《数理化通俗演义》作者:梁衡-4

西塞罗,这个曾是当年叙拉古的敌国的代表,此时怀着由衷的喜悦欢呼这一伟大的发现。他专门为了文章进行称颂,并重修了阿基米德之墓,让这个遗迹作为对这位科学家的永桓的纪念。  正是:  政治分左右,军事有敌我。 科学无国籍,知识一长河。第八回八龙举首报地动,一骑飞至判真伪——世界上第一台地动仪的诞生  上回说到古希腊伟大的科学家阿基米德在战争中不幸遇难。此后,欧洲在一千多年内,再没出现可与他相比的人物。虚妄的封建迷信,疯狂的宗教压迫把人们淹没在无知的荒野中。当时的世界文化中心亚里山大里亚已被焚毁,巴黎和伦敦的街上还是一些土房茅舍。整个欧洲没有学校,没有医院,瘟疫到处蔓延,人们大批死亡,欧洲进入了中世纪的黑暗时代。可是,幸亏地球是圆的,正像一半是黑夜,一半就是白天一样,那时在东半球正有一个和罗马一样强大的帝国,这就是中国的汉王朝。就在西塞罗无限追思阿基米德而为他立碑的三年后(公元78年),东汉的南阳郡西鄂县(今河南南阳石桥镇)降生了一个人。他就是后来在世界科学史上占有显赫地位的科学家张衡(公元78-139)。张衡自幼刻苦读书,16岁即外出考察游学,后在京为官。一生共有占作20种53篇,涉及文学、史学、哲学、天文、历算、地理、艺术图籍。正如1956年中国科学院院长郭沫若在重修张衡墓时的题词中说的那样:“如此全面发展之人物,在世界史中亦所罕见。”  话说公元138年的一天, 洛阳城里汉顺帝早朝,文武百官班列两旁。顺帝道:“众爱卿,可有什么事情要向朕奏明?”这时班中一位老臣,鹤发童颜,趋前几步跪下道:“臣今早察知京师正西方向发生地动,那里必是房倒墙摧,江河横溢生灵涂炭、万请陆下速派员安抚,以救民于水火。”这个老人就是年已61岁的张衡。他本来在朝中任太史令、侍中,三年前因敢于直言而被排挤出京任河间相,如今刚刚回朝任尚书,第一次上奏就说出这般不吉利的话来。且外面风和日丽,朗朗乾坤,没有一丝地震的迹象,当即有人跪奏顺帝:“我朝在和帝永元八年(公元96年)至安帝延九四年(公元125年),30年间就有23年发生大地震。安帝元初六年(公元119年),两次地震京师和42个郡全都受灾,房倒屋塌,山崩地裂。那是神灵主宰,上天垂象,朝将易主,果然连换三朝。自我皇永建元年(公元125年)登基以来,上应天意,下随民心,天下太平,谷丰粮登,何来凶象之兆?平子(张衡字)在朝为官多年,被调为外相,分明是对望上有怨。今日登殿假借天意,造谣惑上,宜交廷尉(掌刑法的官)论罪,以肃朝纲。”此人伶牙俐齿,口若悬河,朝中不少迷信老朽听得连连点头。张衡的一些好友也不敢插嘴申辩,大殿之内一片肃静。顺帝一时也拿不定主意。先朝的大地震他是知道的,至今想来还心惊肉跳。可是,自他登基12年来,张衡就有11年在他身边侍奉,上传下达,犯颜直谏,也还忠于职守。自任太史以来,推算历法,研究天文,制成浑天仪,演测天象,确有成效,今日之言决不至于信口开河。想到这里,便问道:“卿言西方地动,有何根据?”张衡说:“臣在家中亲自测得,三日之内必有驿报,若无此事,甘以欺君之罪受死。”于是当日散朝无事。  再说张衡散朝回来,一班亲朋好友都为他捏着一把汗,将他簇拥至家,七嘴八舌,要讨个放心。张衡脱了朝服,轻捋银发,微笑道:“诸位不必担心,请随我看一样东西。”众人随他来到后院一间厢房,这里满壁都是楠木书架,摆满经、史、子、集各类书籍,还有他的手稿《温泉赋》、《归田赋》和那篇花了十年时间才写成的《二京赋》以及天文来作《灵宪》、《浑天仪图注》,数学书作《算罔论》等,这时蔡伦又刚刚发明了造纸,所以这张衡的书房和地中海边阿基米德的石头书屋大不一样,并没有那些大卷羊皮、颜料鹅毛之类。奇怪的是书房当中放着一件东西,状如一个大酒樽,圆径八尺,顶上有突起的盖子,表面有浮雕的篆文、山、龟和鸟兽花纹。这是他六年前(公元132年)亲手用青铜制成的,这个大“酒撙”的上部镂铜八条龙,龙头分别朝东、西、南、北、东北、东南、西北、西南八个方向排列,每个龙嘴都含有一颗铜球。每个龙头下对着一只蛤蟆,张嘴对一龙口呈接食状。大家仔细一看,八条龙唯有向西这条龙嘴巴紧闭,所含钢珠已掉在下面蹲酒的那只蛤蟆嘴里。张衡说:“这叫地动仪,能测八个方向的地动,只要远处大地一有振动,必有一条龙吐球报信。你们看西面这条龙已经吐下铜球,告知那面肯定有地动了,所以找今天上朝奏明圣上,不想那些奸顽之徒又要乘机进谗,我自信这仪器是不会误人的。”这时人们还是疑信参半,心神不定。大家围着这件怪东西转了几圈,议了一会儿,便也都慢慢散去。  地动仪为何能报出地震,测出方向呢?原来,大酒撙内立一根很重的铜柱,名日“都柱”,上粗下尖极易歪斜。都柱周围的八个方向有八根曲杆,与八个龙头相接,只要一个方向有地震波传来,极不稳的都柱便会倒向这个方向,压动曲杆,牵动龙头,张口吐出铜球。这与阿基米德那些抛石机一样也是用的杠杆原理,那曲杆就是我们现在机械学上的“曲杠杆”。张衡当年已如此熟练地运用这种机械原理,确是才思过人。  再说第二天,一日不见消息,第三天也无动静。这时,那些反对张衡的人更有了话柄,有的上书要求皇上治他的罪,有的到他家里来讽刺挖苦。张衡的一些朋友更是提心吊胆。按说就是千里路程,如真有地动,驿马日夜兼程也该到京了,莫不是仪器有失?张衡的夫人、子女、家人仆从地无不急得加热锅上的蚂蚁,唯有他自己读书,批文,泰然自若。眼见红日西斜,第三天又要过去。张衡批了一天的公文回到书房,刚捧起一卷书,忽然,老家人闯了进来,不及下跪就慌慌张张地说道:“老爷,不好了,刚才宫里太监宣您到温德殿见驾,怕是为了那日朝上争论的地动一事吧。”  张衡闻言急忙换了朝服去到温德殿见驾。到底是凶是吉,且听下回分解。第九回华灯熠熠受宴威,阴雾惨惨愚受惊——关于月蚀的一次预报  上说到张衡报了地动不知吉凶,一听皇帝召见,连忙换了朝服直奔温德殿。只见群臣悄无一言,圣上面有愠色,像刚发过脾气。顺帝见张衡进来,说到:“卿言西方有地动,刚才驿马来报果真如此。学富五车又敢直谏,真不愧为朕的重臣,寡人特赐你黄绫五匹。”又转过身来对那佞臣狠狠瞪了一眼。此时,张衡忙谢恩不迭。他知顺帝忧柔多变,朝中奸臣当道,怕以后节外生枝,就乘势上奏,称年以老迈,该辞官归田,修纂书籍。顺帝准奏。越明年(公元139),世界科学史上的这为伟人便与世长辞了。  张衡去世后,这地球又绕太阳转了320圈。中国历史经历了东汉、三国、两晋、十六国到了南北朝。这时在建康(南京)有一个刘宋小王朝,正是第四代黄帝孝武帝刘骏在位。这城从两晋就做首都,建设的楼台栉比,亭榭相连,满城轻歌漫舞,一派纸醉金迷。这天正是帝孝武大明三年(459年)9月19日晚上,夜风轻轻,钟鸣声声,一轮满月冉冉升起,那些深宅大院更显出峨的轮廓。这时离皇宫不远处有一宅第,红灯高挑,车马不绝,连门口那对石狮子也披红挂彩。这是当朝旅贲中郎将给侍中戴法兴的官第。今日是他的四十五寿辰,正要大宴宾客。此人官衔不大,仅属宫廷卫队长,秘书长一类,可他出入皇宫左右,深得孝武帝信任。他心狠手毒,进一谗言就能让你家破人亡。因此,今日不论生疏远近,满朝文武都来祝寿捧场。那戴某也光容焕发,前后谦恭。这时,他正挽着一位青年学者的手,走向客厅。  这个青年学者只有26岁,名叫祖冲之(429-500),出生官臣人家,少年好学,新近被收入黄帝专设的“华林学省”研究学问。“华林学士”们虽无官职,却由黄帝赐房、赐衣、赐车、赐马,名誉极高。 祖冲之学问高深,名噪京师,连戴法兴这样的权臣,也因其赴宴引以为荣。  一会儿,主宾落座,歌飘舞起。酒过三巡,众人已有醉意。忽然,一仆人慌忙进来,走到戴法兴身后语无伦次地说道:“老爷,不好了!街上人传今晚有月蚀……”虽然声音很轻,但是旁边的几个客人还是听到了,立即被吓的酒杯落案,呆若木鸡。戴夫人不等仆人说完,便啪地给他一个耳光:“放屁!老爷生日,怎么说起这等不吉利的话来?”仆人连忙跪倒:“奴才不敢胡说,外面贴有告示。”  “谁贴的?”戴法兴满脸杀气。仆人以目示席,不敢再说。这时祖冲之整冠而起,从容达道:“是在下来府时随手贴的。”不想这一句平平淡淡的话却如同晴空惊雷,震得席上歌舞停歇,一片紧张。  原来,古人多讲迷信,不懂日蚀、月蚀之理,以为这是一种凶兆。汉宣帝时有一次日蚀,黄帝认为这是大臣杨恽骄奢犯上所致,竟将他腰斩来谢天。今日是戴法兴的良辰吉日, 祖冲之怎敢在老虎嘴上拔毛?其实,在此之前,我国早有日月蚀观记载,但在预测方面还不太精确,因为,这对月、地、日的运行轨道须做精确的计算。月球绕地球转,球转绕太阳转,月、地、日走马灯似地旋转不停。月光是日光的反射,月亮并不发光。当月亮转到太阳和地球中间时,月亮的暗面对着我们,这正是初一和三十;当月亮转道地球的另一侧时,月亮的亮面对着我们,这正是皓月当空的十五,这样地球处于日,月之间,就有可能三球一线,地球档住太阳的光,使月亮不能反光这就是月蚀。因此,月蚀常发生在旧历十五。  道理已明,话题还是回到戴府宴会。戴法兴一听说是祖冲之贴的月蚀布告,脸色刷地变了,先红又白,时而铁青。他想发作,可这青年学者是自己请的,而不是一般官史;他想忍住,可寿诞喜庆,岂容出这等凶事?几经思考,他终于说出几句肉中带刺的话来:“文远(祖冲之的字),圣人且畏命,你我凡夫俗人,怎敢妄言天机?你就不怕上天降罪吗?”岂不知,祖冲之今天正有意选中戴的寿宴,借机向人们宣讲月蚀,好破除迷信。这时他倒干脆坐下慢慢地说起来:“天球上众星运行本有轨道,今日望日,日、地、月成一线,月为地所遮,自然可能发生月蚀。这不是甚么天命、天机,乃是自然之理。” 戴法兴说:“月月有个望日,为何不见月蚀?”  “这很简单,地行轨道与月行轨道不在一个平面,两者都有夹角(现已测约5度9分),所以每月一次望日,三星只能大致一线,乃会有蚀。这种情况若干年才遇一次,据我推算,今日当有月蚀。”  这时,宾客中有人听后直点头。他们知道,祖冲之工于数学, 又通天文,观察运算极为精细,比如对一月测算以前无古人地算到27.21223日 (和现代测算只差万分之一)。他今天敢在这里预言月蚀,绝非没有根据。于是,众人交头接耳,席间一时纷纷嚷嚷。戴法兴实在心里不悦,起身凶狠地说:“一会是没有月蚀,可别怪我戴某不义!”祖冲之立即站起,高声说:“如若没有月蚀,在下甘愿服罪,”满座立即又静得没有一点声音,气氛更为紧张。戴法兴转身举杯,恼火地喊“上酒!”,客厅里又笙歌再起,轻舞飘飘 。  过了一会,正当人们耳热酒酣之时,忽听楼下有人惊呼:“天狗食月了!”人们呼地一下拥到窗前,见空中那轮本来如镜初磨的明月,一点点地被吞入黑影,渐渐如弓如钩,本来是明月星稀的十五之夜,突然天地浑沌就如初一初二一般。顿时冷风嗖嗖,阴雾惨惨,戴法兴万分沮丧。戴夫人慌忙命ㄚ环老妈子快到院中摆设香案,然后亲自烧香磕头。家兵家将也都弯弓搭箭,向空中乱放。院子里,敲锣打鼓,摔盆打碗地乱做一团。众人疯狂呼喊,想把可恶的“天狗”轰走,救出它嘴里的明月。然而,在这一片混乱之中,也有头脑清醒者,认为祖冲之讲得有理。这可真是一次最好的宣传!  戴法兴心里又恼又怕,也顾不得体面,长跪在客听外的平台上,对天捣蒜似地叩头。一会他忽然想起今天这事的主谋来,便起身问家人:“祖冲之那里去了?”  欲知后事如何,且听下回分解。第十回割圆不尽 十指磨出血,周率可限 青史标美名——圆周率是怎样算出来的?   却说那次祖冲之在戴法兴的寿宴上测报月蚀,得罪了这个权臣,自觉在京城不好存身了,便应邀到南徐州(今江苏镇江)作了刺史刘延孙的助手。好在这个职务比较清闲,他便把大部分时间维续用来研究天文历法。积三年之辛苦,于公元426年(大明六年)他终于搞出一部比较科学的《大明历》呈献给孝武帝,请求颁用。不想那个戴法兴从中作梗,不但新历法不能颁行,到大明八年,就连他当刺史助理的官职也被革去了。  祖冲之赋闲在家,心里郁愤难平。他深感当时的世道要干成一件事实在难。可他想自己才36岁,难道此生就这样一事无成?于是就想搞点与政界牵涉不大的事-研究数学。他先为古代数学名著《九章算术》作了注。《九章算术》成书于公元四、五十年间,集我国古代数学之大成,历代有不少人曾为它作注,但都碰到一个难题:那就是圆周率(现在叫π,它是圆周和直径之比)。很古时候,人称“径一周三“,即π=3。王莽新朝时精确到3.1547,东汉时张衡又精确到3.1466,三国时刘徽为《九章算术》作注,则认为最精确的应是3.14。四百多年来众说不一。  祖冲之一接触到圆周率问题,便被困扰得坐卧不安。他的住所里,雪白的粉墙上,画了一个大大的圆圈,地上也是大圈套小圈,桌上到处是纷乱的稿纸。他背着手在房间里踱来踱去,一会儿好像自己走进了墙上那个大圆圈中,一会又好像桌上那一堆圆圈一齐涌进自己的脑子里,如乱麻一团。唉,这周径之比是如何得出的呢?他又回到桌前抽出刘徽注的那本《九章算术》坐下来边读边想。  这时屋里还有一个十三、四岁的男孩,他是祖冲之的儿子,叫祖暅。别看他小小年纪,却天资聪颖,戏耍之余常爱在父亲身边推算那些数字和图形。今天他看到地上这许多圆圈感到很新鲜,便单腿在地上跳起圈来。突然听到父亲拍案喊道:“有了!”将他吓了一跳,忙跑过去垃看父亲的衣袖问道:“甚么有了?”“办法有了。暅儿,你看刘徽这里不是明明写着割圆术吗?只要将一个圆不断地割下去,内接上正多边形,求出多边形的周长,不就有了圆周率了吗?暅儿,你会吗?”  “我会,用爸爸教过的勾股定理一一去求就是了。“  “道理简单,算起来可就费动了。从今天起,咱爷儿俩就来办这件事,你可要十分仔细啊。“  说完,祖冲之到院里搬来几根大竹子,操起一把刀破成细条,又一一斩成短截,整整干了两天,地上堆起了一座竹棍的小山。现在听起来奇怪,搞计算怎么先干起竹木活来?原来,当时既没有阿拉伯数字可以笔算,也没有算盘可以珠算。运算全靠一种叫算筹的原始工具。它是用竹木削成的一根根小棍,用来拼摆成各种数字。数字纵横两式,个位、百位、万位用纵式,十位、千位用横式。一切加、减、乘、除全靠用这些木棍在桌上摆来摆去。今天遇到这么大的算题,平时的那些算筹哪里够用?  再说,祖冲之将这一切准备停当之后,便在当地画了一个直径为一丈的大圆,将圆割成六等分,然后再依次内接一个12边形、24边形、48边形……他都按勾股定理用算筹摆出乘方、开方等式,一一求出多边形的边长和周长。你想这祖冲之何等聪明,他知圆周率是周长与直径之比,所以就把直径定为一丈,这样就省掉再除一次的程序,不断求出多边形的周长,也就不断逼近圆周率了。祖暅也在那个大圆圈里跳进跳出地帮他拿算筹,记数字。就这样直算得月落鸟啼,直算得鹤鸣日升,那竹棍摆成的算式从桌上延到地下,又满地转着圈子,一屋上下全都是些竹码子。这批算筹又都是些新破的竹子,还没有来得及打磨,祖冲之用手捏着、想着、摆着,不消几日,渐渐指头都被磨破,那绿白相间的新竹竟染上了红红的血印。  正是:  公式定理虽无声,原来却是血凝成, 莫言数字最枯燥,多少前人拚博情。  他们父子这样不分昼夜地割供算商。这天,他们割到第96份,真是如攀险峰,愈登愈难。当年刘征就是到此却步,而将得到的3.14定为最佳数据。夜静更深,小祖暅早已眼皮沉重,东倒西歪地想睡了。祖冲之想,这些日子也实在辛苦了这孩子,便忙打发他去睡觉。他推开窗户,深吸了几日这建康城里夜深时分甜甜的空气,看了一回星空,又转过身来看看当地那个大圆。那内接的96边形,与圆都快接近于重合了。按说能算到这一步已经实在不易,用这个数字再去为《九章算术》作注,也就完全可以了。他用拳头捶了捶酸困的后腰,又摸摸缠了布条的手指,向墙边的书架踱去,忽然背后唰啦啦一阵响声。他猛一回头,哎呀!原来刚才末关窗户,一阵夜风吹起窗幔,把竹筹摆起的许多算式扫得七零八落,抛洒一地。这式子刚摆完还没有来得及验算,也未抄下得数。要知每算一遍就要进行十一次加减乘除和开方,多么繁重的劳动啊!祖冲之一下扑在地上,用还渗着血的十指捧起一掬算筹,对着深邃的夜空,低声喊道:“老天啊!你也和戴法兴一样,如此欺人。”他一甩衣袖,索性将桌上的残式全部拂去。又重新摆布起来。就这样不知又过了多少天,只知花开花落,月缺月圆,父子俩把地上那个大圆直割到24576份,这时的圆周率已经精确到3.14159261。祖冲之知道这样不断割下去,内接多边形的周长还会增加,更接近于圆周,但这已到了小数点后第八位,再增加也不会超过0.00000001丈,所以圆周率必然是3.1415926<π<3.1415927。当时祖冲之就把圆周率定在“上下二限“之间。这上下限的提法确是祖冲之首创,他得出的圆周率精确值在当时世界上已遥遥领先,直到一千年后才有阿拉伯数学家阿尔卡西的计算超过了他。所以国际上曾提议将圆周率命名为“祖率”。这都是后话。  还说当时,经过无数个日夜奋战,图形遍地,算筹成堆,祖冲之终于算出了新的圆周率。这天他兴致极好,便带着儿子祖日桓出了都城,到郊外一座小山上的寺院里吃酒、访友、散散心。他边走边说:“暅儿,这圆周率在天文、历算、测地、绘图上处处都要用到,前面的几位数字你可要牢牢记熟。”小祖暅手里拿着一枝野花,扬起稚气的圆脸,往山上一指,说:“好记,好记!山颠一寺一壶酒,(3.14159)。爸爸今日心情甚好,可以开怀畅饮了。”祖冲之不禁仰天大笑,一来这些日子的辛苦总算有了个结果,二来小暅儿如此聪明,不怕事业后继无人。那祖日桓后来真的成了我国历史上有名的数学家。祖暅的那句玩笑还真的又引出了一段故事。且待下回分解。第十一回无名僧 天台山上收高徒,智和尚 一把尺子量北斗——世界上第一次实测子午线  话说祖冲之推算圆周率后,告诉儿子说这数字如天机一般珍秘,要他切切记住。那祖暅倒随口念出一句“山巅一寺一壶酒(3.14159)”真的又引出一段故事。时过250年,到了唐中宗年间。在今浙江省天台县,有座天台山,山上草木葱笼欲滴,层峰叠嶂入云,海风习习,仙雾飘飘。山巅有一寺名国清寺,寺不大而甚雅,僧不多而道深。每日里松涛流水伴着那晨钟暮鼓,别是一番风韵。这日住持和尚在僧房坐着,旁边坑桌上放着一壶用山前桃花,山后梅瓣,房前竹叶,寺后松针酿成的功果酒。这位老僧也不知姓甚名谁,几多年纪,白眉下一双慧眼炯炯有神。老僧命弟子取来一个朱漆木盒,抓出一把檀木算筹,在桌上横竖相间地摆开,算了起来。也不知过了几个时辰,窗外竹影斜移,室内香烟缭绕,静得落针可闻。几个弟子垂手恭立,猜不透师傅今日为何茶饭不吃,如此潜心。忽然,老僧将手中算筹一拍,说道:“今日当有弟子前来求见,已到山前,何人下去为他领路?”一位小僧连忙应声下山。过了一个时辰,老僧又将算筹一拍,说道:“今日当有异人而至,门前流水合该西流。”言犹末毕,山门外水声哗哗,几个弟子忙推窗而望,只见平日东流的溪水,忽折而返西,那水面上的落花飘叶也都漾漾荡荡地向西飘去,遇有高坎小坡处,都能顺渠而上,像有什么吸着一般。几个僧人大鸳失色,啧啧不止。这时僧房门开,只见小僧背后跟进一个二十四、五岁的青年,一双芒鞋,风尘仆仆。一件袈裟,斜披肩上,一看就是远游而来。老僧微微启目,见这人气色沉静,犹如松间明月,谦恭有志,又如新竹之有节,果可深造;不觉笑上眉梢。这年轻人见老僧看他,忙双手合掌道:“小僧有礼,弟子拜见师傅。”老僧忙离座下地用手扶住,说:“前几日我就算出你要来求我算法,今日在此坐等多时了。我不久当西去,这么多算书、算法正愁无人可传,今日你来真是天作之合。”说着便取过桌上酒壶,旁边早有人递上空杯,那年轻人连忙摆手推辞。老僧说:“我们佛家向来不食酒肉,但我这酒,非一般水酒,每逢收徒都要赠送一杯。”那青年双手接杯,一饮而尽,顿觉四体轻快,耳聪目明,心里愈加沉静如水,好似道行又长了一寸,便连忙合掌再谢老僧。  这位年轻人是谁呢?原来他姓张名遂,法名一行(683-727),从小好学,尤爱天文历算,只因权贵所逼,在河南嵩山的嵩岳寺里出家为僧。那嵩岳寺也是有名的寺院,武则天当皇帝时曾把这寺定为她的行宫,里面有不少高僧和藏书。张遂在这寺里住了几年,通读藏书;研习数学,但很快他又不满足于现有的学习条件。听说浙江天台山有一位高僧,便千里迢迢来这里请教。再说这位老僧见张遂眉清目秀十分聪慧,心里也很喜欢,使领着他打开一间间僧房,去看那满墙满架的藏书,全是些《周髀算经》、《九章算术》、《海岛算经》、《孙子算经》、《夏侯阳算经》、《张正建算经》、《缀术》、《缉古算经》、《五曹算经》、《五经算术》之类的珍籍。还有一些从印度传入的算书、算法,墙上画的也尽是些勾股图、割圆图、纵横图,把个张遂喜得开一间房念一声阿弥陀佛。从此他便在这里住下,遍读藏书,面请机宜,直到公元710年,才又回到嵩岳寺里。这是张遂一生最重要的阶段,至于他学到了什么天机,史书无载,作者也就无从披露。  再说张遂出家为僧的这些年月,却是社会上斗争极其激烈的时期。公元704年武则天病死,中宗李显即位。710年李显又被毒死,睿宗李旦即位。到了第三年,李旦自觉无能,便将皇位让给儿子玄宗李隆基。这李隆基倒是个有为君主,他二十七岁即位,年富力强,有志于改革。开元元年(713年)他连连下求贤诏书,徵召有才之人,717年又特意遍访有才的功臣弟子。张遂的祖上曾对朝廷有功,因此被徵调回京。玄宗对他极为尊重,常请教一些科学方面的问题,张遂因此竭尽全力,改革历法,制造天文、计时仪器。到开元十二年(724年),他又领导了全国大规模的天文测量。各测量队在北起今河北蔚县,南到今越南河内、顺化的漫长的路线上观察日影、星辰的变化,测得的数据全都及时送回长安,由张遂淮总计算。  这天夜静时分,张遂又登上长安城里的天文台仰观星空。浮云似水,繁星如麻。他一一辨认看星座,计算着它们的位置、亮度。突然背后有人说道:“夜已很深,法师还未休息啊。”张遂转身,见一中年汉子,长袍便服,正拱手施礼。他借着月光细看,忙道:“南宫先生,原来是你,何时返京?”“我今日下午回到长安,知你定在这里观星,便来找你。有一件事扰得我坐卧不安,所以匆匆来见。”原来这人叫南宫说,是张遂派到河南阳城的天文测量队的队长,也是他组织这次全国大测量的主要助手。测量工作有一项主要内容就是量出各地不同的“北极高度”。因为地球是个圆形,各地地平线对北极星仰角不同,这仰角叫做北极高度,肉眼看到的北极星的高度也就不同。但是怎样测算这个角度呢?南宫说在野外作业中碰到了这个问题,很觉为难,因此特来向张遂请教。张遂听完来意,便说:“贫僧看到各队送回的星表、数据,这几日也在思虑这件事。我这里有一把尺子或可试用。”说着从怀中取出一把直角拐尺,角间有一弧形刻度,角顶有丝线,系一铜锤。张遂整了整袈裟,仰面找见北极星。只见他将拐尺举起,长边对准眼睛,同时指向北极星;铜锤缀线,自然下垂,他用手指指着垂线与短边的夹角,读出弧上的度数,说:“这就是地平线与北极的夹角,也就是北极的高度,你可拿去试测。”南宫说一时还想不出,这个简单的拐尺如何能运测带算,一下就解决了一个复杂的难题。便道:“敢问师傅,这件宝器可是当年天台寺里所传?”张遂哈哈一笑说:“南宫先生想到哪里去了?你我研究天文,推算历法,三、四年来哪件仪器不是靠自己动手,何来神助。快拿去使用,还望在测试中不断改进呢。”  张遂的尺子叫“复矩“,不但能测出北极高度,而且这个度数同时也就是地球北半球的纬度。这是因为地球是个圆形,一条子午线穿过南北两极,当我们站在北极时,北极星正在头顶,与地平线垂直成90度。如果站在赤道时,若北极星与地平几乎重合,成0度。沿着子午线走,北极星的高度也就逐渐变化。这尺子到底是怎样造出来的,无从可考,但这实在是一个了不起的创造,今日凡学过平面几何的人都可以试着去验试一番。  张遂一行和尚,用复尺测出了纬度,更重要的是有了纬度就可以去计量一度子午线的长短,可以计算整个子午线的长短。当时他算出每度弧长132.03公里,虽与现在测得的111.2公里相比还不甚精确,但这在世界上确是第一次实测子午线每度的弧长。前面第三回我们曾讲过阿基米德和埃拉托色尼测量地周,但那还是一种推算,并不是实测子午线。在张遂之后90年,到公元814年,阿拉伯人才在幼发拉底河平原上进行了一次子午线的测量。  再说张遂发明“复矩“,领导了大规模的天文测量,在掌握大量数据的基础上,又研究了日月蚀,节气令,编制了《大衍历》,倾满腹学问,一身精力全责献给天文事业。开元15年(727年)10月,唐玄宗要到洛阳出巡,照例把张遂带在身边。这时他已积劳成疾,勉强随着那大队车马,昏昏沉沉地出了东门,到了新丰(今陕西临潼县东北),便不省人事了。玄宗闻讯,急忙赶到帐前探视,只见张遂半睁法眼,细声说道:贫僧一生观星尚不能穷其究竟,今当升天,再去究其细微。愿陛下早早颁行新历,以利民生。”说完溘然长逝,时年44岁。玄宗君臣自是一番痛哭。张遂所言升天之事,后来亦有应验,那就是公元1977年7月,中国科学院紫金山天文台把新发现的并被国际上承认的四颗小行星赋予了中国古代科学家的名字,其中之一就有一行和尚,其他三个是张衡、祖仲之、郭守敬。这是后话,留后再表。  正是:  佛门静静好养心,摆脱烦恼做学问。 参破禅机悟天机,化做碧空一颗星。第十二回黑漆漆 长夜待明几点寒星,怯生生 新说初出一位巨人——日心说的创立   前几回说的是中国,这回我们再说欧洲。  正如前面所述,那欧洲在古代沿着地中海岸确曾出现过一个灿烂的文明时代,出现过像阿基米德那样的伟大科学家。以后随看罗马帝国统冶的确立,连年征战,亚里山大里亚等文化名城被毁,残酷的奴隶制不但在肉体上对奴隶进行折磨,在思想上也实行可怕的专制。奴隶和平民处在水深火热中而不能自救,于是就幻想出一个救世主基督,到一世纪时渐渐形成了一个群众性的宗教-基督教。这基督教开始也是受到罗马统治者的镇压,后来,罗马当局发现可以利用这种东西来麻醉人民,巩固统治,便在313年承认了传教的自由,到392年干脆全部拿了过去,进一步定为国教。后来随着封建制度的发展,这基督教竟遍布欧洲,并控制了哲学、法学、政冶,至高无上,统治一切。  在公元二世纪中叶,亚里山大里亚有一个叫托勒玫的天文学家,他总结了古希腊的科学成就为了一部十三卷的《天文集》,提出宇宙是以地球为中心的概念,这就是天文学史上的“地心说”。本来基督教就认为上帝创造了人,并把人放在宇宙的中心-地球上。宇宙中的一切,包括日、月、星辰,那都是上帝专为人创造的。托勒玫的“地心说”对基督教来说如获至宝,以为又找到了一个科学理论根据,把它捧为最高信条。其他一切均视为是异端邪说,敢宣传者都要被关、被烧、被杀。从此,欧洲便再无科学可言,进入了一个漫长的中世纪的长夜。到处是尖顶刺天的教堂,到处是黑衣长服的神父,到处是阴森怖人的宗教裁判所,人们终日在血汗中挣扎,在眼泪中祈祷。  长夜难明,路遥漫漫。从托勒致算起大约又过了一千一百多年,人们渐渐不能忍耐这种像闷在罐头盒子里一样的生活,于是有几个先知先觉的知识分子便首先发出一声雨声的呼喊,试着进行一次两次的反抗。  公元1294年,在巴黎基督教会的一座塔里,囚禁着一位78岁的老人,名叫罗杰•培根(1214-1294年)。他这已是第二次坐牢了,第一次十年,这次又坐够了十四个年头。此刻他依看铁窗,看看外面蔚蓝的天空,心里说不出是什么滋味。后悔吗?不,想出去吗?也不一定。他知道外面和这牢房里一样,也没有什么自由。现在这个世界上是不许可聪明人活着的。人人只能当傻子,当愚人,因为一切都由上帝安排好了,一切都写在圣经上,你要提问题吗?就是找死。培根本是一个英国人,19岁时在牛津大学毕业,后到巴黎研究神学,得了神学博士,可是这期间他接触了阿拉伯的异说。1250年他回国后,在牛津大学讲坛上便大讲起科学。比如那天上的虹,圣经上说是天主垂像,是祝福或是警告,他却是雨水反映的阳光。法兰西斯教派不能容忍他这个叛逆,便把他召回巴黎,监禁了十年。后来多亏他的一个英国朋友升任罗马教皇,释放了他,并让他写一本科学总集。这是集阿基米德之后的科学大成的着作。他并不敢彻底怀疑上帝,他只是说,为了更好地理解造物者的合理性,只有对一切进行实验。他第一次提出光是由七色组成,并弄清了望远镜、显微镜的原理。他勇敢地指出大地是个圆球。他提出数学是一切学术的基础。但是由于路途遥远,当他派人把写成的那本书送到罗马时,他那当教皇的朋友已经死去。新教皇对他的“邪说”更为恼火,于是他又被押回了这座高塔。本来按教规,他是要被活活烧死的,还算宽大,他被判处永远监禁,不能看书、实验和写字,就这样坐着、站着或躺着。他的身体已被折磨得和一具干枯的尸体差不多了。遥夜沉沉,培根依窗而望那颗泛着寒光的启明星,自觉生命已到了最后的尽头,怕是看不到日出了。他蒙蒙拢陇地入睡了,从此再没有醒来。  培根死后,他的着作也全被搜集烧毁。他的那部送到罗马的巨着手稿虽没有焚烧,可也无人问津,一直被埋没了450年,直到1773年才被重新发现。培根,还有他同时代的反神学的哲学家阿威罗尼斯,及稍后一点作环球探险的哥伦布,意大利伟大诗人但丁,如同划破夜空的几颗寒星,把那黑暗的中世纪撕开了一个裂缝……  中世纪的那些伟人们大概都要在古堡里受一点煎熬的。罗杰•培根死后又过了249年,在波兰一个山区小镇弗劳思堡的城墙角上,也有那么一座小塔楼。楼外平台上装有四分仪、三角仪、等高仪等。这是一座自装的十天文观测台。楼里住着一位70岁的老人,他须发皆白,穿一件长长的黑袍,正在房中来回踱着,他叫哥白尼(1473-1543年),是这里的教长。这时他正在发脾气:“真是无知,真是些可怜的奴才。他们已被托勒玫和那些教皇愚弄了一千多年,却还有脸来嘲笑别人。”  原来哥白尼自从1502年在罗马留学并任教长后,便对托勒玫的“地心说”提出怀疑,从而生成了“日心说”的假设。他和培根一样,学的是神学,最后却倒向了科学。读者有所不知,那个年代,青年人的出路只有两条,或者进神学院,或者当兵。这哥白尼在神学院学到一点文化后自己搞开了观察和计算。他弄清了七大行星都在按各自的轨道围绕着太阳旋转,他房间的墙壁上就挂着那幅大示意图。这当然惹恼了教会中那些顽固份子。他们说哥白尼是疯子,还编了讽刺剧,在外面正在大吵大嚷地上演呢。难怪老人这般气愤。  这时侯,正在墙角伏案计算的一个年轻人忽地翻身站起说:“老师,他们这样猖狂,我们就该公开回答。我真不明白,你的日心说思想从生成到现在也有36年了,就是《天体运行》一书,写好也有九年了,为什么不发表出去?”  老人刚才约满脸怒气,突然又转成一脸忧郁,说:“孩子,你不知道,现在因循守旧的势力这样张,我们的学说稍不完备,就会被完全扼杀啊!”  “我相信,就是现在没人理解,后人也自有公论。老师,你已年近七十,再不发表,就看不到自己的书了啊!”  “是的,我是快升天的人了,宗教裁判所的火刑对我已无能为力了,可是孩子你呢?书一发表,他们会加害于你的。”  “我死也不悔。我从德国老远跑来就是因为你这伟大学说的感召。老师,朋友们都在劝你,快发表吧,这里不能印,我可以带到德国去。”这个人叫列提克,是在德国威滕堡大学教书的年轻数学家。哥白尼气愤地关上窗户,转身坐下来,喘着气,心情忧郁地说:“孩子,我给你讲一个故事。你知道上个世纪西班牙卡斯提腊有个叫阿尔芳斯(1221-1284)的国王吗?他感到托勒玫的体系太复杂,只说了一句:上帝创造世界时要是徵求我的意见,天上的秩序可能比现在安排得更好些。只这一句话,连王位也丢了。多么黑暗的长夜呀,到现在天还没有亮。”  哥白尼又站起来,颤巍巍地走到壁橱前,拿出那本发黄的手稿,在序言中又加上了一句:“我知道,某些人听到我提出的地球运动的观念之后,就会大叫大嚷,当即把我轰下台来!”然后他将书捧给列提克:“孩子,一切出版事宜全托你去办吧。”  有这么一首词单表这哥白尼为了新书不敢发表的矛盾心情:    天将晓,有人醒来早。打点行装赴征程,冰霜重,风如刀,门开又关牢。    天将晓,进退费心焦。重任催人心难宁,顶风霜,踏路遥,怯怯复跃跃。  这列提克追随哥白尼多年就是要让这本书尽快问世,今天老师一发话,他不敢怠慢,连忙收拾行袋怀抱书物,到德国去了。一年后,1543年这本名为《天体运行论》的书终于出版。别看哥白尼那样怯生生地拿出这本书来,它却意义极大,成了一块里程碑而标志着世界近代科学的开始。后来恩格斯对此还专有一段评语道:“他用这本书(虽然是胆怯地而且可以说是只在临终时)来向自然事物方面的教会挑战。从此,自然科学便开始从神学中解放出来……。”这是后话。再说这书从打印刷出来便在欧洲不胫而走,早有教会密探将书送到罗马。那主教加尔文将书从头至尾慌忙地翻了一遍,早气得脸色白过去再也泛不起红来,又是拍桌又是跺脚地大喊:“反了,反了,连上帝也要搬家了,这还了得,还不快丢人将这个哥白尼抓来!”  欲知哥白尼性命如何,且听下回分解。第十三回砸碎天球探寻无穷宇宙,以身燃火照亮后人道路——一位科学家的殉难   上回说到哥白尼虽然是怯生生地拿出自己的日心说,但是罗马大主教一见此书就暴跳如雷,并派人远去抓他前来治罪。当罗马宗教法庭的人到达波兰时,另有几个人也急匆匆地赶向弗劳思堡小镇,那是列提克等人正在将新印出的书给哥白尼送来。 5月24日这天,书刚送到,哥白尼双目已经失明,他躺在床上用手摸了一下散着油墨香的新书,说了一句:“我总算在临终时推动了地球。”便与世长辞了。教会的爪牙们余恨末消地骂了声:“便宜了这个老儿。”也就回罗马复命去了。其实哥白尼迟迟不愿发表自己的着作除怕受教会制裁外,还有一个原因,就是怕他这大胆的思想不破人理解,传不下去,自生自灭。但是,科学自有后来人,就在他逝世五年后,出现丁一位更勇敢、更彻底的继承者——布鲁诺(1548-1600)。  这布鲁诺好像是一个天生的叛逆。他出生在意大利那坡利一个贵族家庭里,15岁被送到修道院,25岁当上牧师。但是由于“冒犯”罪,他三年后逃往罗马,接着便流亡瑞士、法国、英国、德国。自从他在巴黎读到哥白尼的《天体运行》一书后便走遍欧洲,到处发表演说,热烈支持这一新学说。罗马的主教们恨得他牙根发痒,四处派暗探跟纵他,通知各地教会逮捕他。他流亡、他坐牢,但意志更坚,学识更广。1592年,他应朋友之约到威尼斯讲学,但万没有想到,这个朋友早被教会收买,于是他被诱捕了,并且被送到罗马。  哥白尼所担心的灾难终于降临到布鲁诺的头上。在阴森的宗教法庭上,红衣大主教罗伯特.贝拉赫曼(三十年后他还审判了伽利略)主持对布鲁诺的审判。空荡荡的教堂,一张长桌子,几枝残烛。罗伯特和几个陪审隐在桌后,几乎看不清他们的身形。烛光中那几只蓝绿的眼睛,令人想起半夜里在田野上遇见的恶狼。  “布鲁诺,你还坚持地球在动吗?”罗伯特的声调阴沉、得意。他高兴这个教会的叛逆今天终于落入自己的掌中。  “在动,地球在动,它不过是绕着太阳的一丸石子。”  “你要知道,如果还抱着哥白尼的观点不放,等待你的将是火刑!”  “我知道,你们当初没有来得及处死哥白尼,是还没有发现他的厉害。其实他还是对你们太客气了。他说宇宙是恒星绕太阳组成的天球;我却还要将这个天球砸烂,那宇宙其实是无边无岸。他说地球不是宇宙的中心,却还是为你们留下了一个中心-太阳。我说宇宙无边无际,就根本没有任何中心可言。你们说上帝在地球上创造了人,其实别的星球上也有人存在。宇宙是无限的,上帝是管不了它的!”  “住嘴!照你的邪说,上帝在什么地方,基督在哪里拯救的人类……”  “对不起,宇宙中可能没有给上帝安排地方。”  “立即把他烧死!”罗伯特狂怒起来。  法庭上一阵骚动。布鲁诺被人拉了下去。他并没有立即被烧死,而是被推入黑暗的地牢。他们不给他看书,不给他纸笔,让他睡冰冷的石板,吃混着鼠粪的米,隔几天就要提出来审讯一次。说是审讯,其实是组织许多教会学者来和他辩论。他们还存着一线希望,希望靠人多势众辩倒这个叛逆的天文学家,希望靠牢狱的折磨来使他投降,借他的口去推翻日心说。但是每次审讯,他们都被布鲁诺驳得哑口无言。这个曾转战欧洲各国,横扫教会势力的伟大的科学家,笔虽被人夺去,舌却还在。他那锋利的言词,精深的哲理,常使那些上帝的奴仆脊背上渗出冷汗。这样过了很长时间,在一次辩论结束时,罗伯特绝望地喊道:“布鲁诺,自从我把你请到罗马,也已经八年了,你只最后说一句,你是放弃哥白尼的学说,还是向火刑柱走去?”  布鲁诺仰起头轻蔑地看了他一眼:“我告诉你,从被你们抓来那一天起,我就时刻准备着受刑。我知道教廷的黑暗使许多人不辨南北西东。宇宙的深奥也使人不敢去作进一步的探寻。我希望你们到大庭广众中去把我点燃,这是我最大的快乐,因为我可以以自身燃起的光去照亮后来者的路,以我燃烧的热,去激起那些已在思考,但还缺乏勇气的人们的热情……”  罗伯特用发抖的手揪着胸前的十字架,喊着:“快把他押下去!”  布鲁诺走下法庭前又转过身来大声说道:“我看见了,你们在宣判时比我更害怕!”这声音嗡嗡地在教堂里回响。主教们赶忙擦着汗,夹起文件匆勿散去。

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