒有出息呢！”因此，祖衝之特別喜歡和祖父在一起。祖父經常給他講一些建築知識，這對小衝之影響很大。無論去哪兒，祖父總把小衝之帶在身邊，以增加他對社會的了解，開闊視野，擴大知識麵。工地上有許多能工巧匠，他們個個能畫會算，祖衝之對他們從心眼裏敬佩。

　　平時，祖衝之和工地附近村裏的小孩兒們一起玩，這些小孩子會爬樹，認識很多的花、草、樹木、鳥兒和蟲子，還會遊泳。和他們在一起，祖衝之也學到了許多知識。晚上，他們在院子裏看星星，祖衝之會告訴那些孩子們：“那是織女星，那是牛郎星，這兩顆星中間隔著的是銀河……你們瞧，那七顆星是北鬥星，北鬥星的把兒，是會隨著天氣的變化而變化的……”這些孩子們很喜歡祖衝之，他們在一起玩得非常開心。

　　祖衝之是個愛動腦的孩子，他經常向祖父提出一些問題，如：“月亮為什麽有的時候是圓的，像個盤子，有的時候是彎的，像把鐮刀？”“為什麽太陽白天出來，而月亮晚上出來呢？”“為什麽太陽會比月亮熱……”為了解答祖衝之的問題，祖父找來一些文章，讓他自己看，並說：“這是漢朝天文學家張衡的文章，認真看看，你會得到一些答案。”

　　祖衝之如饑似渴地讀著這些文章。過了一段時間，祖父問他：“你現在知道月亮為什麽會有時圓，有時缺了嗎？”祖衝之說：“啊，我懂了。月亮本身是不會發光的，朝著大陽的一麵有光亮，背著太陽的一麵就沒有光亮。”他又接著說：“人站在地球上看月亮，正對著陽光照射的一麵時，就是滿月；側對著陽光照射的一麵時，就是半月；由於角度不同，所以月亮有時看起來像把鐮刀……”祖父聽了很高興，就繼續問他：“你說得對，如果日月相對，地球在中間，太陽光被地球遮住了，照不到月亮上時，會發生什麽情況呢？”祖衝上立刻回答說：“發生月食！”祖父自然又是鼓勵他一番。從此，祖衝之對有關天文學的文章和書籍產生了濃厚的興趣。他看書時，還把祖父給他的小木球（有點像今天的地球儀）擺在麵前，轉來轉去，進行研究。

　　461年，祖衝之進入“華林學省”（國家學術研究機關）從事科學研究。他孜孜不倦地鑽研天文、曆法和數學等科學知識。

　　對於農業生產而言，天文、曆法至關重要。為促進農業發展，祖衝之以滿腔熱情投入了天文曆法研究。他一麵熟讀先輩科學家的論著，汲取營養，豐富自己；一麵親自操作天文儀器觀測天象，從實踐中檢驗前人天文曆法理論正確與否。結果發現古代11家曆法都有錯誤。當時實行的《元嘉曆》雖比古曆精密一些，但問題也不少。主要缺陷在於《元嘉曆》推算日月星辰的位置有偏差，所以推算出的節氣和所設的閏月均欠精確。農民按《元嘉曆》生產，必然造成不應有的損失。於是，祖衝之決意改革舊曆。

　　462年，祖衝上把他編製的新曆法獻給了皇帝，稱為《大明曆》。通過編製《大明曆》，祖衝之測得地球繞太陽一周的時間為365.242841481日，比現代測定的數值僅差50秒；測得月球繞地球一周的時間為29.21222日，比現代測算的數值相差不到1秒，其精確程度在當時世界上是最先進的。為了能替下當時采用的舊曆，頒行新曆，祖衝之與宋孝武帝的寵臣——懂得天文、曆法的戴法興進行了麵對麵的辯論。戴法興是一個保守主義者，在辯論中提出了很多問題來難為祖衝之，企圖把祖衝之駁倒。戴法興認為太陽的運動沒有一定的規律，日月星辰運動的快慢，凡人是不可知的，而且曆法是古代留傳下來的，不應隨便更改。他的這些保守的理論，都被祖衝之用事實——駁回。辯論到最後，在場的多數大臣都認為祖衝之是正確的，而宋孝武帝通過雙方的辯論也知道了《大明曆》的優點，就決定在465年改用新曆。這場辯論也成為中國曆法史上著名的論戰之一。

　　祖衝之在數學領域也取得了突出的成就。他按照劉徽的割國方法繼續計算下去，從下192邊形，一鼓作氣演算到正1536邊形，得出了圓周率在3.1415926到3.1415927之間，在世界數學史上第一次把圓周率推算準確到小數點後第7位。在國外直到1000年以後，阿拉伯數學家卡西計算到小數點後16位，才打破了祖衝之的記錄。祖衝之還明確指出了圓周率的上限和下限，用兩個高準確度的固定數作界限，精確地說明了圓周率的大小範圍。在歐洲，德國人奧托和荷蘭人安托尼茲得到這一結果，是在16世紀。

　　464年，祖衝之被調任為婁縣縣令。478年，祖衝之被調回建康，任謁者仆射。

　　劉宗統治的末年，守衛皇宮的禁衛軍頭目蕭道成打算造一輛好的指南車。這時祖衝之正在朝廷做謁者仆射，平時又有博學的名聲，於是蕭道成就去請求祖衝之，讓他想辦法重造一輛指南車。祖衝之答應了。經過反複的試驗，祖衝之算準了每一個齒輪的半徑和齒距，叫銅匠依圖鑄造。最後製成了一具鋼製的機械，機械的上麵插著一個小木人，它的右手前伸，手指指著前方。這輛銅製的指南車真是名副其實，不管怎麽轉動它，它都始終指向一個方向——南方。這是一項很少有過的高超技術。

　　479年，在齊統治的前期，祖衝之發明了機械船，製造了水碓磨等糧食加工工具。494到498年之間，又擔任長水校尉的官職，寫過一篇《安邊論》，很受齊明帝的欣賞。

　　公元500年，祖衝之去世，終年72歲。