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一子冲出浴一室,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,他的夫人一逼一他洗澡。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,否则王冠里肯定掺有假。
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一开了。
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,等于他所排一出液体的重量。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)。他出生于贵族,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,并用它模拟太一陽一、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,提出了一精一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,我就能推动地球。”
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,比较一精一确地求出了圆周率。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,并围绕着太一陽一旋转,这一观点比哥白尼的“日心地动说”要早1800年。限于当时的条件,他并没有就这个问题做深入系统的研究。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一娘一。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,将一陽一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。