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发布时间:2020-09-10 00:50:05

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作者:林之满,萧枫

出版社:辽海出版社

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改变生活的科学发现(上)

改变生活的科学发现(上)试读:

编写说明

历史对于整个人类,就像记忆对于我们每个人一样,它说明我们现在做的是什么,为什么我们这样做,以及我们过去是怎样做的。因此谁要想了解世界,就必须知道它的历史。

为了让读者全面深入地了解人类文明的光辉灿烂,感悟世界各民族文化内涵的博大精深,我们组织数十位专家学者经过多年的努力,推出了这一套融故事体的文本阅读、丰富精彩的图片鉴赏于一体的100卷本《话说世界》系列丛书。每一卷都系统而深入地展示人类文化的一个方面,100卷本又在总体上构成一个完整的文化知识体系,把世界历史从单纯的帝王将相、改朝换代的框架中释放出来,结合最新的研究成果,融知识性与趣味性为一体,涵盖历史、政治、军事、文化、艺术、民俗等各个领域,全方位、新视角、多层面地重新演绎世界五千年辉煌历史文化,给读者尽可能丰富的知识看点。《话说世界》丛书是一幅历史长卷,共分50卷100分册,具体内容如下:

第1卷 源远流长的世界古代史(上、下册);

第2卷 流光溢彩的世界古典史(上、下册);

第3卷 辉煌灿烂的世界中古史(上、下册);

第4卷 波澜壮阔的世界近代史(上、下册);

第5卷 日新月异的世界现代史(上、下册);

第6卷 震惊中外的历史大事件(上、下册);

第7卷 尼罗河畔的古埃及文明(上、下册);

第8卷 浪漫优雅的古巴比伦文明(上、下册);

第9卷 浑厚深沉的古印度文明(上、下册);

第10卷 高贵典雅的古希腊文明(上、下册);

第11卷 包罗万象的古罗马文明(上、下册);

第12卷 夕阳辉映的拜占庭文明(上、下册);

第13卷 传宗布教的的阿拉伯文明(上、下册);

第14卷 血泪交织的希伯莱文明(上、下册);

第15卷 光耀美洲的的印第安文明(上、下册);

第16卷 璀璨夺目的世界文学(上、下册);

第17卷 响彻天籁的世界音乐(上、下册);

第18卷 鬼斧神工的世界建筑(上、下册);

第19卷 妙笔生花的世界绘画(上、下册);

第20卷 凝固不朽的世界雕塑(上、下册);

第21卷 摇曳多姿的世界舞蹈(上、下册);

第22卷 低吟浅唱的世界戏剧(上、下册);

第23卷 精华荟萃的世界教育(上、下册);

第24卷 卓尔不群的世界思想(上、下册);

第25卷 改变生活的科学发现(上、下册);

第26卷 创造生活的科技文明(上、下册);

第27卷 享誉世界的音乐大师(上、下册);

第28卷 百花齐放的舞蹈思想(上、下册);

第29卷 美轮美奂的美术经典(上、下册);

第30卷 神圣辉煌的著名宫殿(上、下册);

第31卷 独领风骚的工艺美术(上、下册);

第32卷 美化生活的装饰艺术(上、下册);

第33卷 光怪陆离的世界民俗(上、下册);

第34卷 狂放粗犷的原始艺术(上、下册);

第35卷 多姿多彩的艺术文化(上、下册);

第36卷 口耳相传的艺术典故(上、下册);

第37卷 流传千古的文学名著(上、下册);

第38卷 彪炳史册的学术名著(上、下册);

第39卷 划破时代的世界变革(上、下册);

第40卷 改变时局的世界会议(上、下册);

第41卷 云诡波谲的世界外交(上、下册);

第42卷 惊心动魄的世界战争(上、下册);

第43卷 同遵共守的世界条约(上、下册);

第44卷 耸人听闻的世界灾害(上、下册);

第45卷 犀利雄辩的世界演说(上、下册);

第46卷 风格迥异的亚非奇迹(上、下册);

第47卷 独具特色的欧美奇迹(上、下册);

第48卷 轰动全球的影坛佳作(上、下册);

第49卷 视角独到的世界摄影(上、下册);

第50卷 扑朔迷离的世界之谜(上、下册)。《话说世界》希望通过一些通俗的语言和故事体裁,对世界历史做一个概述。它只讲其中最重要的事件、人物和对关键阶段的描述,而且选择了一种通俗的简明形式。其原因很简单,鼓励一个人充满兴趣地去阅读一本生动的书,比沉闷枯燥的文字吓跑一个读者,对文化的意义更大。这本书可以作为历史专著的补充读物。你可以用非常休闲的方式去阅读它,读读停停,我们相信在历史人文的浪漫风景中,你不会感到乏味。当然,本书也无意于去取代那些优秀的历史专著。如果你对某一个局部历史细节有特殊的兴趣,还可以参考详尽的其他资料进行深入的研究。《话说世界》不同于现存于世的多种版本的世界通史,其往往“为通而通”,结果常顾此失彼,挂一漏万;主干虽有,枝叶嫌乏。而《话说世界》则运用现代分类科学,在结构设计方面有总有分,有经有纬,条分缕析,纲举目张。《话说世界》重点选取世界历史文化长河中的若干话题,逐一论说。纵横全书,既能看到世界历史的大脉络、大走势,又能细察世界历史的每一个横断面,完整而丰满。《话说世界》用生动的文本和精美的插图,再现了人类文明进程的恢弘画卷堪称一部贯通整个人类社会的世界史简明百科全书,串联起全部人类文化的瑰宝,以其光辉不朽的价值与流传恒久的魅力,成就一部好读又好看的世界历史通俗读物。

由于丛书篇幅宏大,编写时间又较为仓促,书中难免存在各种疏虞之处,敬请广大读者朋友们批评指正。《话说世界》丛书编委会2008年2月

扁鹊与中医脉诊的发现

扁鹊大约生活在公元前5至4世纪左右,姓秦名越人,渤海郡(今河北任丘)人,中国春秋战国时期著名医学家。

扁鹊年轻时当过旅店的舍长,有一位常在旅店住宿的旅客长桑君和他过往甚密,感情很好。通过许多事情的考验,他感觉扁鹊为人正直厚道,便把自己毕生所学的医术绝学全部传授给他。扁鹊便拜长桑君为师,继承其医术,并刻苦钻研,最终成为一代名医。《史记》中有这样一个故事:

有一次,扁鹊到齐国行医,遇到了齐桓侯,扁鹊看了看他,马上说道:“您的皮肤有些小问题,赶快医治吧,否则会加重的。”可齐桓侯不以为然,还在扁鹊离开后讽刺他:“我根本没有病,医生总喜欢给没病的人治病,把医好病作为自己的功劳来炫耀。”过了十天,扁鹊又见到了齐桓侯,说道:“大王,您的病已侵入血脉肌肉中了,再不医治恐怕会恶化的。”桓侯还是不予理会。又过了十天,扁鹊再次见到桓侯,道:“您的病已经进入到了肠胃,再不赶快治疗的话恐怕就严重了。”这次桓侯干脆不理扁鹊。又过了十天,扁鹊远远的看到了齐桓侯,转头就跑。桓侯有些奇怪,使人问之。扁鹊答道:“皮肤间的小病,用熨贴法就可以治好;血脉肌肉里的病,也可以用针灸治好;后来病在肠胃,可以用火济治好。但是现在桓侯已经病入骨髓里了,已经无可就药了。所以我不用再过问了。”过了些时日,齐桓侯的病果真开始发作,派人寻找扁鹊,可这时扁鹊早就离开齐国了。

这一故事表明扁鹊对望诊有很高深的造诣。这便是中医总结出的四诊(望诊,闻诊,问诊,切诊)之一,当时扁鹊称它们为望色、听声、写影和切脉。

扁鹊在切诊上也是很高明的,有一次在虢国遇到太子身亡,扁鹊通过诊脉断定太子并没有死,只是“尸蹶”(类似现在的休克)而已,后果真治愈。他通过切摸,发现太子两大腿的体表仍然温暖,还观察到太子鼻翼微动,因此敢下判断。扁鹊是历史上最早用脉诊法来判断病情的医生,并有相应的脉诊理论。

扁鹊为人谦虚谨慎,从不好大喜功。就拿治愈虢国太子的事件来说,当时虢国国君十分感激,众人也纷纷传说扁鹊有起死回生的绝术。可扁鹊却实事求是地说:“这个患者并没有死亡,只不过我恢复了他原来的样子而已,并不是大家所说的‘起死回生’。”这反映出一代名医高尚的医德。

扁鹊无私地把自己的医术传给了门徒。后来汉代出现的《黄帝八十一难经》一书,便有人认为是扁鹊所著。另外传说他还曾著有《扁鹊内经》等书,可惜现在已经失传。

太阳直径及日食原因的发现

泰勒斯是古希腊第一个自然科学家和哲学家,希腊最早的哲学学派——爱奥尼亚学派的创始人。

米利都是地中海东岸小亚细亚地区的希腊城邦,位于门德雷斯河口,地处东西方往来的交通要道,是手工业、航海业和文化的中心。它比希腊其他地区更容易吸收巴比伦、埃及等东方古国累积下来的经验和文化。

泰勒斯生于米利都。他的家庭属于奴隶主贵族阶级,所以他从小就受到了良好的教育。长大以后,泰勒斯成为古希腊著名的哲学家、天文学家、数学家和科学家。他招收学生,建立学园,创立了米利都学派。他不仅是当时自发唯物主义的代表,同时也是较早的科学启蒙者。

泰斯勒生活的那个时代,整个社会还处于愚昧落后的状态,人们对许多自然现象理解不了。泰勒斯总想着探讨自然中的真理。

泰勒斯早年是一个商人,曾到过不少东方国家,学习了古巴比伦观测日食、月食和测算海上船只距离等方面的知识,了解到腓尼基人英赫·希敦斯基探讨万物组成的原始思想,知道了埃及土地丈量的方法和规则等。他还到过美索不达米亚平原,在那里学习了数学和天文学知识。以后,他从事政治和工程活动,并研究数学和天文学,晚年转向哲学。他几乎涉猎了当时人类的全部思想和活动领域,获得崇高的声誉,被尊为“希腊七贤之首”。实际上七贤之中,只有他够得上是一个渊博的学者,其余的都是政治家。

在天文学方面,泰勒斯作了很多研究,他对太阳的直径进行了测量和计算,他宣布太阳的直径约为日道的1/720。这个数字与现在所测得的太阳直径相差很小。他在计算后得知,按照小熊星航行比按大熊星航行要准确得多,他把这一发现告诉了那些航海的人。通过对日月星辰的观察和研究,他确定了365天为一年,这些发现都是在当时没有任何天文观测设备的情况下完成的。

在天文学领域,泰斯勒更为人们所津津乐道的是他正确地解释了日食的原因,并曾预测了一次日食,制止了一场战争。

当时,米底王国与两河流域下游的迦勒底人联合攻占了亚述的首都尼尼微,亚述的领土被两国瓜分了。米底王国占有了今天伊朗的大部分,准备继续向西扩张,但受到吕底亚王国的顽强抵抗。两国在哈吕斯河一带展开激烈的战斗,接连五年也没有决出胜负。

战争给平民百姓带来了灾难,百姓们流离失所。这时,泰勒斯预先推测出某天有日食,扬言上天反对人世的战争,某日必以日食作警告。当时没有人相信他,后来果然不出所料。公元前585年5月28日,当两国的将士们短兵相接时,天突然黑了下来,白昼顿时变成黑夜。交战的双方惊恐万分,于是马上停战和好,两国后来还互通了婚姻。

这次战争的结束,当然还有政治、经济等方面的原因,日食只是起到一个“药引”的作用。不过,人们更为关心的是另一个重要的问题,泰勒斯是怎样预知日食的呢?

后人作过种种推测和考证,一般认为是应用了迦勒底人发现的沙罗周期。一个沙罗周期等于223个朔望月,即6585,321124日或18年零11日(若其间有5年闰年则是18年零10日)。日月运行是有周期性的,日月食也有周期。日食一定发生在朔日,假如某个朔日有日食,18年11日之后也是朔日,而日月又大致回到原来的位置上,因此很有可能发生类似的现象。

不过一个周期之后,日月位置只是近似相同,所以能看见日食的地点和日食的景象都可能有所变化,甚至根本不发生日食。泰勒斯大概知道公元前603年5月18日有过日食,所以侥幸猜对了。当然关于这件事,还有一些别的说法,没有统一的定论。

泰勒斯在数学和天文学领域的突出成就,赢得了世人的广泛关注。因为人类历史上很少有这样成绩斐然的科学家,所以,人们尊称他为“科学之祖”。

“阿基米德定律”的发现与证明

在古希腊叙拉古城,有一天,人们忽然看见大学者阿基米德竟然光着身子冲出浴室,边跑边嚷:“找到了!找到了!”他疯了吗?没有。他是在洗澡时在水盆里受到启发,发现了流体静力学的基本原理,从而找到了银匠在金王冠里掺银的秘密。他是为此而兴奋得忘乎所以了。

事情是这样的:叙拉古国王艾希罗曾交给金匠一块黄金,让他做一顶王冠。王冠做成后,国王拿在手里觉得有点轻。他怀疑金匠掺了假,可是金匠以脑袋担保说没有,并当面拿秤来称,结果与原来的金块一样重。国王还是有些怀疑,可他又拿不出证据,于是把阿基米德叫来,要他来解决这个难题。回家后,阿基米德闭门谢客,冥思苦想,但百思不得其解。

一天,他的夫人逼他洗澡。当他跳入池中时,水从池中溢了出来。阿基米德听到那哗哗哗的流水声,灵感一下子冒了出来。于是他从池中跳出来,连衣服都没穿,就冲到了街上。原来,阿基米德由澡盆溢水找到了解决王冠问题的办法:相同质量的相同物质泡在水里,溢出的水的体积应该相同。如果把王冠放到水里,溢出的水的体积应该与相同质量的金块的体积相同,否则王冠里肯定掺了假。

阿基米德跑到王宫后立即找来一盆水,又找来同样重量的一块黄金,一块白银,分两次泡进盆里,白银溢出的水比黄金溢出的几乎要多一倍,然后他又把王冠和金块分别泡进水盆里,王冠溢出的水比金块多,显然王冠的质量不等于金块的质量,王冠里肯定掺了假。在铁的事实面前,金匠不得不低头承认,王冠里确实掺了白银。烦人的王冠之谜终于解开了。

这次试验的意义远远大过查出王冠掺假的秘密。阿基米德从中发现了一条原理:即物体在液体中减轻的重量,等于他所排出液体的重量。这条原理后人以阿基米德的名字命名。一直到现代,人们还在利用这个原理测定船舶的载重量。

公元前287年,阿基米德诞生于西西里岛的叙拉古(今意大利锡拉库萨)。他出身于贵族,与叙拉古的赫农王有亲戚关系,家庭十分富有。阿基米德的父亲是天文学家兼数学家,学识渊博,为人谦逊。他11岁时,借助与王室的关系,被送到古希腊文化中心亚历山大里亚城去学习。

亚历山大位于尼罗河口,是当时文化贸易的中心之一。这里有雄伟的博物馆、图书馆,而且人才荟萃,被世人誉为“智慧之都”。阿基米德在这里学习和生活了许多年,曾跟很多学者密切交往。他在学习期间对数学、力学和天文学有浓厚的兴趣。在他学习天文学时,发明了用水力推动的星球仪,并用它模拟太阳、行星和月亮的运行及表演日食和月食现象。为解决用尼罗河水灌溉土地的难题,它发明了圆筒状的螺旋扬水器,后人称它为“阿基米德螺旋”。

阿基米德在力学方面的成绩最为突出,他系统并严格地证明了杠杆定律,为静力学奠定了基础。在总结前人经验的基础上,阿基米德系统地研究了物体的重心和杠杆原理,提出了精确的确定物体重心的方法,指出在物体的中心处支起来,就能使物体保持平衡。阿基米德曾说过:“假如给我一个支点,我就能撬动地球。”

阿基米德确定了抛物线弓形、螺线、圆形的面积以及椭球体、抛物面体等各种复杂几何体的表面积和体积的计算方法。在推演这些公式的过程中,他创立了“穷竭法”,即我们今天所说的逐步近似求极限的方法,因而被公认为微积分计算的鼻祖。他用圆内接多边形与外切多边形边数增多,面积逐渐接近的方法,比较精确地求出了圆周率。面对古希腊繁冗的数字表示方式,阿基米德还首创了记大数的方法,突破了当时用希腊字母计数不能超过一万的局限,并用它解决了许多数学难题。阿基米德被后来的数学家尊称为“数学之神”,在人类有史以来最重要的三位数学家中,阿基米德占首位,另两位是牛顿和高斯。

阿基米德在天文学方面也有出色的成就。除了前面提到的星球仪,他还认为地球是圆球状的,并围绕着太阳旋转,这一观点比哥白尼的“日心说”要早1800年。限于当时的条件,他并没有就这个问题进行深入系统的研究。但早在公元前三世纪就提出这样的见解,是很了不起的。

在阿基米德晚年时,罗马军队入侵叙拉古,阿基米德指导同胞们制造了很多攻击和防御的作战武器。当侵略军首领马塞勒塞率众攻城时,他设计的投石机把敌人打得哭爹喊娘。他制造的铁爪式起重机,能将敌船提起并倒转。

另一个难以置信的传说是,他曾率领叙拉古人民手持凹面镜,将阳光聚焦在罗马军队的木制战舰上,使它们焚烧起来。罗马士兵在这频频的打击中已经心惊胆战,草木皆兵。一见到有绳索或木头从城里扔出,他们就惊呼“阿基米德来了”,随之抱头鼠窜。

罗马军队被阻入城外达三年之久。最终,于公元前212年,罗马人趁叙拉古城防务稍有松懈,大举进攻闯入了城市。此时,75岁的阿基米德正在潜心研究一道深奥的数学题。一个罗马士兵闯入,用脚践踏了他所画的图形,阿基米德愤怒地与之争论,残暴无知的士兵举刀一挥,一位璀璨的科学巨星就此陨落了。

麻醉剂的发现与应用

华佗,我国东汉时期医学家。他发明了全身麻醉药“麻沸散”,比欧洲发明的麻醉剂要早1600年;他提出了预防医学的思想,首创了健身的“五禽戏”。

华佗是沛国谯郡(今安徽亳县)人,医术高明。如今人们称赞某个医生医术高明,常用“华佗再世,妙手回春”来形容,这充分表明了华佗的医术在人们心目中的地位。难能可贵的是,华佗医术全面,内、外、妇、儿、针灸科科精通,尤其擅长外科。他曾著有《青囊经》三卷,可惜已经失散。

华佗生活的年代,军阀割据混战,民不聊生。他小时候看到人们因为一点小病就丧生,感到非常的痛惜。于是从小就立志学医,为病人解除痛苦。他学习非常刻苦,不仅习文作诗,还抽时间研习医书,每天看书到深夜。成人后,华佗的文章词句写得十分精彩,医术也逐渐崭露头角,于是不断有人推荐他去做官。沛国相陈硅推荐他当孝廉,太尉黄琬征聘他去做官,都被他一一婉言拒绝。他无意步入仕途,官场里勾心斗角的现象让他感到深恶痛绝;他最大的理想是游历四方,为人看病,不分贫富贵贱。

华佗在医学上的最大成就是发明了麻沸散,这在进行外科手术时极大地减轻了病人的痛苦。早在汉朝以前,就有人发现了某些具有麻醉性能的药物,但并没有广泛运用于外科手术。华佗认真总结了前人的经验,将这些药物的成分、性能进行了反复研究、多次试验,终于发明了一种中药麻醉剂,取名为麻沸散。这种药采用酒服的方法,可以达到全身麻醉的目的。此后,华佗在进行外科手术时大都采用麻沸散,效果极佳。

有一天,几个壮汉抬着一个男子急匆匆地来找华佗看病。病人双手紧捂肚皮,额冒冷汗,并高喊着:“痛死了,痛死了!”华佗赶忙给他切脉诊断,很快找到了病因。华佗想为他采取保守治疗的方法,给他扎了几针,又让他当即吞服了几粒小药丸。几分钟之后,病人的叫喊声没有了。

可是过了没多久,病人又高呼“痛死人了!”在一旁陪伴的他的妻子吓得大哭起来。华佗知道,保守治疗不管用,只能通过手术了。他对病人的妻子一字一句地说:“你丈夫患了阑尾病,只得切开肚子,割去有病的肠子,才能从根本上解除痛苦。”

病人妻子一听说要剖肚切肠,连连摇头说不行,问还有没有其他的方法。因为在那个年代,人们认为“身体发肤,受之父母,不敢毁伤,孝之始也”。华佗耐心地对她说:“现在已经没有其他更好的方法了,只得动手术。否则,病人很快会痛死。这种手术我以前做过,只要给他喝一碗麻沸散,再动刀他就不会有任何疼痛感了,而且也不会有生命危险,你尽管放心。”

病人的妻子见到了这种地步,只得同意动手术了。华佗给病人喝了麻沸散后不久,药力开始起作用,病人昏沉沉地睡过去了。华佗不慌不忙地用煮沸消毒过的刀切开病人的肚皮,然后切除溃烂了的阑尾,吸去腹内的脓血,再用事先配制好的药水洗净患部。最后将切口缝合,敷上了药膏。

一切如华佗预料的那样顺利,几个时辰之后,病人逐渐醒了过来,痛苦显著地减轻了。四五天后,病人肚子上的口子开始愈合。一个月后,病人完全恢复了健康,如病前一样行动自如了。

虽然割阑尾在今天看来只不过是一个小小的外科手术,但在1800年前,却是史无前例、难以想象的。华佗发明麻沸散并用于手术,是一项了不起的成就。

自古以来,医生都是切脉治病,很少有人会去关心怎样防止疾病发生,而华佗创造性地提出了健身的预防思想,这是史无前例的。

通过长期的实践摸索,结合病人的发病原因,华佗专门创造了一套名叫“五禽戏”的医疗体操。它模仿虎的前肢扑动;鹿的颈脖伸转;猿的脚尖纵跳;熊的仆倒站起;鸟的展翅飞翔等动作,把这五种动作连贯起来,就可以使全身各关节、各部位都得到适当活动,有益于强身健体。他对弟子吴普说:“人体应该经常运动,这样会有助于消化,使血脉畅通,人体就不易得病。这同流水不腐、户枢不蠹是同样的道理。当然劳动要适度,过于劳累会使人生病。”后来,吴普和华佗的另外一位弟子长期坚持练习五禽戏,年逾八十仍耳聪目明,齿全牙坚。

据说,曹操患了头风病(即今天所说的三叉神经痛),这种病经常发作,他便召华佗到许昌来给他治病。但是这种病不能根除,只能当时治好,因此曹操就不想让他走。但华佗的理想是为天下人治病,不想专门为曹操一人服务。后来他找了一个借口,谎称妻子病了,要回故里。回家后,华佗再也不想到许昌曹操那儿去。曹操几次召他不至,一气之下把他给杀了。

一代名医就这样消失了,为中华医学留下了永久的遗憾。但华佗留给后人的宝贵的医学财富和精神财富将万代相传。

祖冲之与圆周率的发现

祖冲之,中国南北朝时期著名的数学家、天文学家。他是世界上将圆周率精确到小数点后七位的第一人,这一研究发现比西方早了1100多年。

祖冲之字文远,原籍范阳遒县(今河北涞源县),后来为了躲避北方战乱,祖先迁居江南。他出生于一个士大夫家庭,父亲和祖父对天文、历法都很有研究。祖冲之受家庭的影响,从小就热爱科学。成人之后,祖冲之决定致力于圆周率的研究,计算出更加准确的圆周率。

圆是自然界中最常见的几何图形,许多物体都是圆形。可是怎样计算圆的周长和面积呢?古人很早就进行了研究和探索。古人发现圆的周长与直径的比是一个常数,称为圆周率。如果能准确地求出圆周率,再用直尺量出直径的长度,圆的周长和面积就容易求出来了。圆周率到底是多少呢?我国古代有一本算书叫《周髀算经》,这是我国最早的数学著作之一。书中提出了“径一周三”的概念,这个圆周率称为古率,这当然太粗略了。两汉末年的刘歆求出圆周率的值为 3.1547。东汉张衡计算出的圆周率为3.1622。三国末年刘徽创造出包含有极限思想的“割圆术”,计算出了内接正192边形的周长和面积,得出圆周率为3.14。后来他又计算出圆内接3072边形的周长和面积,得出圆周率为3.1416(3927/1250)。

祖冲之认为前人的这些计算结果还是太粗略了,误差很大。但他并没有蔑视前人的研究成果,而是对他们的研究方法进行了认真的研究与思考。后来,他在前人研究成果的基础上,对计算圆周率的方法进行了革新,这种新的计算方法被命名为“缀术”。运用此方法,祖冲之比较精确地计算出了圆周率在3.1415926到3.1415927之间,并用22/7(疏率)和355/113(密率)这两个分数值来表示。这是当时世界上最先进的圆周率。西方直到1573年才由德国奥托较为精确地计算出圆周率,比祖冲之晚了1100多年。

祖冲之准确地计算出圆周率后七位数字以后,很快在实践中得到了运用。他自己曾用他的圆周率研究过度量衡的问题,并用于鉴定古量器的计算。北周武帝保宝元年(公元561年)所制的玉斗就是以3.1415926为圆周率计算出来的。祖冲之将他的研究成果写成了《缀书》一书。隋唐时期,《缀书》一直是数学教育的基本内容之一。可惜后来因为战乱该书失传了,这是我国数学史上的一大损失。

除了数学外,祖冲之在天文学上也颇有建树。由于从小就受到祖父和父亲的影响,祖冲之学到了一些天文学方面的知识。长大后他兴趣不减,经常进行一些实际测量和推算。他曾说过:“亲量圭尺,躬察仪漏,目尽毫厘,心穷筹策。”意思是说,他经常亲自观察测量日影长短的圭尺,用以校订节气,测定一年的时间到底有多长;也常常亲自察看古代计时用的器具“漏刻”,从而证实日月星辰的升落时辰;他还经常摆弄用于观测、计量实验和检验的各种仪器。祖冲之有着严谨的治学态度,每次观察,他都非常认真,尽量避免任何细小的误差,在此基础上认真进行思考、计算,想出解决问题的办法。

祖冲之将他在天文历法上的观测数据和其他资料作了认真的整理,自己摸索出一些规律。他发现传统的《元嘉历》中有很多错误,于是根据自己的观察作了修改,编成了一本新历法——《大明历》,并向朝廷上奏,希望在全国推行。当朝皇帝是宋孝武帝刘骏,他自己不懂历法,于是组织了一些懂得历法的大臣在金殿上进行“廷议”,号令祖冲之参加,让他与大臣们就两种历法的优劣进行辩论。

公元462年的一天,一场关于历法的大辩论展开了。双方的代表人物是祖冲之和戴法兴。戴法兴首先提出:“日有恒度,宿无改位,这是万世不变的,你并无变法之理。”

祖冲之马上反驳道:“旧历法十九年七闰,每二百年就会相差一天,如果改用大明历,每三百九十一年设一百四十四个闰月,就能与天数符合了。”他又接着说道:“旧历法的夏至和冬至都比天象早,五星(金、木、水、火、土)的出现和隐伏也比实际天象差40多天。历法不符合天象,当然要改革。”“日月星辰的长落,自有其天数,非凡夫所能测定。”戴法兴不甘心自己的失败。“日月星辰皆有形可检验,有数据可以推算,并非出于神性,怎么能说凡夫不能测定呢?在下十多年的观测发现每年夏至与冬至的圭尺都没有误差。”他又转身向宋孝武帝道:“据臣推算,每45年11个月要后退1度。”“你这是削闰坏章,诬天背经。”戴法兴有些恼羞成怒了。“商朝时的历法是三年一闰,周朝时改为五年二闰,春秋中叶起,才确定十九年七闰,难道他们是削闰坏章吗?至于历法,在《元嘉历》之前已经有《太阳历》,后来才改的,这是不是也是诬天背经呢?”

辩论最终以祖冲之的大获全胜而告终。经过进一步的研究,证实了《大明历》的科学性。于是宋孝武帝颁布诏书,通令全国于公元465年起改行新历。遗憾的是宋朝不久就发生了战乱,《大明历》实际上并未推行。祖冲之死时仍沿用《元嘉历》。

梁武帝时,祖冲之的儿子祖日桓上奏朝廷,请求皇帝下令后用《大明历》。梁武帝派人深入研究,证实了《大明历》的优越性后,颁令于公元510年起施行《大明历》。祖冲之在天文学上的成就最终得到了认可。

宇宙结构的发现与证明

古代人最感兴趣的是日月星辰是怎样构成、如何运动的。托勒密是第一个系统研究这些问题并作出成就的科学家。

托勒密生活的时代是古希腊后期,当时罗马人占领了许多希腊城邦,希腊的科学文化迅速向外传播。托勒密就出生在深受希腊文化影响的埃及城市托勒密城中。

托勒密在继承亚里士多德等人学说的基础上,通过大量的天文观测和大地测量,创立了宇宙结构学说,写成了13卷本的巨著《天文大全》。书中,他把前人提出的地球是宇宙中心的观点,进一步发挥和系统总结。托勒密的行星体系学说,肯定了大地是一个悬空的没有支柱的球体,并且从恒星天体中区分出行星和日、月是离我们较近的一群天体,迈出了把太阳系从众星中识别出来的关键一步。托勒密经过系统的天文观测和计算,编制成包括1028颗恒星的位置表,测算出月球到地球的平均距离为29.5倍地球直径,这个数值在古代是相当了不起的。这样有规律的行星体系是托勒密学说的核心和精华,对推动人类文明进步起到了巨大的作用。

托勒密博学多才,有许多著作流传后世。除了天文学外,他还是位数学家、光学家、地理学家和地图学家。在他之前,地图上的东面只画到印度的恒河为止,而他绘制出了一幅从中国到西欧、从俄国到埃及的世界地图。托勒密对光的折射进行了卓有成效的研究,总结出入射角和折射角成正比。他还用数学方法继续进行研究,已经走到折射定律的面前,可惜未发现它。结果折射定律直到17世纪才由荷兰数学家斯聂尔发现。

通过实测认识地球的科学首创

一行和尚,俗名张遂。中国古代巨鹿(今河北巨鹿县)人,唐弘道元年(公元638年)生,开元十五年(公元727年)卒。

一行是我国历史上著名的天文学家,青年时期便出家做了和尚,一行是其法名。

一行从小聪慧过人,勤读苦学,对天文历法有着特别的兴趣。公元705年,一代女皇武则天的侄子武三思敬仰一行的学问,可是一行不屑与这样的权贵之人结交,只好弃家出逃,于嵩山削发为僧。公元712年唐玄宗即位,召一行回长安主持历法的修订工作。一行生活在我国封建经济、文化迅猛发展的盛唐时期,由于经济的飞速增长,社会生产、科学技术也随之得到了很大的发展与进步。

在历法的修订上,一行继承和发展了我国天文学上的优良传统,在日月五星运行的基础上编制了新历。为了便于观测,他和机械制造师梁令瓒合作,制造出了新的天文仪器,一件是黄道游仪,用来测量太阳运行轨道;一件是浑天铜仪,用来表示日月星辰的运行周期。

一行在全国设立了12个观测点,进行日影测量工作。在拥有了大量的实际数据之后,他重新测定了150多颗恒星的位置,并推翻古书上的定论,证明恒星的位置并不是永恒不变的。这是天文学历史上最早的发现。

一行经过10年的努力,编出了一部当时最为精确的历法——《大衍历》。其内容系统、结构合理、逻辑严密,因此在明朝末年以前一直沿用。可见,它在我国历法上占有很重要的地位。

为了使历法能普遍适用于全国各地,一行和太史监南宫说组织实测了子午线的长度,测量地点多达13处,以今河南省为中心,北起铁勒(今内蒙古以北),南达林邑(今越南中部),测量范围之大是前所未有的。测量的内容包括二分(春分、秋分)、二至(冬至、夏至)正午时分八尺之竿(表)的日影长,北极高度(天球北极的仰角)以及昼夜的长短等等。这是世界上第一次用科学的方法进行子午线实测,意义是极其重大的。

为了测量北极仰角,一行设计了一种叫“覆矩”的测量工具,还根据观测数据绘制了《覆矩图》24幅。一行设计的这种测北极高度(即地理纬度)的工具——“覆矩图”,在当时世界上是一种最先进的经纬度测量工具。可惜“覆矩图”后来没能推广,特别是没有应用于我国地图的测绘。

一行等人测量的数据表明,从河南的滑县到上蔡,北极高度差一度半,南北距离是526里270步,夏至日影相差2寸多。从而纠正了“南北地隔千里,影长差一寸”的传统说法,并测出地球子午线一度之长为151.07公里。虽然不十分精确,却是世界上大规模测量子午线的开端。开创了我国通过实测认识地球的道路,把地球纬度测量和距离结合起来,为天文大地测量的发展奠定了基础。国外最早实测子午线的是阿拉伯阿·马蒙在814年进行的,晚于我国90年。

孙思邈与中医药价值的发现

孙思邈(约581~682年),中国京兆华原(今陕西耀县)人,自幼体弱多病,为延医治病,几乎耗尽家产。孙思邈因深受疾病之苦,自幼即萌发了立志从医的抱负。唐代科学盛行,重科举成名,并不以医学为意。孙思邈却不然,他热爱医学,不以医学为贱业,并且博阅群书,勤学苦练,从青少年时代就立志把毕生精力贡献给医药事业,孙思邈拒绝了隋文帝给他的国子博士的官职,谢绝了唐太宗授给他的爵位,唐高宗拜他为谏议大夫,他再次辞谢。为行医采药,孙思邈足迹遍四方。孙思邈对当时儒士书生专意科举成名而贱视行医行业的风尚十分不满,认为“朝野士庶,咸治之术阙而弗论,吁可怪也。”孙思邈从国计民生的角度批评当时重科举阙功名而轻医术的风气,说明他把医学当作有关国计民生的大计来认识。

作为一个医生,孙思邈发扬了我国古代医生讲究医德优良传统。孙思邈特别鄙视那些“恃己所长,专心细略财物”,或者偶有成绩就骄傲自矜,以为“天下无双”的浅薄的医生。他认为医生应公而无私,应谨慎谦虚。这种高尚的医德,孙思邈是一生言传身教,躬身力行的。

孙思邈善于学习总结前人的经验。他曾认真钻研古代的医书《内经》、《伤寒杂病论》、《神农本草经》等,从中汲取了丰富的医药学知识。孙思邈注重向人民学习,注重在实践中学习,他的足迹踏遍许多名山,他的身影经常出现在民间,他从民间学到了许多医药知识和经验。当发现别人有好的医方,孙思邈“不远千里,伏膺取决”,一定把好的医方弄到手才肯罢休。这种刻苦好学、虚心求教的态度使他的医药学知识很快有了大幅度提高。

孙思邈还十分重视医药学知识的普及工作,他主张人人都应当掌握一定的医药学知识,这样“上以疗君亲之族,下以救贫贱之厄,中以保身长全。”为了普及工作的开展,孙思邈认为应当编一部简易实用的医药书。于是他遍检历代医学典籍,结合自己临床经验,参照民间验方,写作《备急千金要方》。永徽三年(652),孙思邈已年近七十,《备急千金要方》才编撰成功。这是一部包括中医基础理论和临床各科的诊断、治疗、针灸、食治、预防、卫生等各方面医学知识的医药卫生书。全书计三十卷,编为二百三十二门,共收载方论五千三百首。它以人体的脏腑进行分类,已接近于现代医学的分类方法。之后,孙思邈又不断总结自己的经验,进一步搜集和整理民间药方,研究古代医药典籍,继续从事医药学的编著工作。永隆二年(681),已是百岁老人的孙思邈,仍完成了《千金翼方》的编著工作。《千金翼方》是《千金要方》的补充,偏重记述本草、伤寒、杂病、中风、疮痛等病,收载当时所用药物八百七十三种,详细记述了二百三十三种药物的采集和炮制方法。孙思邈一生行医采药七八十年,对中药的了解冠绝当时,被人称为“药王”。《千金要方》和《千金翼方》,“相辅相济,比翼齐飞”,成为中医学史上极有实用价值的医药学备用手册。孙思邈为人治病,认为“人命至重,有贵千金”,所以用“千金方”来为自己的医药书命名,可见他编书的深刻用意。

孙思邈是一位具有革新精神的医学家。他在论病、用方、用药等方面,虽然注重参照古代医经,但却并不拘泥死守,而是善于结合自己的经验,兼取各家之长,能够冲破传统,大胆创新。他看病总是“精问察之”,“至意深心,详察形候,纤毫勿失;处判针药,无得参差。”形成了自己严谨的诊疗作风。孙思邈博采众家,以成“一家之学”,开创中医学史上一代新风。

孙思邈行医特别重视常见病和多发病的诊疗。他发现山区人民易得瘿瘤(粗脖子病,即甲状腺肿大),经过观察分析,他指出这种病是由于长期饮用了山中一种不洁净的水引起的,他用昆布、海藻、鹿靥、羊靥等含磺较多的药物来治疗这种病,取得了好效果。孙思邈详细记述了脚气病的症状和治疗方法,这比欧洲医学家论述脚气病大约早一千年(欧洲人首次论述脚气病是在公元一六四二年)。

孙思邈对妇女和儿童的疾病也特别重视。他认为:“生民之道,莫不以养小为大,若无小则不能成大”,认为妇女与男人不同,有胎妊、生产、崩伤的特殊区别。正是妇女、儿童的重要地位和特殊性的认识出发,孙思邈在《千金方》中首列妇科,儿科;“先讲妇人、小儿,然后再论成人和老年的疾患。”其中许多方面至今仍可作为现今妇幼保健、产妇幼儿护理的借鉴。

另外,孙思邈对卫生保健、疾病预防工作也很重视。孙思邈主张人应参加劳动,但不要劳累过度;不要放纵情欲;不要贪味过饱,不可饮酒过量,不随地吐痰,养成良好的卫生和饮食习惯,要加强体育运动,以积极的预防减免疾病的发生。

孙思邈不仅是一位多所建树的伟大的医药学家,而且也是一个有作为的炼丹家。在《丹经内伏硫黄法》中,孙思邈记录了火药的配方。火药是中国古代炼丹家对人类作出的贡献,是我国四大发明之一。孙思邈的《丹经内伏硫黄法》所记火药配方是现存最早火药配方的记录。

沈括与地磁偏角的发现

宋代,中国的科学技术再次达到了辉煌的顶峰。沈括由于在自然科学上的重大贡献,被后人称之为“东方的牛顿”。

在元代以前,我国在科学界作出重大贡献的、在世界科学史上称得上第一流的科学家一直是层出不穷的:从春秋战国到秦汉时期著名的大科学家有神医扁鹊、墨子、鲁班、甘公、石申、张衡,从三国、魏晋到盛唐、两宋有刘徽、祖冲之、一行、沈括、秦九韶、杨辉等多人。

从春秋战国到宋元之际,中国古代的自然科学终于达到了最辉煌的顶峰。

宋代最杰出的科学家就是沈括,由于他在科学上的重大贡献,人们称他为东方的牛顿。沈括1030年生于浙江的杭州。沈括的父亲是北宋的一个官员,先后在四川、福建、河南、江苏等地做过官。沈括从小就跟着父亲走南闯北;俗话说:“读万卷书,不如行万里路”。祖国壮丽的山河,广阔的原野,使他增长了许多书本上没有的知识。沈括喜欢读书,但从不迷信书本。他善于独立思考,因而在天文、物理、地学及其它领域都有独到的见解。

沈括在天文学上的贡献是首屈一指的,他在北宋嘉佑年间考中进士后,就开始自学天文历法。由于他学识过人,不久就被调到朝中,主持司天监的工作。他发现以往的历法不够准确,因此,主张在实测日、月、星、辰的运转角度的基础上制定新历法。在他的《梦溪笔谈》中不仅对日、月、及五大行星的运行轨迹作了仔细的观察,而且还对陨石的坠落等天文现象进行了生动、详细的描述。

沈括的天文观测相当精确,他是世界上最早注意到北极星实际上并不在北极的科学家。为了测到北极星的实际位置,他每天用浑天仪观测北极星,并将每天前半夜、半夜、后半夜北极星在天空中的位置的星空图绘制下来。紧张地工作了三个月,他终于计算出了北极星的实际位置,北极星并不在北极点上,而是离开北极还有一度多。沈括在对日、月和五大行星的实际观测的基础上提出了彻底废止阴历而改用阳历的主张,并且提出以十二节气定月份,大月31天,小月30天。这种进步的历法同今天的公历比也毫不逊色。可惜在当时没能推行开。

沈括在地磁学上也作出了极其重要的贡献。他是世界上最早发现了地磁偏角的科学家。在《梦溪笔谈》中,他记载了这一重大发现:“用磁石去磨针尖,针尖就指向南方,不过常常略微偏东,并不完全指向正南。”这就是说,他已经发现了地磁偏角。在西方直到1492年哥伦布航海时才发现了地磁偏角,但是,已经比沈括晚了400多年。

沈括还是一个伟大的数学家,在他的《梦溪笔谈》中,专门著有研究数学章节,并且开创了高阶等差级数的研究方向,给出了世界上最早的对高阶等差数列求和的公式,比西方领先了好几个世纪。

更为重要的是,在他的《梦溪笔谈》中记载了大量中国古代技术方面的发明创造,例如:毕昇的活字印刷术,指南针的制作方法。还有其它许多科学技术上的重大成果都是由于沈括的记载,今天才得到世界的公认。

沈括早年为官顺利,到了晚年因受别人牵连,免官后闲居润州,由于政治上不得志,才在梦溪园著书立说,《梦书笔谈》就是因此而得名的。很难设想,如果沈括一生为官顺利,将造成中国古代科学技术史上多么严重的损失!

1095年,沈括去世了,一颗科学的巨星陨落了。

中国古代恒星观测的大发现

宋元时期中国天文学的研究达到了一个新的顶峰。

宋代的天文学成就在我国历史上是首屈一指的。从公元 1010年~1106在官方主持下,共进行了五次大规模的恒星观测,其中最著名的就是第四次观测,因为这次的观测结果还引起了轰动世界的新发现。

公元1078年~1085年,北宋政府组织了对恒星天象的第四次大规模观测。有个叫黄裳的人根据观测的结果绘制了一个星图送给了当时的太子赵扩,并由赵扩收藏,这就是著名的黄裳原图。赵扩十分喜欢这张精心绘制的天文图。靖康之变王朝南渡,这张宝贵的天文图也随之到了江南,大约从13世纪中叶起,在江南风景如画的历史名城苏州的文庙门口就竖起了一石碑。以后,南宋灭亡,元明相替,几百年过去了,也没有什么人注意过这块古老的石碑。这块古老的石碑高2米左右,宽约1米,碑上刻着一个大圆盘。盘上是许多被七拐八岔的线连在一起的小点点和一些稀奇古怪的文字,这就是公元1247年左右一个叫王致和的人根据黄裳绘制的原图刻成的天文图像。在这幅闻名世界的苏州石刻天文图上,刻有北宋第四次大规模天文观测的结果——1430颗恒星。它是我国天文学史上,也是世界天文学史上的珍宝。

宋元时期最著名的天文学家是元朝的郭守敬,他从小喜欢读书,喜欢观察各种自然现象,对天文学尤其感兴趣。他自己还制造了一些土仪器,如用竹篾做的浑仪来观察天象,为后来对天文仪器的发明和创造打下了基础。

公元1276年,元朝政府下令修订历法,郭守敬参加了这个工作。他本着实事求是的科学态度,提出在修订历法前应对天象进行一次大规模的观测,官方采纳了他的这一建议。这次许多人参加的大规模天象观测活动使我国天方学史上记录的恒星数量由1430颗增加到2500多颗,并把观测结果也制成了星图,遗憾的是这个星图没能保存下来。

在观测天象的活动中,为了提高精密度,郭守敬在三年之内制成了简仪、高表、仰仪等13种天文仪器。为了在外地观测,他又创制了一套携带方便的天文仪器,还制作了仰规变距图、导方浑盖图等五种图,与仪器互相参照使用。

郭守敬创制简仪,是对浑仪的大胆革新。浑仪是古代用来测量日、月和星星位置的主要天文仪器。但是结构复杂,转动不灵便,且圆环很多,遮掩了一部分星星,不利于观察。简仪的功用和浑仪相同,但结构简单,刻度精密,为了旋转顺利,还装了滚球轴承,比欧洲应用滚球轴承早了将近二百年。郭守敬制造的天文仪器,精巧和准确程度都超过了前人。清朝初年,西方的传教士汤若望来中国,见到郭守敬创造的天文仪器非常敬佩。他尊称郭守敬为“中国的第谷”。第谷是16世纪欧洲著名的天文学家。也制造许多天文仪器。但他却比郭守敬晚300多年。

应用这次观测的数据,郭守敬花了两年多的时间修成了一部新历法——《授时历》。以往的历法不满一日的尾数大多用分数来表示,使计算十分复杂,而郭守敬的《授时历》改用了小数,他计算出一年为365.2425日,和地球公转周期只差“秒,与当今世界上通用的公历一年的周期相同。《授时历》是在1280年颁布的,比现行的公历要早302年。

郭守敬在天文历法方面的著作有14种,共计105卷,在古代天文学家中,他是著作最为丰富的一个。

从公元前6世纪的春秋战国时期到公元15世纪长达2000年的时间内,中国在整个科学技术领域,无论是数学、天文学、物理学等理论自然科学方面,还是在应用技术的发明创造上,始终居于世界的领先地位。究其原因,主要是由于我国古代的科学家们普遍享有思想上的自由,从春秋战国直到宋元时期,在我国始终未能形成像伊斯兰教、基督教国家那样的政教合一的神学统治。因此,自先秦以来发达的自然科学和各种学术流派始终没有象古希腊及中世纪的西方那样遭受到严酷的摧残。这正是科学发展的最重要的条件。

用消元法解高次方程的科学首创

朱世杰,字汉卿,号松庭。燕山(今北京附近)人,生卒年不详,中国元代著名数学家。

中国在两汉时期就能解一次方程,古时候称为“方程术”。到了宋元时期又出现了具有世界意义的成就——天元术。那么,当未知数不止一个的时候,如何列出高次联立方程组求解呢?有这样一道古代数学题:“直田积八百六十四步,只云长阔共六十步,问阔及长各几步?答曰:阔二十四步,长三十六步”。这就是说,长方形田地的面积等于八六四平方步,长与宽的和是六十步,长与宽各多少步?此题列成方程式即是:xy=864,x+y=60,其中x、y分别表示田的长和宽,这是一个二元二次方程组问题,此题选自我国南宋数学家杨辉所著《田亩比类乘除算法》一书。这说明,我国宋代数学家就已结合生产实践对多元高次方程组有了研究。那么,有没有三元三次方程组,四元四次方程组呢?当然有。早在宋、元时期,我国数学家就圆满地解决了这个问题。

元代数学家朱世杰,在与他同时代的数学家秦九韶、李治所创立的一元高次方程的数值解法和天元术的基础上,进一步发展了“四元术”,创造了用消元法解二、三、四元高次方程组的方法。

朱世杰这—重大发明,都记录在他的杰作《四元玉鉴》一书中。

所谓四元术,就是用天元(x)、地元(y)、人元(z)、物元(u)等四元表示四元高次方程组。朱世杰不仅提出了多元(最高到四元)高次联立方程组的算筹摆置记述方法,而且把《九章算术》等书中四元一次联立方程解法推广到四元高次联立方程组。四元术用四元消法解题,把四元四式消去一元变成三元三式,再消去一元变成二元二式,再消去一元,就得到一个只含一元的天元开方式,然后用增乘开方法求正根。这和现代解方程组的方法基本一致。

在西方,在16世纪以前,人们长期把不同的未知数用同一个符号来表示,以致含混不清。直到公元1559年,法国数学家彪特才开始用不同的字母A、B、C……来表示不同的未知数。而我国,朱世杰早在公元1303年就巧妙地解决了这个问题,他用天、地、人、物这四元来表示四个未知数,即相当于现在的x、y、z、u。

而关于四元高次联立方程的求解,欧洲直到1775年,法国数学家别朱在他的《代数方程的一般理论》一书中才得以系统地解决。但这已比朱世杰晚了四五百年。

四元术是我国数学家的又一辉煌成就。它达到了当时世界数学发展的高峰。

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