关于张衡和祖冲之的信息。
张衡(78-139),生于东汉第三年(公元78年);永和四年(公元139年)卒。平子,生于南阳Xi(今河南省南阳市石桥),汉族。他是东汉时期伟大的天文学家,为中国天文学、机械技术和地震学的发展做出了不可磨灭的贡献。在数学、地理、绘画、文学方面,张衡也表现出非凡的才华和广博的知识。
张衡是东汉中期浑天说的代表人物之一。他指出,月亮本身并不发光,月光实际上是太阳光的反射;他还正确地解释了日食发生的原因,认识到了宇宙的无限性以及行星运动速度与距地球距离的关系。
张衡观测并记录了2500颗恒星,创造了世界上第一个能精确表演天象的漏球,第一个检验地震的仪器——候风地动仪,还制作了南车、自动鼓车、飞万里的木鸟等等。
张衡著有32部科学、哲学、文学著作,其中天文著作有《灵仙》、《灵仙图》。
为了纪念张衡的功绩,人们将月球背面的一个环形山命名为“张衡环形山”,将小行星1802命名为“张衡小行星”。
20世纪中国著名文学家、历史学家郭沫若这样评价张衡:“这样一个全面发展的人物,在世界历史上也是不多见的,几千年来令人钦佩。”
后人称张衡为木圣。
[编辑本段]史书传记
张衡传(出自《后汉书·叶凡》)
原文:
张衡,字,南阳人。恒韶山属文,游于三辅。因为进了京城,看了国子监,学了五经,透了六艺。虽然只是凌驾于世界之上,却没有任何傲慢。往往淡定安静,不好交人。在永元中,养孝不好,连建府都不好。天下久矣,自诸侯多废。恒乃将班固的《二都》定为《二都赋》,因其具有讽刺训诫性。如果你仔细考虑,十年后你会成功的。邓芝将军如此有才,累了也不该叫他。
好平衡又聪明,特别会思考天文阴阳历计算。安迪听说了衡山的医术,以及公车拜大夫的特点,便转战太师岭。所以他研究了阴阳,做了奇妙的机器,做了浑天仪,写了《灵宪》、《论语》,写得很详细。
在舜帝开始,它被恢复为太史令。我不想活在现时代,但我所生活的官员积累了好地方,把我推到了特洛伊,那里阳台宜人,环境优雅,铁路多年不动。自从我离开历史学家的职位后,我已经复职五年了。
阳嘉元年,重建了风后的地动仪。它是用铜做的,直径八英尺。它被覆盖和提高,形状像一个酒雕像,装饰有篆书的龟,鸟和野兽的形状。其中全是柱子,八路,发动机熄火。外面有八条龙,第一条是铜丸,下一条是蛤蟆。张开嘴接受吧。它的牙齿制作巧妙,都藏在尊重里,覆盖面无止境。如果有地震,雕像会震动龙,机器会吐药丸,蛤蟆会抱着它。震动太刺激了,服务员都察觉到了。虽然易龙启动了引擎,但七歌没有动,四下里都是知道地震的地方。用东西考验它,它就像神一样。既然书上有记载,那就什么都不剩了。尝一龙之机,不知其意,京师士怪其无征。过了几天,帖子到了,陇西地震了,大家都服气了。从那以后,它让历史学家记住了该做什么。
当政事逐渐受损,权力移向下层,平衡建立在过去的基础上。……
当初武功好谶,描述了宪宗、苏宗印的祖上。自中兴以来,儒者争奇斗艳,地图经纬之学,附以恶言。平衡是虚无缥缈的,不是圣人法则,而是稀疏法则。……
移服后,皇帝领路,讽刺讨论。试问天下那些多病多恶的人。宦官们怕自己自取灭亡,都面面相觑,天平似是而非。我怕自己最终会因此而受害,所以干脆全怪它。
恒常想身体之事,以为好坏全靠身体,难以理解。它被写成“斯·傅玄”来表达感情。(司简介)
永和之初,为河相。当时国王骄横,不遵宪法;多么狂妄,多么正确,这完全是一种不当行为。权衡出车,统治威严,完善法度,以殷知奸臣之名姓,一时集禽,谓之政治。三年来,我写信乞骨拜臣。六十二年,永和四年卒。
崔原在撰写《周官》训诂时,认为自己不能异于其他儒学。想照着孔子的《易经》说“荀”“象”不全的人是做不到的。诗32首,赋、明、七言诗、陵县诗、应县诗、七边诗、诗、行图诗。张衡,本名,张帝坚三年(公元78年)生于南阳县鄂县石桥(今河南南阳城北五十里石桥)一个破落的官僚家庭。祖父张堪是地方官员,曾任蜀郡太守和渔阳太守。张衡年轻时家境已经衰败,有时不得不靠亲戚朋友帮忙。正是这种贫苦的生活,使他能够接触到社会下层的劳动人民和一些生产生活现实,为他后来的科学创作带来了积极的影响。张衡是东汉中期浑天说的代表人物之一。他指出,月亮本身并不发光,月光实际上是太阳光的反射;他还正确地解释了日食发生的原因,认识到了宇宙的无限性以及行星运动速度与距地球距离的关系。
[编辑本段]人物的一生
张衡出身名门。他的祖父张堪从小就被称为圣童,曾经送给他的侄子价值百万的传家宝。光武帝即位后,推荐张堪拜官。公孙述曾任蜀郡太守,与傅韩一起讨伐蜀郡,立下了汗马功劳。后来领兵讨伐匈奴,拜渔阳(今北京附近)为太守。数千骑兵用来破匈奴进攻的一万骑兵。此后,在他任职期间,匈奴人再也不敢侵扰。他还教人民种田,开垦了8000公顷稻田,人民由此致富。所以有民谣赞美他,说“张君为政治喜出望外”张堪是个清官。攻蜀时第一个攻成都,却从公孙述留下的堆积如山的财宝中一无所获。蜀郡号称天府,但张堪调离蜀郡知府时,坐的是一辆破车,只带了一卷布匹和被子。
张衡和他爷爷一样,从小学习刻苦,很有文采。16后离开家乡出国留学。他先去了当时的学术文化中心三福(今陕西Xi)。这一带壮丽的山河和雄伟的秦汉古都遗址,为他提供了丰富的文学创作素材。后来他去了东汉的都城洛阳。在那里,他上了当时的最高学府国子监,结识了青年学者崔元,并与他成为挚友。崔原是当时学者、天文学家贾逵的学生,对天文、历法、数学也很精通。永元十二年(公元100年),张衡被南阳知府保德请为主簿,主管文书工作。八年后,保德调任京师,张衡辞职在家居住。在南洋期间,他潜心研究天文、阴阳、历算等,并反复研读西汉杨雄的《玄晶》。他在这些方面的名气引起了汉武帝的注意。永川五年(公元111),张衡被召至北京,拜为大夫。
元元年(公元114),迁商。次年,迁太史令。后来,他被调到其他岗位,但五年后,他又被恢复为太史令。总之,他担任这一职务达14年,张衡的许多重要科研工作都是在这一时期完成的。舜帝阳嘉二年(公元133),升为助理中学。然而,他很快就遭到宦官的诽谤。于永和元年(公元136年),他被调到北京担任河间王刘正的相。刘正是一个不遵守中央法典的傲慢而奢侈的人。很多地头蛇都跟他违法。张衡上任后,法纪严明,打击豪强,令众人肃然起敬。三年后,他要求舜帝退休,但法院让他成为一名官员。这就有些奇怪了,因为尚书的官职比史忠或项低得多,他是否申请,历史上并不清楚。这一年(永和四年,即公元139年),他去世了。
[编辑本段]学术成就
张衡是一位多才多艺的科学家。他的成就涉及天文学、地震学、机械技术、数学、文学艺术等诸多领域。
张衡在天文学上有两个最重要的工作——写灵线和制作浑仪。此外,还研究了历法。
《灵宪》是张衡关于天文学的代表作,充分体现了张衡在天文学方面的成就和发展。原文为《后汉书》刘钊注所引,代代相传。
祖冲之(公元429-500年)是中国杰出的数学家和科学家。南北朝人,汉族人,字文远。生于元嘉六年,卒于侯永元二年。祖籍是范阳县(今河北涞水县)邱县。我爷爷负责土建,我父亲知识渊博。祖冲之从小接受家人的科学知识。年轻时,我进入华林大学,从事学术活动。终其一生,先后在南徐州(今镇江)为官,如史、府参军、娄郡令(今昆山县东北)、仆射、长水校尉。它的主要贡献在数学、天文历法和机械方面。在数学方面,他写了一本书《构成》,作为唐代国子监的教材收入了著名的《算经十书》,但后来失传了。隋书李志留下了关于圆周率的简短记载,祖冲之计算出圆周率的真值在3.1415926(数)和3.1415927(丰数)之间,相当于精确到小数点后第七位。这个记录直到15世纪才被阿拉伯数学家卡西打破。祖冲之还给出π的两种分数形式:22/7(近似率)和355/113(秘密率),其中秘密率精确到小数点后第七位,直到西方16世纪才被荷兰数学家奥托重新发现。祖冲之和他的儿子祖宣一起,利用“牟和方盖”成功地解决了球的体积计算问题,得到了球的体积的正确公式。天文历法中,祖冲之创制了《大明历法》,最早将岁差引入历法。采用了391年和144闰月的新闰周。首次精确测算了交点月数、日数(27.25438+0223)、回归年日数(365.2428)等数据,发明了用标准表测量冬季至日前后几天正午日影长度的方法来确定冬季至日时间。在力学方面,他设计制造过水锤磨、铜件驱动的指南针、千里船、计时器等等。此外,他在旋律、文学、考证方面也颇有造诣。精通旋律,擅长下棋,还写了小说《不同音符的故事》。他是历史上少数几个博览群书的人物之一。
为了纪念这位伟大的古代科学家,人们将月球背面的一个陨石坑命名为“祖冲之陨石坑”,将小行星1888命名为“祖冲之小行星”。
祖冲之通过努力,在世界数学史上第一次把圆周率(л)的值计算到小数点后七位,即在3.1415926和3.1415927之间。他提出了22/7的约定费率和355/113的秘密费率。这个秘密率值是世界上最早提出的,比欧洲早一千多年,所以有人主张称之为“祖率”。他把自己的数学研究成果编成一本书叫《篆书》,曾被唐代国学奉为数学教科书。他编撰的《大明历》首次将岁差引入历法。拟设391年144颜月。一个回归年的长度是365.338+04438+0天,误差只有50秒左右。他不仅是一位杰出的数学家和天文学家,还是一位杰出的力学专家。再造早已失传的南导车、千里船等各种精巧机械。此外,他还学习音乐。他的著作,如《释论语》、《释孝经》、《易》、《老》、《庄》和小说《亦舒纪》等,早已失传。
[编辑本段]人物的一生
从公元42O年东晋灭亡到589年隋朝统一全国的170年间,我国历史上形成了南北对立的局面,史称南北朝。从东晋武帝于公元420年夺取皇位,建立宋朝政权开始,南朝经历了宋、齐、梁、陈四个朝代。与南朝对抗的是北朝,经历了北魏、东魏、西魏、北齐、北周。祖冲之生于宋朝,卒于南齐。
当时由于南朝社会稳定,农业和手工业有了显著的进步,经济文化发展迅速,也促进了科学的进步。所以在这个时期,南朝出现了一些非常成功的科学家,祖冲之就是其中最杰出的人物之一。
祖冲之籍贯是范阳县(今河北省涞水县)邱县。西晋末年,祖籍毁于战乱,迁至江南。祖冲之的祖父祖昌曾在宋朝政府担任大工匠,负责主持建筑工程。他掌握了一些科技知识。同时,祖先们世世代代都在研究天文历法。所以祖冲之从小就接触科技。
祖冲之在自然科学、文学、哲学等方面兴趣广泛,尤其在天文、数学、机械制造等方面,有着强烈的爱好和深入的研究。早在青年时代,他就有了学者的名声,并被政府派到当时的学术研究机构华林大学从事研究工作。后来,他担任地方官员。公元461年,在南徐州(今江苏镇江)刺史府任职。464年,宋政府调他到娄县(今江苏省昆山县东北)任县令。
这期间,祖冲之虽然生活很不稳定,但仍坚持学术研究,取得了很大的成就。他对学术研究的态度非常严谨。他非常重视古人的研究成果,但从不迷信。用他自己的话来说,就是:永远不要“一味推(拜)古人”,而要“搜罗古今(从大量古今著作中吸取精华)”。一方面,他深入研究古代科学家刘〔新〕、张衡、、泽、刘徽、等人的著作,充分吸收一切有用的东西。另一方面,他在科学研究中敢于怀疑前人的结论,并通过实际观察和研究加以修正和补充,从而取得了许多有价值的科学成果。在天文历法中,他编制的《大明历》是当时最精确的历法。在数学方面,他计算圆周率精确到小数点后六位,取得了当时世界最好的成绩。
宋末,祖冲之回到建康(今南京),任仆射。从那以后,一直到齐初年,他花了很大的精力研究机械制造,改造指南针,发明千里船,水锤磨等等,做出了突出的贡献。
祖冲之晚年时,齐国统治集团内乱,政治腐败黑暗,人民生活十分痛苦。北朝的魏趁机发兵南攻。
公元494年至公元500年,江南地区再次陷入战乱。祖冲之非常关注这种内忧外患的政局。约公元494年至498年,任长水校尉。当时他写了《论安全》,建议政府开垦荒地,发展农业,增强国力,稳定民生,巩固国防。齐明帝看到这篇文章,打算派祖冲之周游列国,兴办一些有益于国计民生的事业。然而,由于多年的战争,他的提议从未实现。不久,这位杰出的伟大科学家活到72岁,于公元500年去世。
改革历法并引入岁差
由于畜牧业和农业生产的需要,中国古代劳动人民经过长期的观察,发现了太阳和月亮运动的基本规律。他们把从第一次满月或缺月到第二次满月或缺月的时期定为一个月,每个月是二十九天多一点,十二个月称为一年。这种计算年份的方法叫做阴历。他们还观察到,从第一个冬季至日到第二个冬季至日(实际上是地球绕太阳一周的时间)需要365天零1/4天,所以也叫一年。以这种方式计算的历法通常被称为阳历。但是,农历年和阳历年的天数并不完全相等。按照农历,一年有354天;按照阳历,一年应该是365天5小时48分46秒。农历比阳历少十一天以上。为了使两个历法的日子一致,我们必须想办法调整农历年的日子。对于这个问题,我们的祖先很早就找到了解决办法,那就是采用“闰月”的方法。分几年安排一个闰年,每个闰年加一个闰月。每年闰年,一年有十三个月。由于采用了这种闰年方法,农历年和太阳年更加吻合。
我国古代历法专家一直以十九年为闰年计算单位,称为“一章”,每一章有七个闰年。也就是说,出了十九年,七年就是十三个月。这种闰法已经用了1000多年,但还不够彻底和准确。公元412年,北梁的赵左编写了《元历》,打破了年章的限制,规定600年中间要插入221个闰月。可惜赵旭的改革在当时并没有引起人们的注意。如著名历法数学家何承天在公元443年制作李元嘉时,仍采用十九年七跃的古法。
祖冲之借鉴赵厝的先进理论,结合自己的观察,认为19年闰太多,每200年少一天,而赵厝600年221的闰数太细,不是很精确。所以他提出了391年144闰的新闰法。这种飞跃法在当时是最尖端的。
除了改革闰法,祖冲之在历法研究上的另一大成就是首次应用“岁差”
根据物理学原理,刚体转动时,如果完全不受外力作用,转动的方向和速度应该是一样的;如果受外力影响,其转速会周期性变化。地球是一个表面凹凸不平、形状不规则的刚体,在运行中经常受到其他行星引力的影响,所以自转速度总是周期性变化的,不可能绝对一致。所以不可能完全回到去年冬天至日太阳一年绕一周(实际上是地球一周绕太阳一周)的时候,总会有细微的差别。根据现在天文学家的精确计算,一年之差约为50.2秒,每71年零8个月倒退一次。这种现象被称为岁差。
随着天文学的逐渐发展,中国古代的科学家们逐渐发现了岁差现象。西汉的邓萍、东汉的刘欣和贾逵都观测到了冬季至日后移的现象,但都没有明确指出岁差的存在。直到东晋初年,天文学家于才开始肯定岁差的存在,并首次主张将岁差引入历法。他提出了岁差的第一个数据,并计算出冬季至日将每50年后退一次。后来在南宋初年,何承天认为岁差是百年一次,但他并没有应用在他的《元嘉历》中。
祖冲之继承了前人的科研成果,不仅证实了岁差的存在,而且计算出岁差是每四十五年十一个月一次,并在他的《达李明》中应用了岁差。因为他所依据的天文史料还不够准确,所以他提出的数据不可能很准确。尽管如此,祖冲之将岁差应用于历法是天文历史上的一个创举,为中国历法的改进翻开了新的一页。隋代以后,岁差被许多历学家所重视,如隋代的大冶历和黄济历。
祖冲之对历法研究的第三大贡献是,他可以求出历法中的天数,通常称之为“交月”。
所谓交点月,就是月亮连续两次经过黄道和白道的交点的时间。黄道是指地球人看到的太阳的轨道,黄道是指地球人看到的月亮的轨道。可以计算相交月份的天数。祖冲之测得的相交月天数为27.21223,比过去天文学家测得的要精确得多,与现代天文学家测得的非常相似。以当时的天文学水平,祖冲之能得出如此精确的数字,已经很了不起了。
由于日食和月食都发生在黄道和黄道的交点附近,所以在计算交点的天数后计算日食或月食的时间更准确。祖冲之在他的《明历》中,用交点月来推算日月食的时间,比过去更准确,也非常接近实际的日月食时间。
基于以上研究成果,祖冲之最终成功制作了当时最科学、最进步的历法——大明历法。这是祖冲之科研的高明之处,也是他对天文历法最突出的贡献。
此外,祖冲之还观测和计算了木、水、火、金、土五大行星在天空中的运行轨道和一个周期所需的时间。中国古代的科学家计算出木星(古代称为岁星)每十二年运行一次。西汉刘欣写《三历》时,发现木星运行不到十二年。祖冲之更进一步,计算出木星的轨道时间是11.858年。现代科学家估计木星的周期约为11。862年。祖冲之算出的结果离这个数字只有0.04年。此外,祖冲之计算出水星运行一周的时间为115.88天,与现代天文学家确定的小数点后两位数完全一致。他计算出金星绕行的时间是583.93天,与现代科学家确定的数字只差0.01天。
公元462年(宋大明六年),祖冲之将精心编撰的《大李明》呈送朝廷,要求颁布实施。宋孝武帝命通晓历法的官员讨论这种历法的利弊。在讨论中,祖冲之遭到了以戴法兴为代表的保守势力的反对。戴法兴是宋孝武帝信任的大臣,权力很大。因为他带头反对新历法,朝廷大大小小的官员都附和,大家都不赞成改历法。
为了坚持自己的正确意见,祖冲之理直气壮地与戴法兴展开了激烈的争论。
这场关于新历法利弊的争论,实际上反映了当时科学与反科学、进步与保守的尖锐斗争。戴法兴先上书皇帝,从古籍中进行古圣先贤的神迹,以打压祖冲之。他说,在冬季至日期间,太阳总是处于某一位置,这是古代圣贤所决定的,永远不能改变。他说祖冲之认为冬至日年年微动,谤天违圣经。这是一种令人发指的行为。他还说,当时通行的19年七闰历法是古代圣贤制定的,绝不能更改。他甚至称祖冲之是一个卑微平凡的人,没有资格谈改革历法。
祖冲之对强大势力的攻击毫无惧色。他写了一篇著名的反驳文章。根据古代文献记载和当时观测太阳的记录,他证明了冬季至日点发生了变化。他指出:事实很清楚,怎么能相信过去,怀疑现在呢?他还详细列举了多年来冬季至日前后中午影子长度的变化,并精确计算了冬季至日的日期和时间,这表明十九年的第七次闰是非常不精确的。他问:“旧历法不准。是不是应该永远用下去,永远不改革?”任何想说大李明不好的人都应该拿出确凿的证据。如果有证据,我愿意接受。"
当时戴法兴无法指出新历法的缺点,于是就日的快慢、影的长短、月的快慢等等问题展开争论。祖冲之一一辩驳,予以反驳。
在祖冲之的义正言辞的反驳下,戴法兴无话可答,只是粗暴地说:“新日历再好,也不能用。”祖冲之没有被戴法兴蛮横的态度吓倒,而是坚定地说:“千万不要盲目相信古人。既然发现了旧日历的缺点,新日历又有很多优点,那就应该换个新的。”
在这场大辩论中,很多大臣被祖冲之精辟透彻的理论所说服,但又害怕戴法兴的权势,不敢为祖冲之说话。最后有个叫晁尚志的大臣出来支持祖冲之。他说,《大明历法》是祖冲之多年研究的成果。据《大明历》记载,元嘉十三年(436)、十四年(437)、二十八年(451)、大明三年(459)的四次月食都是准确的,用旧历推算的结果误差很大。自《大明历》以来,
结果,德伐日无言以对。祖冲之取得了最后的胜利。宋孝武帝于大明九年(465年)决定改用新历法。谁知大明八年孝武皇帝驾崩,随后统治集团发生意外,改历之事就此搁置。直到梁朝天入狱九年(51O)才正式采用新历法,但那时祖冲之已经去世十年了。
用圆周定律写作和排版
祖冲之不仅精通天文历法,而且他对数学的贡献,尤其是他在圆周率研究上的杰出成就,超越前代,在世界数学史上大放异彩。
我们都知道圆周率是一个圆的周长与同一个圆的直径的比值,这个比值是一个常数,现在常用希腊字母“π”来表示。圆周率是一个永远不能除尽的无限小数,无法用分数、有限小数或循环小数完整准确地表示。由于现代数学的进步,小数点后两千多位的圆周率已经计算出来了。
圆周率应用广泛。特别是在天文和历法中,所有涉及圆的问题都要用圆周率来计算。中国古代劳动人民在生产实践中获得的圆周率最早的数值是“3”,当然不精确,但一直沿用到西汉。后来随着天文学、数学等科学的发展,研究圆周率的人越来越多。西汉末年,刘欣首先抛弃了“3”这个不准确的圆周率值,他曾经采用的圆周率是3.547。东汉的张衡也算出了pi = 3.1622。当然,这些数值相比π=3已经有了很大的进步,但还远远不够准确。三国末年,数学家刘徽创造了割线求圆周率的方法,圆周率的研究有了很大进展。
割线求圆周率的方法大致如下:先做一个圆,再做一个内接于圆的正六边形。假设这个圆的直径为2,那么半径等于1。正六边形内接的一边一定等于半径,所以也等于1;它的周长等于6。如果把与正六边形内接的圆周6作为一个圆的周长,除以直径2,周长与直径之比π=6/2=3,这就是古代的数值π=3。然而,这个值是不正确的。我们可以清楚地看到,内接正六边形的周长远远小于圆的周长。
如果我们把正六边形的内接边数增加一倍,变成内接正十二边形,然后用适当的方法求它的周长,那么我们可以看到这个周长比内接正六边形的周长更接近圆的周长,这个内接正十二边形的面积更接近圆的面积。由此我们可以得出一个结论:一个圆内接一个正多边形的边越多,它的边加起来的总长度(周长)与圆周周长之差就越小。从理论上讲,如果正多边形的内接边数增加到无穷大,那么正多边形的周长将与圆周紧密重合,由此计算出的无限正多边形的内接面积将等于圆的面积。但实际上,我们不可能把一个正多边形的内接边数增加到无穷大,使这个无穷大的正多边形的周长与圆周重合。我们只能增加内接正多边形的边数,使其周长和圆周几乎重合。因此,通过增加圆的内接正多边形边数,圆周率的个数总是略小于π的真实值。根据这个原理,刘辉从圆内接正六边形开始,边数逐渐翻倍,直到计算出内接正六边形,圆周率为3.141024。把这个数变成一个分数,就是157/50。刘徽得到的圆周率,后来被称为“惠率”。他的计算方法其实有现代数学中极限的概念。这是中国古代圆周率研究的辉煌成就。
祖冲之演绎圆周率成就斐然。据《隋书法纪》记载,祖冲之把十尺变成一亿尺,以此为径求圆周率。他计算的结果是两个数:一个是丰裕数(盈余的近似值),是3.1415927;一个是数(即亏的近似值),为3.1415926。圆周率的真实值正好在这两个数字之间。“隋书”只有这样一个简单的记录,没有具体说明他是如何计算的。但从当时的数学水平来看,除了刘徽的割圆术,并没有更好的方法。祖冲之大概采用了这种方法。由于采用了刘辉的方法,当圆的正多边形的内接边数增加到24576条时,祖冲之的结果就可以精确地得到。