随缘穿越成功……
青林睁开眼,发现自己蜷缩在一间低矮的土坯房角落,屋顶漏下的阳光里浮动着尘埃,落在身前一片铺开的白绢上。
绢上用朱砂画着半个球体,旁边堆满了算筹,一个穿着粗布短褐的中年男子正蹲在绢前,眉头紧锁地摆弄着那些细长的竹棍,指节因为用力而泛白。
“又错了……”男子低声自语,将一组算筹推倒,竹棍散落时发出清脆的声响。
他抬头时撞见青林的目光,眼中先是警惕,随即化为疑惑,“足下是何人?为何在此处?”
青林这才看清男子的模样:面容清瘦,下颌留着短须,眼神里满是对数字的执着。
他突然想起之前穿越时的规律——每次都精准落在古代科技突破的关键节点,而眼前这个场景,瞬间让他心头一震。
“在下青林,偶然路过,见先生演算,不觉看入了神。”青林谨慎地回应,目光落在白绢上的图形上:半个球体被分割成无数个细薄的圆片,旁边还画着一个同高的圆柱体,圆柱内部挖去了一个圆锥。
这个图形他再熟悉不过——大学时学过的祖暅原理推导球体积的经典模型。
男子闻言,眼中的警惕消散了些,反而多了几分遇到知音的热切:“哦?足下也懂算学?此乃某近日所思——如何求圆球之积。昔年张衡先生曾谓‘方八之面,圆五之面’,谓球体积为外切立方体的十六分之五,某总觉不妥。”
青林的心跳骤然加速。张衡的球体积公式确实存在误差,而纠正这个误差、提出正确推导方法的,正是南北朝时期的数学家祖暅之——祖冲之之子,他提出的“幂势既同,则积不容异”,也就是后世所说的祖暅原理,比西方卡瓦列里在17世纪提出的同类积分思想,整整早了一千多年。
“先生所言极是。”青林压下心中的激动,指着白绢上的圆柱与圆锥,“若以圆球半径为r,作一高为r的圆柱,圆柱底半径亦为r,再在圆柱内作一顶点在圆柱上底中心、底面与圆柱下底重合的圆锥。先生看,若在圆柱与圆球同高处作一平行截面,此截面的面积如何?”
祖暅之闻言一怔,随即拿起算筹,在地上画出截面图:“圆球的截面是圆,半径为√(r2-h2),面积便是π(r2-h2)。而圆柱的截面是圆,面积为πr2,圆锥的截面亦是圆,半径为h,面积为πh2……如此说来,圆柱截面面积减去圆锥截面面积,恰好等于圆球截面面积!”
他猛地抬头,眼中迸发出恍然大悟的光芒,手中的算筹都在微微颤抖:“幂势既同!若两立体等高,且在任意同一高度上的截面面积相等,则两立体体积相等!如此一来,圆球体积便是圆柱体积减去圆锥体积!”
青林点头,看着祖暅之飞快地用算筹演算起来:圆柱体积是πr2·r=πr3,圆锥体积是(1\/3)πr2·r=(1\/3)πr3,两者相减,得到(2\/3)πr3,而圆球是半球的两倍,因此最终体积是(4\/3)πr3。这个结果,与现代数学中的球体积公式完全一致。
“对!就是如此!”祖暅之放下算筹,兴奋地站起身,在狭小的房间里来回踱步,“某此前总困于如何将圆球‘拆解’,今日得足下点醒,方知可借圆柱与圆锥之积求之!此理若通,不仅圆球,其他不规则之体,亦可依此求积!”
青林看着他激动的模样,心中涌起一阵复杂的情绪。他知道,眼前这个瞬间,是中国古代数学史上的一个重要突破,而自己,竟然成了这个突破的见证者,甚至在某种程度上,成了推动者。但他也清楚,自己不能过多干预历史——前两次穿越的教训告诉他,任何超出时代认知的知识灌输,都会引发不可预测的蝴蝶效应。
“先生天资卓绝,此理本就在先生心中,青林不过是偶然提及,不值一提。”青林连忙说道,同时悄悄打量着房间里的其他物品:墙角放着一个铜制的漏壶,案上摆着几本用线装订的书册,封面写着“缀术”二字——他记得,祖冲之与祖暅之父子合着的《缀术》,正是后世算学的经典之作,只可惜后来散佚,仅留下零星记载。
祖暅之却不认同青林的自谦,他拿起案上的毛笔,在白绢上郑重地写下“幂势既同,则积不容异”八个字,然后对青林道:“足下虽言偶然,却点破某多日之惑。此理若能传之后世,当可助更多算学者解惑。只是……”他话锋一转,眼中多了几分忧虑,“如今乱世,朝局动荡,算学之术,多被视为无用之功。某恐此理即便得出,亦难传世。”
青林心中一沉。南北朝时期,战乱频繁,政权更迭不断,学术文化的发展确实受到了极大的阻碍。祖暅之的祖暅原理虽然在当时有所应用,但直到唐代,才被纳入官学的算经之中,而在西方,卡瓦列里在1635年出版的《不可分量几何学》中提出了类似的思想,此后这一原理成为微积分发展的重要基础。世人大多只知卡瓦列里,却不知早在一千年前,中国就已有了同样的智慧结晶。
“先生不必忧虑。”青林沉吟片刻,说道,“真理自有其生命力,即便一时被埋没,终有重见天日之时。就像先生父子推算的圆周率,若不是代代相传,后人怎会知晓‘祖率’之精密?”
祖暅之闻言,眼中的忧虑稍减,他拿起案上的一卷竹简,递给青林:“此乃先父生前演算圆周率的草稿,某近日正欲将其整理成册。先父曾言,算学之道,在于精益求精,即便穷尽一生,亦难窥其全貌。足下既懂算学,可愿与某一同整理?”
青林接过竹简,指尖触到竹简上粗糙的纹路,仿佛感受到了跨越千年的温度。竹简上用小楷写满了数字,密密麻麻的算筹符号之间,还夹杂着祖冲之的批注。他知道,这卷竹简上的内容,是祖冲之将圆周率精确到小数点后七位的关键演算过程,比西方早了近千年。
“固所愿也,不敢请耳。”青林郑重地回答。
接下来的几日,青林便留在祖暅之的家中,协助他整理算学手稿。白天,他们一起用算筹演算,讨论各种几何体的体积推导方法;夜晚,祖暅之会给青林讲述当时算学界的情况——南方的梁朝虽然重视文化,但算学仍属冷门,北方的政权则更注重实用之术,算学发展缓慢。
“某曾听闻,西域有算学者,亦善推算之术,不知其是否也曾得出此等原理?”一日演算间隙,祖暅之突然问道。
青林心中一动,他知道,祖暅之所说的“西域算学者”,可能是指古希腊的数学家,比如阿基米德。阿基米德确实曾用穷竭法推导过球体积公式,但他的方法与祖暅原理并不完全相同,且阿基米德的着作在中世纪欧洲几乎失传,直到文艺复兴时期才被重新发现。