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王冠的启示
阿基米德发明的“360问答阿基米德杠杆”、“阿基米德螺旋”一直指导着人们的生活实践,阿基米德被叙拉古的人民尊称为:最聪明的人。他的头脑里中装着无数个问题,他的生活就是在不断探索问题、研究问题、解决问题中渡过的。
叙拉古每年一度的祭神节快要到了,一天,国王亥洛将一纯金的金块发给叙拉古最有名的、手艺最高的金匠,让他给国王制作一顶金王冠,以便在祭神节那天装点服医跑动饰。几天以后,金王冠送来了,它金灿灿、亮闪闪,那上面的球作关欢氢王照宗花纹珠络,都是精缕细刻,可谓巧夺天工。所以国王看到如此漂亮的王冠,心里非常高兴。但国王转念一想:金子是世界上最具诱惑力的东西了,如果王冠中掺假,那就大大逊色了。他焦躁地掂了掂王冠的重量,仔细观察每一处细小的零件,看不出有什么破绽,于是就将金匠叫来,问道:“你还记得我给你的金子有多重吗?你如果胆敢掺假,小心你的脑袋。”金匠从容推安阿斯不迫地说:“陛下,小人怎么敢弄虚作假,那块金实在是全部用在王冠上了,如若不信,请称重验证。”国王依他所说,派人拿秤来称了王冠,果然王冠的重量与国王给金匠那块纯金的重量相等。但其他的月大臣又提出其他的疑问:如果金匠在王冠里掺银子,份量不是也一样吗。国王想,对呀,如果王冠外面是金的,里面掺银,不是也看不出来吗?又不能将王冠的所有候川巴妈零件全部拆开重新山题块关验证。在场的大臣谁也没有办法解地决这个问题。苦无良策的国王于是想到了大科学家阿基米德,于是派人把这个全国最聪明的人请来,让他在不损坏王冠的条件下,弄清楚王冠里面有没有掺假。
这次可把阿基米德难住了。几天来,他茶饭不思,苦思冥想,眼睛熬红了,身体累瘦了,他整天写啊、画赵也照放啊、算啊,提出许多假设,又不断地进行规划,一个方案素易效封落光放慢左仍剧失败了,又出现另一个新的红不胞难方案。阿基米德相信测雨如报露料烈盐,大自然给人们的响恩赐从来就不是施舍式的,要靠人类不断地去奋斗、去争取。的确,灵感总是偏爱勤于思索的大脑。
阿基米德为了解决王冠真假问题已经几天没洗澡,蓬头垢面的。这天,仆人硬把他拉到浴池边,强迫他去洗澡,然而阿基米德的思国矿格来响浓纸染路还在王冠上,当他走到浴池边,一条毛巾从他的肩上滑下来,掉进水池,满满的一盆水立即溢出一些,式传房了厚他没有在意,一边脱衣服,一边想心事,一失手,装满油膏的铁罐又掉进了澡盆,水又溢出了不少,他脱完衣服,跨进澡盆,澡盆里的水开始哗哗地换外态负短往外流,等到全身都浸入水里时,才保持稳定,澡盆里仍是满满的一盆水。就像黑夜中划亮了一根火柴,阿基米德的思路豁然开朗:从澡盆里流出的水不正是我身子浸入水中的体积吗?如果不是我,而是与我重量一样的金锭放入澡盆,就不会排出这么多水了。想到这,阿基米德从水中一跃而起,匆匆穿上裤子,披了条浴巾,象着了魔似地冲出浴室,跑过大街,直奔王宫,口里不住地喊着“攸勒加!攸勒加!(希腊语:我找到了!)”
王宫的门卫见一个衣衫不整的人直朝王宫冲来,还以为是疯子,就横着兵器走过来,要阻止他进去,等到了眼前,一看是叙拉古最聪明的人阿基米德先生,就恭恭敬敬地让开了路。国王亥洛正在宫里欣赏歌女们婀娜的舞姿,阿基米德冲了进来,吓得歌女们马上躲了起来。阿基米德直冲到国王面前,一边喘气一边说:“攸勒加!修勒加!陛下,我找到鉴定王冠真假的办法了。”“是吗?快鉴定给我看看。”国王急切地说。阿基米德让人在国王面前摆上了2个大小完全相同的盛水罐,与王冠重量相同的金块和2个小罐。盛水罐是锡罐,罐口旁有管可以让里面的水流出来。阿基米德让人在这2个锡罐里装满水,然后在一个罐里放下与王冠同样重的金子,罐里的水溢出来,顺着罐口的管流入有刻度的接水罐中,流出的水在接水罐的刻度为3个刻度的高度。阿基米德又请国王拿出王冠,小心翼翼地放入另一个锡罐中,罐里的水很快又溢出来流入接水罐中,但显示的刻度是比3个刻度的高。因此阿基米德以肯定的语气告诉国王说,这个王冠不是纯金的,它里面掺有其他物质。
国王像看魔术似地看完阿基米德的实验,睁大眼睛问阿基米德,“这是什么道理。”阿基米德解释说:“任何一个东西沉入水中,都会排开一部分水,排开的这部分水,就是这个东西的体积。就好比我今天去洗澡,我身子进入水里,满满一盆水流出来的部分就是我身体的体积。我的身子大,流出的水就多,掉进水里的毛巾和铁罐小,流出来的水就少。”国王接着问:“洗澡和王冠有什么关系呢?”阿基米德不慌不忙地解释说:“如果王冠是纯金做的,那么把它放进水里排开的水,就跟没有加工过的黄金放入水里排开的水一样多,如果金匠在里面掺了银子,由于银子比金子轻,所以假王冠放进水里排开的水就比真金子排开的水多。”
从理论上讲,这种鉴定方法似乎无可非议,然而,阿基米德认为,从实验的角度看,这种方法是不够严谨的。因为实际上要精确测量出所出的水的体积是非常困难的,这是由于所要测量的两者差值不大,要求测量误差小;同时,又不具备精度足够高的量具。于是,在以上实验的基础上,一种新的修正方案出现了:用排出的水的重量作比较。实验所得,王冠排出的水的重量大于纯金排出的水的重量,所以阿基米德仍然断定,王冠里掺了假。
一年一度的祭神节到了,它是叙拉古人的传统节日。所有华丽的服装、服饰,精美的摆设,都要在这一天中展示,但这都不是主要的,最主要的是吉祥如意。在这天,叙拉古国的人民身着盛装,走在街头,载歌载舞,欢度自己的节日。在这天,叙拉古的人民还可以向神灵祈愿,祈求诸神,让田里的庄稼丰富,让家里的人们安康、幸福,愿国家能繁荣昌盛。
在这年的祭神节里,叙拉古国至少有2个人过得相当不愉快。一个是国王亥洛,他本来可以置办一顶黄橙橙的纯金王冠,虔诚地向神祗们祈求赐与些什么,在文武百官和外邦来宾面前炫耀一番。然而这个可恶的金匠居然敢偷工减料,将纯金的王冠里掺假,使这顶王冠大为逊色,如果不是聪明的阿基米德用数天功夫找出鉴定方法,几乎被这个家伙骗过去。所以国王在盛怒之下,将这个金匠投入监狱,待过完祭神节后再处置他。
另一个不愉快的人就是金匠,他辛辛苦苦地为国王制作王冠,把自己祖传的手艺全部用来制作这顶王冠,雕刻得玲珑剔透,做工极为讲究,却被国王投入监狱,不能与家人团聚,不能参加狂欢和祈祷。被排斥于欢度祭神节的行列之外,这是叙拉古人所受的最重惩罚。
阿基米德由于鉴定出王冠中掺假,不仅国王对他更加尊敬,而且他的声望在叙拉古人民中也越来越高。
祭神节的第二天,正当国王亥洛和阿基米德及群臣们议论国事时,卫士进来报告,说有一位老妇人求见。亥洛国王立即请老妇人进来,因为他是一个贤明的国君,他经常接见所谓的“平民百姓”,从这些人的谈话中了解民间俗情,也可以直接听到有益的建议和人民的疾苦,而且国王更敬重老人,认为年岁大的人见多识广,能够有更好的建议。
国王请进来的是一位年逾花甲的老妇人,虽然满头白发,老态龙钟,却面容清癯、神态自若。国王问道:“老人家,你找我有事吗?”老妇人开门见山地回答:“听说近来阿基米德找到一种鉴定金子和其他材质的办法,今天特来求教。”阿基米德一边欠起身来向老妇人施礼,一边问道:“您想鉴定什么?”老妇人说:“也是鉴定金银材质的问题,”她一边说,一边从怀里掏出一个小小的布包,将小布包打开,里面是2颗圆圆的金色小球,其中一颗较大,一颗较小。老妇人取出金色小球,高举在手里,朝宫殿里所有的官员喊道:“你们看,这是两颗金球,是我儿子花费几个月的时间制成的,可惜我的儿子不在了,我也难断定它们是不是纯金制造的。现在,就请阿基米德先生帮助鉴定一下,看看里面是不是掺了银子。”宫廷仆人端了一个木盘,将两颗金色的小球放在木盘里,互相传递观赏。这是两颗做工非常精致考究的金球,上面镂刻着各种飞禽走兽,草木花纹,还有天上的浮云,大海的波涛。图案精巧细致异常逼真,令人惊叹不已,众官员全都交口称赞起来。阿基米德按照通常的程序,让人端来一罐水,然后称了小球的重量,将小球放入罐中,然后计算小球排出的水的重量。这一切操作程序都无需阿基米德亲自动手,他的助手们按照预定的步骤和所遵循的原理一一作完,然后计算核对。只一会时间,结果出来了:小球排出的水比等重量的金块排出的水还多。阿基米德猛地一怔,突然意识到,这个小金球里面掺的不是银子,而是掺加了什么轻金属。然后,阿基米德又派人按照预定的步骤鉴定那个大金球。更加奇怪的现象发生了。这颗大金球放进水里并不下沉,而是漂在水面上,有人把它压下去,却又浮上来,往复多次,那个金色的球仍然浮在水面上,只有一部分在水中,阿基米德又是一怔,这样的话,该如何鉴定排出的水量呢。面对这两个金球及测试结果,周围的人都惊呆了,一直在旁边观察操作的阿基米德感到有些心慌意乱:这两个小球肯定有问题。他边想边去拿那两个金球,当他将这两个金球分托在两个手掌上,掂了掂重量时,他心里明白了,然后他向老妇人和周围的人解释到:“这两个小球是空腔的,我们无法鉴定它们是不是掺了银或其它物质。”只见老妇人脸一沉,扳起那张慈祥和善的面孔,用肯定的语气说:“我的儿子知道,这两个小球都是用纯金制成的。”国王说:“那就请您的儿子来说说吧!”老妇人含着怨恨的口气说:“可是他不在这里,他被关在监狱里,甚至被剥夺了欢度祭神节的权利。”这里国王和阿基米德及众大臣都意识到,这是那位为国王作王冠的金匠的母亲,说金匠往王冠里掺假是冤枉了他。
这时,最感到痛心是的是阿基米德,他意识到自己的技术性错误有多大,用部分实验证明的理论去鉴定他人的成果有多么愚蠢,的确阿基米德前面的实验所得到的结论是正确的,但只适用于一部分物质,并不是所有的物质全都适用。就像那顶精美的王冠,镂月裁云,玲珑剔透。就是镶嵌在上面的那些零件,有缨、簪、小球、叶片、花纹等。少说也有几十件,如果在某几件内置有空腔,排水量岂不就会增多?如果按排水量的多少确定王冠之中是否掺假,不仅给金匠酿成冤案,还会误导自己对事物的认识。
显然,对于实体零件或者说能够被水淹没的物体,阿基米德的鉴定方法是有效的,而对于空心零件,由于空心所占的体积无从确定,所以阿基米德不能鉴定。诚然,人们不知道国王的王冠里究竟是不是掺了假,可这场戏剧性的判决的确给阿基米德一个颇为深刻的启示,也成为他终身引以为戒的教训。