数学大师启示录阿基米德

故乡启蒙在波浪滔滔的地中海上,有一颗美丽的珍珠,那就是由希腊移民在西西里岛上建立的城邦叙拉古。这里气候宜人,土地肥沃,交通便利,经济相当繁荣。公元前年,传奇般的巨人、古代最伟大的数学家和物理学家阿基米德,就出生在叙拉古的一个贵族家庭。他的父亲菲狄阿斯是位天文学家,和叙拉古国王(僭主)希伦二世有点亲戚关系。菲狄阿斯终生研究日月之间的距离,可惜没有结果。阿基米德8岁上学,除了和许多男孩一起受到严格的体育和智育训练以外,还有个专门的奴仆照料他的生活,向他灌输当时的思想道德观念。阿基米德默默地听从这个卑微的老师的教导,认真学习荷

马史诗、伊索寓言和其他的社会伦理著作。不过,他对它们的兴趣似乎很有限。他时常在石子和沙盘跟前琢磨,一站就是半天;他觉得在数和形的世界里遨游要有意思得多。小阿基米德也喜欢在静谧的夜晚跟着爸爸去观察天象。小星星向小家伙不停地眨眼,遥远的天穹传来的信息多么神秘而迷人啊!到海边去玩也是快活的。眺望无边的大海,使他心旷神怡。在沙滩上翻跟头、竖蜻蜒,累了就趴在松软的沙土上,看着那热闹繁忙的码头。各式各样的船只、紧张操作的水手和吃力负重的搬夫激起小阿基米德一番又一番的思索。满载货物的大船为什么不沉?船上的风帆最好做成什么形状?这些问题在今天已经不是难题。可是在阿基米德小时候,要回答它们就不简单了。因为当时不但没有坐标法,也不懂微积分,就连浮力定律还是阿基米德长大以后才发现的。人类对自然和社会的认识是逐渐积累和深化的;开拓人类文明的先驱者们要经历一条多么艰难而曲折的道路!当然,小阿基米德并不是没有前人积累的知识可以学习。叙拉古已经不是一片荒滩。不过,比起大海彼岸的亚历山大城,叙拉古的文化毕竟落后得多。没几年功夫,阿基米德以优异成绩学完了叙拉古学生通常学的功课。他不但熟读经书,而且注重实际。他看到搬夫们劳动艰苦,就设计了杠杆滑轮装置,以便吊起沉重的货箱。他虽然没享有“神童”的殊荣,却得到过国王的青睐,被接到王宫住了几天。不过阿基米德对王室的享乐兴趣不大,总惦记着有机会到亚历山大城去学习。他看到了一些现象,可是道理还不清楚。他想到了一些问题,

答案却还茫然。年轻人在百思不得其解的时候,多么需要先行者的帮助啊!专心治学的父亲病倒,不幸中年谢世。阿基米德很悲痛,也日益感到世态炎凉,看到了以前所不知道的生活中丑恶的一面。古希腊的文明光辉灿烂,而它的野蛮也是赤裸裸的,令人触目惊心。别的且不说,在发达的商业中有一大宗是奴隶买卖。战争中的俘虏就是奴隶。那时候的海盗,“越货”不杀人,掳去卖给奴隶贩子。兵匪一家,无理可讲。这样的奴隶市场“货源”充足,久盛不衰。一天,阿基米德路过奴隶市场。闹哄哄的吵嚷声使他不由自主地停住脚步。只见一个满脸横肉的奴隶贩子正揪着一个老人的头发在高声嚷嚷:“红头发不妨碍他干活。再说这老头还挺有学问,在亚历山大城有点名气呢!”“啊!”阿基米德怒不可遏,抢上前去,厉声呵斥奴隶贩子:“你别再折磨他了!你不知道他是个老人吗!”那欺软怕硬的家伙松了手。一打听,那红发老人竟是萨摩斯的科农!这位有名的科学家怎么成了被拍卖的奴隶?阿基米德顾不得细问,当即用坚定的语气向奴隶贩子声明,他决定赎走科农。归途中,阿基米德义愤填膺。科农,这位对圆锥曲线和日食研究卓有贡献的大学者,竟同几十块钱一头的牲口一样被买卖!这帮愚昧贪婪的人间败类,和吃人的野兽有什么两样!回到家里,阿基米德把他对科学的热爱、对师长的尊敬和对奴隶

的同情,都倾注到对科农的慰问和接待上了。科农是怎样沦落为奴隶的呢?原来,他在参加亚历山大城天文台一次星座观察的时候,在地中海遇上了海盗,被劫到罗马卖给奴隶贩子,又辗转到叙拉古的奴隶市场。若不是阿基米德搭救,老人的命运就不堪设想了。科农十分感激阿基米德,更感快慰的是,他发现阿基米德志趣高尚,勤奋好学,所问所答,显示出年轻人思维敏捷活跃,见解深刻独到。还有什么比发现一棵好苗子更使园丁高兴呢?科农决心尽自己力量好好培养阿基米德。阿基米德和科农邂逅,聆听老人教导,消除了思考中的许多疑团,开阔了眼界,感到十分兴奋和愉快。他想挽留老人多住些日子,可是科农离家的时间已经不短,怎么忍心让老人和家人久久分离?依依惜别的时候,科农郑重邀请阿基米德来年春天到亚历山大城学习。这正是阿基米德盼望已久的事,他欣然从命。渡海求学春天终于来临了。阿基米德告别母亲和妻子,搭上一艘开往亚历山大城的航船启程。在一望无际的蔚蓝的海面上,白色的海鸥在自由翱翔。阿基米德的心随着海鸥飞向那遥远的学术圣地亚历山大城。虽然是少有风暴的航海季节,水手也精明老练,但是,没有航海罗盘,又没有导航海图,漂洋过海毕竟是很危险的。再说,海盗

出没无常,防不胜防。只要远处出现船只,大家就紧张起来。有一回碰上的倒不是海盗,而是船头装着巨大的“乌鸦座”吊桥的罗马战船。这时期罗马人在第一次布匿战争中战胜迦太基人,控制了西西里等岛屿。叙拉古就在他们的“保护”之下。骄横的罗马战船驶到面前,摆出宗主国老爷的架势,把叙拉古人羞辱了一番。这帮家伙对自己的老百姓尚且耀武扬威,何况对“保护国”的臣民。阿基米德深深地感到悲哀,自己的祖国比被揪着头发拍卖的奴隶的处境好多少呢?科农老人说得对,叙拉古不能幻想罗马人的保护,倒是要提防他们的骚扰。他们造出“乌鸦座”吊桥,不就是为了行凶逞强,掠夺侵略吗?叙拉古必须有自卫的准备。可是希伦王和他的大臣们正沉溺在权力和享乐之中。叙拉古的前途实在令人忧虑。几天以后,驶近目的地的喜悦才排开罗马战船引起的不快。一天清早,阿基米德终于在东方的晨曦中看到亚历山大港口有名的灯塔。这座灯塔是古代西方七大奇观之一。它那几十层楼高的塔身巍然屹立在法罗斯岛上,令人肃然起敬,也强烈地震撼阿基米德的心。亚历山大是古代最大的城市,街道宽阔,建筑宏伟。线条粗犷、装饰华丽的托勒密王宫和公共庙坛雄伟壮观。多么能干的亚历山大人啊!不过,阿基米德没有心思细细观赏,直奔他仰慕已久的博物馆。他在天文台会见了日夜思念的科农老人。重逢的兴奋的欢愉是可以想像的。科农让客人早些休息,以消除旅途的疲劳。可是阿基米德哪里睡得着!主人刚离开,他就悄悄出门,找到不远处的图书馆。看到那丰富的收藏,阿基米德心花怒放。用木棍把一张张纸莎草纸卷起来的

一卷卷珍贵的手抄书,堆满了一列列高大的书架。打开一卷,是希腊自然哲学家德谟克利特的几何著作;再看一卷,是欧多克斯的天文学说。啊!这些大卷就是欧几里得的《几何原本》!阿基米德看着看着,很快入了神,周围的事物和时光的流逝,他全然不知觉了。……天色已经暗下来,图书馆里的读者走光了。一位年轻人热情地过来和阿基米德打招呼。他竟然毫无反应。年轻人搭着他的双肩,摇了两下。阿基米德才缓缓抬起头来。两人默默地审视着对方。“厄拉多塞,”年轻人爽快地自我介绍。“阿基米德,刚从叙拉古来。”厄拉多塞听了大喜过望:“你原来就是科农老师多次谈起的阿基米德!”说着和阿基米德紧紧拥抱起来。对于好学而热情奔放的厄拉多塞,阿基米德也衷心喜爱。两人一见如故,从此结成终生的挚友。在科农和厄拉多塞两位师友的帮助和关怀下,阿基米德开始了紧张而愉快的留学生活。古希腊群星璀璨古希腊独特的经济、政治状况和地理环境,使它在文明史上享有不朽的地位。古希腊繁荣的科学艺术对西方文化发展影响巨大,在近代数学奠基中起着决定的作用。古希腊一批杰出人物功绩辉煌,

名垂千古。阿基米德置身于学术的殿堂,在璀璨群星光照之下潜心研究,学到了丰富的知识。更重要的是,他博采众长,形成自己的见解、方法和风格。“希腊数学鼻祖”泰勒斯(约前—约前)把几何从测量经验提高为演绎科学,建立了初等几何的一些定理。阿基米德很赞赏泰勒斯把自己的理论付诸实践:利用相似形概念,测算金字塔高度以及航船和海岸的距离,研究航海技术和贸易经济。泰勒斯提出“万物皆为水”,表明他摆脱了宗教神灵观念,断定自然界有它固有的物质组成,是人类可以认识的。科农的同乡,和释迦牟尼、孔子同时代的毕达哥拉斯(前—前)提出“万物皆数也”。这听起来似乎过于玄妙;可是仔细一想,其中的确蕴涵着某种真理。放眼五彩缤纷的世界,哪一样离得开数呢?浑圆的天体沿着几何轨迹运行。琴弦的长度和音调的高低有一定的比例关系。变幻不息的宇宙是和谐的。大自然遵循数学的规律。年轻的阿基米德深深地感动了。毕达哥拉斯学派又从自然实体中抽象出数和形。正整数不一定是小石子,直线也不总是拉直的绳索。这种抽象使人类对数学认识发生重大飞跃。数学的力量不正在于它的抽象性吗?毕达哥拉斯学派最负盛名的数学成就是首先证明了毕达哥拉斯定理:“直角三角形斜边平方等于两直角边平方的和。”

这个事实早在多年前巴比伦人已经知道。在毕达哥拉斯以前多年,中国数学家也指出过“勾三股四弦五”的关系。在中国,这个定理称为“勾股定理”。古代证明这个定理不容易。据说,毕达哥拉斯学派证明它以后,宰了头牛,大摆筵席,庆祝这一人类智慧的伟大胜利。从勾股定理,他们很快发现存在无公度的两线段,也就是发现了无理数。他们还掌握了黄金分割作图和二次方程的图解法,并且知道存在5种正多面体。毕达哥拉斯讲学备受欢迎。当时明令禁止女子听讲,可是常常有女子不惜犯禁前来参加。看到毕达哥拉斯学派的巨大成就,阿基米德不禁发出赞叹。可是科农老人说:“毕达哥拉斯后来在克罗顿创立学园,遭到反对派袭击。学园被焚毁,毕达哥拉斯逃到米太旁顿。但是,他仍旧没有能逃脱政敌的追击,公元前年在米太旁顿被害。”科农的话引起阿基米德一阵叹息,他久久沉默不语。他联想到大哲学家苏格拉底(前一前),因为政见为统治者所不容,被迫在狱中服毒自杀。科学家常常天真地想逃离政治,搞纯粹的学术研究。可是,他们什么时候脱离过现实的政治社会而生活在真空中呢?苏格拉底的大弟子柏拉图(前一前)在自己学园门口立着一块牌子:“不懂数学者免进。”并且认为,“神永远按几何规律办事。”这使阿基米德高兴。他尤其赞同柏拉图在数学研究中明确

规定术语的含义,指明推理依据的主张。没有“定义”和“公理”,一切命题的确难说清楚。阿基米德久闻亚里士多德大名,但是还没有读过他的著作,只从亚历山大城的学友言谈中有所了解。亚里士多德最有价值的贡献是创立逻辑学。在认识自然过程中,严密的演绎推理是必不可少的。亚里士多德把前人的成果规范化、系统化,建立起形式逻辑体系,影响极其深远。一直到19世纪以前,人们还没有发现它的不足。不过对于在西方学术界被认为具有至高无上权威的亚里士多德的世界体系,阿基米德是存疑的。他认为,亚里士多德的以地球为中心的宇宙观不如当时亚历山大城另一位学者阿利斯塔克的日心学说有道理。后来,阿基米德不顾亚里士多德的威望有多高,向人们介绍了阿利斯塔克的日心说,终于产生了一定的影响,以至于在多年以后,哥白尼(—)建立新的日心说的时候还能感受到它。比起这些哲学家来,欧多克斯更引起阿基米德的


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