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趣味奧數(shù)故事:筆尖上的星球

來(lái)源:石家莊奧數(shù)網(wǎng)整理 2011-12-07 10:49:07

  坐標(biāo)法使法國(guó)的天文學(xué)家勒威耶能夠在探測(cè)到天王星運(yùn)動(dòng)的不規(guī)則性,即偏離按照萬(wàn)有引力定律所應(yīng)有的行星軌道之后,提出有一顆未知的行星影響到天王星的運(yùn)行的假說(shuō).不久,一顆新的行星就被發(fā)現(xiàn)了.這就是大家熟悉的海王星.學(xué)者們欣喜若狂,齊聲歡呼.勒威耶“用小小的筆尖”發(fā)現(xiàn)了一顆新星!

  這僅僅是一項(xiàng)普通的科學(xué)發(fā)現(xiàn)嗎?也許,這就是建立科學(xué)功勛的浪漫主義精神吧?這種浪漫主義精神究竟是什么呢?

  ……在灼熱難忍的陽(yáng)光之下,海面泛起白色的浪花,閃閃發(fā)光,令人目眩.三艘漂亮的西班牙帆船,自豪地?fù)P起半圓形的風(fēng)帆,在無(wú)邊無(wú)際的蔚藍(lán)色海面上緩緩地行駛著.風(fēng)在鼓緊的風(fēng)帆中綿綿不休地,溫柔而興奮地哼唱著.一位曬的黑黑的,留著胡子的海員在主桅旁緊張地注視著淡青色的煙霧所籠罩著的遠(yuǎn)方.他在期望最終能看到這塊未開(kāi)發(fā)的,沉睡的,卻又是早已被期待和憧憬著的大陸……

  這幅景象正是地理大探險(xiǎn)時(shí)代的一個(gè)典型畫(huà)面.自從哥倫布打開(kāi)了新大陸的大門(mén)之后,全世界的探險(xiǎn)家都蜂擁而至.更有許多不畏艱險(xiǎn)的勇士們?nèi)榱税l(fā)現(xiàn)未知的世界而揚(yáng)帆遠(yuǎn)航.誰(shuí)能說(shuō)這不是充滿了浪漫主義精神?這在過(guò)去,現(xiàn)在和未來(lái)永遠(yuǎn)都是充滿浪漫主義精神的,不管科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步達(dá)到怎樣的高度.這就是大海的浪漫主義精神,旅行和地理發(fā)現(xiàn)的浪漫主義精神,這就是凡爾納(1828-1905),詹姆斯.科克(1728-1779)和拉彼雷茲(1741-1788)的浪漫主義精神.這就是異國(guó)風(fēng)味的,草木叢生的島色和蔚藍(lán)色的,高大的冰山……

  可是,如果情況是這樣的:

  白色燈傘下的燈光把它柔和的光線遍撒在一個(gè)擺著許多書(shū)柜和書(shū)架的不大房間里.桌子上是一張張亂放的紙,紙上除了公式和簡(jiǎn)短的說(shuō)明之外,什么也沒(méi)有.桌旁是一位年輕人(年齡稍大,頭發(fā)蓬亂,留著一般人常見(jiàn)的發(fā)型).他一會(huì)兒在紙上寫(xiě)著什么,一會(huì)兒又把寫(xiě)過(guò)的東西扔進(jìn)桌子底下的廢紙簍里,他一會(huì)兒站起來(lái)在書(shū)房里來(lái)回踱步,一會(huì)兒又躺在長(zhǎng)沙發(fā)上……

  一百多年前的勒威耶就是這樣的.假如他能在充滿危險(xiǎn)的長(zhǎng)期的冒險(xiǎn)旅行之后,發(fā)現(xiàn)新的群島,新的大陸,新的礦藏的話,這位探險(xiǎn)家和旅行家的名字就會(huì)被賦予浪漫主義的榮譽(yù).我們顯然不能把勒威耶的發(fā)現(xiàn)歸結(jié)為浪漫主義的范疇,至少乍一看來(lái)是這樣的.為什么呢?難道這不是功績(jī)嗎?難道這不是聰明才智和堅(jiān)韌不拔的頑強(qiáng)意志的勝利嗎?難道一個(gè)學(xué)者在紙上又寫(xiě)又畫(huà)的時(shí)候,他所經(jīng)歷的精神上的忐忑不安,比坐在西班牙帆船上的救生桶里面的水手還少嗎?一個(gè)人把整個(gè)一個(gè)星球獻(xiàn)給了全人類!而且是坐在桌子旁,只用了紙和筆,沒(méi)有利用宇宙飛船去四處搜尋我們太陽(yáng)系的廣闊空間就做到了這一點(diǎn).我們沒(méi)有權(quán)力否認(rèn)這樣的人的浪漫主義的榮譽(yù).拉彼雷茲和科克都是這樣的人,勒威耶同樣是這樣的人。

  但是,在為勒威耶的發(fā)現(xiàn)欣喜若狂的時(shí)候,不知為什么,我們忘了這一發(fā)現(xiàn)在這類發(fā)現(xiàn)中決非是獨(dú)一無(wú)二的.在十七世紀(jì)時(shí),牛頓根據(jù)萬(wàn)有引力定律,提出地球不是球形的假說(shuō).確實(shí),既然地球的赤道部分和接近兩極的部分相比較,前者承受著更大的離心力,那么,顯而易見(jiàn),赤道部分距離地心一定更遠(yuǎn).知道了地球旋轉(zhuǎn)的速度極其大小,就能近似地計(jì)算出地球的扁圓度的值來(lái)。

  巴黎科學(xué)院組織了一系列的考察隊(duì),旨在運(yùn)用直接測(cè)量地球表面的方法查明經(jīng)度彎曲的性質(zhì).考察隊(duì)在不同的緯度上測(cè)量,終于證實(shí)了牛頓的假說(shuō)。

  其中,高緯度考察隊(duì)的隊(duì)長(zhǎng)是年輕的莫佩爾丘院士.莫佩爾丘在科學(xué)院會(huì)議上的報(bào)告引起了強(qiáng)烈的反應(yīng)。

  事情是這樣的,在此前不久,卡西尼(1625-1712巴黎天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng))率領(lǐng)的一支科學(xué)院的考察隊(duì)對(duì)法國(guó)境內(nèi)經(jīng)線進(jìn)行了分段測(cè)量.考察隊(duì)得到了法國(guó)境內(nèi)經(jīng)線彎曲的結(jié)果.卡西尼把這一結(jié)果推及到整條經(jīng)線,得出這樣一個(gè)結(jié)論:地球不是被壓扁的,正相反,而是順著地軸被拉長(zhǎng)的。

  莫佩爾丘的發(fā)現(xiàn)有力地推翻了這個(gè)極其可笑的結(jié)論.莫佩爾丘的密友伏爾泰祝賀他卓越的科學(xué)成就,說(shuō)他“能把地球,連同卡西尼伯爵一同壓扁”.可是,幾年之后,兩位學(xué)者的友誼結(jié)束了.于是,正象可以預(yù)料的那樣,稱贊就為指責(zé)所取代.莫佩爾丘?何許人也?他干了些什么呢?結(jié)果就出現(xiàn)了這樣的詩(shī),其中充滿了伏爾泰所慣用的諷刺:

  物理學(xué)的使者

  勇敢的航海者

  征服了群山和重洋,

  跋涉于雪原和沼澤。

  吃力地拖著像限儀,

  幾乎象拉普人一樣地生活。

  巨大的損失換來(lái)的所得……

  牛頓在家里早已說(shuō)過(guò)!

  我們將不介入這兩位學(xué)者的爭(zhēng)吵.這是他們的私事.而有趣的是,這位偉大的譏諷者畢竟看出了事實(shí)中的一個(gè)最大的特點(diǎn),就是牛頓沒(méi)有出門(mén)就已經(jīng)確定了地球的形狀.用的也是紙和筆!這和后來(lái)的勒威耶一樣,可是,奇怪的事情是,大家正是在想強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)的威力的上下文中談到勒威耶的.關(guān)于牛頓,大家談?wù)摰母,但是不知為什么,大家都沒(méi)有注意到牛頓的發(fā)現(xiàn)和勒威耶的發(fā)現(xiàn)本來(lái)用的都是同一種方法,而且牛頓的發(fā)現(xiàn)比勒威耶早好幾十年.類似的例子還有很多。

  有一點(diǎn)要說(shuō)明,地球并不是一個(gè)精確的旋轉(zhuǎn)橢球體,而是一個(gè)近似橢球.在地圖上,這個(gè)橢球體叫做參考橢球.地球的真實(shí)形狀是它所特有的形狀,這種形狀被叫做大地水準(zhǔn)面.地球具有不規(guī)則形狀的思想是由法國(guó)天文學(xué)家,數(shù)學(xué)家拉普拉斯提出來(lái)的.他還提議給這種形狀命名為“大地水準(zhǔn)面”。

  順便想到一點(diǎn),我們正在和這種不規(guī)則形狀的物體打交道,要知道,這并不比發(fā)現(xiàn)海王星更遜色.這一發(fā)現(xiàn)同樣也是利用拉普拉斯時(shí)代的數(shù)學(xué)方法在小小的筆尖上獲得的.如果沒(méi)有坐標(biāo)法和它的自然推論-----微積分,這種數(shù)學(xué)方法就不可能產(chǎn)生。

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