中国古代科学家传记-第30章

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是甲子日，此日夜半需恰好为合朔和冬至节气，而且需要此时的日月五星
（包括月亮又刚好处在近地点和黄白道的一个交点）都聚集在虚宿初度。

由于日月五星以及其他若干天文周期都是极复杂的小数（中国古代则
是分数），而且天文观测的精确程度又受到时代的局限，所以这种上元积年
的推算对历法的编制和对天文学发展可能弊大于利，但它却具有较大的数
学方面的意义。因为，当各种天文周期测定和算定，又经观测定出日月五
星等观测时所处位置之后，计算上元积年问题是一个求解联立一次同余式
问题。在这方面中国古代天文学家和数学家取得了较大的成就（“孙子问
题”、“大衍求一术”）。

关于冬至时刻的推算，祖冲之首创了巧妙的测量与计算方法，并取得
相当好的测算结果，这是大明历的又一项成就。

祖冲之在大明历中还给出交点月的日数27。2122304（717777/26377
日），这是中国历法史上的第一个交点月日数数据。与现代的理论数值
（27。2122152　日）相比，仅差0。0000152　日，每交点月误差为1。3　秒。大明
历给出的五星周期数据也比较好：

木星：　398。9030918　日（15753082/39491　日）

火星：　780。0307918　日（30804196/39491　日）

土星：378。0697881　日（14930354/39491　日）


金星：　583。9308703　日（23060014/39491　日）

水星：　115。8796688　日（4576204/39491　日）

除天文历法和数学之外，祖冲之还制造过各种奇巧的机械，同时他还
通晓音律，可以称得上是一位博才多艺的科学家。

祖冲之曾造过指南车并获得成功。在中国古代指南车的名称由来已
久，但其机制构造则未见流传。三国时代的马钧曾造指南车，至晋再次亡
失。东晋末年刘裕攻长安，得姚秦许多器物，其中也有指南车，但“机数
不精，虽曰指南，多不审正，回曲步骤，犹须人功正之”。南朝刘宋■明
年间（公元477—479　年）肃道成辅政，“使冲之追修古法。冲之改造铜机，
圆转不穷而司方如一，马钧以来未有也。”当时还有一位来自北方的工匠
名为索驭■，自称也能造指南车。肃道成“使与冲之各造，使于乐游苑共
试校”，而索驭■所造“颇有差僻，乃毁焚之”。

祖冲之还“以诸葛亮有木牛流马，乃造一器，不因风水，施机自运，
不劳人力”，但这是一种什么机具，因缺乏资料，使人很难想象。祖冲之
“又造千里船，于新亭江试之，日行百余里”，这显然是一种快船。他又
“于乐游苑内造水碓磨，武帝（萧赜，公元483—493　年在位）亲自临视”。

祖冲之还曾制造过“欹器”。这种器具用来盛水“中则正，满则覆”，
古人常放置在身边以自警，“晋时杜预有巧思，造欹器三改不成”。南齐
永明年间（萧赜）竟陵王萧子良“好古，冲之造欹器献之”。关于音律，有
的史料记载说“冲之解锺律博塞当时独绝，莫能对者”（以上各段中引文均
见《南齐书》、《南史》中的祖冲之传）。

文献
原始文献


＇1＇（南朝）祖冲之：上大明历表、大明历、驳议，见《宋书》卷十三，
中华书局，1974。

＇2＇（梁）萧子显：南齐书·祖冲之传，中华书局，1972。

＇3＇（唐）李延寿：南史·祖冲之传，中华书局，1975。研究文献

＇4＇（清）阮元：畴人传·祖冲之，商务印书馆重印本，1955。

＇5＇周清澍：我国古代伟大的科学家——祖冲之，见李光璧、钱君晔编
《中国科学技术发明和科学技术人物论集》，三联书店，1957。
＇6＇杜石然：祖冲之，见《中国古代科学家》，科学出版社，1959。
＇7＇钱宝琮主编：中国数学史，科学出版社，1964。
祖■

孔国平
祖■字景烁，又称祖■之。南朝齐、梁间人。生卒年不详，生活
于公元5—6　世纪。数学、天文学。

祖■是祖冲之的儿子，少传家业，勤奋好学。当他专心作学问时，甚
至听不到外面的雷声。有一次，他在路上专心致志地思考问题，以至没看
见迎面而来的仆射徐勉，一头撞在徐勉身上，“勉呼乃悟”。

祖■精通天文、数学，曾修订父亲的遗作大明历。从公元504—510


年，他先后三次向梁政府建议修改历法，申明父亲的大明历能纠正何承天
元嘉历中的差错。经过实际观测验证后，政府终于在510　年采用了大明历。

祖■同他父亲一样，特别重视天文观测。他在嵩山（今河南登封）顶上
设立八尺高的铜表（扁方形铜板条），下面和一个石圭相连。石圭上开一个
小槽，槽内注入清水，用以定平，起水准器的作用。他通过观测铜表正午
的日影长短，测定纬度，进行种种天文研究。为了确定南北方位，他立一
表叫“南表”，正午在南表的日影之末再立一表，称为“中表”，只要时
间准确，二表指示的方向便是南北。夜间，他通过中表望北极星，于中表
之北再立一“北表”，使中表和北表上的相应点与北极星正好在一条直线
上。第二天中午，再根据三表的日影是否在一直线上来判断中表和北表的
方向是否正好指向南北。他经过多次观测，结果都是否定的。他发现北极
星并不在正北方，北极星与北天极（不动处）相差“一度有余”。这是一个
重要的发现，从此打破了“北极星即天球北极”的错误观点。

在数学方面，祖■的主要贡献是在前人工作的基础上，求得正确的球
体积公式并提出祖■原理。

西汉末年成书的《九章算术》中，已经解决了柱、锥、台等各种体积
的计算问题。由于球体积比较难求，尚未找到正确公式。书中所载的球体

积算法，相当于V=　
32　
πR3（　为球半径），误差太大，与准确公式相比

R　

大了
16　
倍。为了寻找正确的球体积公式，东汉科学家张衡设想一个边长

等于球径的立方体，把球装在里面，使它们正好相切。他想：若能求出立
方体与内切球的体积之比，球体积问题便容易解决了。遗憾的是，他没有
算出正确结果。

三国时代，数学家刘徽发现了一条重要原理：对于两个等高的立体，
如果用平行于底面的平面截得的面积之比为一常数，则这两立体的体积之
比也等于该常数。他利用这一原理（下称“刘徽原理”）证明了圆锥、圆台
等旋转体的体积公式，然后便集中力量解决球体积问题。他发现了《九章
算术》及张衡研究中的错误，也从张衡的研究方法受到启发。他打算把球
放到另一个能计算体积的立体中去，以便通过刘徽原理得到球体积公式。
他和张衡一样，作出球的外切立方体。但他没有停留在这一步，而是用两
个直径等于球径的圆柱从立方体内切贯穿（图1）。这时球便被包含在两圆
柱的公共部分，而且与圆柱相切。刘徽只保留两圆柱的公共部分，给它取
名“牟合方盖”（以下简称方盖，图2）。如果用一个平行于底面的平面去
截立方体，则方盖的截面为正方形，而球截面是正方形的内切圆。刘徽知
道正方形与内切圆面积之比为4∶π，于是由刘徽原■

图1图2

理得到球体积∶方盖体积=π∶4。只要求出方盖体积，整个问题就迎
刃而解了。但刘徽始终未找到求方盖体积的途径，他最后写道：“以俟能
言者”，表达了他解决这一问题的遗愿。

祖■便是一位“能言者”。他继承了刘徽的思想，并吸取了刘徽的教
训，不再直接求方盖体积，而是首先研究立方体内除去方盖的部分。他利


用了图形的对称性，着重研究这部分的
18　
，称为“外棋”，相应的方盖

的
8　
为“内棋”（图），内棋与外棋共同构成小立方体，它是原立方

3　

体的
18　
（图）。

4　

■


设球半径为R，于高h　处作平行于内棋底面的平面。显然，内棋截面
是一个正方形，设它的边长为a，则面积为a2。由于内、外棋截面的和为
R2，所以外棋截面为R2…a2，由勾股定理得R2…a2=h2（图3　的三角形EHO　中，
EO=R，角EHO　为直角）。这就是说外棋在高h　处的截面积恰为h2。祖■发
现：如果作一个底和高都是R　且有一条棱垂直于底面的倒立四棱锥（图5），
则棱锥在高h　处的截面也是h2。他研究了各体积的关系，提出一条重要原
理：“幂势既同，则积不容异。”其中“幂”是面积，“势”是关系，“积”
是体积。这句话的意思是：在两立体中作与底平行的截面，若对应处的截
面积都相同，则两立体体积相等。（有些学者把“势”解释为“高”，“幂
势既同”则解释为“等高处的截面积恒相等”，亦通。但恐非作者原意，
因为在各种古代文献包括祖■的其他著述中，未曾发现把势作为“高度”
使用的例子。）这一原理被称为“祖■原理”。西方称它为“卡瓦列里原理”，
因为17　世纪的意大利数学家B。卡瓦列里（Cavalieri）重新发现了这一原
理。

根据祖■原理，很容易得到外棋与倒立四棱锥体积相等的结论，而棱

锥体积为
13R　3，所以外棋体积也是
13　
R3　，内棋体积为R3　…
12　
R3　=　
23　
R3　，　

方盖体积为×23　
R3　=　
163　
R3。祖■已经知道刘徽的“方盖与内切球体积

8　

之比为4∶π”的结论，所以立即得到正确的球体积公式：

V球=　π·　
163　
R3　÷4　=　
43　
πR3　

自《九章算术》以来，历经四个多世纪，这一问题终于得到圆满解决，这
是我国数学史上的一件大事。应该指出的是，这一成果也有祖冲之的功劳。
他在批驳戴法兴的“驳议”中说：“至若立圆（球）旧误，张衡述而弗改。。
臣昔以暇日，撰正众谬。”可见他为解决球体积问题进行了有效的工作。

祖■与他父亲祖冲之的数学著述均已失传。据《隋书·律历志》载，
祖冲之“所著之书名为《缀术》”，《旧唐书·经籍志》亦说《缀术》为
祖冲之撰。但王孝通在《缉古算经序》中，则把《缀术》说成祖■所撰。
现在已很难对该书的作者作出准确判断了。估计主要工作是祖冲之做的，
祖■进行了补充和整理。现存《九章算术·少广》李淳风等注中所引祖■
“开立圆术”，应为《缀术》的组成部分。该书曾在唐代被列为数学教科
书之一，由于内容深奥难懂，故学习年限最长。

祖■对建筑工程也有研究，因此被梁朝任命为掌管工匠和土木建筑的
材官将军。公元514　年，他奉梁武帝之命组织修筑浮山堰（今安徽凤阳），
企图堵住淮水，淹没被北魏占领的寿阳城（今山西寿阳）。他视察地形后，
认为淮河里沙土松散，不适于筑堰，但梁武帝不听。经过一年多时间，浮


山堰勉强筑成了。公元516　年秋天洪水泛滥，浮山堰崩溃，祖■因此获罪，
被捕入狱，判了徒刑。

祖■刑满释放后，到梁武帝的儿子豫章王肖综手下做事。公元525　年，
肖综叛梁降魏，祖■成了魏军的俘虏，软禁在徐州的北魏王子元延明家中。
北魏科学家信都芳了解祖■的科学水平，建议元延明对祖■以礼相待，并
借此机会向祖■学习了许多科学知识。第二年，祖■被送还南朝。由于接
连受到挫折，又到了晚年，他回南朝后便很少从事科学工作了，只是帮助
目录学家阮孝绪编写过天文和数学书的目录。

文献
原始文献


＇1＇（唐）李淳风等注：九章算术·少广，见钱宝琮校点《算经十书》，
中华书局，1963。

＇2＇（梁）沈约：宋书·卷十三·驳议，中华书局，1974。

＇3＇（唐）李延寿：南史·卷七十二·祖■之传，中华书局，1975。

＇4＇（唐）李延寿：北史·卷八十九·信都芳传，中华书局，1974。

研究文献

＇5＇钱宝琮主编：中国数学史，科学出版社，　1964。
＇6＇李迪：祖冲之，上海人民出版社，1977。
陶弘景

曾敬民
陶弘景字通明，号华阳隐居，谥贞白先生。丹阳秣陵（今江苏南
京）人。南北朝刘宋孝建三年（公元456　年）生；梁大同二年（公元
536　年）卒。医学、药学、化学。

陶弘景出身于有名望的世族家庭。据其侄陶翊撰写的《华阳隐居先生
本起录》记载，陶弘景的祖父陶隆善骑射、好学读书、兼解药性，常以替
人治病疗伤为己务，后因功封为晋安侯。父陶贞宝，曾任南台侍御史，作
过孝昌县令，亦精通医学、深解药术，并善草隶书、博涉子史书籍，甚得
权贵赏识。母亲郝氏，精于佛法。这种好学读书、多才艺、深解药术的家
庭传统，对陶弘景的成长产生了重要影响。

由于家庭的熏陶和教养，陶弘景从小聪明好学，6　岁便能书写条幅。7
岁读《四书》、《五经》，作文立意颇新。10　岁读葛洪《神仙传》一书，
从此深受道家思想影响。

青年时期的陶弘景爱好广泛，知音律，爱弹琴，又工于草隶书，字体
劲媚，别具风格。19　岁时他就被齐高帝招聘为诸王侍读，总管文笔记事。
此时，陶弘景虽身在朱门，却心向道术，先拜兴世馆主孙游岳为师，学习
道家符图经法，继而远近博访，至大洪山、太平山、天台山等地游历，谒
僧访道，学习炼丹术和医药学。

陶弘景32　岁时被诏为奉朝请。当时正处南北混战时期，朝政昏乱，骨
肉相残。陶弘景非常厌倦这种官场生活，于37　岁时，毅然请求隐退。齐武
帝（萧赜）感其至诚，诏赐丝帛、茯苓、白蜜等以供服食。

此后，陶弘景一直隐居茅山（即句曲山，在今江苏句容、金坛两县之


间），一面修道炼丹，一面为人治病和从事著述，自号“华阳陶隐居”。在
隐居期间，他常出山游历，寻访妙药，收集验方。他爱施舍，济穷困，而
不图名利，具有良医的美德。当时东阳（今浙江金华）郡守沈约，钦佩他高
尚的节操，多次写信请他出山做官，他都没有接受。公元502　年，萧衍篡
夺了齐朝政权，陶弘景遣弟子奉表，建议改国号为“梁”，武帝接受了他
的意见。自此之后，梁武帝每逢国家有吉凶征讨大事，常派人到茅山向他
咨询，“时人谓为山中宰相”。武帝曾多次请他出山，陶弘景始终不肯依
就。大同二年（公元　536　年），陶弘景　81　岁，无病而卒。临终嘱咐弟子“薄
葬”，不须沐浴，不须棺材，只用两层草席。

陶弘景一生著述甚多。据初步统计，共约80　余种。内容涉及道教、儒
家经典、天文、历算、地理、兵学、医学、药学、炼丹术、文学、艺术、
史学等等方面。

他撰述的有关道教典籍，如《真诰》、《登真隐诀》、《真灵位业图》
等等，都是晋、宋、齐、梁时期道教史上重要的经典。仅就道教方面而言，
陶弘景的贡献主要有三：一是弘扬了上清经，开创了茅山宗；二是发展了
道教的修炼理论；三是为道教建立了神仙谱系。他是道教的创建和改造时
期的一位重要代表人物，对以后道教的发展影响甚大。由于他对道教的建
设和改造方面的贡献，道教到南北朝末期更加成为一个独立的宗教组织。

早期道教的信徒都认为，人可以通过各种各样的修炼而达到长生不
死，成为神仙。要达到长生不死、成为神仙的根本问题是如何使得神形不
离而永存。关于如何炼养形神，陶弘景也提出了一套办法。他认为光靠某
一方面的炼养是不行的，只有多方