关于阿基米德(公元前287-212)的几乎所有关于他生命的描述的第一个细节之一是着名的场景,他在锡拉丘兹的街道上湿漉漉地跑着,喊着“Eureka!,Eureka!”(“我找到了它!”)。然而,这一主义事件未能体现出最伟大的希腊数学家和古代机械工程师应得的尊重。阿基米德是数学和工程学的先驱,比他同时代的人要早几个世纪。他是一位名叫菲迪亚斯的天文学家的儿子,住在希腊城市锡拉丘兹,在欧几里德的继承人之下在亚历山大学习与锡拉丘兹的统治者希伦二世(King Hieron II)有着密切的关系。
像古代所有具有极高才华的重要人物一样,他的故事在几个世纪以来充满了许多神话和其他非历史记载,以维持他的特殊性。因此,明确区分实际历史事实和为装饰他的故事而添加的传说是一个挑战。
历史背景
在第二次布匿期间,阿基米德在将数学知识应用于武器方面的成功在罗马与锡拉丘兹之间的中发挥了重要作用。这场冲突的发展可以追溯到公元前290年左右,当时罗马人成为意大利中部的新统治者,并开始征服意大利海岸的希腊城市。在公元前270年,Hieron II(公元前308-215)成为位于西西里岛的锡拉丘兹国王,这座城市经历了最后的繁荣时期。在西西里岛,罗马人和迦太基人在公元前264年第一次布匿中面对面开始。迦太基人是大海的主人,因此罗马人依靠南方希腊城市的帮助建造自己的船只,因此能够在海上与迦太基人作战。在公元前241年,罗马击败了迦太基并接管了西西里岛。在他的统治期间,希隆二世与罗马人和平相处,当罗马在第一次布匿后接管西西里岛时,锡拉丘兹仍然独立。
他制定了“阿基米德原理”,也称为浮力定律。
公元前218年,第二次布匿开始了; 这是迦太基和罗马之间的第二次重大。在公元前215年,Hieron II去世了,他的继任者Hieronymus通过改变立场和支持迦太基做出了一个非常糟糕的决定:他觉得罗马人会输掉。罗马人对这一决定并不满意,并且他们在公元前214年至212年围攻锡拉丘兹市时表明了这一点。最后,罗马人进入城市,并奴役其公民,并将其解雇。
阿基米德的贡献
在阿基米德时期,希腊文化的中心是亚历山大,这是当时最伟大的奖学金中心。阿基米德在这里接受了包括数学在内的多个学科的最好的培训。阿基米德对数学的投入与牛顿的投入相比较:为了继续学习数学,他们经常忽略食物,饮料,甚至基本的身体护理。大约三个世纪后,普鲁塔克在阿基米德写道:
不可能在所有几何中找到更困难和复杂的问题,或更简单和清晰的解释。有些人把这归因于他天生的天才; 而其他人认为,令人难以置信的努力和辛劳产生了这些,在所有外观,简单和未显眼的结果。
(杜兰特,第629页)
阿基米德的数学着作可分为三类:
1.证明与固体有关的定理和由曲线和曲面界定的区域的工作。
2.从几何角度分析静力学和静水力学问题的工作。
3.杂项作品,包括一些强调计数的作品,如The Sand Reckoner。
在他关于圆的测量的工作中,阿基米德得出的逻辑结论是圆的圆周与直径的比率,我们今天称之为“pi”(π)的数学常数大于3 1/7但小于3 10/71,非常接近。
阿基米德裸奔的着名事件始于为希隆二世制造的皇冠:国王怀疑工匠可能为自己保留了一些黄金提供任务并用黄金和低质量材料的混合物代替。国王想知道工匠是否取代了黄金,但他想在没有损坏皇冠的情况下找到它,所以他要求许多专家测试皇冠而不损坏它。我们被告知,阿基米德是这些专家之一,经过几周的思考,他在公共浴场踩到浴缸时找到答案。他注意到两件事; 首先,根据他浸入的深度,水溢出,其次,他的身体看起来体重越来越轻。
在这个启示之后,如果我们要相信这个传说,阿基米德就会从锡拉丘兹的街道上冲下来,大概是赤身和潮湿,兴奋地大喊他已经找到了国王问题的答案。他制定了“阿基米德原理”,也称为浮力定律,它指出任何完全或部分浸没在流体中的物体都会经受与被驱替流体重量相等的向上力。这一原则为阿基米德提供了对表冠材料构成的测试。回到家里,他发现了一个给定的重量浸银时,银的位移比同等重量的金更多。
原因是与黄金相比,银的单位重量更多。然后他继续淹没了王冠,并将由它取代的水与一定数量的金等于皇冠的重量进行了比较。阿基米德得出的结论是,皇冠并非完全由黄金制成,证实了国王的怀疑,因此他能够准确地说出失去了多少黄金。
在一篇我们只通过摘要知道的丢失的论文中,阿基米德制定了杠杆和平衡法。他如此准确地做到了这一点,直到公元16世纪才取得进展。他还发现了滑轮用于提升大型重物的好处。他对杠杆和滑轮提供的机械优势感到非常惊讶,他称之为“给我一个站立的地方,我会移动地球”。希尔顿国王向阿基米德提出挑战要求进行测试,因此阿基米德安排了一系列巧妙设计的嵌齿轮和滑轮,以便他独自坐在机械装置的一端,设法从水中划出满载的船只。把它放在土地上,这是一百个人几乎无法完成的任务。
尽管他发现了所有物理定律,但阿基米德从未真正将它们称为法律,也未将其描述为观察和测量; 相反,他将它们视为纯粹的数学定理,在类似欧几里德为几何学开发的系统的逻辑中。希腊科学在阿基米德时代,人们倾向于低估观察并赞成逻辑论证:希腊人认为最高知识是基于演绎推理。
然而,这并没有妨碍阿基米德的实验; 事实上,他从同时代人中脱颖而出,因为他成功地将他的理论知识付诸实践。但他提出发现的方式总是从数学的角度来看,他从未试图从工程学的角度提供系统的描述。而且,当他提到机械实验时,他实际上正在使用它们来帮助理解数学:这显示了古代科学之间关键的区别,其中实验用于帮助理论理解,而现代科学则用理论来追求实际结果。
死亡和遗产
在Hieron II去世后,Syracuse和罗马人之间开始了。这座城市遭到陆地和海上的袭击。七十五岁是阿基米德在保卫城市中扮演核心角色的障碍。运用他作为工程师的技能,他开发并安排了弹射器,将重型石块投掷到很远的地方,穿过城墙上的洞,让弓箭手射箭,并设置能够释放大量石头的起重机。当他们到达时,罗马船只。这些发明非常有效,罗马指挥官马库斯·克劳迪乌斯·马塞勒斯放弃了攻击锡拉丘兹的想法,并认为围攻是打破这座城市的唯一途径。在公元前212年,饥饿的城市投降了,罗马人了锡拉丘兹。
马塞勒斯对阿基米德的天才印象深刻,他命令有才华的希腊人应该被活捉。尽管如此,当罗马士兵定位阿基米德时,他正在海滩上画沙子中的几何图形并研究他的许多定理之一。他无视士兵的命令,并要求一些额外的时间来完成他的工作。愤怒的士兵可能会感到有点侮辱,立即杀死了所有历史上最伟大的思想家之一。
阿基米德去世了,但他的想法无法被杀死,阿基米德的作品在中世纪的许多冒险和翻译之后,以一种无障碍的形式存活下来。在文艺复兴时期,阿基米德的工作引起了对发展中的科学运动的广泛兴趣。由于将数学应用于物理学以及他的许多聪明实验,伽利略对阿基米德非常。西方世界将不得不等到莱昂纳多达芬奇才能看到更强大的机械天才。