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第九十六章 科學交流

其實劉墉是白擔心一場,按照現在的科技水平,要打造出鐵甲戰船無疑是痴人說夢。不過,在漢末的政治家中曹操無疑是最重視科技的一位。見識了此次曹衝稱象之妙,曹操對自然學科更多了一番興趣和重視。

劉墉還在沉思,蔡文姬輕輕一拉他的衣袖,低聲道:“劉大哥……”

劉墉一呆,問道:“小姐,有什麼事?”

蔡文姬白了劉墉一眼,小聲嗔怪道:“都說了不要叫我小姐的,你叫我的名或者字都成啊。”

劉墉取笑道:“叫你文姬你又不答應。我覺得你是該考慮一下,昭姬這個字真沒有文姬好聽。”

蔡文姬俏臉一板,輕哼一聲,又道:“你還要不要我把話說完啊,這事可與你有莫大的關係呢。”

劉墉一驚,忙正容道:“是。琰兒請說。”

蔡文姬嘻嘻一笑,低聲道:“丞相難得有今日這般愉悅、舒暢,良機莫施,你還不快去求丞相。”

劉墉一呆道:“我有什麼事要求丞相?”

蔡文姬柳眉倒豎,嬌嗔道:“你裝什麼不懂呀。你不是想娶貂蟬麼?你現在去求,丞相念及你對沖兒的悉心教導,必然會答應的。”

劉墉聽了又是感動又是無奈,他何嘗不知道此時正是求曹操的好時機啊!可是他不能啊。只要曹操答應,那麼他必將又欠下一份天大的人情,這讓本就對曹操又愛又敬,左右為難,早想尋機離開的劉墉如何應對,因此他不得不放棄掉這一千載難逢的機會。

“多謝琰兒。”劉墉心中五味雜陳,囁喏道,“此事還不急,我自有打算。”

蔡文姬對劉墉恨恨道:“你今日不說,以後可別後悔。”說完,扭過頭去不再理他。

劉墉嘆了口氣,在皖城那兒還有位姑娘對我望眼欲穿呢。劉墉啊劉墉,你是要當負心郞麼?

過了兩日,曹操召見劉墉道:“崇如,有幾位飽學之士,孤為你引見一下。”曹操一說姓名,劉墉不由吃了一驚,因為這幾人無一不是如雷貫耳、名傳後世的大科學家,有著名的數學家、天文學家劉洪、趙爽師徒,水利學家、發明家韓暨……

韓暨發明的水排,也就是冶鐵用的水力鼓風機,極大地改善了人、畜鼓風效率低下的問題;劉洪更是了得,乃東漢魯王劉興後裔,珠算的發明者,被後世尊為“算聖”、“珠算之父”(當然這時的珠算還遠不及後世)。劉洪最大的成就在天文學,他算出的迴歸年為65.46日,這與現代測出的65.4日相差無幾,可見劉洪之能。劉洪今年已經七十歲了,白髮蒼蒼,不過精神矍鑠,紅光滿面;而趙爽則不過才十八、九歲,身子甚是瘦弱,不過頭顱碩大,一副若有所思的模樣。

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“聽聞先生精通術數,在下不才,想領教一番,不知先生可否賜教。”趙爽拱手施禮道。他比劉墉要小上幾歲,故以先生之禮參拜。

劉墉微笑道:“君卿公子客氣了,劉墉自當奉陪。不知公子要如何比試?”

“我等請丞相出題,各自計算,最後由丞相依正確得數及用時長短來評判勝負如何?”

“行啊!丞相以為如何?”

“好!本相為你們裁決。”曹操左右一看,這邊趙爽躊躇滿志、躍躍欲試,那邊劉墉氣定神閒、波瀾不驚,不禁捋須微笑,略一思索,出了加法、乘法題各十道。

不一會兒,劉墉、趙爽先後交卷,曹操叫劉洪、韓暨一同評判,劉墉自是第一。曹操早知此種結果,不以為異,倒是劉洪、韓暨大吃一驚,只因他們早知趙爽之能,術算天下第一,不想竟讓一個來自西域化外之地的劉墉給比下去了。

趙爽自是不服,又請曹操加大難度再出十題。熟料結果依舊,劉墉仍是第一。趙爽有些洩氣,輕咬著嘴唇,又道:“先生如此精通術數,想必知道勾股定理吧?”

“當然了。”劉墉笑道,學過數學的沒有不知道勾股定理的。簡單來說,在一個直角三角形中,兩條直角邊的平方之和等於斜邊的平方。在中國古代,兩條直角邊分別叫做勾和股,斜邊稱為弦,故稱為勾股定理。

“先生可知道如何證明?”趙爽的眼裡透著一絲得意。他的確有驕傲的資本,人類雖很早就發現了勾股定理,但能科學的證明卻極不容易。趙爽是世界上有史料記載的第一人,自是中國人的驕傲。

“請公子試解之。”劉墉恭敬說道。劉墉並非故意做作,他是真心的欽佩趙爽,也為自己是一個中國人而自豪。

趙爽拿出四個同樣大小的直角三角形,放到桌上,一陣擺弄,拼成一個以三角形的斜邊為邊長的正方形。趙爽指著圖形道:“先生請看。這個正方形的面積便是弦方,可對?”

“正是。”劉墉笑著配合道。

“這個正方形又是由四個三角形和中間的一個小正方形組成的……”趙爽看了看劉墉,繼續道,“三角形的面積和小正方形的面積分別是……”

趙爽一通講解完畢,笑道:“先生,你覺得在下這個證明法如何?”

“公子這法子倒也巧妙,論證過程也極是嚴密、合理。”趙爽的臉上頓時露出開心的笑容,不料劉墉卻微微一笑,又道,“不過公子,劉墉倒有個更為簡便的證明法子。”

“啊?”這可是趙爽最為得意之作啊,劉洪、韓暨大吃一驚,相視一眼,都不敢相信。趙爽更是一愣,還有比我更為巧妙之法?趙爽有些懷疑,不過仍施禮道:“還請先生為趙爽演示一番。”曹操也笑道:“崇如,你快說說你的法子。”

“是,丞相!”劉墉抱拳向在座各位逐一拱手施禮,又從趙爽手上的四個三角形中取出兩個,笑道:“只需兩個便可。”

趙爽更是一呆,只見劉墉拿著那兩個三角形,拼成了一個直角梯形。這個梯形的上、下底分別是三角形的兩條直角邊,高是兩個三角形一條短的直角邊與另一個三角形長的直角邊之和。

如果設直角三角形的兩直角邊分別為a、b,斜邊為c,按照趙爽的方法,大正方形的面積為c;也可以是四個三角形的面積加上小正方形的面積即1/ab×4+(b-a)(b-a),將此式化解後即是a+b,因而得到c=a+b;而劉墉的法子則是這樣,梯形面積=(上底+下底)×高÷,即(a+b)×(a+b)÷,化簡得到1/(a+b)+ab;同樣,這個梯形是三個直角三角形組成的,面積也可以表示為1/ab+1/ab+1/c,比較這兩個式子同樣可得到c=a+b。

兩人殊途同歸,雖然都是用的面積法,雖然都是等量代換,但無疑劉墉的法子更簡便些。不待劉墉演算完成,劉洪、韓暨都是心中一嘆,趙爽又輸了。趙爽更是面色蒼白,他潛心鑽研的漚心之作竟讓劉墉輕易超越,心中之失落可想而知。

劉墉見趙爽一臉的落寞,心中不忍,便道:“公子也別介懷,劉墉之法的靈感其實全來自於你那副弦圖。”

“先生所言當真?”趙爽頓時一呆,又驚又喜。

“劉墉何必欺瞞公子。”劉墉含笑道,“當時劉墉見到公子的弦圖就覺得此法極其巧妙而直觀,便又想,如能再簡便些則更好了。劉墉絞盡腦汁,方想出這個法子。在這點上,你算是劉墉的老師。”劉墉又誠懇道:“公子,你是世上第一個證明勾股定理的人,劉墉極為佩服。”說著,深施一禮。

“先生過譽了。”趙爽又喜又羞,忙將劉墉扶了起來。

曹操組織這次比試的最大目的本是想借趙爽等人來打壓一下劉墉。沒想到剛比了兩輪,劉墉竟連勝兩場,曹操頓時有些心灰意冷,沒了興致,便道:“諸位,你們這些所謂的證明可有何實際意義?”曹操雖重視技術,但對其中的科學道理卻不感興趣,也看不懂,他在乎的是生產中的應用,特別是軍事上的應用。

劉墉突然想到《海島算經》上的應用例項,便道:“丞相,數學的應用無所不在。劉墉試舉一例,譬如說測量城外石人山的高度,丞相可知有誰能測量麼?”

曹操大驚道:“那山極是險峻,攀爬起來極危險……”曹操只知道測山高需要叫人爬到山頂,然後再放一條長繩下來,最後量繩長即可。不過,這樣一來除非是有筆直的峭壁,否則測的也只是山的斜邊長啊。既然劉墉有如此說法,難道……曹操奇道:“崇如莫非有好的法子?”

劉墉猜中曹操心中所想,拱手微笑道:“丞相,劉墉有一簡單法子便可測量。”

曹操又喜又疑,問趙爽等人道:“你們可有法子?”三人對視一眼,一臉的羞赧。曹操只得對劉墉道:“崇如需要哪些材料,可要本相派人協助?”

劉墉笑道:“不須那麼麻煩,只需兩根一樣長短的木杆即可。”

兩根木棒就能測出山高?眾人聞聽都大吃一驚,不敢相信自己的耳朵。

劉墉微微一笑,心道,雖然你們也是大數學家,不過比起你們的後輩,現在還沒出世的劉徽,你們的名氣還是差了些。

劉徽是公元三世紀世界上最傑出的數學家,他最聞名於世的有兩樣,一是發明了割圓術,是世界上求出圓周率為.14的第一人;二是撰寫了《九章算術注》,其中第十卷題為《重差》,即《海島算經》,是我國最早的一部測量學著作。《海島算經》共設九問,都是用表尺重複從不同位置測望,取測量所得的差數,進行計算從而求得山高或谷深,這就是重差理論。

歷史上第一個發現重差理論的便是中年以後的趙爽,不過真正讓重差理論用在實際測量中的還是劉徽。所謂重差理論其實就是藉助矩、表、繩等簡單測量工具,依據相似直角三角形對應邊成比例的內在關係,進行測高、望遠、量深的理論和方法,實現了人類歷史上第一次由直接測量(步量或丈量)向間接測量的飛躍。在測量數學領域上,中國人的成就超越西方世界約一千年,直到今日,重差測量理論和方法在某些場合仍有借鑑意義。

“崇如,你便為孤測量一下如何?”

“丞相有令,劉墉敢不遵命?”

曹操聞言大喜過望,反正上次測地的木杆還在。曹操當即撥了一隊兵士,帶著趙爽、劉洪、韓暨及一眾文臣武將,前呼後擁,前往石人山。許都地勢平坦,走了沒多久,便遠遠望見石人山峰頂。劉墉請曹操紮下營寨,並在大帳安座,自己則帶著一幫士卒前往丈量。

劉墉命人在前後相距1000步各立一根高約三丈的木杆,令兩杆與石人山均在同一直線上。曹操見劉墉離那山極遠便開始測量有些遲疑,帳中謀士也是眾說紛紜,但多是驚疑之色。

只見劉墉從第一杆開始,抬眼看著杆頭,然後慢慢後退,漸漸地人蹲了下去,到最後竟趴在地上,最後在地上圈了個點。眾人一見,更是不明就裡,一時議論紛紛。他們不知,劉墉此舉只是確保峰頂、杆頭、地上的點在一條直線上。

有人建議道,“丞相,在下以為應當派人前去實地丈量一下,與劉墉測的資料也好有個對比,否則,我們何以知曉孰是孰非?”

曹操頷首點頭,“有理”,另撥一隊兵卒前去測量。

這邊,劉墉在第二根杆上也同樣施為,在地上又圈了個點。接著,丈量這兩個點到所在杆的距離。不一會兒,劉墉拿著這幾個資料回到曹操的大帳,稟道:“丞相,劉墉已測量完畢,可以計算並得出山的高度了。”

曹操瞠目結舌道:“這麼快?”和群臣交換了下懷疑的目光,說道,“崇如去計算吧。”

這邊眾人還在爭論,劉墉已經報出結果。曹操見眾人都難以置信,爭辯聲不斷,便笑道:“諸公此時爭論又有何意,大家稍安勿躁,等實地丈量結果出來後自有公斷。咱們還是等等吧。”曹操吩咐士兵在場內摔跤角力,自己及眾臣在旁飲酒觀看。過了半日,前去測量的兵卒方回,一報結果,與劉墉所測相差無幾。眾人面面相覷,場上頓時鴉雀無聲。

曹操笑道:“今日又見識了崇如神技,當真玄妙如神。”扭頭又對趙爽等人道:“孤等皆不解其中深意,便由你等去與劉墉辯議就是。”曹操興致勃勃,帶著眾人返回許都。

劉墉與趙爽等三人同車,知道他們仍是百思不解,便笑道:“這其中的道理其實並不高深,在下舉一個小法子便可說明。”三人又驚又喜,忙施禮請教。

劉墉隨手拿起車內的一雙筷子,將其中一支截斷,最後留下一長一短兩根。劉墉將兩根木棍豎在燭光的一側,又道:“諸位請看,每根木棍都有影子,長的這根影子長一點,短的這根影子則要短一點,這都是我們司空見慣的事。不過,不知諸位察覺到沒有,每根木棍與它的影子有何關係?”

三人觀察片刻,幾乎同時“啊”了一聲,趙爽更是訝然道:“每根木棍的長度與它的影子的比例是恆定的。”

“正是!”劉墉頷首道,“這就叫相似三角形,對應的邊的比值是不變的。我測山高的方法就是這樣來的……”劉墉又取過一張圖,將重差測量的原理用示意圖的方法細細講解了一番。三人頓時茅塞頓開,連連感嘆。

“先生為何不用量影長的法子來測山高呢?不是更為簡便嗎?”趙爽一時不解,話音剛落,趙爽又重重地拍著自己的頭懊惱道,“瞧我笨的。山峰的影子太長可不好量啊。”

韓暨也笑道:“不僅是影子長短問題,你還得確定山峰落在地上的中心點不是,這是最難辦的。”

“什麼最難辦,根本就辦不到。”劉洪挼著鬍鬚也笑道,“因而只能用崇如那個法子。”

“其實相似三角形的原理還不止於此。”劉墉一笑,對趙爽道,“公子,你還可以用來證明勾股定理呢。只需一個直角三角形,象這樣從直角頂點引一條垂線段到斜邊即可……”

趙爽又驚又喜,自去思索。劉洪拱手說道:“聽聞劉公子曾與丞相暢聊天文地理,老朽也想請教一二,不知可否?”

劉墉忙回禮道:“老先生客氣了。不瞞老先生,劉墉對天文、地理只是略知皮毛。能回答丞相公子的問題只是湊巧罷了,在下對黃道、子午、日食等是一竅不通,不敢與劉公相提並論。”

三人見劉墉爽快認輸,都有些詫異,不過見他態度真誠,不似作偽,再加上早聽說過他雖居高位,但性子和順,胸襟廣闊,不由更生好感。四人都是重視科學之人,因而暢談甚歡,到分別時仍是依依不捨。

劉墉回到家中,門房道:“公子爺,有位老先生候你多時了。”(未完待續)