两千二百年前,意大利西西里岛上一个小小的王国——叙拉古王国国王即位后,为了表示对神灵祐佐他成功的敬谢,让金匠打制了一顶献给永恒的神祗的金冠。
国王看着精巧玲珑、熠熠闪光的金冠,高兴得眉开眼笑。可是,一位大臣却告诉国王:“金匠的手艺的确高超。不过,金冠并非纯金。据臣得到的情报,金匠克扣了一部分金子,换成了等量的白银。”国王对金匠竟敢欺骗他十分恼火,发誓要严惩不贷。可是,苦于找不到确凿的证据。怎样才能既不损坏金冠又能辨出真伪呢?他把这个难题交给了当时的著名学者阿基米德(图2-3)。
阿基米德虽然知识渊博,但这类难题也是第一次碰到,一时不知从何下手。他仔细观察,反复思索,一连数日一筹莫展。
一天,仆人叫他去洗澡,仆人把澡盆里的水放得太满了,阿基米德刚把身子浸入水里,水就向外溢出来。阿基米德慢慢地把身子往下缩,他发现身子没入的越多,水流出的也越多,并且感到水对他身体的托力也越大。这本来是十分平常的现象,阿基米德从未对它注意过。可是此刻,他好像突然发现了什么奇迹一样。是的,他发现了秘密!他把身子浸入水中,接着又抬起来,然后又浸下去。他一边浸一边仔细地思索。最后,他高兴得几乎是喊了出来:“知道了!知道了!”不等洗完澡,就急急忙忙跑出了洗澡间。
原来,阿基米德发现,身子浸入水中的多少不同,受到水的浮力也不同,沉入的愈多,浮力就愈大。由此他联想到,如果王冠没有掺假,那么它排出的水量就应该与同样重量的黄金的排水量相等,否则,就意味着掺了假。就是说,同等重量的东西泡进水里而溢出的水不一样,肯定它们就是不同的物质。每一件物质和相同体积的水都有个固定的重量比,这就是比重。阿基米德据此进行鉴定,他叫人取来三种东西——金块、银块和皇冠。三者的重量相等。只见他依次把它们浸在盛水的容器里,观察每次各溢出多少水。结果呢?他发现,皇冠排出的水,多于金子排出的水,而少于银子。于是,他断定皇冠不是纯金制作的,并准确测出了掺兑白银的数量,使金匠受到了惩罚。阿基米德也以此为起点继续研究,终于提出了著名的阿基米德定律——浮力定律。
科学小链接
“数学之神”
阿基米德是古希腊大数学家、大物理学家,公元前287年生于西西里岛的叙拉古,公元前212年被罗马入侵者杀害。阿基米德的数学主要成就是在纯几何方面。他善于继承和创造,他运用穷竭法解决了几何图形的面积、体积、曲线长等大量计算问题,其方法是微积分的先导,其结果也与微积分的结果相一致。阿基米德在数学上的成就在当时达到了登峰造极的地步,对后世影响的深远程度也是任何一位数学家无与伦比的,他是数学史上首屈一指的大数学家。按照罗马时代的科学史家普利尼的评价,数学界称阿基米德是“数学之神”。