第13章 伟大的科学家祖冲之

祖冲之是我国南北朝时期的一位著名的科学家。他不但在数学方面，而且在天文历法、机械制造等领域都作出了卓越的贡献。

公元429年，祖冲之出生于范阳（今河北涞水县）一个科学世家，生活条件优越。他自幼就特别喜欢数学，不喜欢读那些枯燥的经书，也不喜欢背那些难懂的诗词。他对仕途毫无兴趣。为此，父亲经常责骂他。祖父祖昌任大匠卿，主管土木建筑。他常为祖冲之辩护说：“只会死记硬背，不肯动脑筋，又不会动手的人才真的没有出息呢！”因此，祖冲之特别喜欢和祖父在一起。祖父经常给他讲一些建筑知识，这对小冲之影响很大。无论去哪儿，祖父总把小冲之带在身边，以增加他对社会的了解，开阔视野，扩大知识面。工地上有许多能工巧匠，他们个个能画会算，祖冲之对他们从心眼里敬佩。

平时，祖冲之和工地附近村里的小孩儿们一起玩，这些小孩子会爬树，认识很多的花、草、树木、鸟儿和虫子，还会游泳。和他们在一起，祖冲之也学到了许多知识。晚上，他们在院子里看星星，祖冲之会告诉那些孩子们：“那是织女星，那是牛郎星，这两颗星中间隔着的是银河……你们瞧，那七颗星是北斗星，北斗星的把儿，是会随着天气的变化而变化的……”这些孩子们很喜欢祖冲之，他们在一起玩得非常开心。

祖冲之是个爱动脑的孩子，他经常向祖父提出一些问题，如：“月亮为什么有的时候是圆的，像个盘子，有的时候是弯的，像把镰刀？”“为什么太阳白天出来，而月亮晚上出来呢？”“为什么太阳会比月亮热？”为了解答祖冲之的问题，祖父找来一些文章，让他自己看，并说：“这是汉朝天文学家张衡的文章，认真看看，你会得到一些答案。”

祖冲之如饥似渴地读着这些文章。过了一段时间，祖父问他：“你现在知道月亮为什么会有时圆，有时缺了吗？”祖冲之说：“啊，我懂了。月亮本身是不会发光的，朝着大阳的一面有光亮，背着太阳的一面就没有光亮。”他又接着说：“人站在地球上看月亮，正对着阳光照射的一面时，就是满月；侧对着阳光照射的一面时，就是半月；由于角度不同，所以月亮有时看起来像把镰刀……”祖父听了很高兴，就继续问他：“你说得对，如果日月相对，地球在中间，太阳光被地球遮住了，照不到月亮上时，会发生什么情况呢？”祖冲上立刻回答说：“发生月食！”祖父自然又是鼓励他一番。从此，祖冲之对有关天文学的文章和书籍产生了浓厚的兴趣。他看书时，还把祖父给他的小木球（有点像今天的地球仪）摆在面前，转来转去，进行研究。

461年，祖冲之进入“华林学省”（国家学术研究机关）从事科学研究。他孜孜不倦地钻研天文、历法和数学等科学知识。

对于农业生产而言，天文、历法至关重要。为促进农业发展，祖冲之以满腔热情投入了天文历法研究。他一面熟读先辈科学家的论著，汲取营养，丰富自己；一面亲自操作天文仪器观测天象，从实践中检验前人天文历法理论正确与否。结果发现古代11家历法都有错误。当时实行的《元嘉历》虽比古历精密一些，但问题也不少。主要缺陷在于《元嘉历》推算日月星辰的位置有偏差，所以推算出的节气和所设的闰月均欠精确。农民按《元嘉历》生产，必然造成不应有的损失。于是，祖冲之决意改革旧历。

462年，祖冲上把他编制的新历法献给了皇帝，称为《大明历》。通过编制《大明历》，祖冲之测得地球绕太阳一周的时间为365.242841481日，比现代测定的数值仅差50秒；测得月球绕地球一周的时间为29.21222日，比现代测算的数值相差不到1秒，其精确程度在当时世界上是最先进的。为了能替下当时采用的旧历，颁行新历，祖冲之与宋孝武帝的宠臣——懂得天文、历法的戴法兴进行了面对面的辩论。戴法兴是一个保守主义者，在辩论中提出了很多问题来难为祖冲之，企图把祖冲之驳倒。戴法兴认为太阳的运动没有一定的规律，日月星辰运动的快慢，凡人是不可知的，而且历法是古代留传下来的，不应随便更改。他的这些保守的理论，都被祖冲之用事实——驳回。辩论到最后，在场的多数大臣都认为祖冲之是正确的，而宋孝武帝通过双方的辩论也知道了《大明历》的优点，就决定在465年改用新历。这场辩论也成为中国历法史上著名的论战之一。

祖冲之在数学领域也取得了突出的成就。他按照刘徽的割国方法继续计算下去，从下192边形，一鼓作气演算到正1536边形，得出了圆周率在3.1415926到3.1415927之间，在世界数学史上第一次把圆周率推算准确到小数点后第7位。在国外直到1000年以后，阿拉伯数学家卡西计算到小数点后16位，才打破了祖冲之的记录。祖冲之还明确指出了圆周率的上限和下限，用两个高准确度的固定数作界限，精确地说明了圆周率的大小范围。在欧洲，德国人奥托和荷兰人安托尼兹得到这一结果，是在16世纪。

464年，祖冲之被调任为娄县县令。478年，祖冲之被调回建康，任谒者仆射。

刘宗统治的末年，守卫皇宫的禁卫军头目萧道成打算造一辆好的指南车。这时祖冲之正在朝廷做谒者仆射，平时又有博学的名声，于是萧道成就去请求祖冲之，让他想办法重造一辆指南车。祖冲之答应了。经过反复的试验，祖冲之算准了每一个齿轮的半径和齿距，叫铜匠依图铸造。最后制成了一具钢制的机械，机械的上面插着一个小木人，它的右手前伸，手指指着前方。这辆铜制的指南车真是名副其实，不管怎么转动它，它都始终指向一个方向——南方。这是一项很少有过的高超技术。

479年，在齐统治的前期，祖冲之发明了机械船，制造了水碓磨等粮食加工工具。494到498年之间，又担任长水校尉的官职，写过一篇《安边论》，很受齐明帝的欣赏。

公元500年，祖冲之去世，终年72岁。