斯台文

西蒙·斯台文(Simon.Stevin 1548—1620)是荷蘭在文藝復興時期一位個性突出的力學家、數學家和工程學家。

基本介紹

• 中文名：西蒙·斯台文
• 外文名：Simon.Stevin
• 出生地：荷蘭
• 出生日期：1548
• 逝世日期：1620
• 職業：力學家、數學家和工程學家

人物生平

斯台文,1548年出生於荷蘭布魯日（今屬比利時）的一個商人家庭。早年時，他曾在安特衛普當過銀行的出納和簿記員，還曾在商業部門工作過一段時間。1581年定居於荷蘭北部的城市萊頓，執教於萊頓大學。1590年，斯台文移居代爾夫特，受命管理那裡的航道。1604年，由於拿騷的毛里斯舉薦，他擔任了荷蘭軍隊的陸軍軍需司令。毛里斯對數學和科學極有興趣，斯台文是他的私人教師和技術顧問。兩人交情很深，斯台文為毛里斯寫了許多課本。這些著作不僅以荷蘭語，有些也用法語和拉丁語同時出版。斯台文在萊頓創建過一所培養工程師的學校，並在這所學校中成功的組織了數學教學。斯台文在1610年結婚，並在1612年定居海牙，直至去世。

他深信科學對於人類社會發展的重大作用，因而積極主張組織一切有理智的人共同合作推動科學的研究和發展。但是，他的工作沒有得到人們的普遍了解，直到1608年，他的著作被翻譯成拉丁文收集在《數學著作選》中，才得到傳播。1846年7月，人們在斯台文的家鄉布魯日豎立了一座紀念碑，以紀念他的業績。

力學貢獻

早在古希臘時候，亞里士多德和阿基米德就已各自在動力學和靜力學領域提出了自己獨特的原理和定律，並發表了相關的論著。但在中世紀神學的統治下，阿基米德的學說被埋沒了，亞里士多德的原理成為了科學的《聖經》。人們學習科學知識主要是學習亞里士多德的著作，儘管裡面充斥著謬誤。斯台文復興並發展了阿基米德靜力學成就。1586年，斯台文出版了他在力學方面的代表作——《靜力學原理》(De beghinselen der weeghconst)。該書體現出了斯台文對靜力學知識的全面掌握。書中的內容涉及槓桿理論、斜面定律、重心的確定等等。其中最著名的發現當屬斜面定律。在這個定律中，斯台文提出了力的分解與合成原理以及永動機不可能實現的早期思想。斯台文用球鏈給出了斜面定律的證明。他設計了用一根球鏈環繞著兩塊三角形的斜面，並用幾何方法證明了該球鏈處於靜止。斯台文於1586年運用這一原理通過對“斯台文鏈”的分析，率先引出了力的平行四邊形定則。在他那個時代（16世紀末—17世紀初），有一種永動機是廣泛被談論著的，有14個能滾動的很重的鐵球用鏈子連起來放在一個三稜體上。三稜體的一邊比較斜，一邊比較陡，且斜的一邊比陡的一邊長些。永動機的製造者們相信，斜的一邊上有4個重鐵球，陡的一邊只有兩個重鐵球，4個鐵球的下滑力自然比兩個鐵球大，整個裝置就會如箭頭所指示的方向滑下來。一旦左邊滑下去一個重球，右邊一定同時補充上一個重球，左邊的斜面上依然是4個重球，右邊的斜面上仍只有兩個重球，永遠是左邊的下滑力大於右邊的下滑力，球鏈就會永遠不斷地運動下去。斯台文在研究這種永動機時，從經驗出發判斷它不可能永動，因為左邊球雖多，但斜面緩，每個球產生的向下拉力小，右邊球雖少，但斜面陡，每個球產生的向下拉力大，結果兩邊斜面向下的拉力一樣大。至此，斯台文並沒有停止思維，他又把該問題進一步引向深入：由於球的個數跟斜面的長度成正比，每個球都是一樣重，所以各邊球的總重也一定跟斜面長成正比，得出有名的兩個斜面上力量平衡的定律。

在斯台文定居代爾夫特期間，他曾與好友約翰一起做了落體實驗，由此證明了亞里士多德關於“兩個不同重量的物體同時從同一高度落下，重的先落到地面”的論斷是錯誤的。斯台文的實驗早於伽利略比薩斜塔實驗，雖然後者更加出名。在流體靜力學方面，斯台文證明了“在一已知表面上，液體的壓力依賴於這個表面上液體的高度及表面的面積，而不依賴於液體容器的形狀”。他還對固體排水的阿基米德原理給出了一個更為簡單自然的解釋：在物體C浸沒之前考慮與C體積相等的水，因後者是靜止的，必須受與其自身重量相等的向上的力，而C本身置於水中時也經受同樣的浮力。通過想像部分水是固體化的，解釋了阿基米德原理。斯台文將自己在流體化的靜力學方面的研究成果載入《流體靜力學基礎》（De beghinselen des waterwicht）。這是繼阿基米德以來，流體靜力學方面的第一篇系統著述。由於斯台文在力學方面的巨大成就，人們稱他是從阿基米德到伽利略之間最偉大的力學家。

數學成就

在斯台文之前的西方，世界各地避免分數的傾向使得人們使用了越來越小的各種度量衡單位，計算甚是複雜。斯台文為了簡化計算，撰寫了《論十進》(De thiende，1585）。這本小冊子是他在數學方面最重要的著作。在書中，斯台文首次明確提出了小數理論。斯台文的十進數“是一種基於用十進位思想的算術，它利用通常的阿拉伯數碼，其中任可數都可以寫下來，通過它們，在商業中遇到的所有計算只用整數而不用分數便可進行。”（《論十進》第一部分，定義1）他用3①7②5③來表示0.375，克服了處理小數的困難。斯台文認為應當用十進制表示分數及其運算，並提倡使用十進制的度量衡。然而，十進制的提出並沒有馬上引起反響，歐洲直到法國大革命才開始使用十進制的度量衡。十進分數的發明不應該歸功於某一個人，但在西方斯台文是第一個系統的論述十進分數及其算術的人。

在《算術》（L'Arithmetique，1585）中，斯台文給出了算術和代數的一般論述，還給多項式引入了一個新的符號，並給出了二次、三次、四次方程的統一解法。

此外，斯台文還先後出版了《利息表》（Tafelen van interest，1582）、《幾何問題集》（Problematum geometricorum，libri V，1583）、《論透視》（Van de verschaeuwing，1608）等數學論著。他的這些著作不僅理論性強，而且聯繫實際廣泛，語言簡潔易懂，引人入勝。

多才多藝

《聲樂寶鑑》

斯台文所取得的各項重大成就並不僅僅局限在力學和數學兩個科學領域，還涉及到天文學、航海學、地理學、建築學、工程學、軍事科學、音樂理論等多種學科。

在天文學上斯台文先考慮了托勒密關於宇宙結構的理論，然後表明如何通過改變觀察者的位置將其轉換為哥白尼理論。這是對哥白尼體系的最早的表述之一。更重要的是，他不僅解釋了哥白尼的理論體系，而且認為這一理論展示了世界的真正結構。同時，斯台文對哥白尼理論做了改進，摒棄了哥白尼理論中認為的地球除公轉和自轉外的第三種運動。

斯台文也研究音樂理論。當時音樂與算術具有傳統的紐帶聯繫。他在《聲樂寶鑑》（Van de spiegeling der singconst，1884）中詳細論述了通過弦長的各種比例來刻劃音程的重要問題。

在工程技術方面，斯台文的著作涉及風力排水磨坊、水閘與鐘錶、水力工程等。在荷蘭的平原地帶磨坊具有重要作用，斯台文提出了一種新型坊的建造方法，並根據這種新方法建造了許多磨坊，其中斯台文將力學原理套用於他的設計，取得了很大的成效。

由於斯台文參加了荷蘭共和國的政治與軍事活動，他寫了許多關於軍事方面的著作。他在《要塞的設立》

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書中論述的城防術在以後的戰爭中發揮了巨大的作用。

除此以外，斯台文還創作了《公民的生活》、《辯論術與證明術》等書籍。其中《辯論術與證明術》使用荷蘭語創作的最古老的邏輯方面的論文之一。

恩格斯稱十四至十六世紀歐洲文藝復興時期為“需要巨人而且產生了巨人——在思維能力、熱情和性格方面，在多才多藝且學淵博方面的巨人的時代”。斯台文就是這樣一位多才多藝且學識淵博的巨人。他是工程師和技術專家的典範，他總是用數學的方式來思維，總是用科學的方法來處理實際中存在的問題，這無論是對社會生活還是對於科學的進步都發揮了巨大的作用。