书城教材教辅科学家的故事
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第16章 祖冲之

勤学好问的祖冲之

祖冲之的父亲和祖父都十分喜欢数学,同时对天文历法也很有研究,受家庭环境的影响,祖冲之也对天文和数学产生了极大的兴趣。祖父是当时主管建筑工程的高级官员,每当他外出勘察时,常常带祖冲之一起去。祖冲之十分佩服工地上的许多工匠,因为他们既能算,又能画。工地周围还有很多孩子,他们会爬树,会游泳,会抓虫,还认识很多花草树木。

祖冲之非常喜欢与他们一起玩耍,因为从他们那里他能学到很多知识。最有趣的莫过于看他们数星星,孩子们指着天空告诉他,哪个是牛郎星,哪个是织女星,两颗星之间的光带叫银河。并告诉他怎样找北斗星:在北边的天空中排列有7颗亮星,其中4颗星组成斗魁,另外3颗星组成斗柄,组合在一起形成一个勺形,这就是北斗星;将斗魁中的两颗星连成线,并向北延长约5倍的地方,有颗亮晶晶的星就是北极星,当你夜晚迷失了方向,可以找到北极星来帮你辨清方向。小伙伴们还告诉他,斗柄随季节的变化在不停地改变方向……小祖冲之在一旁听得真是入了迷,这天空中有多少有趣的事情呀?

祖冲之常常钻到父亲或祖父的书房找书看。一次,他看完汉代天文学家张衡写的文章后,走进祖父的书房。祖父指着一个半边白色、半边黑色的木球问他:“为什么月亮会成这样子?”

小祖冲之歪着头想了想,两只小手一拍,答道:“我知道,张衡说月亮本身不发光,朝着太阳的一面由于受到太阳的照射后,又把太阳光反射给了地面,所以我们看到它有光亮。背着太阳的一面则没光亮,因此就像这个木球,一半白一半黑。”

祖父高兴地说:“对。你再想想,月亮为什么有圆有缺呢?”祖冲之看着木球想了想,说:“人站在地上正对着月亮发光的一面,就看到满月,侧对着发光的一面就是半月。侧得越多,见到的月亮就越小,成了月牙形……”

祖父高兴得胡子都翘起来了,说:“你说得对。如果日月相对,地球在中间,太阳光被地遮住照不到月亮上时,会发生什么现象呢?”

小祖冲之立刻回答:“月食。”

从这以后,祖冲之对有关天文的书产生了更加浓厚的兴趣。他一边看着书,一边转动着木球琢磨着。有一天,他听说有个叫何承天的官员,研究天文很有成就,就缠着祖父去拜访他。何承天见他对天文这么感兴趣,便说:“孩子,研究天文,很辛苦,既不能升官,也不能发财,何苦呢?”

祖冲之回答说:“我不想升官发财,只想弄清天地的秘密。”

何承天见他有志气,便带他到了后院。见到一个由砖砌成的圆池,中间立着一根木杆。祖冲之便问:“这是干什么用的?”

何承天告诉他:“这叫土圭,用来测量太阳的位置。”

祖冲之迷惑不解的问:“木杆这样短,太阳那么高,怎么量呀?”

何承天笑笑说:“不是用木杆量,而是根据杆影的方向和长度来量。早晨,太阳从东方升起,杆影朝西,很长。慢慢地杆影移向西北,越来越短。到正午,太阳升得最高,杆影最短。下午杆影又渐渐变长,转向东方,那就是夕阳西下了。”

祖冲之见地上有一条用砖石砌成的长长的线,便问:“这条线管什么用?”

何承天告诉他:“这是正北线。正午时,杆影落到线上,我就能看出杆影的长度,每天都不一样。”

祖冲之又问:“‘夏至’太阳在天空最高,杆影最短;‘冬至’太阳在天空最低,杆影最长,您说对吗?”

何承天听了,赞许地连连点头,说:“对!你真是个爱动脑筋的好孩子。”就这样,何承天把祖冲之引入了研究历法的大门。

幼年的祖冲之对什么都好奇、好学。他见村里的人们经常唱一首歌谣,他就一板一眼的跟着背诵:“初一看不见,初二一根线,初三、初四镰刀月,初七、初八月半边,直到十五月团圆。十七、十八月迟出,廿二半夜见半圆。一天更比一天瘦,廿九、三十月难见。”

小祖冲之一边摇头晃脑地背着,一边心里琢磨着,为啥偏偏十五月儿圆?为了搞清这个问题,他跑到祖父的身边,扯着他的袖子问起来。祖父回答说:“孩子,月有迟早、圆缺,‘月相’有自己的规矩,人们制定历法的时候,据月亮在天上的圆缺排定每月的日子,把看不见月亮的那天定为初一,叫‘朔’。把月儿最圆的那天就定为十五,叫‘望’。”

小祖冲之虽然不能完全听不懂祖父说的话,可有一点他明白了:不是因为十五月儿就圆,而是月儿圆的那天人们把它定为十五。他又一次尝到了想问题,问问题可以得到知识的甜头。从此后,他便常缠着祖父问这问那。祖冲之最不喜欢读那些枯燥无味的经书。为此,常常遭到父亲的训斥:“你这小子,没出息!”这时,在一旁的祖父就帮他解围,说:“只会死记硬背,不会动手动脑才没出息!”

就这样,冬去春来,祖冲之一年年长大,他从父辈那里学到了不少知识。

祖冲之和《大明历》

祖冲之生活的年代已经有相当先进的历法。古人依照月亮变化运行的规律,把第一次见到月圆到第二次见到月圆之间的时间,规定为一个月。这个月大约是29天多一点。一年12个月,这就是我们中国人采用的阴历。同时,人们经观测,掌握了四季变化与太阳的关系,并将这变化的一个周期定为一年,这就是人们常用的阳历。阴阳历相比较,阳历一年的天数比阴历长11天多。为了解决这个问题,把这两种运算天数的历法统一起来,古人用“19年7闰”的办法,也就是说19年中规定了7个闰年。12个月为一年的称为“平年”,13个月为一年的称为“闰年”。这就是“闰月法”。

公元462年,祖冲之经过多年的查阅、比较和研究古代天文历法方面的资料,进行了多次的科学实验,终于制成了《大明历》。在制《大明历》时,他首先将“岁差”应用到历法中。他进行了“交点月”方面的研究,为准确地推算出日食、月食的发生时间提供了条件。这是他在天文、历法方面的又一个创举。

当祖冲之将他多年的心血——《大明历》公布于世时,却遭到了戴法兴等权臣们的责难。为此,他向皇帝上了一本奏章。这是一篇很有说服力的文章,详细阐述了他研究历法的经过,驳斥了戴法兴等人的言论。他在文章中说:“我这个人愚笨迟钝,但把全部的精力都用在了天文、历算方面。我翻阅了古今文献。对于唐尧、夏禹、周代、汉代的历法,都进行了仔细地研究;我用尽了各种运算方法,分辨了各种数据,如《九章》中,对球体的运算就存在错误,但汉代的科学家张衡没有发现它,还是依照旧说;汉代的铜斛上刻着铭文,那是刘歆弄的,数据完全错了,这些都是历算家们的大缺点。《乾象历》和《景初历》的朔望月周期,在观测上虽然准确,但在运算上存在很多错误;到了东汉的郑玄,三国的阚泽、虞翻、刘徽,他们虽然精通多种学科,但在历法计算上也出现了疏忽和差错。我抽出一些空暇时间,一一校正了他们的谬误。我自信证据确凿,计算也较精密,这就是我敢于相信自己的结论是对的,而不凭空盲信古人的原因。我研究了当代天文学家何承天创制的《元嘉历》,那上面规定的冬至和夏至,都比实际的天象早,闰月也提前了一个月;金、木、水、火、土,这5个星的运行会合周期,也有40天的差错;在推算月亮运行时,凭空增加了一项‘速度差’,但有些必要的数据,却反而没有。这些都是以前历法上的差错,在我的新历法中都得到了纠正。”

然后,祖冲之以他实际的观察和精密的运算结果,逐条的驳斥了戴法兴等人的责难,捍卫了真理。祖冲之创制的新历法,有很多计算和现代科学测算接近。但当时,封建帝王不重视科学,直到48年后才下诏推行。

从这里我们可以看出,祖冲之不畏劳苦,几十年如一日,搜集资料、研究比较各种有关数据,认真、仔细地进行观察和运算,对待科学一丝不苟。同时,虚心地学习和吸收古人的研究成果,而不是盲从地崇拜先人,有理有据地指出先人成果中的不足和谬误,在此基础上进行创新。更可贵的一点是,他不畏权贵,不怕各种议论和责难,勇于为真理而斗争。这种难能可贵的精神,值得我们学习。

由于祖冲之非凡的成就,使他成为世界著名的数学家、天文学家和科学家,在世界上享有崇高的声誉。国际天文学联合会决定用他的名字,命名月球上的一座环形山脉,以表达对他的敬仰和永久的纪念。他为自己的祖国增添了荣誉。