公元前213年,罗马船队围攻希腊叙拉古城。按照古代的传说,阿基米德把太阳光线反射到入侵者的木船上,使它们燃烧,从而拯救了他的家乡。但是战船的篝火真的发生过吗?或者这个故事只是一段传奇。英格兰(Leicester)大学物理学家的分析对这个古老的故事给出新的见解。
阿基米德利用太阳取得丰功伟绩的证据,像许多我们关于古希腊的知识一样,主要来自中世纪的资料。按照一些记载,阿基米德用希腊部队磨光的盾反射太阳。但是别的材料仍然说使用的是一面巨大的镜子。
12世纪拜占庭历史学家乔安尼斯 · 聪拉拉斯(Joannes Zonaras)写道:“最后在一种难以置信的方式下,阿基米德烧掉了罗马整个船队。因为藉助向太阳倾斜一种镜子,阿基米德把太阳的光集中在这面镜子上;由于镜厚而光滑,他从光柱中把空气点燃并燃起一个巨大的火焰,他使整个火焰指向战火中抛锚的船只,直到完全烧毁它们。”
聪拉拉斯的光学理论是错误的——一面厚的镜子并不比一面薄的镜子更好——但是要说阿基米德也会犯同样的错误,那是很不可能的。像他在其它方面天才一样,他是一个反射专家。
1973年,当时是芝加哥Loyola大学的物理学家克劳修斯(A. C. Claus)演示过一个粗糙而有效的希腊人可能曾经使用过的打靶机制,这似乎增强了阿基米德的传奇故事。
但是Leicester大学的阿兰 · 米尔斯(Alan Mills)和罗伯特 · 克利福特(Robert Clift)现在已经对太阳的反射作出了一个分析,证明了这个故事是不可能的。
光学教科书上一般把太阳光看成是由来自一个点的平行射线组成的。但太阳并不是一个点。在天空中,太阳大约有0.5的张角,因此,它的射线不是真正平行的,当它们被反射经过一段长距离时便发散了。这就使得使用一个平的镜子来有效集中太阳射线的可能性不存在。
米尔斯和克利福特作过这样的计算:假如每一个人都拿着一个面积为1平方米的磨光的金属镜,440个人会有怎样的效果。研究人员发现,假如这些人一致地动作,他们几乎只能点燃50米远处、面积为0.5平方米的一片木头。
米尔斯和克利福特得出结论说:效果如此之差,这个故事一定是一个传奇故事。他们还指出,在叙拉古并不缺少水来熄灭任何冒烟的木头。7历史学家也怀疑这个故事。按照剑桥大学杰弗里 · 劳埃德(Geoffrey Lioyd)的说法,关于阿基米德的大多数大众故事可能都是虚构的。不仅对于“燃烧”镜的故事没有什么证据,而且也没有什么证据支持下面这样一种流传的说法,即阿基米德在浴缸中洗澡发现浮力的秘密时,大声喊叫“我找到了”,并赤裸着身体跑到街上。
米尔斯指出,这个故事可能含有一点真理。他说:“镜子会造成一种很有效的杀伤武器。”他作这样的计算:假如50面镜子对准一个人,它们能给予严重的烧伤。米尔斯说,如果这样的武器曾经用来对着罗马船上舵手一人(特别是对着他的眼睛),那么这武器可能是决定性的。
[New Scientist,Vol 136]
阿基米德(公元前287~212年)古希腊叙拉古(Syracuse,即今西西里)人,他在物理学上取得杰出的成就、国外有人把他和牛顿相提并论。他的贡献最著名的是杠杆定律和浮力定律即阿基米德原理。关于前者,他曾说:给我一个支点,我可以把地球挠起。关于后者,还有一个皇冠之谜的传奇故事。据说,叙拉古国王希罗(Heiro)要求在不损坏皇冠的条件下,鉴定是否是纯金;阿基米德在洗澡时看见水溢出盆外忽然悟出了浮力定律,从而解决了这个问题。阿基米德最后在罗马人围攻希腊时被杀害,当时他正在沙地上画几何图形;事后罗马人为他隆重安葬,并在墓地建有圆球内切于圆柱体的标记,以纪念他业精于勤,在科学上作出的杰出贡献。