著名科學(xué)家祖沖之因何事被批為“大逆不道”？
在古代，科學(xué)家并不太受重視，而祖沖之是少有的、以科學(xué)貢獻(xiàn)在正史中有傳記的一位。生于南京、長于南京的他，不僅是早于歐洲千余年推算出7位小數(shù)圓周率的數(shù)學(xué)家，還是杰出的天文學(xué)家和機(jī)械制造師呢。而他的一系列成就，也要?dú)w功于南北朝時(shí)南京城的空前繁榮。
他是數(shù)學(xué)家
第一個(gè)把圓周率推到小數(shù)點(diǎn)后第7位數(shù)，早于歐洲千余年
祖沖之(429—500)，字文遠(yuǎn)。其祖籍河北淶水，為避戰(zhàn)亂，祖父祖昌帶著一家人遷至江南。祖沖之就出生在建康(南京)，除曾在鎮(zhèn)江、昆山工作幾年外，一生72年中有60多年在南京生活。
祖沖之是南北朝時(shí)期杰出的數(shù)學(xué)家。在漢以前，中國一般用三作為圓周率數(shù)值，即“周三徑一”。這在計(jì)算圓的周長和面積時(shí)，誤差很大。祖沖之在劉徽創(chuàng)造的用“割圓術(shù)”求圓周率的科學(xué)方法基礎(chǔ)上，運(yùn)用開密法，經(jīng)過反復(fù)演算，求出圓周率為：3。1415927>π>3。1415926。這是當(dāng)時(shí)世界上最精確的數(shù)值，他也成為世界上第一個(gè)把圓周率的準(zhǔn)確數(shù)值計(jì)算到小數(shù)點(diǎn)以后第7位數(shù)字的人。直到1000多年后，這個(gè)紀(jì)錄才被歐洲人打破。
祖沖之的這一成果，給當(dāng)時(shí)的人們幫了大忙，要知道那時(shí)的量器大多是圓柱狀的，以前很難精確計(jì)算其容積量。此后，人們制造量器時(shí)，就采用祖沖之推算的數(shù)值，減少了誤差，為日常生活提供了方便。
圓周率的計(jì)算，是祖沖之在數(shù)學(xué)上的一項(xiàng)杰出貢獻(xiàn)，有外國數(shù)學(xué)史家把π叫做“祖率”。
甚至連現(xiàn)在的不少IT界人士都認(rèn)祖沖之為“祖宗”。因?yàn)楫?dāng)年英特爾公司推出的奔騰芯片，正是通過運(yùn)行π的計(jì)算，才發(fā)現(xiàn)芯片運(yùn)算有問題?，F(xiàn)在計(jì)算π，已經(jīng)成為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的電腦測試程序，以此來驗(yàn)證計(jì)算機(jī)的各項(xiàng)性能，特別是運(yùn)算速度與計(jì)算過程的穩(wěn)定性。
祖沖之的數(shù)學(xué)研究成果后來匯集成《綴術(shù)》一書，唐朝時(shí)它曾被當(dāng)作國子監(jiān)的數(shù)學(xué)課本。
他是天文學(xué)家
發(fā)明《大明歷》開辟歷法新紀(jì)元，一度被批“大逆不道”
圓周率這一巨大的光環(huán)，讓很多人忽視了祖沖之的博學(xué)多才。他在南京求學(xué)、任教、做科研期間，在多個(gè)領(lǐng)域都取得了不可忽視的成就。最值得一提的，是他在天文歷法方面的貢獻(xiàn)。
這主要是指祖沖之于公元462年編制成功的《大明歷》。他從親自測量計(jì)算的大量資料中，對比分析發(fā)現(xiàn)過去歷法的嚴(yán)重誤差，并勇于改進(jìn)，編制成功了《大明歷》，開辟了歷法史的新紀(jì)元。
在《大明歷》中，祖沖之首次運(yùn)用“歲差”測定每一回歸年的天數(shù)，結(jié)果跟現(xiàn)代科學(xué)測定的只相差50秒。其中所使用的回歸年日數(shù)、交點(diǎn)月日數(shù)、木星公轉(zhuǎn)周期、五大行星會合周期等數(shù)據(jù)也都相當(dāng)精確。此外，他還發(fā)明了用圭表測量冬至前后若干天的正午太陽影長以定冬至?xí)r刻的方法，這個(gè)方法也為后世長期采用。
祖沖之申請改用《大明歷》的舉動(dòng)，對傳統(tǒng)的天地、星月、歷法帶來沖擊，因此引來朝臣一邊倒的質(zhì)疑。守舊勢力抬出古圣先賢的招牌來壓制祖沖之，認(rèn)為“冬至?xí)r的太陽總在一定的位置上，這是古圣先賢測定的，是萬世不能改變的”，并且指責(zé)說，“祖沖之以為冬至點(diǎn)每年有稍微移動(dòng)，是誣蔑了天，違背了圣人的經(jīng)典，是一種大逆不道的行為”。
當(dāng)時(shí)的祖沖之只有30歲出頭，步入仕途不久，官階很低，但他無所畏懼、據(jù)理力爭。他寫了一篇有名的《駁議》，根據(jù)古代文獻(xiàn)記載和多年來親自觀測的數(shù)據(jù)，證明冬至點(diǎn)的確是有變動(dòng)的，堅(jiān)定地表示：“決不應(yīng)該盲目迷信古人。既然發(fā)現(xiàn)了舊歷法的缺點(diǎn)，又確定了新歷法有許多優(yōu)點(diǎn)，就應(yīng)當(dāng)改用新的。”
祖沖之嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的精神和有理有據(jù)的駁議，贏得了這場大辯論。最終，宋孝武帝決定在宋大明九年(465)改行新歷。
可惜好事多磨。就在大明八年，孝武帝死了，改歷的事也被擱置。南齊時(shí)又有一個(gè)太子支持改歷，也因太子去世而錯(cuò)過了機(jī)會。一直到祖沖之去世后10年，即梁天監(jiān)九年(510)，《大明歷》才以《甲子元?dú)v》之名頒行。
祖沖之還提出了新閏法。在此前的1000多年里，我國歷法家一向把19年定為計(jì)算閏年的單位，期間含有7個(gè)閏年(13個(gè)月)。但這樣不夠周密、精確。祖沖之吸取了前人的先進(jìn)理論，加上自己的觀察，提出了391年內(nèi)144閏的新閏法，這在當(dāng)時(shí)算是最精密的了。
他是機(jī)械制造師
曾經(jīng)發(fā)明過千里船、指南車、水碓磨等實(shí)用工具
祖沖之還是位杰出的機(jī)械制造師。他的祖父祖昌，做過劉宋朝的大匠卿，這是掌管土木工程的大官。祖沖之天生就心靈手巧，加上受到良好的教育，因此在機(jī)械制造上多有發(fā)明。
《南齊書·祖沖之傳》中記載：“以諸葛亮有木牛流馬，乃造一器，不因風(fēng)水，施機(jī)自運(yùn)，不勞人力。又造千里船，于新亭江試之，日行百余里……”
祖沖之在新亭江(在今南京市西南)為他的“千里船”所做的處女航，雖然在今天看來速度并不快，但驗(yàn)證了一種高效的推進(jìn)方法。在當(dāng)時(shí)，船只是以風(fēng)力和人力作動(dòng)力，以槳、櫓等作為推進(jìn)工具。而祖沖之發(fā)明的這種船，能“不勞人力”作為動(dòng)力源，又“不因風(fēng)水”影響高機(jī)動(dòng)性。后來祖沖之兒子祖暅做了掌管船舶制造和運(yùn)輸?shù)奶矍?，或許與他父親的這項(xiàng)發(fā)明有些關(guān)系。
從遠(yuǎn)古時(shí)代黃帝對蚩尤作戰(zhàn)，就開始使用指南車來辨別方向，但以前是在戰(zhàn)車上方設(shè)置一木人，讓人在車內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)使之指南。祖沖之造了一個(gè)銅制機(jī)械安上，無論車子如何轉(zhuǎn)動(dòng)，都能自動(dòng)調(diào)整指南。
當(dāng)時(shí)北方有一叫索馭驎的人，也聲稱能造指南車，齊高帝蕭道成倒也高興，令他們各自造了一個(gè)，在樂游苑(今九華山一帶，是當(dāng)時(shí)著名的皇家園林)比試，由大臣王僧虔、劉休兩人實(shí)地考察。結(jié)果證明，祖沖之的指南車構(gòu)造精巧、運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，索馭驎只得認(rèn)輸，并把自己的指南車毀掉了。
根據(jù)文獻(xiàn)記載，可以知道祖沖之的指南車是利用齒輪互相帶動(dòng)的結(jié)構(gòu)制成的，達(dá)到指南的功能，而且使用了離合器，與現(xiàn)代結(jié)構(gòu)相差無幾。
祖沖之也制造了很有用的勞動(dòng)工具，比如水碓磨。它是用水力驅(qū)動(dòng)水輪，代替人腳來撥動(dòng)碓杵的尾端，使其能舂谷。在這個(gè)基礎(chǔ)上，他又研究了水力磨面，并創(chuàng)造性地將水碓和水磨兩件東西集中在一起制造出組合式水力工具——水碓磨。齊武帝曾親自到樂游苑觀摩過它，這時(shí)的祖沖之已是花甲老人了。
