洗澡盆里的發現
相傳公元前240年,國王亥厄洛為了報答諸神的恩澤,曾讓工匠替他做了一頂純金的王冠。做好后,國王亥厄洛疑心工匠在金冠中摻了假,但這頂金冠的確與當初交給金匠的純金一樣重,到底工匠有沒有搗鬼呢?既想檢驗真假又不能破壞王冠,這個問題不僅難倒了國王亥厄洛,也使諸大臣們面面相覷。
后來,國王亥厄洛請阿基米德來檢驗。最初,阿基米德也是冥思苦想而不得要領。一天,他準備洗澡。脫了上衣,抓起一團泥皂(當時的人們使用的一種特殊的肥皂)就往身上涂。阿基米德喜歡在自己的身上畫圖,這天,他又在胸脯上畫了起來,一邊畫,腦子里一邊想著那頂王冠,越想越出神,竟然忘記了周圍的一切。就在這時,他的妻子走進來,一看就知道他的心思并不在洗澡上,于是,她二話不說,就把阿基米德推入浴室。阿基米德一邊掙扎,一邊大聲喊道:“不要弄濕我的圖形……”話還沒說完,早已“撲通”一聲跌入浴盆中,妻子掩門而去。誰知,這一跌讓阿基米德的思路從那些圖形的死胡同里解脫出來。他坐進澡盆里,注視著盆沿,原來澡盆里的水很滿,他身子浸在水里,感到身體被輕輕托起,他看到水順著澡盆沿往外溢,地上的鞋子也淹在水里,他急忙探出身子想要移開鞋子。而當他起身的那一刻,水又立即縮回了澡盆里。這下,他連鞋子也不取了,就這樣,在澡盆里一進一出,水就跟著時漲時落……他突然悟到可以用測定固體在水中排水量的辦法,來確定金冠的比重。他興奮地跳出澡盆,連衣服都顧不得穿就跑了出去,大聲喊著:“尤里卡!尤里卡!(Eureka,意思是‘我知道了。’)”剛好這時,他的妻子看見赤身裸體的阿基米德跑出來,這下可著急了,急忙追了出去。街上的人也不知道發生了什么事情,也都跟在后面追,一直追到王宮。
阿基米德來到王宮,并告訴國王亥厄洛,他已經找到了檢測王冠的方法。國王亥厄洛和大臣們都迫不及待地想要知道阿基米德是用什么方法檢驗,都聚精會神地觀看。只見阿基米德把王冠和同等重量的純金放在盛滿水的兩個盆里,比較兩盆溢出來的水,發現放王冠的盆里溢出來的水比另一盆多。阿基米德向國王亥厄洛和大臣們解釋道說,這就說明王冠的體積比相同重量的純金的體積大,所以證明了王冠里摻進了其他金屬。
這次試驗的意義遠遠大過查出金匠欺騙國王,阿基米德從中發現了浮力定律,即著名的阿基米德定律:物體在液體中所獲得的浮力,等于他所排出液體的重量。
直到現代,人們依舊在利用這個原理計算物體比重和測定船舶載重量。這就是阿基米德在洗澡盆里的重大發現。
給我一個支點,我就能撬動地球
阿基米德在諸多科學領域貢獻突出,贏得了同時代人的高度尊敬,推動了人類社會的發展。力學方面,在總結了關于埃及人用杠桿來抬起重物的經驗的基礎上,阿基米德系統地研究了物體的重心和杠桿原理,并提出了精確地確定物體重心的方法,指出在物體的中心處支起來,就能使物體保持平衡;同時,他在研究機械的過程中,發現并系統地證明了阿基米德原理,即杠桿定律。
阿基米德在認定該定律成立后,說:“給我一個支點,我能撬動地球。”國王亥厄洛聽說之后,感到十分奇怪,便問阿基米德:“到哪里去找一個支點,把地球撬起來呢?”
“這樣的支點是沒有的。”阿基米德回答說。
國王亥厄洛聽了,說道:“那么,要叫人相信力學的神力就不可能了?”
“不,您誤會了,陛下,我能夠給你舉出別的例子。”
國王亥厄洛說:“你太吹牛了!你如果能替我推動一樣重的東西,我便相信你。”當時,國王亥厄洛正有一個困難的問題,就是他替埃及國王造了一艘很大的船。但是,船造好后,動員了敘拉古全城的人,也沒法把它推下水。
阿基米德說:“好吧,我替你來推這只船吧。”
阿基米德離開國王亥厄洛后,就利用杠桿和滑輪的原理,制造了一套巧妙的機械。一切都準備好后,阿基米德請國王亥厄洛來觀看大船下水。他把一根粗繩的末端交給國王亥厄洛,讓國王輕輕拉一下。頓時,那艘大船慢慢移動起來,順利地滑到了水里,國王亥厄洛和大臣們看到這樣的奇跡,驚奇不已。于是,國王亥厄洛信服了阿基米德,并向全國發出布告:“從此以后,無論阿基米德講什么,都要相信他。”
雖然,我們無從考證這個故事的真實性,但是,阿基米德的發現對人類社會進步的貢獻是十分巨大的。
戰爭之神
阿基米德作為古希臘著名科學家之一,與雅典時期的其他科學家有著明顯的不同,最大的區別就是他既重視科學的嚴密性、準確性又強調科學知識的實際應用性,他要求對每一個問題都進行精確的、合乎邏輯的證明。與此同時,他還非常重視實驗,親自動手制作各種儀器和機械。
由于環境的迫切需要和與國王亥厄洛的瓜葛,阿基米德不得不履行雙重義務——臣子和親戚,并聽命于國王。在國王的命令下,阿基米德研制出的發明不下40種,絕大多數都被用在了軍事上。阿基米德對于自己被迫充當了一名像被人看不起的叫花子那樣唯利是圖的商業和軍事制造者的身份感到非常憤怒,但是現實卻使他難辭其咎。
公元前3世紀,羅馬和迦太基為了爭奪地中海的霸權,發生了3次戰爭,史稱“布匿戰爭”。羅馬人的進攻使得亥厄洛國王感到恐懼,最后,他決定讓阿基米德負責設計防御敵人進攻的武器,并以此對付羅馬軍隊。
阿基米德立刻設計了各種凸金屬片,并召集全城的金屬工匠馬上生產出來。3天后,阿基米德從城中挑選出一組人,并給他們每人發一片金屬片。第二天,馬塞拉斯帶領的艦隊已經到了城下,這天天氣晴朗,熾熱的陽光照射著大地。等到中午陽光最強的時候,馬塞拉斯的艦隊正好來到了敘拉古城的弓箭射程之內。阿基米德命令他挑選的人立刻到城墻上呈一字排開,然后讓他們把手中的金屬片舉起來,將太陽光反射到羅馬人的艦隊上。就這樣,幾百條強烈的光柱使得敵人的油帆和木船熊熊燃燒起來,馬塞拉斯和他的士兵們紛紛跳海逃命,許多人被燒死或被淹死了。因為阿基米德的智慧敘拉古城贏得了這次戰斗的勝利,而阿基米德使用的方法就是利用凸面鏡聚光的原理,后來,許多科技史家通常把阿基米德看成是人類利用太陽能的始祖。
馬塞拉斯僥幸逃回了羅馬大本營,羅馬統治者又派他帶領著艦隊重新包圍了敘拉古城。國王亥厄洛再次召見阿基米德,讓他設法將敵人的船只擊退。阿基米德領命,很快就投入到了實驗中。他制作了杠桿、輪滑、曲柄、螺桿和齒輪等工具,利用人力開動那些投射鏢箭和石彈的機器,運用有關平衡和重力的知識終于找到了擊退敵人的方法。阿基米德首先召集城中的工匠制造了無數巨大的起重機式的機械巨手,當羅馬軍隊接近敘拉古城的時候,這些機械巨手突然從城墻上伸了出來,分別抓住羅馬人的戰船,把船吊在半空中搖來晃去,最后甩在海邊的巖石上,或者重重地摔在海里,最后船毀人亡。馬塞拉斯并沒有受傷,再次僥幸逃回去。當晚,馬塞拉斯想要偷襲敘拉古城,滿心認為阿基米德的機器已經沒有功效。不料,阿基米德早已準備好了投石機之類的短距離器械,當羅馬軍隊兵臨城下時,一陣陣密集可怕的鏢箭和石頭從城上飛來,羅馬士兵被打得死傷無數,士兵們爭相逃命。甚至看到城墻上出現的木梁或繩子,都嚇得魂飛魄散,驚叫道:“阿基米德來了!”
阿基米德再次領導敘拉古城的人民逼退了羅馬軍隊的進攻,使得這個城市的陷落推遲了3年之久。
公元前212年,已經近3年沒有放松的敘拉古人為了慶祝阿蒂密斯節,忽略了城外的羅馬人的封鎖,在城里縱酒行樂。阿基米德多次提醒亥厄洛國王提高警惕,但是國王也制止不了百姓的狂歡。結果,羅馬軍隊趁機蜂擁而至,控制了敘拉古城。馬塞拉斯對羅馬軍官將敘拉古城夷為平地的想法持反對態度,因為他十分欽佩這么英勇地堅持抵抗的敘拉古人,尤其對阿基米德的智慧更是佩服得五體投地。他傳令:“任何人都不能傷害阿基米德,要把他作為我們的上賓。”于是,馬塞拉斯派了一名士兵去請阿基米德。
此時,阿基米德正坐在家中的院子里凝視著地上的幾何圖形,他并不知道城門已經攻破,依舊聚精會神地坐在那里冥思苦想。他專心致志地思考著問題,并對奉命要帶走他的士兵說:“再給我一點兒時間,我要證完這條定理。”但兇殘的士兵絲毫不能容忍,立即拔出劍來,一劍揮向阿基米德的腦袋,偉大的科學家就這樣撲倒在鮮血染紅的幾何圖形上,一顆璀璨的科學巨星就此隕落了。
馬塞拉斯得知阿基米德的死訊,十分悲痛。他下令處死了那個士兵,還尋找阿基米德的親屬,給予撫恤表示敬意,并為阿基米德厚葬立碑。阿基米德為后世留下了豐富的科學遺產,為人類自然科學的發展做出了重大貢獻,他孜孜不倦的精神激勵了后輩人勇攀智慧的高峰。