阿基米德对人类有什么突出的贡献?
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发布时间：2022-05-01 07:23
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时间：2022-06-26 01:25
学术成就
欧洲文艺复兴时期，当时的大师们无不汲汲以追求希腊著作为务 （哪怕是经过希腊文—阿拉伯文—拉丁文这样重重转译的）。达·芬奇就曾尽力搜寻阿基米德的著作，但他无法看到《方*》，因为文艺复兴时期的大师们只能依赖“抄本A”和“抄本B”（那时还未佚失）来了解阿基米德。而达·芬奇要是看到了《方*》，他一定会爽然自失——原来阿基米德的研究和成就早在1700年前就大大超过他了。阿基米德在《方*》中已经“十分接近现代微积分”，这里有对数学上“无穷”的超前研究，贯穿全篇的则是如何将数学模型进行物理上的应用。研究者们甚至认为，“阿基米德有能力创造出伽利略和牛顿所创造的那种物理科学”。
至于另一篇新发现的著作《十四巧板》，则又别开生面。尽管“十四巧板”这种古代游戏（比中国民间的“七巧板”更复杂些）在西方早已为人所知，但最初诺尔他们认为《十四巧板》既难以理解也无关紧要，也许只是阿基米德的游戏而已。不过后来研究组合数学的专家参加研究之后，又有了惊人发现——他们认为阿基米德在《十四巧板》中，其实是要讨论总共有多少种方式将十四巧板拼成一个正方形？他们研究的答案是：《十四巧板》中的十四巧板总共有17152种拼法可以得到正方形。这使他们相信，《十四巧板》表明“希腊人完全掌握了组合数学这门科学的最早期证据”。
“阿基米德羊皮书”提供的《方*》和《十四巧板》这两篇阿基米德遗作的重新问世，确实可以说是“改写了科学史”。[1]
阿基米德的几何著作是希腊数学的顶峰。他把欧几里得严格的推理方法与柏拉图鲜艳的丰富想象和谐地结合在一起，达到了至善至美的境界，从而“使得往后由开普勒、卡瓦列利、费马、牛顿、莱布尼茨等人继续培育起来的微积分日趋完美”。阿基米德是数学家与力学家的伟大学者，并且享有“力学之父”的美称。其原因在于他通过大量实验发现了杠杆原理，又用几何演泽方法推出许多杠杆命题，给出严格的证明，其中就有著名的“
阿基米德 画像
阿基米德原理”。
他在数学上也有着极为光辉灿烂的成就，特别是在几何学方面。他的数学思想中蕴涵着微积分的思想，他所缺的是没有极限概念，但其思想实质却伸展到17世纪趋于成熟的无穷小分析领域里去，预告了微积分的诞生。正因为他的杰出贡献，美国的E.T.贝尔在《数学人物》上是这样评价阿基米德的：任何一张开列有史以来三个最伟大的数学家的名单之中，必定会包括阿基米德，而另外两位通常是牛顿和高斯。
除了伟大的牛顿和伟大的爱因斯坦，再没有一个人象阿基米德那样为人类的进步做出过这样大的贡献。即使牛顿和爱因斯坦也都曾从他身上汲取过智慧和灵感。他是“理论天才与实验天才合于一人的理想化身”，文艺复兴时期的达芬奇和伽利略等人都拿他来做自己的楷模。后人常把他和I.牛顿、C.F.高斯并列为有史以来三个贡献最大的数学家。[4]
浮力原理
浮力原理简述：物体在液体中所获得的浮力，等于它所排出液体的重量，即：
（式中
为物体所受浮力，
为物体排开液体所受重力）。该式变形可得
（式中
为被排开液体密度，
为当地重力加速度，
为排开液体体积）
关于浮力原理的发现，有这样一个故事：相传叙拉古赫农王让工匠替他做了一顶纯金的王冠。但是在做好
阿基米德发现浮力
后，国王疑心工匠做的金冠并非纯金，但这顶金冠确与当初交给金匠的纯金一样重。工匠到底有没有私吞黄金呢？国王想检验金冠是否为纯金，但又不能破坏王冠，这个问题不仅难倒了国王，也使诸大臣们面面相觑。经一大臣建议，国王请来阿基米德检验。最初，阿基米德也是冥思苦想而却无计可施。后来有一天，他在家洗澡，当他坐进澡盆里时，看到水往外溢，同时感到身体被轻轻托起。他突然悟到可以用测定固体在水中排水量的办法，来确定金冠的比重。他兴奋地跳出澡盆，连衣服都顾不得穿上就跑了出去，大声喊着“尤里卡！尤里卡！”（Eureka，意思是“找到了”。希腊文：ερηκα）
他经过了进一步的实验以后，便来到了王宫，他把王冠和同等重量的纯金放在盛满水的两个盆里，比较两盆溢出来的水，发现放王冠的盆里溢出来的水比另一盆多。这就说明王冠的体积比相同重量的纯金的体积大，密度不相同，所以证明了王冠里掺进了其他金属。
这次试验的意义远远大过查出金匠欺骗国王，阿基米德从中发现了浮力定律（阿基米德原理）：物体在液体中所获得的浮力，等于它所排出液体的重量。一直到现代，人们还在利用这个原理计算物体比重和测定船舶载重量（即广为人知的排水量法）等。[5]
杠杆原理
杠杆原理简述：满足下列三个点的系统，基本上就是杠杆：支点、施力点、受力点。杠杆原理亦称“杠杆平衡条件”：要使杠杆平衡，作用在杠杆上的两个力矩（力与力臂的乘积）大小必须相等。即：动力×动力臂=阻力×阻力臂，用代数式表示为F1·
l1=F2·l2。式中，F1表示动力，l1表示动力臂，F2表示阻力，l2表示阻力臂。从上式可看出，欲使杠杆达到平衡，动力臂是阻力臂的几倍，动力就是阻力的几分之一。
刚好海维隆王又遇到了一个棘手的问题：国王替埃及托勒密王造了一艘船，因为太大太重，船无法放进海里，国王就对阿基米德说：“你连地球都举得起来，把一艘船放进海里应该没问题吧？”于是阿基米德立刻巧妙地组合各种机械，造出一架机具，在一切准备妥当后，将牵引机具的绳子交给国王，国王轻轻一拉，大船果然移动下水，国王不得不为阿基米德的天才所折服。从这个历史记载的故事里我们可以了解到，阿基米德极可能是当时全世界对于机械的原理与运用，了解最透彻的人。
阿基米德对于机械的研究源自于他在亚历山大城求学时期。有一天阿基米德在久旱的尼罗河边散步，看到农民提水浇地相当费力，经过思考之后他发明了一种利用螺旋作用在水管里旋转而把水
杠杆原理
吸上来的工具，后世的人叫它做“阿基米德螺旋提水器”，埃及一直到二千年后的现代，还有人使用这种器械。这个工具成了后来螺旋推进器的先祖。当时的欧洲，在工程和日常生活中，经常使用一些简单机械，譬如：螺丝、滑车、杠杆、齿轮等，阿基米德花了许多时间去研究，发现了“杠杆原理”和“力矩”的观念，对于经常使用工具制作机械的阿基米德而言，将理论运用到实际的生活上是轻而易举的。他自己曾说：“给我一个支点和一根足够长的杠杆，我就能撬动整个地球。”
数学大师
对于阿基米德来说，机械和物理还只是次要的，他比较有兴趣而且投注更多时间的是纯理论上
关于阿基米多的作品(17张)
的研究，尤其是在数学和天文方面。在数学方面，他利用“*近法”算出球面积、球体积、抛物线、椭圆面积，后世的数学家依据这样的“*近法”加以发展成近代的“微积分”。他更研究出螺旋形曲线的性质，现今的“阿基米德螺线”曲线，就是为纪念他而命名。另外他在《恒河沙数》一书中，他创造了一套记大数的方法，简化了记数的方式。
阿基米德在他的著作《论杠杆》（可惜失传）中详细地论述了杠杆的原理。有一次叙拉古国王对杠杆的威力表示怀疑，他要求阿基米德移动载满重物和乘客的一艘新三桅船。阿基米德叫工匠在船的前后左右安装了一套设计精巧的滑车和杠杆。阿基米德叫100多人在大船前面，抓住一根绳子，他让国王牵动一根绳子，大船居然慢慢地滑到海中。群众欢呼雀跃，国王也高兴异常，当众宣布：“从现在起，我要求大家，无论阿基米德说什么，都要相信他！”阿基米德还曾利用抛物镜面的聚光作用，把集中的阳光照射到入侵叙拉古的罗马船上，让它们自己燃烧起来。罗马的许多船只都被烧毁了，但罗马人却找不到失火的原因。900多年后，有位科学家按史书介绍的阿基米德的方法制造了一面凹面镜，成功地点着了距离镜子45米远的木头，而且烧化了距离镜子42米远的铝。所以，许多科技史家通常都把阿基米德看成是人类利用太阳能的始祖。
天文研究
他曾运用水力制作一座天象仪，球面上有日、月、星辰、五大行星，根据记载，这个天象仪不但运行精确，连何时会发生月蚀、日蚀都能加以预测。晚年的阿基米德开始怀疑地球中心学说，并猜想地球有可能绕太阳转动，这个观念一直到哥白尼时代才被人们提出来讨论。
公元三世纪末正是罗马帝国与北非迦太基帝国，为了争夺西西里岛的霸权而开战的时期。身处西西里岛的叙拉古一直都是投靠罗马，但是西元前216年迦太基大败罗马军队，叙拉古的新国王（海维隆二世的孙子继任），立即见风转舵与迦太基结盟，罗马帝国于是派马塞拉斯将军领军从海路和陆路同时进攻叙拉古，阿基米德眼见国土危急，护国的责任感促使他奋起抗敌，于是他绞尽脑汁，日以继夜的发明御敌武器。
根据一些年代较晚的记载，当时他造了巨大的起重机，可以将敌人的战舰吊到半空中，然后重重摔下使战舰在水面上粉碎；同时阿基米德也召集城中百姓手持镜子排成扇形，将阳光聚焦到罗马军舰上，烧毁敌人船只（不过，美国的科普电视节目《流言终结者》曾经针对这个传说做过实验，结果认为这实际上几乎不可能成功）；他还利用杠杆原理制造出一批投石机，凡是靠近城墙的敌人，都难逃他的飞石或标*。这些武器弄的罗马军队惊慌失措、人人害怕，连大将军马塞拉斯都苦笑的承认：“这是一场罗马舰队与阿基米德一人的战争”、“阿基米德是神话中的百手巨人”。
重视实践
阿基米德和雅典时期的科学家有着明显的不同，就是他既重视科学的严密性、准确性，要求对每一个问题都进行精确的、合乎逻辑的证明；又非常重视科学知识的实际应用。他非常重视试验，亲自动手制作各种仪器和机械。他一生设计、制造了许多机构和机器，除了杠杆系统外，值得一提的还有举重滑轮、灌地机、扬水机以及军事上用的抛石机等。被称作“阿基米德螺旋”的扬水机至今仍在埃及等地使用。
阿基米德螺旋永动机
阿基米德螺旋永动机
阿基米德发展了天文学测量用的十字测角器，并制成了一架测算太阳对向地球角度的仪器。他最著名的发现是浮力和相对密度原理，即物体在液体中减轻的视重，等于排去液体的重量，后来以阿基米德原理著称于世。在几何学上，他创立了一种求圆周率的方法，即圆周的周长和其直径的关系。阿基米德是第一位讲科学的工程师，在他的研究中，使用欧几里德的方法，先假设，再以严谨的逻辑推论得到结果，他不断地寻求一般性的原则而用于特殊的工程上。他的作品始终融合数学和物理，因此阿基米德成为物理学之父。
他应用杠杆原理于战争，保卫西拉斯鸠的事迹是家喻户晓的。而他也以同一原理导出部分球体的体积、回转体的体积（椭球、回转抛物面、回转双曲面）。此外，他也讨论阿基米德螺线（例如：苍蝇由等速旋转的唱盘中心向外走去所留下的轨迹），圆、球体、圆柱的相关原理，其成就。阿基米德将欧几里德提出的趋近观念作了有效的运用，他提出圆内接多边形和相似圆外切多边形，当边数足够大时，两多边形的周长便一个由上，一个由下的趋近于圆周长。他先用六边形，以后逐次加倍边数，到了九十六边形，求出π的估计值介于3.14163和3.14286之间。另外他算出球的表面积是其内接最大圆面积的四倍。而他又导出圆柱内切球体的体积是圆柱体积的三分之二，这个定理就刻在他的墓碑上。[1]
保卫祖国
新式武器
阿基米德年老的时候，叙拉古和罗马之间发生了战争。罗马军队的最高统帅马塞拉斯率领罗马军队包围了他所居住的城市，还占领了海港。阿基米德虽不赞成战争，但又不得不尽自己的责任，保卫自己的祖国。
他制造了一种叫作石弩的抛石机，把大石块投向罗马军队的战舰，或者使用发射机把矛和石块射向罗马士兵。
阿基米德还发明了多种武器，来阻挡罗马军队的前进。他发明了大型起重机，把罗马的战舰高高地吊起，随后呼地一声将其摔下大海，船破人亡。最后罗马士兵都不敢靠近城墙，只要有一根绳子在上方出现，他们就会被吓跑，因为他们相信那个可怕的阿基米德一定在用一种什么新奇的怪物，会使他们一命呜呼。
镜子聚光
太阳的光和热使地球上的万物生长，它蕴藏着无穷无尽的能量。那么，是谁最早想到把太阳能聚集起来加以利用呢?
古希腊的叙拉古城遭到了罗马军队的侵袭。罗马军队乘着张帆的战舰，耀武扬威地驶向叙拉古港口，叙拉古城的青壮年和士兵们一起上前线去了，城里只剩下了老人、妇女和孩子，处于万分危急的时刻。
就在这时，老阿基米德为了自己的祖国又站了出来。他让妇女和孩子们每人都拿着自己家中的镜子一齐来到海岸边，让镜子对准强烈的阳光，集中照射到敌舰的主帆上，千百面镜子的反光聚集在船帆的一点上，船帆燃烧起来了，火势趁着风力，越烧越旺，罗马人不知底细，以为阿基米德又发明了新式武器。就慌慌张张地逃跑了。
今世论证：美国科普节目《流言终结者》对“镜子聚光烧战船”的事情提出质疑，并进行了科学的论证。
测试发现：
《流言终结者》对此进行了三次测试，第一次测试，他们发现12个人拿着镜子，已经很难知道自己的镜子反射的是哪一道光。
第二次测试，在140尺远的距离，用300面铜镜使静止的船体冒烟；而当镜子对准帆的时候，热量大量流失，因为帆是白色的，且风一吹，前功尽弃；而在75尺的地方，用玻璃镜点燃了静止的船体。
他们还制造了阿基米德的武器之一“蝎子”，一种弩炮发射火箭，另外他们还列出了七大疑点。
疑点：
THE COMPASS
方位（流言终结者利用的是旧金山正午的强烈阳光，但阿基米德没法获得这样的阳光，因为叙拉古朝东，他只能利用较弱的拂晓阳光。）
THE WEATHER 天气（哦，写这本书的人真该看看天上有没有云。）
ROMAN BOATS WERE MOVING
罗马船会动（流言终结者测试表明，只要移动几寸，聚焦前功尽弃，更何况是一只舰队。）
"INFLAMMABLE" SAILS
帆无法燃烧（帆是白色的，加上海风一吹，热量散开，根本无法准确聚焦。）
HISTORY 历史证据
（流言终结者从历史上得到的信息：“时间最早也可能是最好的有关叙拉古之战的文献，是由普罗毕斯拟写，当时参战士兵都还在世，里头完全没有提到‘火’或是‘镜子取火’。第一次提到‘火’是卢奇安，那是在三百年后，他也没提到‘镜子’，只有说‘火’。第一次提到叙拉古之战有用‘镜子取火’是安提米乌斯在八百年后写下。”“安提米乌斯的描述在12世纪又被加油添醋，最后变成了今日所知的故事。”）
SCALE 武器规模尺寸
（流言终结者的测试表明，需要更多镜子和瞄准手死光镜才有可能见效，这显然是浪费资源，尤其是当时还有很多武器可以选择，例如阿基米德的弩炮）。
ALTERNATIVE WEAPONS
其他武器。（史*载：“阿基米德开发的弩炮可以射出一颗火球到600尺外。”连不算神射手的“托瑞”都能射箭到300尺外，可见弩炮或弓箭等其他武器绝对能够终结这个流言）。
另外，他们还列出了历史上成功点燃的案例：“1747年杜布芬伯爵，他用了168面玻璃镜在150尺外烧起木头，但那是涂上木馏油的木头。1973年希腊科学家艾欧尼·沙卡斯博士，他让60名水手拿着6尺长2尺宽的反射镜，在160尺外点燃一片钉在划艇上的夹板。”但是所有目标都是静止不动，加上当时古希腊的镜子是铜镜。
最后一次测试，由美国总统奥巴马提出，流言终结者将船停在120米处，岸边搭起213米长的网眼布栅栏增加聚焦，一排213米长的支架台用来垫高，并且在帆上画上黑色的太阳，同时动用了500名中学生拿着铜镜，对准船帆上的黑色部分，经过15分钟的聚焦，只是上升到130℉；最后使用玻璃镜，只让帆上升到了200℉，及时船体距离约30米(100英尺)也才升到280℉，达不到410℉。
他们认为，也许阿基米德并没有打算点燃船体，而是要使得侵略军晕头转向，因为非常的刺眼。
由此看来，文中所提到的“船帆燃烧”已是后来的流言而不是历史。[1]
5古代抄本
古希腊阿基米德是最富传奇色彩的古代科学家。1998年之前，传世的阿基米德著
阿基米德雕塑
作共8篇，依次是：《论平面平衡》、《抛物线求积》、《球体和圆柱体》、《测圆术》、《论螺线》、《论浮体》、《圆锥体和椭球体》、《数沙者》。这8篇的内容传自两个古代抄本系统，它们被专家称为“抄本A”和“抄本B”。不幸的是这两个抄本都已遗失。
1998年，纽约克里斯蒂拍卖行出现了一件名为“阿基米德羊皮书”的拍品，这是一本很不起眼的中世纪抄写的祈祷书，但是因为据信它原先是一本阿基米德著作的抄本，只是后来被人刮掉了原书字迹，再用来抄写祈祷书的（这种“废物利用”在古代并不罕见），所以身价不菲，最终由一位神秘富翁以200万美元拍得。随后这位富翁自称“B先生”，派人找到巴尔的摩市的华尔特艺术博物馆手稿部主任诺尔博士，要诺尔组织团队来研究“阿基米德羊皮书”，研究经费由他来资助。但研究结束后羊皮书要归还给他。诺尔组织了一支包括了古代科学教授、数学史教授、中世纪艺术史教授、化学教授、数码成像专家、X射线成像专家、古籍手稿研究专家的研究团队，他们都主要是在周末业余时间从事这项研究。研究过程中，B先生也经常参与决策。他一直秉着负责、考虑全面、大方的的态度来参与。这支研究团队辛勤工作了7年——从1999年至2006年，“这个项目从来没有发生资金短缺的问题”。
研究者们将“阿基米德羊皮书”一页页拆开，利用各种现代的成像技术，最终竟然成功地完整重现了那份在700多年前已经被从羊皮纸上刮去的抄本内容。于是传世阿基米德著作的第三个抄本重新出现了。它被称为“抄本C”，成为存世的阿基米德著作抄本中最古老的版本。
“抄本C”中包括了阿基米德的7篇著作：《论平面平衡》、《球体和圆柱体》、《测圆术》、《论螺线》、《论浮体》、《方*》、《十四巧板》。其中前五篇是以前“抄本A”和“抄本B”系统已经承传下来，为世人所知的；而最为珍贵的是最后两篇，即《方*》和《十四巧板》，这是以前从未出现过的。[1]
http://ke.baidu.com/subview/2131/11605745.htm?fromId=2131&from=rdtself#4
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时间：2022-06-26 01:26
