享誉古今中外的科学家祖冲之评述
魏隽如; 汤倩
【期刊名称】《《河北软件职业技术学院学报》》
【年(卷),期】2019(021)004
【总页数】4页(P69-72)
【关键词】祖冲之; 数学家; 天文学家; 机械专家; 文学家
【作 者】魏隽如; 汤倩
【作者单位】保定学院 历史系 河北 保定 071000; 河北金融学院 商务外语系 河北 保定 071000
【正文语种】中 文
【中图分类】G316
祖冲之，字文远，生于宋文帝元嘉六年（429年），卒于齐东昏侯永元二年（500年），祖籍范阳郡逎县（今河北省保定市涞水县），南朝宋、齐间著名科学家。因先世迁居江南，祖冲之生于建康（今江苏南京）。他自幼聪明好学，加之受家庭的熏陶，从青年时代即开始从事学术研究，20岁时因学有成就进入“华林学省”（相当于今天的国家级研究机构）。此后，历仕南朝刘宋、萧齐，受四品俸禄。
祖冲之一生在众多领域都取得了举世瞩目的重大成就。在数学上，他第一次把圆周率计算到小数点后七位，直到一千多年后，这个纪录才被欧洲人打破。他编撰的数学专著——《缀术》，被誉为中国古代《算经十书》之一，此后历代及朝鲜、日本均曾用做算学课本。在天文历法上，他创制的《大明历》是当时世界上最先进的历法，对后世的历法及历法学家均产生了重要影响。在机械制造上，他设计改造的水碓磨、千里船等，大大减轻了劳动人民的生产负担，直到现在，中国南方一些农村仍在使用。在文学上，其志怪小说《述异记》，内容涉及自然、动物、吉凶征兆、谶验、妖怪鬼神等多个方面，对于志怪小说文体的形成具有开创之功。正是基于祖冲之在科学上取得的巨大成就，紫金山天文台把他们发现的一颗小行星命名为“祖冲之小行星”，国际天文学组织将月球背面的一座环形山命名为“祖冲之环形山”，以纪念和表彰祖冲之对科学的卓越贡献。
一、博学躬测，创制先进历法——《大明历》
祖家历代都对天文历法有研究，受家庭熏陶，祖冲之从小不仅读了很多探问历算等方面的书籍，还经常观测天象并记录了大量太阳和星球运行的情况。入“华林学省”从事专门的历算研究后，祖冲之敏锐地发现，一直使用的何承天《元嘉历》有三大错讹之处，即“日月所在，差觉三度。二至晷景，几失一日。五星见伏，至差四旬，留递进退，或移两宿”。[1]因而萌发了创制一部基于实际观测和科学研究的先进历法的想法，为此，他上表孝武帝，提出改定新历的主张，表示要对天文星象“加以亲量圭尺，躬察仪漏，目尽毫厘，心穷筹筴，考课推移，又曲备其详矣”[1]，决心为当今后世制定一部科学准确的历法。经过精密测量和仔细推算，在宋孝武帝大明六年（462年），《大明历》编制成功。《大明历》是中国历法史上一次重大的改革和进步，在天文历法史上更是一个非凡的创举。其主要历史功绩如下所述。
（1）首次将“岁差”引进历法。自此以后，岁差便为众多历法家所重视，如隋朝的《皇极历》《大业历》中均应用了岁差。
（2）突破了长久沿袭的19年7闰的传统方法，提出391年置144个闰月的科学方法。
（3）推算出一个回归年为365.24281481日，与近代格里高利历法只有50秒左右的误差。
（4）测定月亮环行一周的天数，即求出了历法中通常称为“交点月”的日数是27.21223日，而近现代天文学家所测得的交点月的日数为27.21222日，二者相比相差不到一秒。
（5）观测和推算出金、木、水、火、土五大行星的运行轨道和运行一周所需的时间。计算出木星（当时称岁星）公转的周期为11.858年，与近现代科学家测量的数值仅差0.04年；计算出水星运转一周的时间为115.88日，与近代天文学家测定的数字在两位小数以内完全一致；计算出金星运转一周的时间为583.93日，与现代科学家测定的数字相比仅差0.01日。
（6）提出了用圭表测量正午太阳影长以定冬至时刻的方法，为后世长期采用。
《大明历》编定成功后，祖冲之上书朝廷，请求颁行，却遭到皇帝宠臣戴法兴等人的激烈反对，他们污蔑祖冲之的改进和革新是“诬天背经”。祖冲之据理力争，明确指出天体运行“有形可检，有数可推”[2]，不能只知信奉古人而怀疑今人。尽管祖冲之为新历的推行进行了不懈斗争，但是由于权臣的阻遏、皇帝的驾崩，事情多次被搁置。直到梁武帝天监九
年（510年），也就是祖冲之死后10年才被采用颁行。《大明历》前后行用80年，对后世历法及历法学家产生了重要影响。
二、搜练古今，专功耽思，数学成就光耀辰汉
祖冲之在数学方面的成就，直接奠定了其在中国乃至全世界数学领域中的崇高地位，成为中国古代当之无愧的“数学之神”。其主要数学成就如下所述。
（1）第一次将圆周率（π）值的计算精确到3.1415926和3.1415927之间。这是当时世界上最先进的圆周率数值，直到15世纪才有阿拉伯数学家阿尔·卡西得到更精确的结果。祖冲之还给出了圆周率（π）的两个分数形式：22/7的约率和355/113的密率。后人将“约率”命名为“祖冲之圆周率”，简称“祖率”。这个约率和密率，直至16世纪，德国数学家奥托和荷兰工程师安托尼兹才推算得到。祖冲之的这一成就成为此后一千多年世界数学时空中不可企及的一个高峰。
（2）编定数学专著——《缀术》。《缀术》被誉为中国古代《算经十书》之一，由于其“指要精密，算氏之最者”，[4]因而成为唐代以后国子监算学科的课本。唐朝规定学习《
缀术》的时间为四年，《缀术》成为政府举行数学考试时出题的蓝本。唐朝以后《缀术》曾经传至朝鲜、日本，并成为中世纪朝鲜、日本的算学课本。后来因为“学宫莫能究其深奥”，是故“废而不理”[3]。《缀术》原本在北宋时已轶失，成为数学史上一个重大损失。
（3）祖冲之父子解决了球体积的计算问题。祖冲之的儿子祖暅也是南朝时期著名的数学家和天文学家。祖暅最大的成就是将其父亲未竟的事业向前推进了一大步。其父子二人在著名数学家刘徽成就的基础上，解决了球体积的计算问题。他们认为，底径相等的两圆柱直交之公共部分的体积等于圆柱体底面直径立方值的三分之二，而球体体积等于球直径立方值的六分之一乘以圆周率π的积，即 V=d3*2/3；V=π*d3*1/6。在推算过程中，祖暅提出了“二立体等高处截面积恒相等，则二立体体积相等”的原理，即祖暅公理。在西方，直到17世纪才被意大利数学家卡瓦列里发现。
三、经世致用，潜心钻研，机械制造济世利民
祖冲之不仅是一位杰出的天文学家和数学家，而且还是一位杰出的机械专家、设计师和发明家。其机械制造的成就如下所述。
（1）发明了水力加工粮食的工具——水碓磨。我国古代劳动人民很早就发明了利用水力舂米的水磨。西晋初年，杜预将其加以改进，使之成为能带动好几个石杵舂米的“连机碓”。祖冲之则把水碓和水磨结合起来，发明了水碓磨，进一步提高了生产效率。直到现在，中国南方仍有一些农村地区在使用这种粮食加工工具。
（2）利用齿轮互相传动的原理，制造出了内部机件全铜的指南车。相传远古时代黄帝对蚩尤作战时，曾使用过指南车来辨别方向。三国时期的马钧曾制造过指南车（虽有记载，但造法失传）。东晋大将刘裕北伐后秦时，曾获得一辆散失的木制机械的指南车。齐高帝萧道成令祖冲之仿制，祖冲之经过研究，利用齿轮互相传动的原理，制造出了全铜的内部机件精巧、运转自如的指南车。
