阿基米德(古希臘哲學家、數學家、物理學家)

阿基米德（公元前287年—公元前212年），偉大的古希臘哲學家、百科式科學家、數學家、物理學家、力學家，靜態力學和流體靜力學的奠基人，並且享有“力學之父”的美稱，阿基米德和高斯、牛頓並列為世界三大數學家。阿基米德曾說過：“給我一個支點，我就能撬起整個地球。”

阿基米德確立了靜力學和流體靜力學的基本原理。給出許多求幾何圖形重心，包括由一拋物線和其網平行弦線所圍成圖形的重心的方法。阿基米德證明物體在液體中所受浮力等於它所排開液體的重量，這一結果後被稱為阿基米德原理。他還給出正拋物旋轉體浮在液體中平衡穩定的判據。阿基米德發明的機械有引水用的水螺旋，能牽動滿載大船的槓桿滑輪機械，能說明日食，月食現象的地球-月球-太陽運行模型。但他認為機械發明比純數學低級，因而沒寫這方面的著作。阿基米德還採用不斷分割法求橢球體、旋轉拋物體等的體積，這種方法已具有積分計算的雛形。

基本介紹

• 中文名：阿基米德
• 外文名：Archimedes
• 國籍：古希臘
• 出生地：敘拉古
• 出生日期：公元前287年
• 逝世日期：公元前212年
• 職業：科學家、數學家、物理學家
• 主要成就：幾何體表面積和體積的計算方法
  發現浮力定理、槓桿原理

人物生平

人物出生

公元前287年，阿基米德誕生於希臘西西里島敘拉古附近的一個小村莊，他出生於貴族，與敘拉古的赫農王（King Hieron）有親戚關係，家庭十分富有。阿基米德的父親是天文學家兼數學家，學識淵博，為人謙遜。阿基米德的意思是大思想家，阿基米德受家庭的影響，從小就對數學、天文學特別是古希臘的幾何學產生了濃厚的興趣。

阿基米德出生時，在當時古希臘的輝煌文化已經逐漸衰退，經濟、文化中心逐漸轉移到埃及的亞歷山大城；但是另一方面，義大利半島上新興的羅馬共和國，也正不斷的擴張勢力；北非也有新的國家迦太基興起。阿基米德就是生長在這種新舊勢力交替的時代，而敘拉古城也就成為許多勢力的角斗場所。

求學經歷

公元前267年，也就是阿基米德十一歲時，阿基米德被父親送到埃及的亞歷山大城跟隨歐幾里得的學生埃拉托塞和卡農學習。亞歷山大城位於尼羅河口，是當時世界的知識、文化貿易中心，學者雲集，人才薈萃，被世人譽為“智慧之都”。舉凡文學、數學、天文學、醫學的研究都很發達。

阿基米德在亞歷山大跟隨過許多著名的數學家學習，包括有名的幾何學大師—歐幾里德，阿基米德在這裡學習和生活了許多年，他兼收並蓄了東方和古希臘的優秀文化遺產，對其後的科學生涯中作出了重大的影響，奠定了阿基米德日後從事科學研究的基礎。

保衛祖國

阿基米德雕塑

公元前218年羅馬帝國與北非迦太基帝國爆發了第二次布匿戰爭。身處西西里島的敘拉古一直都是投靠羅馬，但是公元前216年迦太基大敗羅馬軍隊，敘拉古的新國王（海維隆二世的孫子繼任），立即見風轉舵與迦太基結盟，羅馬帝國於是派馬塞拉斯將軍領軍從海路和陸路同時進攻敘拉古。

敘拉古和羅馬帝國之間發生戰爭，是在阿基米德年老的時候，羅馬軍隊的最高統帥馬塞拉斯率領羅馬軍隊包圍了他所居住的城市，還占領了海港。阿基米德雖不贊成戰爭，但又不得不儘自己的責任，保衛自己的祖國。阿基米德眼見國土危急，護國的責任感促使他奮起抗敵，於是阿基米德絞盡腦汁，日以繼夜的發明禦敵武器。

●投石器和起重機

阿基米德利用槓桿原理製造了一種叫作石弩的拋石機，能把大石塊投向羅馬軍隊的戰艦，或者使用發射機把矛和石塊射向羅馬士兵，凡是靠近城牆的敵人，都難逃他的飛石或標槍······阿基米德還發明了多種武器，來阻擋羅馬軍隊的前進。根據一些年代較晚的記載，當時他造了巨大的起重機，可以將敵人的戰艦吊到半空中，然後重重地摔下使戰艦在水面上粉碎。

●鏡子聚光

有一天敘拉古城遭到了羅馬軍隊的偷襲，而敘拉古城的青壯年和士兵們都上前線去了，城裡只剩下了老人、婦女和孩子，處於萬分危急的時刻。就在這時，阿基米德為了自己的祖國站了出來。

阿基米德讓婦女和孩子們每人都拿出自己家中的鏡子一齊來到海岸邊，讓鏡子把強烈的陽光反射到敵艦的主帆上，千百面鏡子的反光聚集在船帆的一點上，船帆燃燒起來了，火勢趁著風力，越燒越旺，羅馬人不知底細，以為阿基米德又發明了新武器。就慌慌張張地逃跑了。

這些武器弄的羅馬軍隊驚慌失措、人人害怕，連將軍馬塞拉斯都苦笑承認：“這是一場羅馬艦隊與阿基米德一人的戰爭”、“阿基米德是神話中的百手巨人”。

偉人之死

公元前212年，古羅馬軍隊入侵敘拉古，阿基米德被羅馬士兵殺死，終年七十五歲。阿基米德的遺體葬在西西里島，墓碑上刻著一個圓柱內切球的圖形，以紀念他在幾何學上的卓越貢獻。

版本一：羅馬士兵闖入阿基米德的住宅，看見一位老人在地上埋頭作幾何圖形，阿基米德對士兵說你們等一等再殺我，我不能給世人留下不完整的公式！還沒等他說完，士兵就殺了他。他是帶著遺憾死去的。

版本二：一個羅馬士兵突然出現在他面前，命令他到馬塞拉斯那裡去，遭到阿基米德的嚴詞拒絕，於是阿基米德不幸死在了這個士兵的刀劍之下。

版本三：阿基米德坐在殘缺的石牆旁邊，正在沙地上畫著一個幾何圖形。一個羅馬士兵命令阿基米德離開，他傲慢地做了個手勢說：“別把我的圓弄壞了！”羅馬士兵勃然大怒，馬上用刀一刺，就殺死了這位古代科學家阿基米德。

版本四：羅馬士兵闖入了阿基米德的住宅，看見一位老人正在自家宅前的地上畫圖研究幾何問題，阿基米德說：“走開，別動我的圖！”戰士一聽十分生氣，於是拔出刀來，朝阿基米德身上刺下去。

無論阿基米德是怎么死的，最為惋惜的就是那位羅馬軍隊的統帥馬塞拉斯，馬塞拉斯將殺死阿基米德的士兵當作殺人犯予以處決，他為阿基米德舉行了隆重的葬禮，並為阿基米德修建了一座陵墓，在墓碑上根據阿基米德生前的遺願，刻上了"圓柱內切球"這一幾何圖形。

個人成就

浮力原理

浮力原理簡述：物體在液體中所獲得的浮力，等於它所排出液體的重量，即：F=G（式中F為物體所受浮力，G為物體排開液體所受重力）。該式變形可得

（式中ρ為被排開液體密度，g為當地重力加速度，V為排開液體體積）

阿基米德發現浮力

相傳敘拉古赫農王讓工匠替他做了一頂純金的王冠。但是在做好後，國王疑心工匠做的金冠並非純金，工匠私吞了黃金，但又不能破壞王冠，而這頂金冠確又與當初交給金匠的純金一樣重。這個問題難倒了國王和諸位大臣。經一大臣建議，國王請來阿基米德來檢驗皇冠。

最初阿基米德對這個問題無計可施。有一天，他在家洗澡，當他坐進澡盆里時，看到水往外溢，突然想到可以用測定固體在水中排水量的辦法，來確定金冠的體積。他興奮地跳出澡盆，連衣服都顧不得穿上就跑了出去，大聲喊著“尤里卡！尤里卡！”（ερηκα，意思是“找到了”。）

他經過了進一步的實驗以後，便來到了王宮，他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。這就說明王冠的體積比相同重量的純金的體積大，密度不相同，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（阿基米德原理）：物體在液體中所獲得的浮力，等於它所排出液體的重量。（即廣為人知的排水法）

槓桿原理

槓桿原理：滿足下列三個點的系統，基本上就是槓桿：支點、施力點、受力點。槓桿原理亦稱“槓桿平衡條件”：要使槓桿平衡，作用在槓桿上的兩個力矩（力與力臂的乘積）大小必須相等。即：動力×動力臂=阻力×阻力臂,用公式可表達為：

(F1表示動力，l1表示動力臂，F2表示阻力，l2表示阻力臂)

海維隆王又遇到了一個棘手的問題：國王替埃及托勒密王造了一艘船，因為太大太重，船無法放進海里，國王就對阿基米德說：“你連地球都舉得起來，把一艘船放進海里應該沒問題吧？阿基米德叫工匠在船的前後左右安裝了一套設計精巧的滑車和槓桿。阿基米德叫100多人在大船前面，抓住一根繩子，他讓國王牽動一根繩，大船居然慢慢地滑到海中。國王異常高興，當眾宣布：“從現在起，我要求大家，無論阿基米德說什麼，都要相信他！”

機械套用

阿基米德對於機械的研究源自於他在亞歷山大城求學時期，有一天阿基米德在久旱的尼羅河邊散步，看到農民提水澆地相當費力，經過思考之後他發明了一種利用螺旋作用在水管里旋轉而把水吸上來的工具，後世的人叫它做“阿基米德螺旋提水器”。埃及一直到二千年後的現代，還有人使用這種器械。這個工具成了後來螺旋推進器的先祖。

阿基米德非常重視試驗，一生設計、製造了許多儀器和機械，值得一提的有舉重滑輪、灌地機、揚水機以及軍事上用的拋石機等。

當時的歐洲，在工程和日常生活中，經常使用一些簡單機械，譬如：螺絲、滑車、槓桿、齒輪等，阿基米德花了許多時間去研究，發現了“槓桿原理”和“力矩”的觀念，對於經常使用工具製作機械的阿基米德而言，將理論運用到實際的生活上是輕而易舉的。阿基米德極可能是當時全世界對於機械的原理與運用了解最透徹的人。

阿基米德和雅典時期的科學家有著明顯的不同，就是他既重視科學的嚴密性、準確性，要求對每一個問題都進行精確的、合乎邏輯的證明；又非常重視科學知識的實際套用。

數學大師

阿基米德在數學上也有著極為光輝燦爛的成就，特別是在幾何學方面。

阿基米德的數學思想中蘊涵微積分，阿基米德的《方法論》中已經“十分接近現代微積分”，這裡有對數學上“無窮”的超前研究，貫穿全篇的則是如何將數學模型進行物理上的套用。

他所缺的是沒有極限概念，但其思想實質卻伸展到17世紀趨於成熟的無窮小分析領域裡去，預告了微積分的誕生。

阿基米德將歐幾里德提出的趨近觀念作了有效的運用。他利用“逼近法”算出球面積、球體積、拋物線、橢圓面積，後世的數學家依據這樣的“逼近法”加以發展成近代的“微積分”。阿基米德還利用割圓法求得π的值介於3.14163和3.14286之間。

另外他算出球的表面積是其內接最大圓面積的四倍，又導出圓柱內切球體的體積是圓柱體積的三分之二，這個定理就刻在他的墓碑上。

阿基米德研究出螺旋形曲線的性質，現今的“阿基米德螺線”曲線，就是因為紀念他而命名。另外他在《數沙者》一書中，他創造了一套記大數的方法，簡化了記數的方式。

阿基米德的幾何著作是希臘數學的頂峰。他把歐幾里得嚴格的推理方法與柏拉圖鮮艷的豐富想像和諧地結合在一起，達到了至善至美的境界，從而“使得往後由克卜勒、卡瓦列利、費馬、牛頓、萊布尼茨等人繼續培育起來的微積分日趨完美”。

天文研究

阿基米德發展了天文學測量用的十字測角器，並製成了一架測算太陽對向地球角度的儀器。

阿基米德還曾經運用水力製作一座天象儀，球面上有日、月、星辰、五大行星。根據記載，這個天象儀不但運行精確，連何時會發生月蝕、日蝕都能加以預測。

阿基米德還認為地球可能是圓的。晚年阿基米德開始懷疑地球中心學說，並猜想地球有可能繞太陽轉動，這個猜想一直到哥白尼時代才被人們提出來討論。

個人著述

阿基米德流傳於世的著作有10餘種，多為希臘文手稿。他的著作集中探討了求積問題，主要是曲邊圖形的面積和曲面立方體的體積，其體例深受歐幾里德《幾何原本》的影響，先是假設，再再以嚴謹的邏輯推論得到證明。他不斷地尋求一般性原則而用於特殊的工程上。他的作品始終融合數學和物理。

數學	內容
《論球和圓柱》	阿基米德從定義和公理出發，推出圓和圓柱面積體積50多個命題，思想蘊含微積分。
《圓的度量》	求得圓周率π為22 分之7>π>223分之71。; 還證明了圓面積等於圓周長為底，半徑為高的等腰三角形的面積。
《拋物線求積法》	研究了曲線圖形求積的問題。
《論螺線》	明確螺線的定義，以及對螺線的計算方法。; 導出幾何級數和算數級數求和的幾何方法。
《論錐型體與球型體》	確定由拋物線和雙曲線其軸旋轉而成的錐形體體積，以及橢圓繞其長軸和軸旋轉而成的球形體體積。
《數沙者》	專講計算方法和計算理論的一本著作。建立了新的量級計數法，確定新的單位，提出表示任何大量計數的方法。
物理
《平面圖形的平衡或其重心》	是關於力學的最早的科學論著，提出了槓桿的思想。
《論浮體》	是流體靜力學的第一部專著。
《論槓桿》	關於槓桿平衡的著作。

除此以外，阿基米德還有一篇非常重要的著作，是一封給埃拉托斯特尼的信，遺失後重新被發現，後來以《阿基米德方法》為名刊行於世，它主要講研究力學原理去發現問題的方法。

古代抄本	收錄著作
抄本A、抄本B，不幸的是這兩份抄本都已遺失	《平面圖形的平衡或其重心》、《拋物線求積》、《論球和圓柱》《圓的度量》、《論螺線》、《論浮體》、《圓錐體和橢球體》、《數沙者》
1998年第三份抄本抄本C遺失後重新被發現	《平面圖形的平衡或其重心》、《論球和圓柱》、《測圓術》、《論螺線》、《論浮體》、《方法論》、《十四巧板》。其中前5篇已經從抄本AB承傳了下來，而最為珍貴的是最後兩篇，這是以前沒有出現過的。

人物評價

阿基米德對數學和物理的發展做出了巨大的貢獻，為社會進步和人類發展做出了不可磨滅的影響，即使牛頓和愛因斯坦也都曾從他身上汲取過智慧和靈感，他是“理論天才與實驗天才合於一人的理想化身”，文藝復興時期的達文西和伽利略等人都拿他來做自己的楷模。

後世緬懷

事過境遷，敘拉古人竟不知珍惜這非凡的紀念物，隨著時間的流逝，阿基米德的陵墓被荒草湮沒了。

阿基米德畫像

後來西西里島的著名政治家西塞羅遊歷敘拉古時有心去憑弔這位偉人的墓，眾人藉助鐮刀辟開小徑，發現一座高出雜樹不多的小圓柱，上面刻著的球和圓柱圖案赫然在目，這久已被遺忘的寂寂孤墳終於被找到了，墓志銘仍依稀可見，大約有一半已被風雨腐蝕，依此辯認出這就是阿基米德的墳墓，並將它重新修復了。

又兩千年過去了，隨著時光的流逝，這座墓也消失得無影無蹤。有一個人工鑿砌的石窟，寬約十餘米，內壁長滿青苔，被說成是阿基米德之墓，但卻無任何能證明其真實性的標誌，而且不時有“發現真正墓地”的訊息，令人難辨真偽。