公元264年深秋的一个早晨,一个衣着朴素的中年人站在号称五岳之首的泰山顶上,俯瞰群峰,长长地松了一口气。这个中年人名字叫刘徽,是中国历史上最卓越的数学家之一。他前前后后忙碌了二十多天,终于测量出了泰山的高度。
刘徽是中国传统数学理论的奠基人。他最大的理论贡献是写出了伟大的《九章算术注》,标志着数学作为中国传统科学终于达到了知识的系统化和论述的逻辑性。他在《九章算术注》中,非常仔细地记录下了他用望海测量的技术求得的泰山高度为1620米。
然而测泰山的高度并非刘徽的终极目的,他要凭借泰山的准确高度,进一步测量出泰山的重量。那么,他为什么要来称泰山的重量呢?
泰山的重量,自古以来就是一个谜。古人常常用泰山之重来形容某一个巨大的分量,比如“稳如泰山、重如泰山、泰山压顶”等。早在刘徽生前的二百多年前,中国最伟大的史学家司迁在给朋友任安的书信中写道:“人固有一死,或重于泰山,或轻于鸿毛“。他把泰山之重摆到了崇高的位置,用来形容一个生命的价值,这是中国文化史上第一次把泰山的重量作为一个单独的概念提出来。
而在司马迁之前,就出现了秦始皇到泰山封禅的轰动事件。所谓“封禅“,就是帝王表示自己与天沟通的方式。古代封禅参山需具备两个条件:一是天下太平,国家兴盛;二是天降“样瑞”,国家兴盛说明帝王功回,片天用大参拜泰山也并非秦始皇的首创。《史记,封禅书》记己载:“古者封泰山,可见者七十有二”。传说无怀氏、神农氏、炎帝、黄帝、尧禹等古代君主都曾到泰山祭天。而给泰山封禅,毫无疑问,是借用泰山在国民心中的地位和分量,也就是泰山的精神重量来为自己的王朝正名,并压制天下反对的力量。泰山之重,可以用来衡量整个国家、江山社稷,可以用来比喻世间最巨大的力量。
从这个意义上来说,泰山的精神重量远远超过了它本身的自然重量,成为统治者镇压和威慑人民的一座心灵之山。
那么,泰山究竟有多重呢?于是不断有人忽发奇想,要想个办法测量一下泰山实际的重量到底有多少。三国时期有过“曹冲称象”的著名故事,大象本来是无法称量的,但曹冲用大船装石头的办法称出了大象的体重。那么有没有一种巧妙的方式能够称出泰山的重量呢?
刘徽是山东省邹平县人,曹魏时期的山东是当时中国数学研究的中心之一。研究泰山的重量,刘徽有着得天独厚的便利条件。刘徽此次有备而来,做了充分的理论准备,因为他在前不久计算出了圆周率丌=3.14的近似值。
除此之外,刘徽又创造性地计算出了圆面积公式与圆锥体的体积公式。如果把泰山看成一个圆锥体,把它地面的直径测量出来,就可以运用圆周率计算出泰山的地面面积,再加上他这次测出来的泰山的高度,就可以得到泰山的基本体积。而泰山的体积,和随意一块泰山石头的单位重量一相乘,不就是泰山的总重量了吗?
然而,泰山的重量实在是太大了,而刘徽的条件也实在是太简陋了,他甚至没有一个帮手。对于泰山的重量,刘徽惆怅地感叹:“高千丈,环千里,不可知也”。
人类历史上第一次测量泰山重量的伟大创举,就这样悲壮地失败了。失败的原因不在于技术,而在于人力,这中间似乎只差一步,这真是“为山九仞,功亏一篑”。然而刘徽为测量泰山重量所起做出的探索,将不因岁月的磨灭而消逝。在他的感召下,一批具有科学精神的人,前赴后继地想办法去称量测算泰山的重量。
张五典,明朝万历二十年进士,1605年在泰山附近做官。万历三十九年(1611),他先后派遣200多人次,历时日一月有余,在长4300多个测量点上反复进行测量,终于成功地测量出泰山的海连拔高度为148223米,这与今天精密测量的泰山海拔1545米的精确数据已经非常接近了。但对于泰山之重,张五典最后也没有得出它的准确数字。
即使在科学技术高度发达的今天,仍然难以确切地测算泰山之重。山东科技大学教授周文安先生经过长期测量研究,最后估计泰山的总重量大约是5500亿吨,但也仅仅是估算而已。
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