程张 ‖ 稽古有机思——范阳祖冲之世家
魏晋南北朝时期，中国文化又一次出现繁荣盛况。就科学技术而言，涌现了一批杰出的科学家，其中最著名的当数祖冲之。祖冲之在天文、历法、数学、机械制造等方面都有杰出贡献。他的儿子祖暅之、孙子祖皓都很有名气，祖氏家族是古代中国罕见的科技文化世家。
祖冲之，字文远，范阳道县（今河北涞源）人，生于宋文帝元嘉六年(429)，卒于齐东昏侯永元二年(500)，享年72岁。他的曾祖父祖台之，仕晋为侍中。祖父祖昌，为刘宋大匠卿。所谓大匠卿，就是专管制作的大臣。父亲祖朔之，为奉朝请的散官。祖冲之从小就“稽古有机思”（《南史》卷七十二本传），喜欢动脑筋，搞一些小设施。由于他博学多才，善于思考问题，很早就脱颖而出。宋孝武帝刘裕当政时，他被派往当时的学术机构——华林学省入值，因成绩突出，得到刘裕器服车马的赏赐。以后升为南徐州从事、公府参军等职。此后祖冲之又曾任娄县令、谒者仆射之职。入齐后，曾为长水校尉。永元二年逝于任所。
祖冲之的官场生涯很平淡，但他在科学上的成就非常巨大，远非辉煌二字可以形容。他坚持钻研学术、注意吸收前人的学术成果，在数学、天文历法、机械制造等方面作出了重大的贡献。
祖冲之在数学上的成就最为伟大，求得了比较精确的圆周率。圆周率即圆形周长与直径的比例，在生产制造上具有重大的意义。我国劳动人民在生产劳动中早就大略地掌握了圆周与直径的比例为3:1，相传著于西周时的《周髀算经》曾谈及“周三径一”。但是这个比率只是个近似值，不够精确，在制造车轮、水桶时往往工艺精度不够。后来历代工匠都对此进行过精确计算，如西汉刘歆推算圆周率为3. 1547;东汉张衡推算为3.1466，曹魏刘徽推算为3.1416，与祖冲之同时代的刘宋学者何承天，推算为3. 1428。这些成就对祖冲之有很大的启发，他把前人的成果进行比较分析，断定刘徽的算法最为科学，遂在刘徽的基础上进行了更进一步的计算。他“更开密法，以圆径一亿为一丈，圆周盈数三丈一尺四寸一分五厘九毫二秒七忽，朒数三丈一尺四寸一分五厘九毫二秒六忽。正数在盈、朒二限之间。密率：圆径一百一十三，圆周三百五十五，约率：圆径七、周二十二”（《隋书·律历志》上）。也就是说，祖冲之推算圆周率是位于3.1415926和3.1415927之间的一个数，其精密数值是355比113，即3.1415927（即密率），欠精密（但计算方便）数值是22比7，即3.14（即约率）。从而祖冲之将圆周率的准确值推算到小数点后第七位，这比西方要早1000多年。，同时他做出的“密率”即355比113这个数值，在欧洲直到1573年才由德国、荷兰两国的数学家联合求得，并命名为“安托尼兹率”，实际上晚于祖冲之近十个世纪。
同时祖冲之还为当时的数学著作《九章算术》做修订注释，并自著了《缀术》一书。全书共6卷，有数十篇，分为40余个数学专题，在唐代被列为算学课本，学生需花四年时间，方能学完。史书称祖冲之“特善学”，的确如此。
祖冲之还在天文历法上有卓越成就。南朝时，刘宋何承天曾于元嘉(425-453)年初编《元嘉历》广行于世。它比前代历法已有很大改进， “比古十一家为密”。但祖冲之通过精密计算，认为《元嘉历》仍有巨大的不足之处。在计算日蚀、月食时特别容易早出一天或晚上一天。因为太阳从上一年冬至日到下一年冬至日．在天空中移动的距离是不同的，大约每年偏五十分之一度。何承天之前已经有天文学家虞喜发现了这个现象，可惜《元嘉历》没有采用这个发现。有鉴于此，祖冲之编了一部新的历法，称之为《大明历》，将虞喜的发现引入，其推算一年的时间，与现代历法相比仅差46秒。此外，《大明历》中还改革了闰法，使每391年中出现144个闰月。这二者大大地提高了《大明历》的精确度。
新法编成后，祖冲之将其上奏朝廷。宋武帝专门派人与祖冲之进行辩难，始终无法驳倒祖冲之，于是武帝决定更用新法，时在大明六年(462)，故命为《大明历》。可惜就在即将施行的时候，孝武帝驾崩，新法的实施又告推迟。此后一直没能施行，直至祖冲之去世。梁天监九年(510)，祖冲之死后十年，由其子祖暅之上奏朝廷，才被正式采用。
祖冲之还是一位机械制造专家。据《南史》本传载，当初宋武帝平关中，得到后奏姚兴的“指南车”，但是内部的机杼构件已经损毁，只保留一个外壳。没有办法自动记程、指南，只好在拉着指南车外出时，派人在车里用手拨转。这个徒有虚表的玩意儿因为希罕一直保存到宋升明年间( 477-482)。齐高祖萧道成时为刘，宋辅政大臣，嫌“指南车”有名无实，就派祖冲之“追修古法”来修复它。祖冲之经过研究，改造铜质的机件装上，使得指南车“圆转不穷，而司方如一”，令人称羡。当时南北朝互相对峙，北方有一个叫索驭騼的巧匠也会造指南车，来与祖冲之比赛谁的车好，结果其车远不及祖冲之的作品，他就气得放火把自己的指南车烧毁了。
祖冲之“解钟律博塞，当时独绝”（《南史》本传）。他还曾仿诸葛亮的木牛流马，造了一个器物，“不因风水，施机自运，不劳人力”。又造”千里船”，可日行百里。又造了一种“水碓磨”，安放在乐游苑的水池中，利用水力来带动机器磨米面等物。这些机械设备都是奇巧之物，可惜很快亡佚，不知其具体构造，令人遗憾。但这些记载也表明，祖冲之深精机械构造，即“解钟律博塞”，驾轻就熟，无人能比。
当然祖冲之并不只是一个摆弄机件的工程师，他对国家政事也颇有关注。齐朝时，他还曾撰《安边论》一文，提出“开屯田，广农殖”，发展农业生产。建武(495-498)中，齐明帝就专门派祖冲之巡视全国，“巡行四方，兴造大业，可以利百姓者”，可见他被认为是兴利百姓的能人。可惜当时发生战乱，未能成行。
祖冲之一生有不少著述，如《<易>、 <老>、 <庄>》义释》、《论语》注、《孝经》注、《九章》注、《缀述》等，是一位博学多才的多面手。
祖冲之的儿子祖暅之，字景烁，从小聪颖好学，深受其父影响，尽得其父之学，也深爱科技发明与制作。史书称他：“少传家业，穷极精微，亦有巧思。人神之妙，班、捶元以过也。”（《南史》卷七十二）祖暅之钻研问题有时达到着迷的程度，尤其在聚精会神地考虑关键问题的时候，就是打雷闪电他也充耳不闻。有一次，他在路上边走路边思考问题，不小心一头触在仆射徐勉的身上。撞完仍不醒悟，直到徐勉喊他的名字，他才反应过来。其痴迷如此。
祖暅之在科学技术上成就很多，有不俗表现。祖冲之的《大明历》编成后迟迟不能施行，祖暅之将其再行修订，然后献给文惠太子，通过文惠太子的推荐，在齐武帝时得以推行。
祖暅之还在数学上有成绩。据《九章算术》注引唐李淳风言，“祖暅之开立圆术”，即祖暅之求出球体体积公式为D2（D为球体直径）。这个比西方早1000余年的公式，与其父圆周率的精确值，堪称我国古代数学史上的双壁。
祖暅之后来官至太舟卿，是掌管工匠制艺之事的官。祖暅之的儿子祖皓，从小“志节慷慨，有文武才略。少传家业，善算历”（《南史》卷七十二）。祖皓虽尽得家学，但他在科学制作上兴趣不大。他成人后官居广陵太守；有善政，深得百姓拥戴。齐朝末年爆发“侯景之乱”齐武帝萧衍被乱军所困，活活饿死在台城。祖皓逃归江西（今江苏扬州），率百姓起兵抗暴，讨伐侯景，兵败被擒。侯景将祖皓绳缚后吊在旗杆上，乱箭齐射，遍体箭伤，然后将其车裂。祖氏族人也同全城百姓一道被活埋，祖氏遂绝。
主要参考文献
《南史》，中华书局标点本。
《隋书》，中华书局标点本。
《资治通鉴》，中华书局标点本。
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