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一、阿基米德与皇冠 ——第一个科学发现

时间:2020-03-05    点击: 次    来源:网络    作者:佚名 - 小 + 大

一、阿基米德与皇冠

——第一个科学发现

  

什么是路?就是从没路的地方践踏出来的,从只有荆棘的地方开辟出来

的。

——鲁迅

公元前 287 年,古希腊叙拉古国的海罗在锡拉丘兹称王后,为显示自己

的丰功伟业,决定制造一顶金皇冠放入一座圣庙,献给不朽的神灵。为了使

这件事做得完美,海罗国王挑选了优秀的制造商,并精确地称量出黄金交给

这位制造商。不久,一顶精美别致的金皇冠被呈献给国王。国王观后十分高

兴,心满意足。不料后来有人告发说,在做皇冠时商人盗窃了金子,加上了

等量的银子。海罗国王认为自己受了骗,蒙受了奇耻大辱,同时也感到事情

果真如此,那是对神灵的亵渎,罪过实在深重。但又苦于无法将商人的窃贼

嘴脸揭露于众,因为皇冠的重量与所给的黄金的重量完全相符。为此,海罗

国王召见了宫廷科学家,就是当时最著名的力学家阿基米德,让他想想办法。

阿基米德了解了这一事情的原委后,日夜冥思苦想。一天,他在洗澡,当身

体慢慢浸入水中时,澡盆中的水逐渐溢出澡盆外。这一简单现象使阿基米德

的思路豁然开朗。他一下子从澡盆里跳出来,光着身子欣喜若狂地大叫:“找

到了!找到了!”他找到了解决问题的办法。

根据洗澡这一事实所受的启发,阿基米德设计了一个实验。他做了两件

物体,每件的重量与皇冠相同,一件是黄金的,另一件是白银的。他把一个

大容器装满水,首先把银制品放进去,而后再取出来,再用量杯把水注入容

器,直到恢复原来的满度。这样,阿基米德根据溢出的水的体积与沉入容器

中的银制品的体积应当相等的道理,求出了银制品的体积。在此之后,阿基

米德又把金制品放入装满了水的容器中,再取出来,并像上一次一样用量杯

把水再装满。他发现第二次溢出的水没有第一次那么多,稍微少了一点点。

这说明金制品的体积比相同重量的银制品的体积要小,两者之差恰好是两次

溢出的水的体积之差。最后,他又用水装满容器,并把制造商制造的皇冠放

入,发现皇冠排出的水比同样重的金制品排出的水要多些,而比同样重的银

制品排出的水要少些。由此他断定制造商在金子里掺进了银子,从而帮助国

王判定了制造商窃取金子的罪行。

阿基米德从这个揭开皇冠之谜的实验中深受启发,撰写了《论浮体》一

书。书中他叙述了所发现的浮力原理:把物体浸在任何一种液体中,液体所

排开的体积等于物体所浸入的体积;物体所受的浮力(即物体在液体中所失

去的重量)等于该物体所排开的液体的重量。诚然,阿基米德的发现主要是

基于灵感及简单的实验,并未借助于什么复杂的设备和仪器,但却不失为人

类科学史中第一个完整的、真正的理论发现,成为世世代代人们传颂的美谈。

在科学产生的萌芽时期,虽然有许多科学家、自然哲学家提出一些学说

和理论,也做过一些粗陋的实验,但像阿基米德发现浮力原理那样,既具有

设计精密的实验作为基础,又从实验中发掘出定理和规律,并以理论的形式

加以阐述的却寥寥无几。阿基米德之所以能摘走科学史上第一个科学发现的

桂冠,主要是因为他迷恋科学,有强烈的求知欲,以科学研究为最大乐趣。


一位传记作家描述:“他常被人逼着才去洗澡,擦香膏,可是就在这时他还

要在地上画几何图形,用手指在他那涂了油膏的身上画几何线,满脸乐陶陶

的神气,真像是诗神附体一样。”其次,是因为阿基米德在科学活动中注重

实验、强调技术,同时又进行严格的理论论证和逻辑推理。在这些方面,阿

基米德一直得到各个时代科学家的高度评价。达・芬奇是阿基米德的崇拜者,

伽利略则以阿基米德的后继者自居。莱布尼兹说:“无论谁,只要穷究阿基

米德研究的真谛,就会很少赞叹近人的发现。”20 世纪美国数学家、哲学家

怀特海说:“可以把数学的天才同物理学的洞察力兼而有之的阿基米德,与

数学物理的建立者、差不多在他之后二千年的牛顿相提并论。”

科学发现可称为人类智慧的花朵,是人类进步和社会文明的一个重要特

征。它在人类认识史上总表现为惊世骇俗、激动人心的事件,而且总能为人

类带来某些幸福。长期以来,人们一直在探索着科学发现的内在机制,在追

寻着科学发现是否有逻辑可循,是否是一个不能理解的神秘的禁区等问题的

答案。上面叙说的皇冠的故事中,阿基米德对浮力原理的发现为科学殿堂奠

定了第一块完整的基石,因此它对我们认识科学发现的规律颇具裨益,大有

启发。

从中我们可总结出科学发现所遵循的某种途径或规则:

简单的经验事实(无意中的)→引发灵感并产生某种新思想或新观念(伴

随科学家强烈的求知欲)→设计并进行实验证明(自觉性的)→经逻辑推理

将新思想变为一种新理论→著书立说。

由此不难看出,科学发现并非完全是非逻辑性的,而是有某种规则可循

的;也并非是不可理解的神秘的禁区,而是可以为人类认识和把握的。

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