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第48章 科技篇(5)

宋朝末年,祖冲之回到建康(今南京),担任谒者仆射的官职。从这时起,一直到齐朝初年,他花了较大的精力来研究机械制造,重造指南车,发明千里船、水碓磨等等,做出了出色的贡献。

当祖冲之晚年的时候,齐朝统治集团发生了内乱,政治腐败黑暗,人民生活非常痛苦。北朝的魏乘机发大兵向南进攻。

从公元494年到公元500年间,江南一带又陷入战火,对于这种内忧外患重重逼迫的政治局面,祖冲之非常关心。大约在公元494年到498年之间,他担任长水校尉的官职。当时他写了一篇《安边论》,建议政府开垦荒地,发展农业,增强国力,安定民生,巩固国防。齐明帝看到了这篇文章,打算派祖冲之巡行四方,兴办一些有利于国计民生的事业。但是由于连年战争,他的建议始终没有能够实现。公元500年,这位卓越的大科学家去世了,享年七十二岁。

祖冲之的成就

祖冲之的主要成就在数学、天文历法和机械制造这三个领域。此外祖冲之精通音律,擅长下棋,还写有小说《述异记》。祖冲之著述很多,但大多都已失传。祖冲之是一位少有的博学多才的人物。为纪念这位伟大的古代科学家,人们将月球背面的一座环形山命名为“祖冲之环形山”,将小行星1888命名为“祖冲之小行星”。

祖冲之在天文历法方面的成就,大都包含在他所编制的《大明历》及为《大明历》所写的《驳议》中。

在祖冲之之前,人们使用的历法是天文学家何承天编制的《元嘉历》。祖冲之经过多年的观测和推算,发现《元嘉历》存在很大的差误。于是他着手制定新的历法,宋孝武帝大明六年(公元462年)他编制成了《大明历》。《大明历》在他生前始终没能采用,直到梁武帝天监九年(公元510年)才正式颁布施行。《大明历》的主要成就如下:

区分了回归年和恒星年,首次把岁差引进历法,测得岁差为45年11月差一度(今测约为70.7年差一度),岁差的引入是中国历法史上的重大进步。定一个回归年为365.24281481日(今测为365.24219878日),直到南宋宁宗庆元五年(公元1199年)杨忠辅制统天历以前,他一直是最精确的数据。

祖冲之的《大明历》,还对我国古代传统的“闰法”进行了改革。采用391年置144闰的新闰周,比以往历法采用的19年置7闰的闰周更加精密。祖冲之还在历法计算中第一次引进了“交点月”的概念。所谓“交点月”,就是月亮在天体上运行的路线同太阳在天体上运行的路线有两个交点(也叫黄白交点),月亮两次经过同一交点的时间,叫交点月。测定交点月日数为27.21223日(今测为27.21222日)。交点月日数的精确测得使得准确的日月食预报成为可能,祖冲之曾用《大明历》推算了从元嘉十三年(公元436年)到大明三年(公元459年),23年间发生的4次月食时间,结果与实际完全符合。

祖冲之不但精通天文、历法,他在数学方面的贡献,特别对“圆周率”研究的杰出成就,更是超越前代,在世界数学史上放射着异彩。

我们都知道圆周率就是圆的周长和同一圆的直径的比,这个比值是一个常数,现在通用希腊字母“π”来表示。圆周率是一个永远除不尽的无穷小数,他不能用分数、有限小数或循环小数完全准确地表示出来。由于现代数学的进步,已计算出了小数点后两千多位数字的圆周率。

圆周率的应用很广泛,尤其是在天文、历法方面,凡牵涉到圆的一切问题,都要使用圆周率来推算。我国古代劳动人民在生产实践中求得的最早的圆周率值是“3”,这当然很不精密,但一直被沿用到西汉。后来,随着天文、数学等科学的发展,研究圆周率的人越来越多了。西汉末年的刘歆首先抛弃“3”这个不精确的圆周率值,他曾经采用过的圆周率是3.547。东汉的张衡也算出圆周率为3.1622。这些数值比起π=3当然有了很大的进步,但是还远远不够精密。到了三国末年,数学家刘徽创造了用割圆术来求圆周率的方法,圆周率的研究才获得了重大的进展。

祖冲之就是利用求圆的内接正多边形总边长的方法,求得圆周长度的近似值。他从正六边形开始,再求正十二边形、二十四边形、四十八边形……边数一倍倍增加,依次计算到正两万四千五百七十六边形的边长,得出了圆周率在3.1415926和3.1415927之间这一精确的结论。祖冲之的计算是十分复杂繁难的,这样庞大的计算,没有坚强的毅力和熟练的技巧是无法完成的。

祖冲之死后,他的儿子祖暅继续父亲的研究,进一步发现了计算圆球体积的方法。

在我国古代数学著作《九章算术》中,曾列有计算圆球体积的公式,但很不精确。刘徽虽然曾经指出过他的错误,但究竟应当怎样计算,他也没有求得解决。经祖暅刻苦钻研,终于找到了正确的计算方法。他所推算出的计算圆球体积的公式是:圆球体积=π/c D(D代表球体直径)。这个公式一直到今天还被人们采用着。

编者小语:

祖冲之是我国历史上杰出的科学家,而且在世界科学发展史上也有崇高的地位。祖冲之创造“密率”,是世界闻名的。我们应该纪念像祖冲之这样的科学家,珍视他们的宝贵遗产。祖冲之的科学技术成就,将永远载入世界文化史册中!

【棉纺织技术革新的鼻祖——黄道婆】

少年好学

黄道婆(1245年—1330年),宋末元初知名棉纺织家。又名黄婆,黄母,汉族。松江府乌泥泾镇(今上海市华泾镇)人。

黄道婆出生前后,她的家乡便从闽广地区传来了棉花种植。乌泥泾首先在一个名叫“八千亩”的地方,播下了棉种。到了黄道婆记事的时候,棉花种植已经普及浙江、江苏、江西、湖南等地,不少妇女学会了棉花纺织技术。黄道婆由于世道多难、家境贫寒,而且很小就失去了全部骨肉亲人,孤苦无依,不得不自幼就跟劳动紧密地连在一起。砍柴做饭、洗洗涮涮,拿针用线,补补缝缝,一切都是她自己料理。她心灵手巧,好学好问,肯动脑筋,善于琢磨。大人干的活计,她看了便能举一反三,迅速通路入门。本地有人经常穿着棉布衣裤锄草犁田,邻居会纺线的妇女,早就告诉黄道婆,那种棉线布厚实柔软、经久耐用,干活的人穿用极为合适。黄道婆听着总是十分注意,沉思不语,而后,便抓紧向纺棉的成年人学习。起初,她不会干,弹棉絮,弹得不透不净;卷棉条,卷得松紧不匀;纺棉纱,纺得粗一段、细一段,好像蛇吃了蛋似的。可是,她毫不气馁,坚持练习,终于学会了操作。

学艺归乡造福于民

在生活的重压下,十二三岁就被卖给人家当童养媳。白天她下地干活,晚上她纺织布到深夜,还要遭受公婆、丈夫的非人虐待。沉重的苦难摧残着她,也磨炼了她,有一次,黄道婆被公婆、丈夫一顿毒打后,又被关在柴房不准吃饭,也不准睡觉。她再也忍受不住这种非人的折磨,决心逃出去另寻生路。半夜,她在房顶上掏洞逃了出来,躲在一条停泊在黄浦江边的海船上。后来就随船到了海南岛的崖州,即现在的海南崖县。在封建社会,一个从未出过远门的年轻妇女只身流落异乡,人生地疏,无依无靠,面临的困难可想而知。但是淳朴热情的黎族同胞十分同情黄道婆的不幸遭遇,接受了她,让她有了安身之所,并且在共同的劳动生活中,还把他们的纺织技术毫无保留地传授给她。当时黎族人民生产的黎单、黎饰、鞍塔闻名内外,棉纺织技术比较先进,黄道婆聪明勤奋,虚心向黎族同胞学习纺织技术,并且融合黎汉两族人民的纺织技术的长处,逐浙成为一个出色的纺织能手,在当地大受欢迎,和黎族人民结下了深厚的情谊。在黎族地区生活了将近三十年。但是,黄道婆始终怀念自己的故乡。在元朝元贞年间,约1295年,她从崖州返回故乡,回到了乌泥泾。黄道婆重返故乡时,植棉业已经在长江流域大大普及,但纺织技术仍然很落后。她回来后,就致力于改革家乡落后的棉纺织生产工具,她根据自己几十年丰富的纺织经验,毫无保留地把自己精湛的织造技术传授给故乡人民。一边教家乡妇女学会黎族的棉纺织技术,一边又着手改革出一套赶、弹、纺、织的工具:去籽搅车,弹棉椎弓,三锭脚踏纺纱车……。虽然她回乡几年后就离开了人世,但她的辛勤劳动对推动当地棉纺织业的迅速发展。在纺纱工艺上黄道婆更创造了新式纺车。当时淞江一带使用的都是旧式单锭手摇纺车,功效很低,要三四个人纺纱才能供上一架织布机的需要。黄道婆就跟木工师傅一起,经过反复试验,把用于纺麻的脚踏纺车改成三锭棉纺车,使纺纱效率一下子提高了两三倍,而且操作也很省力。因此这种新式纺车很容易被大家接受,在淞江一带很快地推广开来。黄道婆除了在改革棉纺工具方面做出重要贡献以外,她还把从黎族人民那里学来的织造技术,结合自己的实践经验,总结成一套比较先进的“错纱、配色、综线、絜花”等织造技术、热心向人们传授。因此,当时乌泥泾出产的被、褥、带、帨等棉织物,上有折枝、团凤、棋局、字样等各种美丽的图案,鲜艳如画。一时“乌泥泾被”不胫而走,附近上海、太仓等地竞相仿效。这些纺织品远销各地,很受欢迎,很快淞江一带就成为全国的棉织业中心,历几百年久而不衰。16世纪初,当地农民织出的布,一天就有上万匹。18世纪乃至19世纪,淞江布更远销欧美,获得了很高声誉。当时称淞江布匹“衣被天下”,这伟大的成就其中凝聚了黄道婆的大量心血。

编者小语:

黄道婆对棉纺织技术的巨大贡献,赢得了当地劳动人民深情的热爱和永久的纪念。黄道婆死后,大家举行了隆重的公葬,并且在乌泥泾镇替她修建祠堂,叫先棉祠。以后其他许多地方也先后为她修建祠堂,表达了广大劳动人民对这位棉纺织业的先驱者的感激和怀念。新中国成立后,上海人民为纪念这位杰出的劳动妇女,在1957年4月,重新修整了黄道婆的墓,并且树立了新的墓碑,在碑上铭刻着她的光辉业绩。黄道婆是我国古代劳动妇女勤奋、聪明、慈爱、无私的杰出典型,她的名字和功绩将永远留在广大人民的记忆中。

【著名的医药学家——李时珍】

立志学医

李时珍(1518年—1593年),中国著名医药学家。字东壁,号濒湖,蕲州(今湖北省蕲春县)人。李时珍家世代业医,祖父是“铃医”。父亲名言闻,号月池,是当地名医。

在封建社会里,医生的地位非常低下,常与“算命”、“卖卦”的人相提并论,有时还遭到官僚、地主和豪绅们的欺压。这股势力在明代更甚,当时还规定“医户”人家不能改行,这种轻视医生的社会风气,促使李言闻产生了改换医户地位的想法,决定让李时珍走科举道路,这样可以取得一官半职,光宗耀祖,因此,李言闻决定让李时珍读书应考,要求他每天背诵《四书》、《五经》,以便一朝功成,出人头地。李时珍自小体弱多病,然而性格刚直纯真,对那些空洞乏味的八股文,怎么也学不进去。自十四岁中了秀才后,三次到武昌考举人,都落第了。

有一年,蕲州一带,河水上涨,淹没了田地,又淹没了市巷,农田荒芜,疫情严重,肠胃病到处流行。蕲州官府举办的“药局”,不替穷人看病,穷人有病,都来找李时珍的父亲医治,临走时,个个都道谢不绝。这一切都被李时珍看在眼里。李时珍20岁的那年,身患“骨蒸病”(肺结核),连续不断地咳嗽和发烧,几乎把命送掉,幸得父亲的精心诊治,用一味黄芩汤把病治好了。李时珍愈想愈不愿走科举道路,于是,他放弃了科举做官的打算,专心学医,并且表示了这样的决心:“身如逆流船,心比铁石坚。望父全儿志,至死不怕难。”李言闻在冷酷的事实面前终于醒悟了,同意儿子的要求,并精心地教他。

李时珍24岁开始学医,白天跟父亲到“玄妙观”去看病,晚上,在油灯下熟读《内经》、《本草经》、《伤寒杂病论》、《脉经》等古典医学著作。李时珍的读书精神是令人钦佩的,“读书十年,不出户庭,博学无所弗脚”。由于他刻苦学习,掌握了治病方法。他曾用“延胡索”治愈了荆穆王妃胡氏的胃痛病,又用杀虫药治愈了富顺王之孙的嗜食灯花病,后来又以附子和气汤治愈富顾王适于的病症而被聘为楚王奉伺正。

多年的临床实践,使李时珍懂得,做一个医生,不仅要懂医理,也要懂药理。如把药物的形态和性能搞错了,就会闹出人命来。他在阅读《神农本草经》的基础上,又仔细地阅读了南朝齐梁时期陶弘景著的《本草经集注》,唐代的《新修本草》,宋代的《开宝本草》《嘉佑本草》《经史证类备急本草》《本草衍义》等。李时珍发现古代的本草书存在不少问题,首先在药物分类上是“草木不分,虫鱼互混”。比如“生姜”和“薯蓣”应列菜部,古代的本草书列入草部;“萎蕤”与“女萎”本是两种药材,而有的本草书说成是一种;“兰花”只能供观赏,不能入药用,而有的本草书将“兰花”当作药用的“兰草”;更严重的是竟将有毒的“钩藤”当作补益的“黄精”。李时珍认为古代本草书上那么多的错误,主要是对药物缺乏实地调查的结果。

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